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GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung integrierter
Schaltungen und dabei die Herstellung von Abstandselementen während des
Herstellungsprozesses einer Gateelektrode eines Feldeffekttransistors.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER
TECHNIK
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Die
Herstellung integrierter Schaltungen erfordert das Ausbilden einer
großen
Anzahl von Schaltungselementen auf einer gegebenen Chipfläche gemäß einer
spezifizierten Schaltungsanordnung. Generell werden eine Vielzahl
von Prozesstechnologien gegenwärtig
in der Praxis ausgeführt,
wobei für
komplexe Schaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips und dergleichen,
die CMOS-Technologie gegenwärtig
die am vielversprechendste Möglichkeit auf
Grund der überlegenen
Eigenschaften im Hinblick auf die Betriebsgeschwindigkeit und/oder
die Leistungsaufnahme darstellt. Während der Herstellung komplexer
integrierter Schaltungen unter Anwendung der CMOS-Technologie werden
Millionen komplementärer
Transistoren, d. h. N-Kanaltransistoren und P-Kanaltransistoren,
auf einem Substrat ausgebildet, das eine kristalline Halbleiterschicht
aufweist. Ein MOS-Transistor umfasst, unabhängig davon, ob ein N-Kanaltransistor
oder P-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte PN-Übergänge, die
an einer Grenzfläche
eines hochdotierten Drain- und Sourcegebietes zu einem invers dotierten
Kanalgebiet, das zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet angeordnet
ist, ausgebildet sind. Die Leitfähigkeit
des Kanalgebiets, d. h. die Stromtreiberfähigkeit des leitenden Kanals,
wird durch eine Gateelektrode gesteuert, die über dem Kanalgebiet ausgebildet
und davon durch eine dünne
isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets bei
der Ausbildung eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer
geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode hängt von der Dotierstoffkonzentration,
der Mobilität
der Majoritätsladungsträger und – für eine gegebene
Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem
Abstand zwischen dem Source- und dem Draingebiet ab, der auch als
Kanallänge
bezeichnet wird. Somit bestimmt die Leitfähigkeit des Kanalgebiets im
Wesentlichen das Verhalten der MOS-Transistoren in Verbindung mit der Fähigkeit,
schnell einen leitenden Kanal unterhalb der isolierenden Schicht
beim Anlegen der Steuerspannung an die Gateelektrode zu bilden.
Somit wird durch das Verringern der Kanallänge – und demgemäß mit der Verringerung
des Kanalwiderstands – die
Kanallänge zu
einem wichtigen Entwurfskriterium, um einen Anstieg der Betriebsgeschwindigkeit
der integrierten Schaltungen zu erreichen.
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Die
Abnahme der Transistorabmessungen zieht jedoch eine Reihe von Problemen
nach sich, die damit verknüpft
sind und die es zu lösen
gilt, um nicht unnötigerweise
die Vorteile aufzuheben, die das stetige Verringern der Kanallänge von
MOS-Transistoren mit sich bringt. Ein großes Problem in dieser Hinsicht
ist die Entwicklung verbesserter Photolithographie- und Ätzverfahren,
um zuverlässig
und reproduzierbar Schaltungselemente mit kritischen Abmessungen,
etwa die Gateelektrode der Transistoren, für eine neue Bauteilgeneration
zu schaffen. Ferner sind äußerst anspruchsvolle
Dotierstoffprofile in der vertikalen Richtung sowie auch in der
lateralen Richtung in den Drain- und Sourcegebieten erforderlich,
um niedrige Schichtwiderstände
und Kontaktwiderstände
in Verbindung mit einer gewünschten
Kanalsteuerbarkeit bereitzustellen. Ferner stellt die vertikale Lage
der PN-Übergänge in Bezug
auf die Gateisolationsschicht ebenso ein wichtiges Entwurfskriterium in
Hinblick auf die Steuerung von Leckströmen dar. Somit erfordert die
Reduzierung der Kanallänge
auch eine Verringerung der Tiefe der Drain- und Sourcegebiete in
Bezug auf die Grenzfläche,
die von der Gateisolationsschicht und dem Kanalgebiet gebildet wird, so
dass anspruchsvolle Implantationsverfahren erforderlich sind. Gemäß weiterer
Lösungsansätze werden
epitaktisch gewachsene Gebiete mit einem spezifizierten Versatz
zu der Gateelektrode gebildet, die als erhöhte Drain- und Sourcegebiete
bezeichnet werden, um eine erhöhte
Leitfähigkeit
der erhöhten Drain-
und Sourcegebiete bereitzustellen, wobei gleichzeitig ein flacher
PN-Übergang
in Bezug auf die Gateisolationsschicht beibehalten wird.
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Unabhängig von
dem angewendeten technologischen Vorgehen werden anspruchsvolle
Techniken für
Abstandselemente benötigt,
um das äußerst komplexe
Dotierstoffprofil zu erzeugen und um eine Maske beim Herstellen
von Metallsilizidgebieten in der Gateelektrode und dem Drain- und
Sourcegebiet in einer selbstjustierenden Weise bereitzustellen. Da
die ständige
Größenreduzierung
der kritischen Abmessungen, d. h. der Gatelänge der Transistoren, die Anpassung
und möglicherweise
die Neuentwicklung von Prozessverfahren erfordert, die die zuvor bezeichneten
Prozessschritte betreffen, wurde vorgeschlagen, das Leistungsvermögen der
Transistorelemente zu verbessern, indem die Ladungsträgermobilität in dem
Kanalgebiet bei einer gegebenen Kanallänge erhöht wird. Im Prinzip kön nen zumindest zwei
Mechanismen – kombiniert
oder einzeln – angewendet
werden, um die Mobilität
der Ladungsträger in
dem Kanalgebiet zu steigern. Erstens, die Dotierstoffkonzentration
in dem Kanalgebiet kann reduziert werden, wodurch Streuereignisse
für die
Ladungsträger
reduziert werden und damit die Leitfähigkeit erhöht wird. Das Verringern der
Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet beeinflusst jedoch deutlich
die Schwellwertspannung des Transistorbauteils, wodurch ein Verringern
der Dotierstoffkonzentration ein wenig attraktiver Ansatz ist, sofern
nicht andere Mechanismen entwickelt werden, um eine gewünschte Schwellwertspannung
einzustellen. Zweitens, die Gitterstruktur in dem Kanalgebiet kann
beispielsweise durch Erzeugen einer Zug- oder Druckspannung modifiziert
werden, was zu einer modifizierten Mobilität für Elektronen und Löcher führt. Beispielsweise erhöht das Erzeugen
einer Zugspannung in dem Kanalgebiet die Mobilität von Elektronen, wobei abhängig von
der Größe der Zugspannung
ein Anstieg der Mobilität
bis zu 20% erreicht werden kann, das sich wiederum direkt auf eine
entsprechende Erhöhung der
Leitfähigkeit
auswirkt. Andererseits kann eine Druckspannung in dem Kanalgebiet
die Mobilität
von Löchern
erhöhen,
wodurch die Möglichkeit
bereitgestellt wird, die Leistung von P-Transistoren zu verbessern. Folglich
wurde vorgeschlagen, beispielsweise eine Silizium/Germaniumschicht
oder Silizium/Kohlenstoffschicht in oder unterhalb dem Kanalgebiet
einzufügen,
um damit Zug- oder Druckspannung zu erzeugen. Obwohl das Transistorverhalten durch
das Einführen
spannungserzeugender Schichten in oder unterhalb des Kanalgebiets
deutlich verbessert werden kann, müssen merkliche Anstrengungen
unternommen werden, um die Ausbildung entsprechender Spannungsschichten
in der konventionellen und gut bewährten CMOS-Technologie zu implementieren.
Beispielsweise müssen
zusätzliche epitaktische
Aufwachstechniken entwickelt und in den Prozessablauf eingefügt werden,
um die germanium- oder kohlenstoffenthaltenden Spannungsschichten
an geeigneten Stellen in oder unterhalb des Kanalgebiets zu bilden.
Somit wird die Prozesskomplexität
deutlich vergrößert, wodurch
die Produktionskosten ansteigen und die Gefahr einer Verringerung
der Produktionsausbeute steigt.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine alternative
Technik, die das Erzeugen von Spannung in dem Kanalgebiet ermöglicht,
ohne dass komplexe und teuere epitaktische Wachstumsverfahren erforderlich
sind.
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Weiterer
Stand der Technik ist aus der
US 2002/0142535 A1 bekannt. Dort wird ein
Verfahren zur Herstellung eines Seitenwandabstandselements aus Siliziumnitrid
vorgestellt, wobei zwischen dem Abstandselement und der Gateelektrode
noch eine Oxidschicht vorgesehen ist, um einen Stressabbau zwischen
den Materialien mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul zu bewirken.
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Aus
der
US 2003/0008453
A1 ist allgemein ein Halbleiterelement bekannt, bei dem
Seitenwandabstandselemente an den Gateelektroden ausgebildet sind.
Eine besondere Behandlung der Seitenwandabstandselemente zur Erhöhung und
Induzierung von Zugspannung in einem Kanalgebiet unterhalb der Gateelektrode
ist dort nicht bekannt.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen von Seitenwandabstandselementen
in einem Herstellungsverfahren für
Halbleiterbauelemente mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterhin
wird erfindungsgemäß ein Verfahren
zur Herstellung von Abstandselementen in einem Herstellungsverfahren
für Halbleiterbauelemente
mit den Merkmalen des Anspruchs 17 geschaffen, sowie ein Transistorelement
mit den Merkmalen des Anspruchs 31.
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die die Herstellung von Abstandselementen benachbart zu einer Gateelektrode
ermöglicht,
wobei die Abstandselemente eine Zugspannung aufweisen, die wiederum
die Ladungsträgermobilität in dem
Kanalgebiet, das unter der Gateelektrode gebildet ist, beeinflussen
kann und auf das Diffusionsverhalten von Dotierstoffen, etwa von Bor,
Phosphor und dergleichen in einem schnellen thermischen Ausheizprozess
zum Aktivieren von Dotierstoffen und zum Ausheizen von implantationsinduzierten
Schäden
in der Kristallstruktur beeinflussen kann.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung
von Abstandselementen das Bilden einer Gateelektrode über einem
Halbleitergebiet und das Abscheiden einer Abstandsschicht, etwa
einer silizium- und stickstoffenthaltenden Schicht, die eine Zugspannung
aufweist, in einer Hochfrequenzplasmaatmosphäre über der Gateelektrode und dem Halbleitergebiet.
Anschließend
wird die Abstandsschicht geätzt,
um ein Abstandselement mit Zugspannung herzustellen.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung
von Abstandselementen das Bilden einer ersten Gateelektrode und
einer zweiten Gateelektrode über
einem Halbleitergebiet. Danach wird eine erste Abstandsschicht mit
einer ersten Spannungseigenschaft in einer Hochfrequenzplasmaatmosphäre über der
ersten und der zweiten Gateelektrode und dem Halbleitergebiet abgeschieden.
Anschließend
wird die erste Abstandsschicht selektiv von der ersten Gateelektrode
entfernt und eine zweite Abstandsschicht mit einer zweiten Spannungseigenschaft,
die sich von der ersten Spannungseigenschaft unterscheidet, wird über der ersten
Gateelektrode abgeschieden. Schließlich werden die erste und
die zweite Abstandsschicht geätzt, um
ein erstes Abstandselement benachbart zu der ersten Gateelektrode
und ein zweites Abstandselement benachbart zu der zweiten Gateelektrode
zu bilden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird; es zeigen:
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1a bis 1e schematisch
Querschnittsansichten eines Transistorelements während diverser Herstellungsschritte,
wobei ein Siliziumnitridabstandselement gebildet wird, das eine
Zugspannung aufweist;
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2 eine
Darstellung einer Herstellungssequenz mit mehreren Prozessanlagen,
die bei der Herstellung von Transistoren mit Abstandselementen,
die einen einstellbaren Betrag an Spannung aufweisen, beteiligt
sind, wobei diverse Beziehungen zwischen den Prozessanlagen so erstellt
werden, um die Steuerbarkeit zur Schaffung der gewünschten Spannung
zu verbessern; und
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3a bis 3f schematisch
Querschnittsansichten zweier Transistorelemente während diverser
Herstellungsstadien, wobei Siliziumnitridabstandselemente mit unterschiedlichen
Spannungseigenschaften durch plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung
gebildet werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Wie
zuvor erläutert
ist, werden die Seitenwandabstandselemente, die benachbart zu einer
Gateelektrode gebildet sind, häufig
in gegenwärtig
angewandten CMOS-Technologien eingesetzt, um das laterale Dotierstoffprofil
zu strukturieren und/oder eine Maske für einen selbstjustierenden
Silizidierungsprozess bereitzustellen. Die Abstandselemente, die
typischerweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid hergestellt
sind, werden gebildet, indem eine Siliziumdioxidschicht oder Siliziumnitridschicht
durch chemische Dampfabscheidung und – in anspruchsvollen Prozesstechniken – durch
plasmaunterstütztes
CVD, da Siliziumnitrid nicht bei moderat geringen Temperaturen in
thermischen CVD-Prozessen abgeschieden werden kann, aufgebracht
und diese anschließend
anisotrop geätzt
wird. Während
des konventionellen plasmaunterstützten Abscheideprozesses zur
Herstellung der Siliziumdioxidschicht und/oder der Siliziumnitridschicht
werden Prozessparameter so eingestellt, um eine hohe Materialdichte
zu erreichen, woraus eine Druckspannung in den entsprechenden Abstandsschichten
und in den schließlich
erhaltenen Seitenwandabstandselementen resultiert. Die Druckspannung
kann zu einer entsprechenden Druckspannung in einem Kanalgebiet führen, was
vorteilhaft sein kann für
beispielsweise P-Kanaltransistoren, was jedoch das Verhalten von N-Kanaltransistoren
negativ beeinflussen kann. Ferner kann während der Ausbildung von Grabenisolationen,
die das Abscheiden von Siliziumdioxid und Siliziumnitrid in tiefe
und schmale Gräben
und ein nachfolgendes Oxidieren zur Eckenabrundung erfordert, eine
Zugspannung in den Grabenisolationen erzeugt werden, die schließlich zu
einer Druckspannung in dem Kanalgebiet des Transistors führen kann,
wodurch ebenso das Verhalten von N-Kanaltransistoren negativ beeinflusst
werden kann. Erfindungsgemäß wird eine
Technik bereitgestellt, die das steuerbare Erzeugen einer Zugspannung
in Abstandselementen, die beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid
und dergleichen hergestellt sind, ermöglicht, um damit eine Druckspannung,
die durch Flachgrabenisolation hervorgerufen wird, zu kompensieren
oder überkompensieren,
und/oder um Zugspannung in den Kanalgebieten von beispielsweise
N-Kanaltransistorelementen zu erzeugen, um damit die Elektronenmobilität zu erhöhen. Ferner kann,
wie zuvor erläutert
ist, die Zugspannung das Diffusionsverhalten von Dotierstoffen beeinflussen, die
zum Herstellen von Drain- und
Sourcegebieten implantiert wurden, so dass in Verbindung mit entsprechend
angepassten Ausheizprozessen ein höherer Grad an Dotierstoffaktivierung
erreichbar sein kann, ohne das thermische Budget während des Transistorherstellungsprozesses
zu erhöhen.
Somit kann das Transistorleistungsverhalten deutlich gesteigert
werden, wobei ein hohes Maß an
Kompatibilität
mit gut bewährten
Prozesstechniken für
eine gegebene Technologiegeneration beibehalten wird.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1e werden weitere
anschauliche Ausführungsformen
bezüglich der
Herstellung von Siliziumnitridabstandselementen mit Zugspannung
nun detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauteils 100 vor
der Herstellung von Abstandselementen mit Zugspannung. Das Halbleiterbauteil 100 umfasst
ein Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Substrat
für die
Herstellung von integrierten Schaltungen, etwa ein Siliziumsubstrat,
ein SOI-(Silizium auf Isolator) Substrat, ein beliebiges anderes
Halbleitersubstrat oder isolierendes Substrat mit einer darauf ausgebildeten
im Wesentlichen kristallinen Halbleiterschicht 102 repräsentieren
kann. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung
besonders geeignet in Verbindung mit einem Halbleiter auf Siliziumbasis
ist, da der Hauptanteil integrierter Schaltungen hoher Komplexität, etwa
Mikroprozessoren und dergleichen, gegenwärtig auf der Grundlage von
Silizium hergestellt wird, wobei das Substrat 101 in Form
eines Siliziumvollsubstrats oder eines SOI-Substrats bereitgestellt wird.
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können jedoch auch auf Halbleiterbauelemente
angewendet werden, die aus anderen Materialien als Silizium hergestellt
sind. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst ferner eine
Isolationsstruktur 104, die typischerweise in hochentwickelten
integrierten Schaltungen in der Form von Grabenisolationen vorgesehen
ist, die ein transistoraktives Gebiet in der Halbleiterschicht 102 definieren.
Eine Gateelektrode 105, die beispielsweise aus Polysilizium
aufgebaut ist, ist über
der Halbleiterschicht 102 ausgebildet und ist von dieser
durch eine Gateisolierschicht 106 getrennt, die aus Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid und dergleichen hergestellt sein
kann. Die Gateelektrode 105 kann von einer ersten Oxidbeschichtung 107 und
von Versatz- bzw. Offsetseitenwandabstandselementen 108,
die beispielsweise Siliziumdioxid aufweisen und an Seitenwänden der
Gateelektrode 105 gebildet sind, bedeckt sein. Ferner kann
eine zweite Siliziumdioxidbeschichtung 109 die Gateelektrode 105 und
die verbleibenden Oberflächen
des Halbleiterbauelements 100 bedecken. In der in 1a gezeigten
Ausführungsform
sind erhöhte
kristalline Gebiete 110 gebildet, die als erhöhte Drain-
und Sourcegebiete nach Fertigstellung des Bauelements 100 dienen
können.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf die in 1a gezeigte Konfiguration eingeschränkt ist,
d. h. die vorliegende Erfindung kann auch auf konventionelle Transistorentwürfe ohne
erhöhte
Drain- und Sourcegebiete angewendet werden. Ferner hängt das
Bereitstellen des Versatzabstandselements 108 von den Prozesserfordernissen und
den Bauteilabmessungen ab und somit kann in anderen Bauelementen
das Versatzabstandselement 108 nicht unbedingt erforderlich
sein. Wie zuvor erläutert
ist, ist die vorliegende Erfindung in Verbindung mit äußerst größenreduzierten
Transistorelementen mit einer Gatelänge, d. h. die horizontale Ausdehnung
der Gateelektrode 105 in 1a, von ungefähr 60 nm
oder sogar weniger vorteilhaft, wobei ein weiterer Anstieg des Bauteilleistungsvermögens durch
eine weitere Größenreduzierung
beträchtlichen
Aufwand nach sich ziehen kann, wie dies zuvor erläutert ist.
Die Herstellung von Siliziumnitridabstandselementen mit Zugspannung
kann jedoch auch als vorteilhaft für Transistorelemente mit Abmessungen
deutlich über
60 nm erachtet werden.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 100,
wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach der Bildung der Grabenisolationsstruktur 104 durch
hochentwickelte Photolithographie-, Ätz- und Abscheidetechniken
zum Definieren eines Grabens und zum nachfolgenden Füllen des
Grabens mit dielektrischem Material, etwa Siliziumdioxid und Siliziumnitrid,
werden Implantationssequenzen ausgeführt, um ein vertikales Dotierstoffprofil
in der Halbleiterschicht 102 und dem Kanalgebiet 103 zu
schaffen. Wie zuvor dargestellt ist, können die Dotierstoffkonzentration
in dem Kanalgebiet 103 und eine Druckspannung, die durch
das Herstellen der Grabenisolationsstrukturen 104 erzeugt
wird, die Ladungsträgermobilität in dem
Kanalgebiet 103 beeinflussen und können zu einem beeinträchtigten
Transistorverhalten, insbesondere bei N-Kanaltransistoren, führen. Danach werden die Gateelektrode 105 und
die Gateisolierschicht 106 aus einem entsprechenden Gateschichtstapel
durch gut etablierte Photolithographie-, Schrumpfätz- und
anisotrope Ätztechniken strukturiert.
Für das
in 1a gezeigte Beispiel wird nachfolgend ein epitaktischer
Wachstumsprozess ausgeführt,
wobei beispielsweise Opferseitenwandabstandselemente (nicht gezeigt)
mit einer Breite verwendet werden, die einem gewünschten Abstand der kristallinen
Gebiete 110 von der Gateelektrode 105 entspricht.
Danach werden die Beschichtung 107 und das Versatzabstandselement 108,
wenn dieses benötigt
wird, gebildet, beispielsweise durch Oxidierung bzw. anspruchsvolle
Abscheidetechniken. Die Versatzabstandselemente 108 können in
einem nachfolgenden Implantationsprozess verwendet werden, um Erweiterungsgebiete 111 zu
bilden, die einen gewünschten
Versatz zu dem Rand der Gateelektrode 105 aufweisen. Schließlich wird
die Beschichtung 109 gebildet, beispielsweise durch Abscheiden
einer dünnen
Siliziumdioxidschicht durch plasmaunterstütztes CVD. Die Beschichtung 109 dient
als eine Ätzstoppschicht
für das Strukturieren
einer Siliziumnitridschicht, die nachfolgend abgeschieden wird,
wie dies mit Bezug zu 1b beschrieben ist.
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In 1b umfasst
das Halbleiterbauelement 100 eine Abstandsschicht 112,
die Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Siliziumkarbid und dergleichen
aufweisen kann, wobei die Abstandsschicht 112, wenn diese
Silizium und Stickstoff aufweist, eine gewisse Menge an Wasser stoff
enthalten kann, wie dies typisch für Siliziumnitrid ist, das durch
plasmaunterstütztes
CVD abgeschieden ist, wobei eine Dicke der Abstandsschicht 112 entsprechend
den Prozesserfordernissen festgelegt wird, d. h. in Übereinstimmung
mit einer gewünschten
Breite des aus der Abstandsschicht 112 zu bildenden Seitenwandabstandselements.
Die Abstandsschicht 112 besitzt eine Zugspannung wie dies
durch 113 angezeigt ist, wobei die Zugspannung 113 von
ungefähr
0 bis 1000 MPa (Megapascal) eingestellt werden kann. in einer speziellen
Ausführungsform
liegt die Dicke der Abstandsschicht 112 im Bereich von
ungefähr
200 bis 2000 Angstrom mit einer Gleichförmigkeit über die Substratfläche hinweg
von ungefähr
1.5% oder weniger bezogen auf eine Standardabweichung. Der Brechungsindex
kann im Bereich von ungefähr
1.90 bis 2.10 mit einer Zugspannung 113 im Bereich von
ungefähr
590 bis 710 Mpa liegen, was sich deutlich von den Spannungsbedingungen
einer Siliziumnitridschicht unterscheidet, wie sie in konventionellen
Prozessen verwendet wird, wobei die Spannung typischerweise eine
Druckspannung mit einem Wert von ungefähr 150 Mpa ist. Der Wasserstoffanteil
(Atomprozent) einer Abstandsschicht 112, die gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildet wird, liegt im Bereich von ungefähr 22 bis
23%, im Gegensatz zu ungefähr 19
bis 21% für
eine standardmäßige Siliziumnitridschicht
mit Druckspannung.
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Die
Abstandsschicht 112 kann durch plasmaunterstütztes CVD
in einer Plasmaatmosphäre 114 hergestellt
werden, die definiert ist durch den darin vorherrschenden Druck
P, die zugeleiteten reaktiven Gase, die der Plasmaatmosphäre 114 zugeführte Hochfrequenzleistung,
beispielsweise durch induktive Ankopplung, durch eine Niederfrequenzleistung
oder Vorspannungsleistung, die Temperatur T, wobei die Temperatur
T im wesentlichen durch die Temperatur des Halbleiterbauelements 100 definiert ist.
Die Plasmaatmosphäre 114 kann
in einer beliebigen geeigneten CVD-Anlage erzeugt werden, wie sie gegenwärtig verfügbar ist,
die es ermöglicht,
im Wesentlichen gleichförmige
Prozessbedingungen über zumindest
ein Substrat hinweg bereitzustellen, dass das Halbleiterbauelement 100 trägt. In einer
speziellen Ausführungsform
kann ein CVD-System verwendet werden, das kommerziell erhältlich ist.
Die Plasmaatmosphäre 114 wird
durch Zufuhr von Hochfrequenzleistung beispielsweise mit einer Sequenz
im Bereich von 13 MHz bis 14 MHz erzeugt, da Frequenzen in diesem
Bereich vorzugsweise in industriellen Anwendungen genutzt werden.
Es sollte jedoch betont werden, dass andere Frequenzen im Bereich von
einigen MHz bis einigen zig MHz ebenso anwendbar sind, solange eine
moderat hohe Effizienz zum Erzeugen von Elektronen und ionisierten
Teilchen erreicht wird. Im Gegensatz zu konventionellen Lösungen wird
die Niederfrequenzleistung, d. h. die Vorspannungsleistung, die
in einem Frequenzbereich von ungefähr 0 bis einige KHz bereitgestellt wird
und der Plasmaatmosphäre
zugeführt
wird, auf einem sehr geringen Pegel gehalten, oder wird abgeschaltet,
um die kinetische Energie der ionisierten Teilchen, die an der Oberfläche des
Halbleiterbauelements 100 während des Abscheideprozesses
eintreffen, deutlich zu verringern. Auf diese Weise wird die Struktur
der Abstandsschicht 112, die während des Abscheidens mittels
der Plasmaatmosphäre 114 gebildet
wird, so geschaffen, dass sie eine reduzierte Dichte aufweist, so
dass der Abstandsschicht 112 eine Zugspannung verliehen
wird, im Gegensatz zu der Druckspannung, die in konventionellen
Abscheidetechniken erzeugt wird. In einer speziellen Ausführungsform
werden Silan (SiH4), Ammoniak (NH3) und Stickstoff (N2)
als Vorstufenmaterialien für
eine Siliziumnitridschicht verwendet, wobei das Verhältnis dieser
Vorstufenmaterialien so eingestellt wird, um die zuvor spezifizierten
optischen Eigenschaften und das gewünschte stöchiometrische Verhältnis zu
erreichen. Beispielsweise wird für
die oben genannte PECVD-Anlage (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)
das gewünschte
stöchiometrische
Verhältnis
der Abstandsschicht 112, d. h. das Verhältnis von Silizium, Stickstoff
und Wasserstoff, erhalten, indem die Durchflussrate dieser Gase
auf ungefähr 375 ± 37 sccm
(Standardkubikzentimeter/Minute) für Silan, ungefähr 3000 ± 300 sccm
für Ammoniak
und ungefähr
2800 ± 280
sccm für
Stickstoff eingestellt werden. Die der Plasmaatmosphäre 114 zugeführte Hochfrequenzleistung
wird innerhalb eines Bereiches von ungefähr 300 bis 400 Watt eingestellt,
wobei die Niederfrequenzleistung zwischen ungefähr 0 und 50 Watt, abhängig von
dem gewünschten
Grad an Zugspannung, eingestellt wird. Der Druck der Plasmaatmosphäre 114 wird
auf ungefähr
1.2 bis 2.2 Torr eingestellt, während
die Temperatur in einem Bereich von ungefähr 350 bis 450°C eingestellt
wird. Mit diesen Abscheideparametern wird eine Abscheiderate von
ungefähr
390 Angstrom bzw. 39 nm pro Minute erreicht.
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Es
sollte beachtet werden, dass die oben spezifizierten Parameterwerte
gut auf eine beliebige andere Abscheideanlage mit einer unterschiedlichen Kammergeometrie
auf der Grundlage der Lehre dieser Anmeldung übertragen werden kann. Beispielsweise
kann auf der Grundlage der Erkenntnis, dass die Spannungseigenschaften
der Abstandsschicht 112 deutlich von der Vorspannung bzw.
Beschleunigungsspannung abhängen,
die an die reaktiven Stoffe, die sich auf der Oberfläche des
Substrats 101 ablagern, angelegt wird, können in
einfacher Weise geeignete Parameterwerte für den Druck, die Hochfrequenzleistung,
die Temperatur und dergleichen auf der Grundlage eines oder mehrerer
Testläufe
ermittelt werden.
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1c zeigt
das Halbleiterbauelement 100 mit Abstandselementen 112a,
die einen oberen Seitenwandbereich der Beschichtung 109 freilassen, was
vorteilhaft sein kann bei der Herstellung größerer Metallsilizidgebiete
in der Gateelektrode 105 in einem späteren Herstellungsschritt.
Das Abstandselement 112a kann entsprechend dem konventionellen Prozessablauf
hergestellt werden, d. h. durch selektives anisotropes Ätzen des
Siliziumnitrids der Abstandsschicht 112, wobei die Beschichtung 109 als eine Ätzstoppschicht
benutzt wird. Während
des anisotropen Ätzprozesses
bestimmt die Größe der Nachätzzeit im
Wesentlichen die Größe des freigelegten
Seitenwandbereichs der Gateelektrode 105. Auf Grund der
Zuspannung der Abstandsschicht 112 besitzen auch die Abstandselemente 112a die
Zugspannung 113, die – zumindest
in einem gewissen Maße – auf das
Kanalgebiet 103 insbesondere in Bereichen benachbart zu
den Seitenwänden
der Gateelektrode 105 übertragen
werden kann. Wie zuvor erläutert
ist, kann die Zugspannung 113 zu einer verbesserten Elektronenmobilität führen und
kann ebenso ein verbessertes Diffusionsverhalten von Dotierstoffen
bewirken, die in das Gebiet 102 implantiert sind, wobei
die Abstandselemente 112 als Implantationsmaske dienen.
Somit kann die Dotierstoffaktivierung in einem nachfolgenden Ausheizprozess
deutlich effizienter sein und kann trotz der erhöhten Diffusionsaktivität zu einem
reduzierten Überlappbereich des
Erweiterungsgebiets 111 mit der Gateelektrode 105 führen, wodurch
die Miller-Kapazität
des Halbleiterbauelements 100 verkleinert wird. Ferner
kann die Druckspannung, die auf das Kanalgebiet 103 durch die
Grabenisolationsstrukturen 104 ausgeübt werden kann, kompensiert
oder verringert werden durch die Zugspannung 113, die durch
die Abstandselemente 112a geschaffen wird. Als Folge davon
kann das Transistorleistungsverhalten von N-Transistoren deutlich
verbessert werden, indem die Abstandselemente 112a mit
der Zugspannung 113 bereitgestellt werden.
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1d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einem fortgeschrittenen
Herstellungsstadium, wenn das laterale Dotierstoffprofil von Drain-
und Sourcegebieten, die noch herzustellen sind, einen weiteren Implantationsprozess
mit einem zusätzlichen
Abstandselement erfordern. Daher umfasst das Halbleiterbauelement 100 eine
zusätzliche Oxidbeschichtung 119,
die alle freigelegten Oberflächen
abdeckt. Ferner ist eine weitere Abstandsschicht 122, die
Siliziumnitrid aufweist und ähnliche Spannungsbedingungen,
wie die Abstandsschicht 112 (siehe 1b) zeigt, über dem
Substrat 101 gebildet, wobei der Be trag der Zugspannung
eingestellt werden kann, indem die Abscheideparameter in der Plasmaatmosphäre 114 entsprechend
ausgewertet werden, wenn diese für
die Herstellung der Abstandsschicht 122 verwendet wird.
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1e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100, wobei zweite
Siliziumnitridabstandselemente 122a aus der Abstandsschicht 122 gebildet sind.
Ferner sind Drain- und Sourcegebiete in der Schicht 102 mit
den Erweiterungsgebieten 111 und tief implantierten Gebieten 111a, 111b gebildet,
die mittels der Abstandselemente 112a bzw. 122a hergestellt
sind. Ferner sind Oberflächenbereiche
eines oberen Gebiets der Gateelektrode 105 freigelegt.
Die Strukturierung des Abstandselements 122a kann in ähnlicher
Weise bewerkstelligt werden, wie dies zuvor mit Bezug zu den Abstandselementen 112a beschrieben
ist.
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Auf
Grund der Abstandselemente 112a und 122a, die
jeweils einen spezifizierten Anteil an Zugspannung aufweisen, wird
eine kombinierte Zugspannung 113a erzeugt, die, wie zuvor
erläutert
ist, deutlich das elektrische Verhalten des Halbleiterbauelements 100 nach
Fertigstellung verbessern kann. Es sollte beachtet werden, dass
das Herstellen der Abstandselemente mit Zugspannung nicht auf die Prozesslösung mit
drei Abstandselementen beschränkt
ist, die in den 1a bis 1e gezeigt
ist, sondern auch in eine beliebige Herstellungssequenz implementiert
werden kann, unabhängig
davon, ob zwei oder vier oder mehr Abstandselemente erforderlich
sind, um die Dotierstoffkonzentration in den Drain- und Sourcegebieten
geeignet bereitzustellen.
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2 zeigt
schematisch eine Prozesssequenz 200 zur Herstellung eines
Transistorelements mit Abstandselementen mit Zugspannung, etwa das Bauteils 100.
Die Prozesssequenz kann Prozessanlagen einschließlich von Messinstrumenten
beinhalten, die zur Herstellung der Abstandselemente entsprechend
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Eine Abscheideanlage 210,
etwa die zuvor spezifizierte kommerzielle Anlage wird bereitgestellt und
wird mit den oben spezifizierten Prozessparameterwerten betrieben,
um die Herstellung einer Abstandsschicht mit inhärenter Zugspannung zu ermöglichen.
In Prozessrichtung der Abscheideanlage 210 nachgeordnet
ist eine Ätzanlage 220 vorgesehen,
die ausgebildet ist, die Abstandsschichten anisotrop zu ätzen, um
damit Abstandselemente mit inhärenter
Zugspannung herzustellen. Der Ätzanlage 220 nachgeordnet
ist eine Messanlage 240, die ausgebildet ist, Messdaten
hinsichtlich des elektrischen Verhaltens eines Transistorelements
mit den Abstandselementen mit der inhärenten Zug spannung zu ermitteln.
Der Einfachheit halber sind Prozessanlagen vor oder nach der Abscheideanlage 210 und der Ätzanlage 220 zum
Ausführen
von Prozessen, die zur Fertigstellung der Transistorelemente erforderlich
sind, in 2 nicht gezeigt. Ferner können zusätzliche
Messanlagen, etwa eine Anlage 220, an gewissen Stellen
der Prozesssequenz 200 vorgesehen sein. Z. B. kann die
Messanlage 230 in Bezug auf den Prozessablauf zwischen
der Abscheideanlage 210 und der Ätzanlage 220 angeordnet
sein, um die Spannungsbedingung der Abstandsschicht in der abgeschiedenen
Form zu bewerten. Die Messanlage 230 kann optische Instrumente
aufweisen, die ausgebildet sind, den Betrag der Spannung in einer
Materialschicht durch beispielsweise Raman-Spektroskopie zu bestimmen.
In anderen Ausführungsformen kann
die Messanlage 230 optische und/oder mechanische Instrumente
aufweisen, die so gestaltet sind, um eine Krümmung eines Substrats zu bestimmen, wobei
die Krümmung
mit der Spannung in Beziehung steht, die durch ein auf das Substrat
abgeschiedenes Material erzeugt wird. In noch anderen Ausführungsformen
kann die Messanlage 230 ein Rasterelektronenmikroskop aufweisen,
um die inhärenten
Spannungseigenschaften der Abstandsschicht zu bestimmen. In einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
Messdaten, die von der Messanlage 240 erhalten werden und
die das elektrische Verhalten kennzeichnen, mit entsprechenden Messergebnissen
korreliert werden, die von der Messanlage 230 gewonnen
werden, um die momentan benutzte Parametereinstellung der Abscheideanlage 210 zu
beurteilen. D. h., das elektrische Verhalten einer Vielzahl von
Bauteilen, die auf einer Vielzahl von Substraten gebildet sind,
kann bestimmt werden und kann spezifizierten Abscheidebedingungen
zugeordnet werden, wie sie von der Messanlage 230 gekennzeichnet sind.
Eine entsprechende Zuordnung kann für eine Vielzahl unterschiedlicher
Abscheideparameter, beispielsweise für unterschiedliche Einstellungen
der der Plasmaatmosphäre
in der Abscheideanlage 210 zugeführten Niederfrequenzleistung,
ermittelt werden, um damit eine Abhängigkeit zwischen dem elektrischen
Verhalten und einem oder mehreren Prozessparametern zu gewinnen,
die für
das Erzeugen der inhärenten
Zugspannung in Abstandselementen relevant sind. Es sollte beachtet
werden, dass die Daten hinsichtlich des elektrischen Verhaltens
nicht notwendigerweise von Produktsubstraten gewonnen werden müssen, sondern
dass diese auch mittels speziell gestalteter Teststrukturen und
dergleichen gewonnen werden können.
Während
der eigentlichen Herstellungssequenz 200 werden Daten über das
elektrische Verhalten mit einer deutlichen Verzögerung in Hinblick auf den
Abscheideprozess in der Anlage 210 erhalten, so dass eine
entsprechende Rückkopplungsschleife,
die durch 241 bezeichnet ist, unter Umständen nur
für Langzeitfluktuationen
wirksam sein kann, aber nicht die Möglichkeit bieten kann, um auf
Prozessfluktuationen auf der Grundlage einer einzelnen Scheibe oder
eines Scheibenloses zu reagieren. Somit kann auf der Grundlage der zuvor
etablierten Korrelation zwischen den Daten für das elektrische Verhalten
und den Messdaten, wie sie von der Messanlage 230 ermittelt
werden, eine entsprechende schneller reagierende Rückkopplungsschleife 231 errichtet
werden, da die Messanlage 230, wenn sie in Form eines optischen
und/oder mechanischen Messinstruments vorgesehen ist, Messerergebnisse
selbst auf Basis einer einzelnen Scheibe bereitstellen kann, wodurch
ein unmittelbares Neujustieren eines oder mehrerer Prozessparameter
ermöglicht
wird, die die inhärente
Zugspannung in der Abstandsschicht, die durch die Anlage 210 gebildet
wird, beeinflussen. In anderen Ausführungsformen kann die Korrelation
zwischen den Daten über
das elektrische Verhalten und den Messdaten der Anlage 230 ständig oder
regelmäßig aktualisiert
werden, indem das elektrische Verhalten von Produktsubstraten gemessen
wird, um damit die Robustheit des Steuerungsprozesses zu verbessern. Ferner
kann die Korrelation benutzt werden, um die Effizienz der gesamten
Prozesssequenz 200 zu überwachen,
um eine Fluktuation, die nicht von dem plasmaunterstützen Abscheideprozess
in der Anlage 210 bewirkt wird, zu erkennen, wenn die Daten über das
elektrische Verhalten eine Korrektur des mindestens einen Prozessparameters,
der die inhärente Zugspannung
steuert, erfordert, die außerhalb
eines zulässigen
spezifizierten Bereiches liegt. Wenn beispielsweise ein zulässiger Justierbereich
von z. B. der der Plasmaatmosphäre
in der Anlage 210 zugeführten
Niederfrequenzleistung auf 0 bis 10 Watt festgelegt ist, das einer
inhärenten
Zugspannung in der Abstandsschicht von ungefähr 650 bis 550 MPa entsprechen
kann, und wenn die Daten über
das elektrische Verhalten, die von der Anlage 240 gesammelt werden, – nach einer
gewissen Zeitspanne des Herstellungsprozesses – einen Wert für die Niederfrequenzleistung
erfordern, der außerhalb
des spezifizierten Bereiches liegt, kann eine beträchtliche
Fluktuation in einem anderen Prozess der Sequenz 200 aufgetreten
sein und kann einem Bediener oder einem Fabrikmanagementsystem angezeigt
werden. Dabei können
die von der Messanlage 230 bereitgestellten Messdaten es
ermöglichen,
den Grad abzuschätzen,
mit dem die Abscheideanlage 210 zu dieser Prozessfluktuation
beigetragen hat. Somit kann die Prozessstabilität verbessert werden, wobei gleichzeitig
das Bauteilverhalten verbessert wird auf Grund des plasmaunterstützten Abscheideprozesses,
der die Ausbildung von Abstandselementen mit einer einstellbaren
inhärenten
Zugspannung ermöglicht.
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Mit
Bezug zu den 3a bis 3f werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben,
wobei Abstandselemente mit unterschiedlichen Spannungseigenschaften
an unterschiedlichen Transistorelementen hergestellt werden. Wie
zuvor dargelegt ist, können
unterschiedliche Transistorarten unterschiedliche Spannungseigenschaften
erfordern, um damit die Gesamtleistung einer integrierten Schaltung
zu erhöhen.
Die folgenden Ausführungsformen
richten sich an das selektive Erzeugen unterschiedlicher (mechanischen)
Spannung in Abstandselementen, ohne unnötig zur Prozesskomplexität beizutragen.
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3a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 300 mit
einem ersten Transistorelement 360 und einem zweiten Transistorelement 370,
die einen N-Kanaltransistor bzw. einen P-Kanaltransistor repräsentieren
können, oder
die zwei beliebige Transistorelemente auf einem Chip oder einem
Substrat repräsentieren
können,
die eine Ausbildung von Abstandselementen mit unterschiedlichen
Spannungseigenschaften erfordern. Das Bauelement 300 umfasst
ferner ein Substrat 301 mit einer darauf ausgebildeten
Halbleiterschicht 302 mit einer Isolationsstruktur 304,
die beispielsweise in Form einer Grabenisolationsstruktur vorgesehen
ist, und die die Transistorelemente 360 und 370 voneinander
trennt. Das Transistorelement 360 umfasst eine Gerätelektrode 305,
die von der Halbleiterschicht 302 durch eine Gateisolationsschicht 306 getrennt
ist. In ähnlicher
Weise umfasst das Transistorelement 370 eine Gateelektrode 315,
die von der Halbleiterschicht 302 durch eine entsprechende Gateisolationsschicht 316 getrennt
ist. Hinsichtlich der Abmessungen der Gateelektroden 305, 315,
und der Gateisolationsschichten 306, 316, sowie
deren Materialzusammensetzung gelten die gleichen Kriterien, wie
sie zuvor mit Bezug zu 1a dargelegt sind. Ferner kann
das Halbleiterbauelement 300 epitaktisch gewachsene Halbleitergebiete 310 und
entsprechende Erweiterungsgebiete 311 aufweisen, wobei
die Art der Dotierstoffe und die Dotierstoffkonzentration in den
Gebieten 311 für
die Transistoren 360 und 370 unterschiedlich sein
kann. Eine Oxidbeschichtung 309, gefolgt von einer Abstandsschicht 312,
die aus Siliziumnitrid aufgebaut ist, ist über dem Substrat 301 und
den Gateelektroden 305, 315 gebildet. Schließlich ist
eine Opferschicht 350, die beispielsweise aus Siliziumdioxid
aufgebaut ist, so gebildet, um vollständig die Transistorelemente 360, 370 abzudecken.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Bauelements 300,
wie es in 3a gezeigt ist, kann im Wesentlichen
die gleichen Prozesse enthalten, wie sie mit Bezug zu 1a beschrieben
sind, wobei insbesondere der plasmaunterstützte CVD-Prozess zur Bildung der
Abstandsschicht 312 entsprechend den Prozessparametern
durchgeführt werden
kann, wie sie zuvor spezifiziert sind. Des weiteren kann die Schicht 350 durch
plasmaunterstütztes
CVD gemäß gut etablierter
Prozessrezepte abgeschieden werden.
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3b zeigt
schematisch das Bauelement 300 in einem fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Eine Maskenschicht 351, die beispielsweise
aus Photolack aufgebaut ist, ist über dem Transistorelement 370 gebildet,
während
die Schicht 350 von dem Transistorelement 360 entfernt
ist. Das Abtragen der Schicht 350 über dem Transistor 360 kann
mittels einem selektiven anisotropen Ätzprozess erreicht werden,
wobei die Abstandsschicht 312 als eine Ätzstoppschicht dient, während die
Maskenschicht 351 das Ätzen
der Schicht 350 über
dem Transistorelement 370 verhindert oder zumindest verlangsamt. Die
Maskenschicht 351 kann in Übereinstimmung mit gut etablierten
Photolithographietechniken gebildet werden, wie sie auch bei der
Herstellung von Implantationsmasken für ein selektives Dotieren von P-Transistoren
und N-Transistoren in dem CMOS-Prozessablauf verwendet werden. In
einer Ausführungsform
kann, wenn die Topographie der Schicht 350 als ungeeignet
für die
Ausbildung der Lackmaske 351 erachtet wird, ein CMP-Prozess (chemisch-mechanisches
Polieren) so ausgeführt werden,
um die Oberfläche
der Schicht 351 vor der Herstellung der Maskenschicht 351 einzuebnen. Nachfolgend
kann der freigelegte Bereich der Abstandsschicht 312 mittels
eines isotropen selektiven Ätzprozesses
entfernt werden, wobei die Oxidbeschichtung 109 als eine Ätzstoppschicht
dient.
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3c zeigt
schematisch das Bauelement 300 nach dem Entfernen der Abstandsschicht 312 und
der darunter liegenden Oxidbeschichtung 309 von dem Transistorelement 360.
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3d zeigt
schematisch das Bauelement 300 mit einer weiteren Oxidbeschichtung 319,
gefolgt von einer weiteren Abstandsschicht 322, die über dem
Transistorelement 360 und dem verbleibenden Bereich der
Schicht 350 gebildet sind. Während des Abscheidens der Abstandsschicht 322,
die aus Siliziumnitrid aufgebaut ist, können die Spannungseigenschaften
so eingestellt werden, um den Transistorelement 360 Rechnung
zu tragen. Wenn beispielsweise eine Zugspannung für den Transistor 360 erforderlich
ist, können
die Prozessparameter so gewählt werden,
wie dies mit Bezug zu der Abstandsschicht 112 und 122 in
den 1b bis 1e erläutert ist.
In anderen Ausführungsformen
kann eine Druckspannung als für
das Transistorelement 360 geeignet erachtet werden und
demzufolge kann ein konventionelles Abscheiderezept für die Herstellung
der Abstandsschicht 322 eingesetzt wer den. Es sollte weiter
beachtet werden, dass zusätzlich
zu der unterschiedlichen Auswahl der inhärenten Spannungseigenschaften
für das
Transistorelement 360 und 370 auch die Dicke der
Abstandsschichten 322 und 312 entsprechend den
Bauteilerfordernissen eingestellt werden kann, wodurch eine zusätzliche
Entwurfsflexibilität
beim lateralen Profilieren der entsprechenden Dotierstoffkonzentrationen
geboten wird.
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Nach
der Herstellung der Abstandsschicht 322 kann gemäß einer
Ausführungsform
die Topographie des Bauelements 300 eingeebnet werden, indem
ein Polymermaterial abgeschieden wird, um das Transistorelement 360 im
Wesentlichen auf ein Niveau aufzufüllen, das im Wesentlichen dem
Niveau des Transistors 370 entspricht. In anderen Ausführungsformen
kann das Bauteil 300, wie es in 3d gezeigt
ist, einem CMP-Prozess ohne eine vorhergehende Einstellung der Topographie
unterzogen werden.
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3e zeigt
schematisch das Bauelement 300 nach Abschluss des CMP-Prozesses,
in welchem die Abstandsschicht 312 von der oberen Oberfläche der
Schicht 350 entfernt wird. Wie in 3e dargestellt
ist, ist das Steuern des CMP-Prozesses nicht kritisch, da ein wesentlicher
Anteil der horizontalen Bereiche der Schichten 322 und 312 entfernt werden
kann, ohne dass der weitere Herstellungsprozess beeinflusst wird.
In anderen Ausführungsformen
kann der CMP-Prozess so durchgeführt
werden, dass lediglich die Schicht 322 auf der Schicht 350 zuverlässig entfernt
wird, wodurch ein wesentlicher Anteil der Schicht 350 über dem
Transistor 370 verbleibt. Unabhängig von der angewendeten Prozessstrategie
kann dann das verbleibende Material der Schicht 350 durch
einen selektiven Ätzprozess,
beispielsweise unter Anwendung von Fluorsäure entfernt werden. Danach
kann ein anisotroper Ätzprozess
aufgeführt
werden, um gemeinsam die Abstandsschichten 322, 312 zur
Herstellung entsprechender Abstandselemente zu strukturieren.
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3f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach Abschluss
des anisotropen Ätzprozesses
und nach Entfernung der Oxidbeschichtungen 309 und 319.
Somit weist die Gateelektrode 305 Abstandselemente 322a mit
einer Spannungseigenschaft 313a daran ausgebildet auf,
während
die Gateelektrode 315 Abstandselemente 312a daran ausgebildet
aufweist, die eine Spannungseigenschaft 313 besitzen, die
sich von der Spannungseigenschaft 313a unterscheidet. Ein
Restbereich 322b der Abstandsschicht 322, der
durch den anisotropen Ätzprozess
zur Ausbildung der Abstandselemente 322a, 312a erzeugt
wird, ist über
der Isolationsstruktur 304 angeordnet und beeinflusst im
Wesentlichen das Verhalten der Transistorelemente 360 und 370 nicht
negativ ebenso wenig wie den weiteren Herstellungsprozess. Der Herstellungsprozess
für das
Bauelement 300 kann dann mit der Ausbildung weiterer Abstandselemente
(nicht gezeigt) fortgesetzt werden, wobei die zuvor beschriebenen
Prozesse entsprechend wiederholt werden können, um die Transistorelemente 360, 370 in ähnlicher
Weise zu erhalten, wie dies in 1e beschrieben
ist.
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Wie
zuvor mit Bezug zu 1e dargestellt ist, kann das
Bauelement 300 in Übereinstimmung mit
einer beliebigen erforderlichen Prozessstrategie hergestellt werden,
d. h. ein oder mehrere Abstandselemente können für mindestens zwei unterschiedliche
Transistortypen gebildet werden, um damit das erforderliche laterale
Dotierstoffprofil zu erhalten. Ferner können Versatzabstandselemente,
wie sie beispielsweise in 1a beschrieben
sind, ebenso in dem Bauelement 300 verwendet werden. Des
weiteren kann auf die Steuerungsstrategie, die mit Bezug zu 2 beschrieben
ist, auch auf die Herstellungssequenz des Bauelements 300 angewendet werden,
da die inhärenten
Spannungseigenschaften der Abstandsschichten 312 und 322 separat
eingestellt werden können,
indem mindestens ein Abscheideparameter, etwa die Temperatur und/oder
der Druck und/oder die Niederfrequenzleistung der Plasmaatmosphäre während des
Abscheidens der Abstandsschichten 312 und 322 gesteuert
wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
(nicht gezeigt) kann die Maskenschicht 350 beispielsweise durch
eine Lackschicht gebildet werden, die so strukturiert wird, um das
Transistorelement 360 freizulegen. Danach wird die Abstandsschicht 312 entfernt, woran
sich das Abtragen der Lackschicht 350 anschließt. Als
nächstes
wird die zweite Abstandsschicht 322 mit einer spezifizierten
Spannungseigenschaft, beispielsweise mit Druckspannung, über dem ersten
und dem zweiten Transistorelement 360 und 370 abgeschieden,
wodurch ein Stapel aus den Schichten 312 und 322 über dem
zweiten Transistorelement 370 gebildet wird. Die Spannung
und die Dicke der ersten Abstandsschicht 312 können so
eingestellt werden, um in Kombination mit der zweiten Abstandsschicht 322 eine
gewünschte
Wirkung in Hinblick auf die Gesamtspannung und die Gesamtbreite
der Abstandselemente für
das zweite Transistorelement 370 zu erreichen. Somit kann
die Abstandselementsbreite individuell in dem ersten und dem zweiten
Transistorelement 360 und 370 angepasst werden,
indem die Dicke der ersten und der zweiten Abstandsschicht 312 und 322 entsprechend eingestellt
wird. Wenn beispielsweise das zweite Transistorelement 370 ein
Abstandselement mit Zugspannung mit einer Breite erhalten soll,
das eine Breite eines Abstandsele ments mit Druckspannung, das an
dem ersten Transistorelement 360 zu bilden ist, um 20% übertreffen
soll, kann die Dicke der Abstandsschicht 312 auf ungefähr 20% der
Dicke der Abstandsschicht 322 eingestellt werden. Die Zugspannung
in der Schicht 312 kann auf einen moderat hohen Wert, beispielsweise
900 MPa so eingestellt werden, um die deutlich geringere Druckspannung von
beispielsweise von ungefähr – 50 MPa
der Abstandsschicht 322 zu kompensieren. In einem gemeinsamen Ätzprozess
können
dann entsprechende Abstandselemente mit unterschiedlicher Spannung und
unterschiedlicher Breite dann in ähnlicher Weise hergestellt
werden, wie dies zuvor mit Bezug zu 3e und 3f beschrieben
ist.
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Es
gilt also: die vorliegende Erfindung stellt eine Abscheidetechnik
in einer Plasmaatmosphäre bereit,
die das Herstellen einer Abstandsschicht mit Zugspannung ermöglicht,
um damit entsprechende Abstandselemente zu strukturieren, die einer
Gateelektrode und/oder einem Kanalgebiet eines entsprechenden Transistorelements
ein erforderliches Maß an
Spannung verleihen. Die Abscheideparameter, die für eine Anlage
ermittelt wurden, können
auf eine beliebige geeignete PECVD-Anlage auf der Grundlage der
hierin beschriebenen Parameterwerte übertragen werden. Der Prozess
zur Herstellung von Abstandselementen mit Zugspannung, etwa in Form von
Siliziumnitridabstandselementen, verbessert deutlich das Bauteilverhalten
und kann vorteilhafterweise mit Steuerungsstrategien und Prozessflussmodifizierungen
kombiniert werden, wie sie zuvor beschrieben sind, wodurch das Leistungsverhalten
und die Produktionsausbeute noch weiter verbessert werden.