DE69412974T2 - Feldeffekttransistor mit Kontaktflächen - Google Patents

Feldeffekttransistor mit Kontaktflächen

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Feldeffekttransistoren und insbesondere das Gebiet solcher Transistoren, die Anschlußflächen aufweisen.
  • Stand der Technik
  • Mit zunehmender Komplexität von integrierten Schaltungen sind die einzelnen Bauelemente, wie zum Beispiel Feldeffekttransistoren, die die integrierten Schaltungen bilden, kleiner geworden und liegen in dichterem Abstand zueinander. Einfach nur die Bauelementeabmessungen zu verkleinern reichte nicht aus, um die erhöhte Komplexität der Schaltungen zu ermöglichen; es waren außerdem neue Verarbeitungstechniken und innovative Bauelemente erforderlich.
  • Ein Beispiel verdeutlicht diesen Sachverhalt. Die Source- und Drain-Bereiche eines Feldeffekttransistors müssen separat elektrisch kontaktiert werden. Dies erfolgt häufig durch Ablagern einer dielektrischen Schicht über dem Transistor, Strukturieren der dielektrischen Schicht zur Ausbildung von Fenstern, die Teile der Source-/Drain-Bereiche freilegen, und anschließendes Ablagern eines Metalls in dem Fenster. Um jedoch die durch das Bauelement eingenommene Substratfläche zu minimieren, sollten die Source- und Drain-Bereiche klein sein. Durch kurze Kanallängen, die durch die Gatebreite bestimmt werden, wird den Fenstern ein minimaler Trennungsabstand auferlegt, d. h. die Fenster müssen relativ klein sein und dicht beieinander liegen, eine Fehlausrichtung der Fenster in Bezug auf die Source-/Drain-Bereiche darf jedoch nicht dazu führen, daß ein Fenster Teile sowohl eines Source- als auch eines Drain-Bereiches freilegt.
  • Die US-Patente 4 844 776 und 4 922 311 für K.-H. Lee, C.-Y. Lu und D. Yaney beschreiben einen innovativen Entwurf, der die für die Fenster erforderliche Ausrichtungsgenauigkeit vermindert. Diese Patente beschreiben sowohl ein Bauelement als auch ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements, das ein Feldeffekttransistor mit gefaltetem erweitertem Fenster genannt wird und gewöhnlich mit der Abkürzung FEWMOS bezeichnet wird. In einer beispielhaften Ausführungsform wird nach Bildung von Transistorelementen und auch einer isolierenden Schicht über der Gate-Elektrode eine Schicht aus einem leitenden Material, wie zum Beispiel TiN, unstrukturiert über allem abgelagert. Natürlich könnte auch WSi&sub2; verwendet werden. Das leitende Material wird strukturiert, um Fensterflächen zu bilden, die mindestens Teile der Source-/Drain-Bereiche überdecken. Die Fensterflächen können größer als die Source-/Drain- Bereiche sein, solange sie sich nicht über der Gate- Elektrode kontaktieren; sie können sich außerdem auf die Feldoxidbereiche neben den Source-/Drain-Bereichen erstrecken. Die verbesserte Toleranz der Fenster- Fehlausrichtung wird erzielt, weil die Fenster Teile der Fensterflächen freilegen müssen, die größer als die Source-/Drain-Bereiche sind. Darüber hinaus können die Fensterflächen als Ätzstoppschichten wirken und dadurch das Einätzen in Source-/Drain-Bereiche verhindern, wenn die Fenster in dem Dielektrikum geätzt werden.
  • Ein wichtiger Transistor-Entwurfsparameter bei der Transistorherstellung ist der Flächeninhalt des Source-/Drain-Bereichs, weil die Sperrschichtkapazität proportional zu dieser Fläche ist. Die Sperrschichtkapazität ist ein wichtiger Parameter bei der Bestimmung der Betriebsfrequenz des Bauelements. Ein Transistor, der Fensterflächen einsetzt und dadurch die wünschenswerten Merkmale von FEWMOS aufweist und außerdem die Source-/Drain-Fläche und somit die Sperrschichtkapazität minimiert, ist wünschenswert.
  • Die US-A-5017515 offenbart einen Prozeß, bei dem eine erste Schicht aus Fotoresist gebildet und strukturiert wird, um erste Linien aus Fotoresist zu bilden, die im wesentlichen minimale lithographische Breiten aufweisen, erste Elemente zwischen den ersten Linien aus Fotoresist ausgebildet werden, das Fotoresist entfernt wird, auf jeder Seitenkante der ersten Elemente ein Seitenwandglied ausgebildet wird, über der Struktur eine zweite Schicht ausgebildet wird und geätzt wird, um die ersten Elemente und die zweiten Elemente an den Seitenwänden elektrisch zu isolieren. Als Alternative wird die Struktur nach der Ausbildung von Seitenwandglied auf jeder Seite der ersten Elemente mit einer weiteren Schicht aus Fotoresist beschichtet. Die Schicht aus Fotoresist wird strukturiert, um zweite Fotoresistlinien zu bilden, die abwechselnde Seitenwandglieder bedecken. Die freigelegten Seitenwandglieder werden entfernt. Zwischen den zweiten Fotoresistlinien werden Streifen ausgebildet. Nach der Entfernung der zweiten Fotoresistlinien wird die Struktur wie zuvor geätzt. In dieser Ausführungsform werden jedoch laterale Erweiterungen der ersten Elemente ausgebildet. Die kombinierten Elemente werden durch die übrigen Seitenwandglieder getrennt.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Bevorzugte Formen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Feldeffekttransistor mit einer Anschlußfläche hergestellt, indem die Source- /Drain-Bereiche und die Gate-Elektrode der Feldeffekttransistoren ausgebildet und eine leitende Anschlußflächenschicht und eine dielektrische Schicht abgelagert werden. Danach wird eine Schicht aus Resist ausgebildet und strukturiert, um ausgewählte Teile der dielektrischen Schicht freizulegen, die dann entfernt werden. Die strukturierte dielektrische Schicht wird als eine Ätzmaske verwendet, um die Fensterflächenschicht zu strukturieren. Die Bauelementeherstellung wird dann abgeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden auf der strukturierten dielektrischen Schicht vor dem Ätzen dielektrische Abstandsschichten ausgebildet. Die strukturierte dielektrische Schicht mit Abstandsschichten wirkt als eine Oxid-Festmaske für das Ätzen. Die dielektrische Schicht muß nicht unbedingt vor der weiteren Verarbeitung entfernt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1-4 sind Schnittansichten eines Teils eines Feldeffekttransistors in verschiedenen Herstellungsphasen gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Klarheit halber sind die abgebildeten Elemente nicht maßstabsgetreu gezeigt.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben. Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Feldeffekttransistors mit einem Substrat 1, Source-/Drain-Bereichen 3, einer Gate-Elektrode 5, den Feldoxidbereichen 7, der Anschlußflächenschicht 9, der dielektrischen Schicht 11 und der strukturierten Fotoresistschicht 13. Das strukturierte Fotoresist 13 legt Teile der dielektrischen Schicht 11 frei, die die Teile der Anschlußflächenschicht 9 bedecken, die später entfernt werden. Die Gate-Elektrode 5 besitzt ein Gate-Oxid 51, die leitende Schicht 53, die isolierende obere Schicht 55 und dielektrische Seitenwände 57.
  • Die abgebildete Struktur kann von Fachleuten ohne weiteres unter Verwendung wohlbekannter Materialien und Verfahren ausgebildet werden. Der Feldeffekttransistor kann von Fachleuten ohne weiteres hergestellt werden. Das Substrat 1 besteht typischerweise aus Silizium, und die leitende Schicht 53 in der Gate-Elektrode typischerweise aus Polysilizium. Die Gate-Elektrode kann durch herkömmliche Ablagerungs- und Strukturierungsverfahren ausgebildet werden. Die dielektrische Schicht 11, die isolierende obere Schicht 55 und die isolierenden Seitenwände bestehen typischerweise aus Siliziumoxiden. Die Source-/Drain-Bereiche werden durch Ionenimplantation eines beliebigen der wohlbekannten Dotierungsstoffe ausgebildet, wobei natürlich berücksichtigt werden muß, ob ein n- oder ein p-Kanal- Transistor hergestellt wird. Die Anschlußflächenschicht wird durch ein leitendes Material wie zum Beispiel leitendes Nitrid oder Silizid gebildet. Zum Beispiel können Titannitrid (TiN) und Wolframsilizid (WSi&sub2;) gewählt werden.
  • Es können auch andere Materialien verwendet werden; es muß an die richtigen Kenngrößen, wie zum Beispiel Ätzkenngrößen gedacht werden. Das Resist ist typischerweise ein handelsübliches Resist, wobei natürlich die Empfindlichkeit des Resists für die bei der lithographischen Strukturierung eingesetzte Strahlung berücksichtigt werden muß. Es können herkömmliche lithographische Strukturierungsverfahren verwendet werden. Die abgebildete Struktur wird somit unter Verwendung wohlbekannter und herkömmlicher Verarbeitungsschritte ausgebildet.
  • Das strukturierte Resist 13 wird nun als eine Ätzmaske verwendet, und die freigelegten Teile der dielektrischen Schicht 11 werden entfernt, wodurch Teile der Anschlußflächenschicht 9 freigelegt werden. Das Resist wird nun unter Verwendung herkömmlicher Verfahren entfernt. Wenn eine sublithographische Beabstandung zwischen den Teilen der Anschlußflächenschicht gewünscht wird, die sich über die Gate-Elektrode erstrecken, dann kann eine dielektrische Schicht abgelagert und zurückgeätzt werden, um die dielektrischen Abstandsschichten 15 wie in Fig. 2 gezeigt zurückzulassen. Als dielektrisches Material wird zweckmäßig ein Oxid verwendet. Es können natürlich auch andere Verfahren verwendet werden, um die dielektrischen Abstandsschichten auszubilden. Das strukturierte Dielektrikum 11 mit den Abstandsschichten 15 wird als eine Ätzmaske für das Ätzen und Entfernen der freigelegten Teile der Anschlußflächenschicht 9 verwendet. Fachleute werden ohne weiteres Trockenätzungen mit der gewünschten Selektivität zwischen dielektrischen und Anschlußflächenschichten auswählen. Die resultierende Struktur ist in Fig. 3 abgebildet.
  • Die übrige dielektrische Schicht kann gegebenenfalls entfernt werden; typischerweise wird jedoch eine weitere dielektrische Schicht 17 abgelagert und strukturiert, und deshalb besteht kein zwingender Anlaß, die dielektrische Schicht 11 an diesem Punkt in der Herstellungsabfolge zu entfernen.
  • Die im vorangehenden Absatz erwähnte dielektrische Schicht 17 wird nun abgelagert, und es wird eine Schicht aus Resist auf der dielektrischen Schicht 17 abgelagert. Das Resist wird dann strukturiert, um Öffnungen zu bilden, und die Öffnungen werden verwendet, um das Dielektrikum 17 zu strukturieren, um Fenster auszubilden, die ausgewählte Teile der dielektrischen Schicht 11 freilegen. Die freigelegten Teile der dielektrischen Schicht 11 befinden sich über Teilen der Fensterflächenschichten 9, die freigelegt werden, wenn die dielektrische Schicht 11 während der Strukturierung der Fenster 19 durch das Dielektrikum 17 hindurch geätzt wird. Die resultierende Struktur ist in Fig. 4 abgebildet. Die Bauelementeherstellung wird nun unter Verwendung herkömmlicher Verarbeitung abgeschlossen. Zum Beispiel wird Metall in den dielektrischen Fenstern abgelagert, die Teile der Fensterflächenschicht freilegen.
  • Der beschriebene Herstellungsprozeß kann relativ kleine Transistoren ergeben, was aus der nachfolgenden Besprechung offensichtlich wird. Es sei h der Abstand zwischen der Seitenwand-Abstandsschicht auf der Gate-Elektrode und dem Feldoxid. Dieser Abstand kann nun auf eine Nesting-Toleranz plus die gewünschte minimale Kontaktbreite verringert werden. Die Kanalbreite steht senkrecht zu den Figuren und ist verglichen mit dem Abstand zwischen der Gate-Elektrode und dem Feldoxid groß. Die minimale Kontaktierungsbreite kann als Beispiel 0,1 um betragen. Wenn eine Nesting-Toleranz 0,15 um ist, dann beträgt der Abstand h nur 0,25 um. Herkömmliche Entwürfe könnten dagegen bei einem 0,5-um-Kontaktfenster und Abständen von 0,25 um zwischen dem Kontaktfenster und dem Feldoxid und dem Kontaktfenster und der Gate- Abstandsschicht für Zwecke eines geringen Sperrschicht- Leckstroms bzw. Transistorleistung einen Abstand h von sogar 1,0 um aufweisen.
  • Wenn der lithographisch definierte Abstand zwischen Teilen der Anschlußflächerischicht ausreicht, dann kann die Ausbildung der Abstandsschicht weggelassen werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit den folgenden Schritten:
Ausbilden der Source/Drain-Bereiche (3) und der Gate-Elektrode (5) des besagten Feldeffekttransistors zwischen Feldoxidbereichen (7);
Ablagern einer leitenden Anschlußflächenschicht (9), die ein leitendes Nitrid umfaßt; und
Strukturieren der Anschlußflächenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Strukturieren folgendes umfaßt:
Ablagern einer dielektrischen Schicht (11);
Ablagern einer Schicht aus Resist (13);
Strukturieren des besagten Resists zur Freilegung ausgewählter Teile der besagten dielektrischen Schicht über der besagten Gate-Elektrode und den besagten Feldoxidbereichen;
Entfernen der besagten freigelegten Teile der besagten dielektrischen Schicht zur Freilegung von Teilen der besagten leitenden Anschlußflächenschicht; und
Verwenden der besagten dielektrischen Schicht als eine Ätzmaske zur Strukturierung der besagten leitenden Anschlußflächenschicht über mindestens Teilen der besagten Source/Drain-Bereiche.
2. Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit den folgenden Schritten:
Ausbilden der Source/Drain-Bereiche (3) und der Gate-Elektrode (5) des besagten Feldeffekttransistors zwischen Feldoxidbereichen (7);
Ablagern einer leitenden Anschlußflächenschicht (9); und
Strukturieren der Anschlußflächenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Strukturieren folgendes umfaßt:
Ablagern einer dielektrischen Schicht (11);
Ablagern einer Schicht aus Resist (13);
Strukturieren des besagten Resists zur Freilegung ausgewählter Teile der besagten dielektrischen Schicht über der besagten Gate-Elektrode und den besagten Feldoxidbereichen;
Entfernen der besagten freigelegten Teile der besagten dielektrischen Schicht zur Freilegung von Teilen der besagten leitenden Anschlußflächenschicht;
Ausbilden dielektrischer Abstandsschichten (15) auf der besagten strukturierten dielektrischen Schicht; und
Verwenden der besagten dielektrischen Schicht mit dielektrischen Abstandsschichten als eine Ätzmaske zur Strukturierung der besagten leitenden Anschlußflächenschicht über mindestens Teilen der besagten Source/Drain-Bereiche.
3. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die besagte leitende Anschlußflächenschicht ein leitendes Nitrid umfaßt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, wobei das besagte leitende Nitrid im wesentlichen aus Titannitrid besteht.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der besagte Ausbildungsschritt die Schritte des Ablagerns einer dielektrischen Schicht und des Zurückätzens zur Ausbildung der besagten Abstandsschichten umfaßt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin mit den Schritten des Ablagerns einer dielektrischen Schicht (17) über der besagten strukturierten leitenden Anschlußflächenschicht, und des Strukturierens der besagten dielektrischen Schicht zur Ausbildung von Fenstern, die Teile der besagten strukturierten dielektrischen Schicht freilegen; und
des Freilegens von Teilen der besagten leitenden Anschlußflächenschicht unter Verwendung der besagten dielektrischen Schicht als Ätzmaske.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit dem weiteren Schritt des Ablagerns von Metall in dem besagten Fenster.
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