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Gebiet der
vorliegenden Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung unterschiedlicher
Transistorarten, etwa SOI-artige
Transistoren in Form vollständig
oder teilweise verarmter Transistoren, die in und auf einer dünnen Halbleiteschicht
ausgebildet sind und verformte Kanalgebiete aufweisen, indem eine
eingebettete Verformungsschicht verwendet wird, um die Ladungsträgerbeweglichkeit
in dem Kanalgebiet zu erhöhen.
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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 vorgegebenen Chipfläche gemäß einer
spezifizierten Schaltungsanordnung. Im Allgemeinen werden viele
Prozesstechnologien gegenwärtig
praktiziert, wobei für
komplexe Schaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips, und dergleichen,
die CMOS-Technologie gegenwärtig
der vielversprechendste Ansatz auf Grund der überlegenen Eigenschaften im
Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder die Leistungsaufnahme und/oder
die Kosteneffizienz ist. Während
der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung
der CMOS-Technologie
werden Millionen von Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren
auf einem Substrat mit einer kristallinen Halbleiterschicht hergestellt.
Ein MOS-Transistor enthält,
unabhängig
davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte
PN-Übergänge, die
durch eine Grenzfläche
stark dotierter Drain- und Source-Gebiete mit einem invers dotierten
Kanalgebiet gebildet werden, das zwischen dem Draingebiet und dem
Sourcegebiet angeordnet ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d.
h. die Größe des Durchlassstroms
des leitenden Kanals, wird durch eine Gateelektrode gesteuert, die
in der Nähe
des Kanalgebiets 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 Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger und – für eine vorgegeben
Ausdehnung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem Abstand zwischen
dem Source- und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet
wird. Somit bestimmt in Verbindung mit der Fähigkeit, schnell einen leitenden
Kanal unter der isolierenden Schicht beim Anlegen der Steuerspannung
an die Gateelektrode zu erzeugen, die Gesamtleitfähigkeit
des Kanalgebiets im Wesentlichen das Leistungsverhalten der MOS-Transistoren.
Somit wird auf Grund der Kanallängenverringerung – und damit
verknüpft
der Verringerung des Kanalwiderstands – die Kanallänge zu einem
wesentlichen Entwurfskriterium, um eine Zunahme der Arbeitsgeschwindigkeit
zur integrierten Schaltungen zu erreichen.
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Die
zunehmende Reduzierung der Transistorabmessungen zieht jedoch eine
Reihe damit verknüpfter
Probleme nach sich, die es zu lösen
gilt, um nicht ungewollt die Vorteile aufzuheben, die durch das
ständige
Reduzieren der Kanallänge
von MOS-Transistoren
erreicht werden. Ein wesentliches Problem in dieser Hinsicht ist
die Entwicklung verbesserter Photolithographie- und Ätzstrategien,
um zuverlässig
und reproduzierbar Schaltungselemente mit kritischen Abmessungen,
etwa die Gateelektrode der Transistoren, für jede neue Schaltungsgeneration zu
schaffen. Ferner sind äußerst anspruchsvolle
Dotierstoffprofile in vertikaler Richtung sowie in lateraler Richtung
in den Drain- und Sourcegebieten erforderlich, um für den geringen
Schichtwiderstand und Kontaktwiderstand in Verbindung mit einer
gewünschten Kanalsteuerbarkeit
zu sorgen.
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Die
ständige
Größenreduzierung
der kritischen Abmessungen, d.h. der Gatelänge der Transistoren, erfordert
die Anpassung und möglicherweise
die Neuentwicklung äußerst komplexer
Prozesstechniken im Hinblick auf die zuvor genannten Prozessschritte.
Es wurde vorgeschlagen, die Kanalleitfähigkeit der Transistorelemente
durch Erhöhen
der Ladungsträgerbeweglichkeit
in dem Kanalgebiet bei gegebener Kanallänge zu erhöhen, um damit die Möglichkeit
zu schaffen, eine Leistungssteigerung zu erreichen, die vergleichbar
ist mit dem Weiterschreiten zu einem nächsten Technologiestandard,
wobei viele der zuvor genannten Prozessanpassungen, die mit der
Bauteilgrößenreduzierung
verknüpft
sind, zu vermeiden oder zumindest zeitlich zu verschieben sind.
Ein effizienter Mechanismus zum Erhöhen der Ladungsträgerbeweglichkeit
ist die Modifizierung der Gitterstruktur in dem Kanalgebiet, beispielsweise durch
Erzeugen von Zugverspannung oder Druckverspannung in der Nähe des Kanalgebiets,
um eine entsprechende Verformung in dem Kanalgebiet zu erreichen,
die zu einer modifizierten Beweglichkeit für Elektronen bzw. Löcher führt. Beispielsweise
erhöht
das Erzeugen einer Zugverformung in dem Kanalgebiet die Beweglichkeit
von Elektronen, was sich wiederum direkt in einer entsprechenden
Erhöhung der
Leitfähigkeit
ausdrückt.
Andererseits kann eine Druckverformung in dem Kanalgebiet die Beweglichkeit
von Löchern
erhöhen,
wodurch die Möglichkeit zur
Verbesserung der Leistungsfähigkeit
von p-Transistoren geboten wird. Das Einführen einer Verspannungs- oder
Verformungstechnologie in die Fertigung integrierter Schaltungen
ist ein äußerst vielversprechender
Ansatz für
weitere Bauteilgenerationen, da beispielsweise verformtes Silizium
als eine „neue" Art an Halbleitermaterial
betrachtet werden kann, die die Herstellung schneller und leistungsfähiger Halbleiterbauelement
ermöglicht,
ohne dass teuere Halbleitermaterialien erforderlich sind, während viele
der gut etablierten Fertigungsverfahren weiterhin eingesetzt werden
können.
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Daher
wird in einigen Lösungen
eine externe Verspannung, die beispielsweise durch darüberliegende
Schichten, Abstandselemente und dergleichen hervorgerufen wird,
angewendet in dem Versuch, eine gewünschte Verformung in dem Kanalgebiet
hervorzurufen. Der Prozess des Erzeugens der Verformung in dem Kanalgebiet
durch Ausüben
einer spezifizierten externen Verspannung kann jedoch zu einer ineffizienten
Umwandlung der externen Verspannung in eine entsprechende Verformung
in dem Kanalgebiet führen.
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In
einer weiteren Vorgehensweise wird die Löcherbeweglichkeit von PMOS-Transistoren
erhöht, indem
eine verformte Silizium/Germaniumschicht in den Drain- und Source-Gebieten der Transistoren gebildet
wird, wobei die kompressiv verformten Drain- und Source-Gebiete
eine uniaxiale Verformung in dem benachbarten Siliziumkanalgebiet
hervorrufen. Dazu werden die Drain- und Source-Gebiete der PMOS-Transistoren
selektiv abgesenkt, während
die NMOS-Transistoren maskiert sind, und nachfolgend wird die Silizium/Germaniumschicht
selektiv in den PMOS-Transistoren durch epitaktisches Wachsen gebildet.
Somit sind komplexe Fertigungsschritte, etwa Ätzprozesse, die Herstellung
einer geeigneten Ätz-
und Wachstumsmaske und selektive epitaktische Wachstumsverfahren
in dem CMOS-Prozessablauf einzubinden. Jedoch kann unter Umständen für SOI-Transistoren,
die in sehr dünnen
Siliziumschichten mit einer Dicke von ungefähr 100 nm und deutlich weniger
hergestellt werden, diese Technik nicht zu der erwarteten Leistungssteigerung
führen,
wie dies für
SOI-Bauelemente der Fall ist, die weniger größenreduzierte aktive Siliziumschichten
besitzen oder in Vollsubstratbauelementen, da die Spannungsübertragung
im Wesentlichen auf das Kanalgebiet unter der Gateisolationsschicht beschränkt ist,
während
tieferliegende aktive Gebiete in dem dünnen SOI-Transistor nicht in
effizienter Weise verformt werden können, wodurch die Gesamteffizienz
des Verformungstechnologieprozesses verringert wird. Ferner kann
der Leistungszuwachs für Transistoren
unterschiedlicher Leitfähigkeitsart
zu einem noch komplexeren Prozessablauf führen, da die diversen Schritte
für die
Herstellung entsprechender Verformungsschichten separat für jede Transistorart auszuführen sind.
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Im
Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation besteht ein Bedarf
für eine
verbesserte Technik, die eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit
von PMOS-Transistoren und NMOS-Transistoren
auf der Grundlage verformter Schichten in effizienter Weise ermöglicht.
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Überblick über die
Erfindung
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die die Herstellung unterschiedlich verformter Halbleiterschichten
in unterschiedlichen Transistorarten ermöglicht, etwa in p-Kanaltransistoren
und n-Kanaltransistoren, auf der Grundlage eines äußerst effizienten
Fertigungsprozessablaufes, da in einem Aspekt, das Bereitstellen einer
Hartmaske, die typischerweise für
das selektive epitaktische Aufwachsen verformter Halbleiterschichten
eingesetzt wird, zumindest für
eine Transistorart weggelassen werden kann, wodurch die Prozesskomplexität deutlich
reduziert wird, während gleichzeitig
ein zusätzlich
aufgewachsenes verformtes Halbleitermaterial vorteilhaft in weiteren
Prozessschritten, etwa der Silizidierung, verwendet werden kann.
In anderen Aspekten werden eine oder mehrere Hartmasken, die für die selektive
epitaktische Wachstumstechnologie erforderlich sind, in einer äußerst effizienten
Weise hergestellt, beispielsweise ohne dass ein Lithographieschritt
erforderlich ist, wodurch ebenso eine äußerst effiziente Technik für die Herstellung
verformter Halbleiterschichten unterschiedlicher Eigenschaften in
diversen Transistorarten bereitgestellt wird. In einem noch weiteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine verformte Schicht für unterschiedliche
Transistorarten bereitgestellt, indem eine Vorgehensweise mit zu
entfernendem Abstandselement eingesetzt wird, in der geeignete Offset-
bzw. Versatzabstandselemente für
jede Transistorart individuell ausgebildet werden, wodurch das Positionieren
eines verformten Halbleitermaterials nahe an einem Kanalgebiet möglich ist,
was vorteilhaft sein kann im Zusammenhang mit SOI-Transistorelementen
mit moderat dünnen
aktiven Halbleiterschichten für
die Herstellung teilweise oder vollständig verarmter Transistorbauelemente.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer
ersten Vertiefung benachbart zu einer ersten Gateelektrode eines
ersten Transistors, wobei die erste Gateelektrode über einem
Substrat mit einer kristallinen Halbleiterschicht gebildet wird. Ferner
wird eine zweite Vertiefung benachbart zu einer zweiten Gateelektrode
eines zweiten Transistors hergestellt. Des weiteren wird ein erstes
verformtes Halbleitermaterial epitaktisch in der ersten Vertiefung aufgewachsen,
und ein zweites verformtes Halbleitermaterial wird epitaktisch in
der zweiten Vertiefung und über
dem ersten verformten Halbleitermaterial aufgewachsen.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer
ersten Vertiefung benachbart zu einer ersten Gateelektrode eines
ersten Transistors, wobei die erste Gateelektrode über einem
Substrat mit einer kristallinen Halbleiterschicht gebildet wird.
Eine zweite Vertiefung wird benachbart zu einer zweiten Gateelektrode
eines zweiten Transistors hergestellt. Des weiteren wird ein erstes
verformtes Halbleitermaterial in der ersten Vertiefung und ein zweites
verformtes Halbleitermaterial in der zweiten Vertiefung auf der
Grundlage eines ersten und eines zweiten epitaktischen Wachstumsprozesses
basierend auf einer oder mehreren Wachstumsmasken gebildet, die
ohne einen lithographischen Strukturierungsprozess hergestellt sind.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer
ersten Vertiefung benachbart zu einer ersten Gateelektrode eines
ersten Transistors, wobei die erste Gateelektrode einen ersten Seitenwandabstandshalter
aufweist und über einem
Substrat ausgebildet ist, das eine kristalline Halbleiterschicht
aufweist. Des weiteren wird ein erstes verformtes Halbleitermaterial
in der ersten Vertiefung gebildet, während ein zweiter Transistor
abgedeckt ist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer zweiten
Vertiefung benachbart zu einer zweiten Gateelektrode des zweiten
Transistors, wobei die zweiter Gateelektrode einen zweiten Seitenwandabstandshalter
aufweist. Des weiteren wird ein zweites verformtes Halbleitermaterial
in der zweiten Vertiefung gebildet und der erste Seitenwandabstandshalter
wird entfernt. Schließlich
wird der zweite Seitenwandabstandshalter entfernt.
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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, in denen:
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1a bis 1f schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit unterschiedlichen
Transistorelementen während
diverser Fertigungsphasen zeigen, in denen ein verformtes Halbleitermaterial
unterschiedlicher Eigenschaften in Drain- und Source-Gebieten der
unterschiedlichen Transistorelemente gebildet wird, während eines
der verformten Halbleitermaterialien als eine Deckschicht für die andere
Art des verformten Halbleitermaterials gemäß anschaulicher Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung dient;
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2a bis 2i schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit zwei unterschiedlichen
Transistorarten während
diverser Fertigungsphasen zeigen, in denen jede Transistorart ein
unterschiedliches verformtes Halbleitermaterial auf der Grundlage
einer Vorgehensweise mit zu entfernenden Abstandstandselement gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erhält;
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3a bis 3d schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit unterschiedlichen
Transistoren während
der Herstellung eines verformten Halbleitermaterials auf der Grundlage
entsprechender epitaktischer Wachstumsmasken zeigen, die auf der
Grundlage eines äußerst effizienten
Fertigungsprozesses gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
hergestellt werden;
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4a bis 4c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit unterschiedlichen
Transistoren zeigen, die unterschiedlich verformte Halbleiterschichten
auf der Grundlage einer oder mehrerer Hartmaske erhalten, die nicht durch
Lithographie strukturiert sind, gemäß noch weiterer anschaulicher
Ausführungsformen;
und
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5a bis 5e schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen zur Herstellung unterschiedlich verformter Halbleitermaterialien
in unterschiedlichen Transistoren auf der Grundlage epitaktischer
Wachstumsmasken zeigen, von denen höchstens eine durch Lithographie
strukturiert ist, gemäß noch anderer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patenansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung von
Feldeffekttransistoren unterschiedlicher Art, etwa unterschiedlicher
Leitfähigkeitsart,
die eine verformte Halbleiterschicht in dem Drain- und/oder Source-Gebieten
erhalten, um eine gewünschte
Größe und/oder
Art an Verformung in dem entsprechenden Kanalgebiet dieser Transistoren
hervorzurufen. Zu diesem Zweck wird ein geeignetes Maskierungsschema
eingesetzt, das die Herstellung entsprechender verformter Halbleitermaterialien
auf der Grundlage epitaktischer Wachstumstechniken ermöglicht,
so dass für
jede Transistorart eine spezifizierte Größe und/oder Art an Verformung in
dem Halbleitermaterial erzeugt wird, das in die entsprechenden Drain-
und/oder Sourcegebiete eingebaut wird, wodurch ein eingebettetes
verformtes Halbleitermaterial bereitgestellt wird. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
repräsentieren
die Transistorarten n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren,
wobei jede Transistorart ein verformtes Halbleitermaterial so erhält, dass
die Beweglichkeit der entsprechenden Majoritätsladungsträger in den entsprechenden Kanalgebieten
erhöht
wird. Da das verformte Halbleitermaterial durch epitaktische Wachstumstechniken
und in besonderen Ausführungsformen
durch selektive epitaktische Wachstumsverfahren bereitgestellt wird,
werden erfindungsgemäß äußerst effiziente
Maskierungsschemata vorgesehen, um die Prozesskomplexität gering zu
halten, während
dennoch eine deutliche Verbesserung im Transistorverhalten auf Grund
des Vorsehens individuell eingestellter verformter Halbleitermaterialien
in unterschiedlichen Transistorarten erreicht wird. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
wird eine äußerst effiziente
Technik zur Herstellung von SOI-(Halbleiter-auf-Isolator-)Transistoren bereitgestellt,
wobei die diversen Eigenschaften des entsprechenden verformten Halbleitermaterials
individuell für
jede Transistorart beispielsweise im Hinblick auf den Versatz zu
dem entsprechenden Kanalgebiet, der Größe der Verformung, der Art
der Verformung, und dergleichen eingestellt werden. Folglich kann
selbst für äußerst moderne
SOI-artige Transistoren, die auf der Grundlage dünner Halbleiterschichten gefertigt
werden, wodurch teilweise oder vollständig verarmte Bauelemente gebildet
werden, ein äußerst effizienter
verformungsinduzierender Mechanismus erreicht werden, obwohl das
eingebettete verformte Halbleitermaterial als ein flacher Bereich
in den Drain- und Source-Gebieten auf Grund der erforderlichen Kristallschablone
des ursprünglichen
Halbleitermaterials der dünnen
Halbleiterschicht während des
epitaktischen Wachstumsprozesse bereitgestellt wird. In anderen
anschaulichen Ausführungsformen tragen äußerst effiziente
Maskierungsschemata für das
Bereitstellen entsprechender epitaktischer Wachstumsmasken, etwa
das Weglassen einer Wachstumsmaske und/oder das Weglassen anspruchsvoller
Lithographieschritte für
die Herstellung entsprechender Wachstumsmasken, deutlich zu einer
geringeren Prozesskomplexität
beitragen.
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Mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 mit
einem Substrat 101, über
dem eine Halbleiterschicht 102 ausgebildet ist. Das Substrat 101 kann
ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
für die
Aufnahme der Halbleiterschicht 102 repräsentieren, etwa ein Halbleitervollsubstrat,
ein isolierendes Trägermaterial, etwa
ein SOI-(Halbleiter-auf-Isolator-)Substrat, und dergleichen. Es
sollte beachtet werden, dass der Hauptanteil komplexer integrierter
Schaltungen gegenwärtig
und in der absehbaren Zukunft auf der Grundlage von Silizium hergestellt
wird, und somit ist in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die Halbleiterschicht 102 auf Silizium aufgebaut, wobei beispielsweise
ein deutlicher Anteil anderer Materialien, etwa Germanium, Kohlenstoff,
und dergleichen enthalten sein kann, wobei das Substrat 101 ein
Siliziumvollsubstrat oder ein anderes geeignetes Trägermaterial
repräsentieren
kann. Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen die Halbleiterschicht 102 in
geeigneter Weise ausgebildet, um die Herstellung vollständig oder
teilweise verarmter SOI-Transistoren zu ermöglichen, wie dies nachfolgend
detaillierter mit Bezug zu den 2a bis 2i erläutert ist.
Das Halbleiterbauelement 100 umfasst ferner ein erstes
Transistorelement 150p und ein zweites Transistorelement 150n,
die über
dem Substrat 101 an spezifizierten Substratpositionen gemäß den Bauteilerfordernissen
vorgesehen sind. In einigen anschaulichen Ausführungsformen unterscheiden
sich der erste und der zweite Transistor 150 zumindest
in ihrer entsprechenden Leitfähigkeitsart,
wohingegen in anderen anschaulichen Ausführungsformen der erste und
der zweite Transistor 150p, 150n sich in ihrer Funktion
innerhalb einer komplexen Schaltung unterscheiden. Beispielsweise
kann in dem zuerst genannten Falle der erste Transistor 150p einen
p-Kanaltransistor
repräsentieren,
während
der zweite Transistor 150n einen n-Kanaltransistor darstellt, die ein entsprechend
verformtes Halbleitermaterial mit einer kompressiven Verformung
bzw. einer Zugverformung erhalten sollen. In dem letztgenannteren Falle
kann in einigen anschaulichen Ausführungsformen der erste oder
der zweite Transistor 150p, 150n einen modernen
Transistor mit hoher Schaltgeschwindigkeit repräsentieren, während der
andere Transistor 150p, 150n einen Transistor
darstellen kann, der ein verbessertes Verhalten im Hinblick auf Leckströme erfordert,
etwa ein Transistor in einem statischen RAM-Bereich, und dergleichen.
Zusätzlich zu
ihren unterschiedlichen Funktionen können sich in diesem Falle die
Transistoren 150p, 150n in ihrer Leitfähigkeitsart
unterscheiden oder auch nicht, wobei jedoch zumindest eine unterschiedliche
Größe an Verformung
für die
beiden Transistorarten erwünscht ist.
Während
der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass der erste und der
zweite Transistor 150p, 150n sich in ihrer Leitfähigkeit
unterscheiden und ein verformtes Halbleitermaterial mit einer unterschiedlichen
Art an Verformung erhalten sollen.
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In
der in 1a gezeigten Fertigungsphase weisen
die Transistor 150p, 150n jeweils eine Gateelektrode 105 auf,
die über
einem entsprechenden Kanalgebiet 103 ausgebildet und davon
durch eine entsprechende Gateisolationsschicht 104 getrennt ist.
Ferner ist in einer anschaulichen Ausführungsform eine Abstandsschicht 106a gemeinsam über den
entsprechenden Gateelektroden 105 ausgebildet, wobei eine
Beschichtung 107a vorgesehen sein kann, um als eine Ätzstoppschicht
während
eines Ätzprozesses 108 zu
dienen. Die Abstandsschicht 106a kann aus einem beliebigen
geeigneten Material, etwa Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, und dergleichen
aufgebaut sein, während
die Beschichtung 107a in Form eines geeigneten Materials
bereitgestellt wird, das die erforderliche Ätzselektivität in Bezug
auf das Material der Schicht 106a aufweist. Beispielsweise
kann Siliziumdioxid für
die Beschichtung 107a verwendet werden, wenn die Abstandsschicht 106a aus
Siliziumnitrid aufgebaut ist. Des weiteren können entsprechende Deckschichten 109,
die aus einem beliebigen geeigneten Material, etwa Siliziumnitrid,
und dergleichen hergestellt sind, auf der Oberseite der entsprechenden
Gateelektroden 105 gebildet sein, wodurch eine Einkapselung
der Gateelektroden 105 nach dem Ende des Ätzprozesses 108 zur
Herstellung entsprechender Seitenwandabstandshalter erreicht wird,
wie dies nachfolgend beschrieben ist.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbgauelements 100,
wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach dem Bereitstellen des Substrats 101 und
der Halbleiterschicht 102 beispielsweise auf der Grundlage
epitaktischer Wachstumstechniken, Scheibenverbindungsverfahren,
und dergleichen, abhängig
von der Art des Substrats und des verwendeten Halbleitermaterials,
werden erforderliche Prozesse, etwa Implantationsprozesse zur Herstellung
eines vertikalen Dotierstoffprofils, falls erforderlich, innerhalb
der Schicht 102 und Fertigungsprozesse zur Herstellung von
Isolationsstrukturen (nicht gezeigt), etwa flache Grabenisolationen,
auf der Grundlage gut etablierter Verfahren ausgeführt. Danach
wird eine dielektrische Schicht durch Oxidation und/oder Abscheidung
mit einer Dicke hergestellt, wie dies für die Gateisolationsschichten 104 erforderlich
ist. Anschließend
wird ein geeignetes Material für
die Gateelektroden 105 abgeschieden, beispielsweise in
Form von Polysilizium auf der Grundlage von CVD (chemische Dampfabscheide-)Verfahren
bei geringem Druck. Es sollte beachtet werden, dass in einigen Prozessstrategien die
Gateelektroden 105 in dieser Fertigungsphase nicht durch
ein äußerst leitendes
Material repräsentiert
sind, wie dies erforderlich ist, sondern dass diese in ein entsprechendes
leitendes Material in einer späteren
Fertigungsphase umgewandelt werden. Beispielsweise kann ein äußerst leitendes
Metallsilizid in den Gateelektroden 105 in einer späteren Fertigungsphase
vorgesehen werden, wenn anfänglich ein
Polysiliziummaterial für
die Gateelektroden 105 vorgesehen wird. In anderen Fällen werden
die Gateelektroden 105 im Wesentlichen vollständig durch andere
Materialien, etwa Metalle und der gleichen, in einer späteren Fertigungsphase
ersetzt. Nach dem Abscheiden des Materials der Gateelektroden 105 wird
ein geeignetes Deckmaterial, etwa Siliziumnitrid, und dergleichen,
auf dem Gateelektrodenmaterial abgeschieden, möglicherweise in Verbindung
mit anderen Materialschichten, etwa ARC-(antireflektierende) Materialien, und
dergleichen, wie sie für
die nachfolgende lithographische Strukturierung des entsprechenden
Schichtstapels erforderlich sind. Folglich können geeignete Lithographie-
und Ätzverfahren eingesetzt
werden, um den sich ergebenden Schichstapel zu strukturieren, wodurch
die Gateelektrode 105 auf der Gateisolationsschicht 104 gebildet
wird, die von der Deckschicht 109 bedeckt ist. Danach kann
die Beschichtung 107a beispielsweise durch Abscheiden und/oder
durch Oxidation, abhängig
von den Bauteilerfordernissen und des verwendeten Materials, gebildet
werden, woran sich ein entsprechender Abscheideprozess zur Herstellung
der Abstandsschicht 106a anschließt, wobei gut etablierte plasmaunterstützte Abscheideverafhren
eingesetzt werden können.
Die Dicke der Abstandsschicht 106a in Verbindung mit einer
Dicke der Schicht 107a bestimmen im Wesentlichen eine Breite
der Abstandshalter, die aus den Schichten 106a, 107a während des Ätzprozesses 108 gebildet
werden, die wiederum im Wesentlichen einen resultierenden Versatz
bzw. Offset zu der Gateelektrode 105 für eine Vertiefung bestimmt,
die in der Halbleiterschicht 102 benachbart zu den Kanalgebieten 103 zu
bilden ist. Es sollte beachtet werden, dass in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
die Abstandsschicht 106a entsprechend den Prozessparametern
hergestellt wird, die so gewählt
sind, dass entsprechende Abstandshalterelemente auch für die Ausbildung
von Drain- und Sourcegebieten durch Ionenimplantation während einer
späteren
Fertigungsphase verwendet werden können, während in anderen anschaulichen
Ausführungsformen
die Abstandsschicht 106a und die Schicht 107a mit
einer Dicke gebildet werden, die lediglich im Hinblick auf einen
gewünschten
Versatz für Vertiefungen
ausgewählt
ist, die in der Schicht 112 später herzustellen sind. Nach
dem Abscheiden der Schichten 107a, 106a wird der Ätzprozess 108 auf der
Grundlage einer geeigneten Ätzchemie
ausgeführt,
um damit ein im Wesentlichen anisotropes Verhalten mit einer hohen Ätzselektivität zwischen
den Schichten 106a und 107a zu erhalten. Entsprechende
selektive Ätzrezepte
sind im Stand der Technik gut bekannt. Danach werden freiliegende
Bereiche der Beschichtung 107a durch einen weiteren Ätzprozess entfernt,
der beispielsweise auf der Grundlage eines nasschemischen Ätzprozesses
oder einer anderen geeigneten Technik ausgeführt wird, etwa einem Hochfrequenzplasmaätzprozess
und dergleichen. Zum Beispiel sind geeignete Ätzstrategien für Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid und dergleichen gut etabliert. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
werden freiliegende Bereich der Beschichtung 107a in einem
nachfolgenden Ätzprozess
zum Erzeugen entsprechender Vertiefungen benachbart zu den Gateelektroden 105 entfernt.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 während eines
entsprechenden Ätzprozesses 110,
in welchem Vertiefungen 111 in der Schicht 102 benachbart
zu den entsprechenden Gateelektroden 105 auf der Grundlage
der Seitenwandabstandshalter 106, die aus der Abstandsschicht 106a gebildet
sind, wie dies zuvor beschrieben ist, ausgebildet sind. Somit sollte
beachtet werden, dass durchwegs in dieser Beschreibung und in den
angefügten
Patentansprüchen
Vertiefungen oder Aussparungen, die „benachbart zu" einer Gateelektrode
gebildet sind, das Bereitstellen einer Seitenwandabstandshalterstruktur
an Seitenwand der entsprechenden Gateelektrode vor dem eigentlichen Ausbilden
der Vertiefungen oder Aussparungen mit einschließt. Somit umschließt „benachbart
zu" der Gateelektrode
einen lateralen Versatz, der durch eine Seitenwandabstandshalterstruktur
geschaffen wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist der Ätzprozess 110 als
ein im Wesentlichen anisotroper Ätzprozess
gestaltet, wodurch die Vertiefungen 111 als Gräben mit
moderat steilen Seitenwänden
erhalten werden, wobei ein Versatz 111b der Vertiefung 111 in
Bezug auf die Gateelektrode 105 und damit auf das Kanalgebiet 103 im
Wesentlichen durch die Breite 106 des Abstandshalters bestimmt ist,
die auch die Dicke der Beschichtung 107a mit einschließt. In anderen
anschaulichen Ausführungsformen
ist der Ätzprozess 110 als
ein mehr oder weniger isotroper Prozess ausgestaltet, wobei ein
gewisses Maß an
Unterätzung
erreicht wird, wobei der Versatz 111b dann durch die Ätzparameter
und die Abstandshalterbreite 106 bestimmt ist. Während des Ätzprozesses 110 kann
eine Materialerosion in den Gateelektroden 105 im Wesentlichen
durch die Abstandshalter 106 und die Deckschichten 109 vermieden werden.
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1c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Eine Wachstumsmaske 112 ist
so ausgebildet, dass diese den zweiten Transistor 150 mit
den Vertiefungen 111 abdeckt, während der erste Transistor 105p für die Abscheideumgebung
eines selektiven epitaktischen Wachstumsprozesses 113 freigelegt
ist. Die Wachstumsmaske 112 ist aus einem beliebigen geeigneten
Material aufgebaut, das ausgebildet ist, den Umgebungsbedingungen
während
des epitaktischen Wachstumsprozesses 113 zu widerstehen,
d.h. die Wachstumsmaske 112 kann Temperaturen bis zu einigen 100 Grad
widerstehen und erzeugt eine spezifizierte Selektivität während des
Abscheidens von Material in dem Prozess 113. Beispielsweise
sind Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, und dergleichen dielektrische
Materialien, für
die eine Vielzahl an Prozessparameterwerten verfügbar sind, die das selektive
epitaktische Aufwachsen eines siliziumbasierten Materials auf freiliegenden
kristallinen Siliziumbereichen ermöglichen, während ein merkliches Abscheiden
von Siliziummaterial auf dielektrischen Materialien, etwa der Wachstumsmaske 112 sowie
der Deckschicht 109 und den Abstandshaltern 106 auf
dem ersten Transistor 150p vermieden oder reduziert wird.
Folglich kann während
des Prozesses 113 ein siliziumbasiertes Halbleitermaterial
selektiv in der Vertiefung 111 des ersten Transistors 150p gebildet
werden, während
das darunterliegende Material der Schicht 102 als eine
Wachstumsschablone dient, wenn die Halbleiterschicht 102 ein
siliziumbasiertes Material ist. Ferner kann während des epitaktischen Wachstumsprozesses 113 ein
spezifisches Nicht-Siliziummaterial zumindest zeitweilig zu der
Abscheideatmosphäre
hinzugefügt
werden, um ein Halbleitermaterial zu bilden, das als 114p bezeichnet
ist, und das einen unterschiedlichen Gitterabstand in seinem nicht
verformten Zustand aufweist, so dass beim Aufwachsen auf der kristallinen
Schablone der Schicht 102 das Material 114p ein
verformtes Halbleitermaterial repräsentiert, das somit auch eine
entsprechende Verformung in dem benachbarten Kanalgebiet 103 hervorrufen
kann. In einer anschaulichen Ausführungsform repräsentiert
das verformte Halbleitermaterial 114p ein kompressiv verformtes
Material, etwa Silizium/Germanium, das in effizienter Weise die
Ladungsträgerbeweglichkeit
in dem Kanalgebiet 103 erhöhen kann, wenn der erste Transistor 150p einen
p-Kanaltransistor repräsentiert.
Wie gezeigt ist, kann der selektive epitaktische Wachstumsprozess 113 so
gesteuert werden, dass ein gewünschtes
Maß an
Füllung
der Vertiefung 111 erreicht wird, wobei abhängig von
den Bauteilerfordernissen die Vertiefung 111 unterfüllt oder überfüllt werden
kann oder auch zu einer im Wesentlichen ebenen Konfiguration führen kann.
Nach dem Wachstumsprozess 113 wird die Maske 112,
die beispielsweise aus Siliziumdioxid aufgebaut ist, selektiv zu dem
Material der Deckschicht 109 und den Abstandshaltern 106 entfernt.
Beispielsweise können äußerst selektive
trockene und nasschemische Ätzprozesse
für Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid und dergleichen verfügbar. In noch anderen anschaulichen
Ausführungsformen
ist der erste Transistor 150p von einer Lackmaske (nicht
gezeigt) während
des Entfernens der Maske 112 abgedeckt, um eine nicht gewünschte Schädigung oder
Materialerosion in dem ersten Transistor 150p zu vermeiden.
Danach können
weitere Vorreinigungsprozesse durchgeführt werden, um den freiliegenden
Transistor 150n für das
selektive Aufwachsen eines weiteren verformten Halbleitermaterials
vorzubereiten.
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1d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 während eines
weiteren selektiven epitaktischen Wachstumsprozesses 115,
in welchem zumindest zeitweilig ein Halbleitermaterial 114n in der
Vertiefung 111 des zweiten Transistors 150n gebildet
wird, das sich in seinen Verformungseigenschaften von dem Material 114p unterscheidet.
In einer anschaulichen Ausführungsform
wird das Material 114n als ein Halbleitermaterial mit einer
unterschiedlichen Art an Verformung im Vergleich zu dem Material 114p bereitgestellt,
wodurch eine unterschiedliche Art an Verformung in dem entsprechenden
Kanalgebiet 103 des zweiten Transistors 150n hervorgerufen
wird. Wenn beispielsweise der zweite Transistor 150n einen
n-Kanaltransistor repräsentiert,
wird das verformte Halbleitermaterial 114n als ein Material
mit einer geringeren Gitterkonstante in seinem nicht verformten
Zustand im Vergleich zu dem siliziumbasierten Material der Schicht 102 vorgesehen.
Beispielsweise kann das Material 114n als ein Silizium/Kohlenstoffmaterial
abgeschieden werden, wobei ein Kohlenstoffanteil von 0,5 bis einige Atomprozent
in das Silizium eingebaut werden kann, um eine gewünschte Gitterfehlanpassung
zu erreichen, so dass, wenn das Material 114n mit einem
im Wesentlichen siliziumartigen Gitterabstand aufgewachsen wird,
eine entsprechende Zugverformung erzeugt wird. Es sollte beachtet
werden, dass die Art der Verformung, die durch den selektiven epitaktischen
Wachstumsprozess 115 und auch durch den Prozess 113 hervorgerufen
wird, von den kristallinen Eigenschaften des Schablonenmaterials
der Schicht 102 abhängt.
Wenn beispielsweise die Halbleiterschicht 102 selbst einen
gewissen Anteil an nicht-Siliziumkomponenten, etwa Germanium, Kohlenstoff, und
dergleichen, aufweist, kann die Materialzusammensetzung der Materialien 114p und 114n entsprechend
so ausgewählt
werden, um die gewünschte
Art an Verformung zu erhalten. In anderen anschaulichen Ausführungsformen
können
das erste und das zweite Transistorelement 150p, 150n die
gleiche Leitfähigkeitsart
aufweisen und daher die gleiche Art an Verformung erfordern, wohingegen
eine unterschiedliche Größe auf Grund
von Bauteilerfordernissen oder prozessspezifischen Erfordernissen
gewünscht
wird. In diesem Falle können
die Wachstumsprozesse 113 und 115 auf der Grundlage
im Wesentlichen gleicher Parameter ausgeführt werden, mit Ausnahme eines
unterschiedlichen Anteils an nicht-Siliziumgattungen, um eine unterschiedliche Größe der gleichen
Art an Verformung zu erzeugen.
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Wie
ferner in 1d gezeigt ist, kann während des
epitaktischen Wachstumsprozesses 115 der erste Transistor 150 in
der Abscheideumgebung unbedeckt bleiben, so dass ein entsprechendes
Material 114n auch auf der Oberseite des zuvor hergestellten
verformten Materials 114p gebildet wird. Folglich können komplexe
Prozessschritte zur Herstellung einer entsprechenden Wachstumsmaske, etwa
der Maske 112, und deren Entfernung weggelassen werden,
wodurch zu einer reduzierten Gesamtprozesskomplexität beigetragen
wird. Es sollte beachtet werden, dass das Material 114n und
das Material 114p in einigen Ausführungsformen eine unterschiedliche
Art an intrinsischer Verformung aufweisen. Der Einfluss der „Deckschicht" 114n auf
das entsprechende Kanalgebiet 103 des ersten Transistors 150p ist
jedoch deutlich geringer im Vergleich zu dem verformten Material 114p,
das im Wesentlichen direkt auf das Kanalgebiet 103 einwirkt.
In einigen Ausführungsformen
kann die Auswirkung des Deckmaterials 114n über der
Schicht 114p als ungeeignet für das Verhalten des ersten
Transistors 150p erachtet werden. Somit wird in einigen
anschaulichen Ausführungsformen
das Material 114n mit einer Dicke abgeschieden, die geeignet
gewählt
ist, so dass das Material in einer späteren Fertigungsphase beispielsweise
bei der Herstellung eines Metallsilizids in dem ersten Transistor 150p aufgebraucht
wird, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
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Danach
werden, abhängig
von der Prozessstrategie, die Abstandshalter 106 für die Herstellung von
Drain- und Source-Gebieten durch Ionenimplantation verwendet, während in
anderen anschaulichen Ausführungsformen
die Abstandshalter 106 durch geeignete selektive trockene
und/oder nasschemische Ätzprozesse
vor der Herstellung entsprechender Drain- und Sourcegebiete entfernt
werden. Beispielsweise werden Drain- und Source-Implantationen auf
der Grundlage der Abstandshalter 106 ausgeführt, wobei
entsprechende Erweiterungsgebiete (nicht gezeigt) vor der Herstellung
der verformten Halbleitermaterialien 114p, 114n gebildet
werden können.
In anderen Ausführungsformen
werden entsprechende Erweiterungsgebiete, falls erforderlich, nach
dem Entfernen der Abstandshalter 106 gebildet, unabhängig davon,
ob diese Abstandselemente als Implantationsmaske für die Ausbildung
tiefer Drain- und Source-Gebiete
verwendet wurden.
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1e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem eine Abstandshalterstruktur 116 an
den entsprechenden Gateelektroden 105 des ersten und des
zweiten Transistors 150p, 150n gebildet ist. Ferner
sind Drain- und Source-Gebiete 117 in den verformten Halbleitermaterialien 114p, 114n unter
in der Halbleiterschicht 102 ausgebildet, wobei die laterale
Profilierung der Drain- und Source-Gebiete 117 auf der
Grundlage der Abstandshalterstruktur 116 erreicht wird,
die zwei oder mehr einzelne Abstandselemente (nicht gezeigt) aufweisen
kann, oder die Profilierung kann auch auf der Grundlage der Abstandshalter 106 erreicht
werden, wie dies zuvor erläutert
ist. Ferner umfasst das Bauelement 100 eine Schicht aus
hochschmelzendem Metall 118, das über dem ersten Transistor 150p gebildet
ist, der die „Deckschicht" 114n aufweist,
die über
den entsprechenden Drain- und Source-Gebieten 117 ausgebildet
ist. In dieser anschaulichen Ausführungsform ist die Meallschicht 118 nicht über dem zweiten
Transistor 150n ausgebildet, um damit ein individuelles
Einstellen eines entsprechenden Silizidierungsprozesses im Hinblick
auf die Eigenschaften des Materials 114n zu ermöglichen,
das über
dem Material 114p in dem ersten Transistor 150p angeordnet
ist.
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Das
Bauelement 100, wie es in 1e gezeigt
ist, kann auf der Grundlage der folgende Prozesse hergestellt werden.
Die Drain- und Source-Gebiete 117 besitzen ein spezielles
vertikales und horizontales Dotierstoffprofil gemäß den Bauteilerfordernissen
und können
auf der Grundlage der Abstandshalter 106 und/oder 116 hergestellt
werden, wie dies zuvor beschrieben ist, wobei gut etablierte Implantationsprozesse
angewendet werden können,
und wobei in einigen Ausführungsformen
zusätzlich
eine gewisse Dotierstoffgattung ebenso während der selektiven epitaktischen
Wachstumsprozesse 113 und 115 eingebaut werden
kann. Danach können
entsprechende Ausheizprozesse ausgeführt werden, um die Dotierstoffe
in den Gebieten 117 zu aktivieren und um auch durch die
Implantation hervorgerufene Schäden
entsprechend den Bauteilerfordernissen zu rekristallisieren. Danach
kann die Schicht 118, die aus einem beliebigen geeigneten
hochschmelzenden Metall, etwa Nickel, Nickel/Platin, Platin, Kobalt, und
dergleichen aufgebaut sein, auf der Grundlage gut etablierter Verfahren
abgeschieden werden, etwa der Sputter-Abscheidung, und dergleichen,
wobei eine Dicke der Schicht 118 auf der Grundlage des Materials 114n,
das über
dem Material 114p ausgebildet ist, so ausgewählt werden
kann, um eine gewünschte
Menge davon in ein entsprechendes Metallsilizid umzuwandeln. Beispielsweise
kann die Schicht 118 abgeschieden und anschließend auf
der Grundlage eines Lithographieprozesses so strukturiert werden,
um die Schicht 118 von dem zweiten Transistor 150n zu
entfernen. In noch anderen Beispielen wird eine entsprechende Lithographiemaske vor
dem Abscheiden der Schicht 118 gebildet, und eine entsprechende
Strukturierung der Schicht 118 kann erreicht werden, indem
das Material auf das Bauelement 100 abgeschieden und die
Lithographiemaske zusammen mit einem darauf abgeschiedenen Material
entfernt wird. Danach kann eine geeignete Wärmebehandlung ausgeführt werden,
um die Umwandlung des Materials 114n in dem ersten Transistor 150p in
ein entsprechendes Metallsilizid in Gang zu setzen. Wenn beispielsweise
das verformte Material 114n aus Silizium/Kohlenstoff mit
einem moderat geringen Anteil an Kohlenstoff, wie dies zuvor angegeben
ist, aufgebaut ist, kann ein entsprechendes Metallsilizid gebildet
werden. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird vor dem in
Gang setzen einer chemischen Reaktion zwischen der Schicht 118 und
dem darunter liegenden siliziumenthaltenden Material eine weitere
hochschmelzende Metallschicht (nicht gezeigt) mit einer erforderlichen
Dicke abgeschieden, um die entsprechenden Bauteilerfordernisse des
zweiten Transistors 150n zu erfüllen, so dass Metallsilizid
unterschiedlicher Eigenschaften in dem ersten und dem zweiten Transistor 150p, 150n in
einer gemeinsamen Wärmebehandlung
hergestellt werden können.
Beispielsweise kann das gleiche oder ein unterschiedliches hochschmelzendes
Material abgeschieden werden und nachfolgend wird eine entsprechende
Wärmebehandlung
ausgeführt,
während
der entsprechende Prozessparameter insbesondere die Dauer der Wärmebehandlung,
so gewählt
sind, dass eine gewünschte
Menge des Materials 114n im dem ersten Transistor 150p in
ein Metallsilizid umgewandelt wird, während in dem zweiten Transistor 150n die
entsprechende Reaktion, d. h. die Menge an erhaltenem Metallsilizid,
im Wesentlichen durch die Menge des hochschmelzenden Metalls, das
auf dem zweiten Transistor 150n vorgesehen ist, bestimmt
wird.
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1f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz. Somit umfasst das Bauelement 100 entsprechende
Metallsilizidgebiete 118a in dem ersten Transistor 150p,
wobei eine spezielle Menge des Materials 114n in Metallsilizid
umgewandelt ist, während
der zweite Transistor 150n darin ausgebildet entsprechende
Metallsilizidgebiete 119a aufweist, die den Bauteilerfordernissen
dieses Transistors entsprechen. Somit kann die nicht gewünschte Wirkung
des verformten Materials 114n in dem ersten Transistor 150p deutlich
reduziert werden, indem ein gut leitfähiges Metallsilizid darin gebildet wird,
wodurch auch die Möglichkeit
geschaffen wird, das Leistungsverhalten des ersten Transistors 150p speziell
zu steigern, da auch die entsprechende Gateelektrode 105 einen
erhöhten
Anteil an Metallsilizid aufweist. Andererseits weist der zweite
Transistor 150n die Metallsilizidgebiete 119 auf,
die den transistorspezifischen Transistorerfordernissen entsprechen,
wobei das verbleibende verformte Material 114n die gewünschte Art
und Größe an Verformung in
dem entsprechenden Kanalgebiet 103 bietet. Folglich kann
das Leistungsverhalten der Transistoren 150p, 150n in
einer äußerst unkorrelierten
Weise eingestellt werden, während
gleichzeitig die Prozesskomplexität auf Grund des Weglassens
mindestens einer epitaktischen Wachstumsmaske und damit verknüpfter Prozesse
deutlich reduziert werden kann. Wenn beispielsweise der erste Transistor 150p einen p-Kanaltransistor
repräsentiert,
kann ein hohes Maß an
kompressiver Verformung durch das verformte Material 114p erzeugt
werden, während
gleichzeitig eine hohe Leitfähigkeit
der Gateelektrode 105 und der entsprechenden Kontaktgebiete
der Drain- und Source-Gebiete 117 erreicht
wird, während
das Leistungsverhalten des Transistors 150n verbessert
werden kann, indem das Material 114n mit einer gewünschten
Größe an Zugverformung
bereitgestellt wird.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2i werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben, in denen ein verformtes Halbleitermaterial mit unterschiedlichen
Verformungseigenschaften benachbart zu entsprechenden Gateelektroden
in äußerst, effizienter
Weise gebildet wird, wodurch das Positionieren des verformten Materials
nahe an dem Kanalgebiet ermöglicht
wird, was äußerst vorteilhaft
ist im Zusammenhang mit vollständig
verarmten oder teilweise verarmten Transistorelementen, die auf
der Grundlage dünner
Halbleiterschichten hergestellt werden.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit
einem Substrat 201, das in einer anschaulichen Ausführungsform
darauf ausgebildet eine vergrabene isolierende Schicht 220 aufweist, über der
eine Halbleiterschicht 202 ausgebildet ist. Somit kann
in dieser Konfiguration des Bauelements 200 ein SOI-artiges
Bauelement repräsentieren,
wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Halbleiterschicht 202 Eigenschaften
zur Herstellung teilweise oder vollständig verarmter Transistorelemente
darauf und darin aufweist. Somit ist eine Dicke der Halbleiterschicht 202,
wenn ein Bauelement auf Siliziumbasis betrachtet wird, ungefähr 100 nm
oder deutlich weniger in anspruchsvollen Anwendungen. Ferner sind
ein erster Transistor 250p und ein zweiter Transistor 250n vorgesehen,
wobei in dieser Fertigungsphase entsprechende Gateelektroden 205 auf
entsprechenden Gateisolationsschichten 204 ausgebildet
sind. Ferner sind entsprechende Deckschichten 209 auf den
entsprechenden Gateelektroden 205 ausgebildet.
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Für die Herstellung
des Bauelements 200, wie es in 2a gezeigt
ist, können
im Wesentlichen die gleichen Prozesse angewendet werden, wie sie zuvor
mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben sind.
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2b zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Hier ist eine Abstandshalterschicht 206a möglicherweise
in Verbindung mit einer entsprechenden Beschichtung 207a auf
dem ersten und dem zweiten Transistor 250p, 250n ausgebildet.
Des weiteren wird der zweite Transistor 250n von einer
Maske 221, etwa einer Lackmaske, und dergleichen, abgedeckt,
die den ersten Transistor 250p für eine anisotrope Ätzumgebung 223 freilegt,
während
der zweite Transistor 250n im Wesentlichen geschützt ist.
Die Abstandsschicht 206a mit der Beschichtung 207a kann
auf der Grundlage gut etablierter Abscheideverfahren, etwa plasmaunterstützter CVD
hergestellt werden, wobei eine Dicke der konformen Abstandsschicht 206a so
gewählt
sein kann, dass ein gewünschter
Versatz bzw. Abstand für
eine Vertiefung bereitgestellt wird, die benachbart zu der Gateelektrode 205 des
ersten Transistors 250p in einem nachfolgenden Ätzprozess
zu bilden ist. Beispielsweise kann eine Dicke 206b des
Schichtstapels 206a, 207a von einigen Nanometer,
beispielsweise 3 nm, bis 50 nm reichen, abhängig von der speziellen Anwendung.
Danach wird die Maske 221 auf der Grundlage eines geeigneten
Materials, etwa Photolack oder dergleichen, unter Anwendung gut
etablieter Photolithographieverfahren zur Strukturierung einer entsprechenden
Materialschicht hergestellt, wodurch die Maske 221 gebildet
wird. Als nächstes
wird der Ätzprozess 223 auf
der Grundlage gut etablierter anisotroper Ätzverfahren ausgeführt, wobei
der Ätzprozess 223 zuverlässig in
und auf der Beschichtung 207a angehalten werden kann. Danach
wird die Maske 221 beispielsweise auf der Grundlage von
sauerstoffplasmabasierten Verfahren, und dergleichen entfernt, und
danach werden freiliegende Bereiche der Schicht 207a von
dem ersten Transistor 250p entfernt. In anderen Ausführungsformen
kann das Abtragen der Beschichtung 207a während oder
nach dem Ätzprozess 223 ausgeführt werden,
und anschließend
kann die entsprechende Maske 221 entfernt werden.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz. Somit umfasst der Transistor 250p entsprechende
Abstandshalterelemente 206 mit einer Breite, die im Wesentlichen
der Dicke 206b entspricht, während der zweite Transistor 250n weiterhin
von der Abstandsschicht 206a bedeckt ist. Ferner ist das
Bauelement 200 einer weiteren Ätzumgebung 210 ausgesetzt,
um entsprechende Vertiefungen oder Aussparungen 211p in
dem ersten Transistor 250p zu bilden. Wie zuvor erläutert ist,
ist ein Versatz bzw. Abstand 211a der Vertiefung 211p in
Bezug auf die Gateelektrode 205 und damit auch das Kanalgebiet 203 durch
die Abstandshalterbreite 206b beeinflusst, und ist im Wesentlichen
dadurch bestimmt, wenn der Ätzprozess 210 ein
im Wesentlichen anisotroper Prozess ist. Wenn andererseits Prozess 210 eine
isotrope Komponente aufweist, hängt
die Form der Vertiefung 211p und damit auch der Abstand 211a von
den Prozessparametern des Ätzprozesses 210 ab.
Somit können
die Eigenschaften der Vertiefung 211p individuell entsprechend
den Bauteilerfordernissen gemäß dem ersten
Transistor 205p eingestellt werden, während der zweite Transistor 250n zuverlässig von
der Abstandsschicht 206a bedeckt ist. Nach der Herstellung
der Vertiefung 211p werden Reinigungsprozesse ausgeführt, um
das Bauelement 200 für
die Ausbildung eines verformten Halbleitermaterials in der Vertiefung 211p vorzubereiten.
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2d zeigt
schematisch das Bauelement 200 während eines epitaktischen Wachstumsprozesses 213 zur
Herstellung eines verformten Halbleitermaterials 214p in
der Vertiefung 211p, wobei, wie zuvor mit Bezug zu dem
Bauelement 100 erläutert
ist, ein beliebiges Maß an
Unterfüllung
oder Überfüllung oder
eine im Wesentlichen ebene Konfiguration erreicht werden kann. In
Bezug auf die Art des verformten Halbleitermaterials 214p gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor erläutert sind. Beispielsweise kann
das Material 214p ein Silizium/Germaniummaterial mit einer
großen intrinsischen
kompressiven Verformung repräsentieren.
Nach dem epitaktischen Wachstumsprozess 213 wird die Abstandsschicht 206a auf
der Grundlage eines geeigneten selektiven Ätzprozesses entfernt. Beispielsweise
sind gut etablierte nasschemische Ätzprozesse für Siliziumnitrid im
Stand der Technik bekannt. Folglich kann während eines entsprechenden
nasschemischen Ätzprozesses
die Schicht 206a selektiv zu der Beschichtung 207a entfernt
werden, während
in dem ersten Transistor 205p die Abstandshalter 206 sowie
die Deckschicht 209, wenn diese aus Siliziumnitrid aufgebaut sind,
ebenso entfernt werden.
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2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz und mit einer weiteren Abstandsschicht 226a,
die beispielsweise aus Siliziumnitrid oder dergleichen aufgebaut
ist, wobei eine Breite der Abstandsschicht 226a, die als 226b bezeichnet ist,
auf der Grundlage der Bauteilanforderungen des zweiten Transistors 250n ausgewählt ist,
da die Dicke 226b im Wesentlichen die sich ergebende Breite von
Abstandshaltern bestimmt, die aus der Schicht 226a in dem
zweiten Transistor 250n gebildet werden. Folglich können, wie
zuvor erläutert
ist, entsprechende Eigenschaften einer in dem zweiten Transistor 250n herzustellenden
Vertiefung im Wesentlichen unabhängig
von entsprechenden Eigenschaften des ersten Transistors 250p ausgebildet
werden.
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2f zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen
Herstellungsphase, wobei eine weitere Maske 224, etwa eine Lackmaske
oder eine andere geeignete Maske vorgesehen ist, um den ersten Transistor 250p abzudecken,
während
der zweite Transistor 250n für eine anisotrope Ätzumgebung 225 freigelegt
ist. Folglich wird die Abstandsschicht 226a geätzt, um
entsprechende Abstandshalter 226 zu bilden, deren Breite im
Wesentlichen durch die Dicke 226b bestimmt ist, und daher
wird die entsprechende Breite ebenso als 226b bezeichnet.
Es sollte beachtet werden, dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die Beschichtung 207a, die zuvor im Zusammenhang mit der
Abstandsschicht 206a gebildet wurde, weiterhin vorhanden
sein kann und für
das Ätzen
der Abstandsschicht 226a verwendet werden kann, während in
anderen anschaulichen Ausführungsformen nach
dem Entfernen der Abstandsschicht 206a und der entsprechenden
Abstandshalter 206 eine entsprechende Beschichtung (nicht
gezeigt) auf dem ersten und dem zweiten Transistor 250p, 250n vor dem
Abscheiden der Abstandsschicht 226a gebildet werden kann.
In diesem Falle sind die Gateelektrode 205 des ersten Transistors 250p und
das verformte Halbleitermaterial 214p ebenso von dem neu
gebildeten Beschichtungsmaterial bedeckt. Nach dem Ätzprozess 225 können freiliegende
Bereiche der Beschichtung 207a entfernt werden und nachfolgend kann
die Maske 224 auf der Grundlage von Prozessen abgetragen
werden, wie sie zuvor beschrieben sind. Danach kann ein weiterer Ätzprozess
ausgeführt
werden, um eine entsprechende Vertiefung oder Aussparung 211n zu
bilden, wie dies durch die gestrichelten Linien angedeutet ist,
wobei die entsprechende Größe und der
Abstand der Vertiefungen 211n von der Abstandshalterbreite 266b und
möglicherweise
durch die Prozessparameter des entsprechenden Ätzprozesses für die Aussparung
beeinflusst sind, wie dies zuvor mit Bezug zu den Vertiefungen 211p erläutert ist.
Folglich kann die Größe und der Abstand
eines entsprechend verformten Halbleitermaterials auf der Grundlage
der Abstandshalter 226 definiert werden. Beispielsweise
kann die Breite 226 im Bereich von ungefähr einigen
Nanometern, etwa drei Nanometer, bis 50 Nanometer liegen, abhängig von
den Prozesserfordernissen.
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2g zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium, wobei das Bauelement 200 nach einem
entsprechenden Ätzprozess
für die
Aussparung für
das eigentliche Herstellen der Vertiefungen 211n einem weiteren
selektiven epitaktischen Wachstumsprozess 215 unterzogen
wird, um ein verformtes Halbleitermaterial 214n benachbart
zu den entsprechenden Kanalgebiet 203 des zweiten Transistors 250n zu
bilden, während
der erste Transistor 250p durch die Abstandsschicht 226a bedeckt
ist. Im Hinblick auf den epitaktischen Wachstumsprozess 215 gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor erläutert sind. Beispielsweise
kann das Halbleitermaterial 214n eine unterschiedliche
Art an Verformung und/oder eine unterschiedliche Größe einer
Verformung im Vergleich zu dem Material 214p aufweisen.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
weist das verformte Halbleitermaterial 214n eine Mischung
aus Silizium/Kohlenstoff auf, um in dem Kanalgebiet 203 des
zweiten Transistors 250n eine Zugverformung hervorzurufen.
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2h zeigt
schematisch das Bauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium, in welchem die Abstandsschicht 226a und die
Abstandshalter 236 durch einen beliebigen geeigneten selektiven Ätzprozess
entfernt sind, beispielsweise auf der Grundlage eines nasschemischen Ätzprozesses,
etwa eines Prozesses mit heißer
Phosphorsäure
und dergleichen, wenn die Abstandsschicht 226 im Wesentlichen
aus Siliziumnitrid aufgebaut ist. Ferner kann während des entsprechenden Abtragungsprozesses
auch die Deckschicht 209 der Gateelektrode 205 des
zweiten Transistors 250n entfernt werden. Danach kann die
weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, indem Source- und Drain-Gebiete
in der Halbleiterschicht 202 und in den verformten Halbleitermaterialien 214p, 214n auf
der Grundlage geeigneter Abstandshalterverfahren und Implantationsprozesse
hergestellt werden.
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2i zeigt
schematisch das Bauelement 200 mit einer entsprechenden
Seitenwandabstandshalterstruktur 216, die an den entsprechenden
Gateelektroden 205 ausgebildet ist, die für das entsprechende
Definieren lateraler und vertikaler Dotierstoffprofile für entsprechende
Drain- und Source-Gebiete 217 verwendet wurden. Es sollte
beachtet werden, dass die Abstandshalterstruktur 216 eine
beliebig geeignete Anzahl einzelner Abstandselemente aufweisen können, abhängig von
der Komplexität
des erforderlichen Dotierstoffprofils der Gebiete 217.
Des weiteren können
der erste und der zweite Transistor 250p, 250n von
einem dielektrischen Material abgedeckt sein, das in einer anschaulichen
Ausführungsform
als Schichtbereiche 227p, 227n mit unterschiedlichen
intrinsischen Verspannungen vorgesehen sein kann, um die in den
entsprechenden Kanalgebieten 203 erzeugte Verformung noch
weiter zu erhöhen.
Beispielsweise können
die Schichtbereiche 227p, 227n Siliziumnitrid
aufweisen, die so hergestellt sind, dass sie ein hohes Maß an innerer
Verspannung aufweisen, ie kompressiv oder als Zugverspannung ausgebildet
sein kann, wodurch diese als eine zusätzliche Verspannungsquelle
für die
Transistoren 250p, 250n wirken. Somit kann in
anschaulichen Ausführungsformen
der Transistor 250p einen p-Kanaltransistor repräsentieren,
wobei das verformte Halbleitermaterial 214p ein kompressives
Material ist und der Schichtbereich 227p kann eine hohe
kompressive Verspannung aufweisen. Wenn in ähnlicher Weise der zweite Transistor 250n einen
n-Kanaltransistor repräsentiert,
kann das verformte Material 214n eine Zugverformung aufweisen
und der Schichtbereich 227n kann eine hohe Zugverspannung
besitzen. Des weiteren können
entsprechende Metallsilizidgebiete 218 in den Drain- und
Source-Gebieten 217 und den Gateelektroden 205 gebildet
sein.
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Die
Metallsilizidgebiete 218 und die Schichtbereiche 227p, 227n können auf
der Grundlage gut etablierter Rezepte gebildet werden, wobei während der
Herstellung der Schichten 227p, 227n Prozessparameter,
etwa die Abscheidetemperatur, der Ionenbeschuss, der Druck, und
dergleichen so variiert werden können,
um die erforderliche Art an innerer Verspannung zu erreichen. Des
weiteren können
entsprechende Maskierungsschemata angewendet werden, um eine der
Schichten 227p, 227n zu bilden, und nachfolgend
einen ungewünschten
Anteil davon zu entfernen, um danach den anderen Teil der Bereiche 227p, 227n zu
bilden, woran sich das Entfernen eines ungewünschten Bereichs davon anschließt. Folglich
kann das Bauelement 200 so hergestellt werden, dass es
ein hohes Maß an
Verformung in den entsprechenden Kanalgebieten 203 aufweist, wobei
die Verformung unterschiedlich in Größe und/oder Art für den ersten
und den zweiten Transistor 250p, 250n eingestellt
werden kann, wobei die Position des entsprechenden verformten Halbleitermaterials 214p, 214n individuell
ausgewählt
werden kann, was äußerst vorteilhaft
für SOI-artige
Transistorarchitekturen ist, wie sie in 2a bis 2i gezeigt
sind, da hier eine Tiefe des verformten Halbleitermaterials 214p, 214n auf
Grund der begrenzten Dicke der Schicht 202 eingeschränkt ist,
von der ein wesentlicher Anteil für die entsprechenden epitaktischen
Wachstumsprozesse 213, 215 zu bewahren ist. Somit
kann für
eine reduzierte Dicke der Halbleiterschicht 202, wie sie
für vollständig oder
teilweise verarmte SOI-Transistoren in modernen Anwendungen erforderlich
sein kann, dennoch ein effizienter verformungserzeugender Mechanismus
auf Grund des geringen Abstands des verformten Halbleitermaterials 214p, 214n zu
den entsprechenden Kanalgebieten 203 erreicht, wobei ein
individuelles Positionieren auf Grund der zuvor beschriebenen Prozesssequenz
erreicht werden kann.
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Mit
Bezug zu den 3a bis 3d werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben, wobei die Prozesskomplexität für selektive
epitaktische Wachstumsprozesse für
unterschiedliche Transistorarten reduziert werden kann, indem höchstens eine
Wachstumsmaske vorgesehen wird, die auf der Grundlage von Lithographie
hergestellt wird, während
andere Wachstumsmasken in einer äußerst effizienten
Weise gebildet werden können.
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3a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 300 in einem Zwischenherstellungsstadium. Das
Bauelement 300 umfasst einen ersten Transistor 350p und
einen zweiten Transistor 350n, die über einem Substrat 301 ausgebildet
sind, das darauf ausgebildet eine entsprechende Halbleiterschicht 302 aufweist.
Ferner weisen der erste und der zweite Transistor 350p, 350n entsprechende
Gateelektroden 305 auf, die von Deckschichten 309 und
Seitenwandabstandshaltern 306 möglicherweise in Verbindung
mit einer entsprechenden Beschichtung 307 abgedeckt sind.
Des weiteren sind entsprechende Gateisolationsschichten 304 zwischen
den Gateelektroden 305 und den entsprechenden Kanalgebieten 303 vorgesehen.
Im Hinblick auf die Eigenschaften und die Details zur Herstellung
des Bauelements 300, wie es in 3a gezeigt
ist, gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den
entsprechenden Komponenten 100 und 200 erläutert sind. Ferner
kann in dieser Fertigungsphase der erste Transistor 350p benachbart
zu dem Kanalgebiet 303 eine entsprechende Vertiefung 311 und
eine Wachstumsmaske 312 aufweisen, um damit den ersten Transistor 350p abzudecken,
während
der zweite Transistor 350n einer Abscheideumgebung für einen selektiven
epitaktischen Wachstumsprozess 313 ausgesetzt wird. In
einer anschaulichen Ausführungsform
wird die Maske 312 in Form einer Siliziumdioxidmaske bereitgestellt,
während
in anderen Ausführungsformen
andere geeignete Materialien verwendet werden können. Folglich wird während des selektiven
epitaktischen Wachstumsprozesses 313 eine Abscheidung von
Halbleitermaterial auf der Maske 312 im Wesentlichen unterdrückt, während ein
entsprechendes verformtes Halbleitermaterial 314n in einer
entsprechenden Vertiefung aufgewachsen wird, die in dem zweiten
Transistor 350n ausgebildet ist. Hinsichtlich der Details
des Wachstumsprozesses 313 und des verformten Halbleitermaterials 314n sei
auf die gleichen Kriterien hingewiesen, wie sie zuvor mit Bezug
zu den Bauelementen 100 und 200 angegeben sind.
Beispielsweise kann das verformte Halbleitermaterial 314n zumindest
teilweise eine Mischung aus Silizium/Kohlenstoff aufweisen, um damit
eine innere Zugverformung bereitzustellen, wenn die Halbleiterschicht 302 eine
Siliziumschicht ist. In einer anschaulichen Ausführungsform wird das verformte
Halbleitermaterial 314n mit einer speziellen Überschusshöhe 314h bereitgestellt,
die zum Umwandeln von Material darin in eine dielektrische Deckschicht
in einer späteren
Phase verwendet wird. Ferner wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen
das Material entsprechend der Überschusshöhe 314h in
Form eines Siliziummaterials vorgesehen, wenn das Vorhandensein
einer Nicht-Siliziumgattung als für die weitere Bearbeitung des
Materials, das die Überschusshöhe 314h repräsentiert,
ungeeignet erachtet wird. Es sollte beachtet werden, dass die Überschusshöhe 314h nicht
notwendigerweise eine zusätzliche
Höhe im
Hinblick auf eine im Wesentlichen ebene Transistorkonfiguration
repräsentieren
muss und damit auch vertiefte oder erhöhte Konfigurationen des letztlich
erhaltenen verformten Halbleitermaterials 314n mit eingeschlossen
sind.
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3b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300, das einem weiteren
Oberflächenmodifizierungsprozess 330 ausgesetzt
ist, der auf das freiliegende Halbleitermaterial 314n einwirkt.
Beispielsweise kann in einer anschaulichen Ausführungsform der Modifizierungsprozess 330 einen
Nitrierungsprozess zum selektiven Ausbilden einer entsprechenden stickstoffangereicherten
Oberfläche
auf dem verformten Halbleitermaterial 314n repräsentieren.
Wie zuvor erläutert
ist, kann die Überschusshöhe 314h vorgesehen
werden, um einen Oberflächenbereich des
Materials 314n zu repräsentieren,
der für
eine Umwandlung in eine dielektrische Deckschicht verfügbar ist,
etwa eine siliziumnitridartige Schicht 331, die während des
Prozesses 330 gebildet werden kann. Beispielsweise kann,
wie zuvor erläutert
ist, das Material 314 in Form einer Silizium/Kohlenstoff-Mischung
vorgesehen werden, so dass der entsprechende Nitrierungsprozess 330 zu
einer entsprechenden Siliziumnitridschicht mit einem gewissen Anteil
an Kohlenstoff führen
kann. In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann die Überschusshöhe 314h im
Wesentlichen reines Silizium sein, unabhängig von der Art des zuvor
während
des epitaktischen Wachstumsprozesses 313 abgeschiedenen
Materials, um damit eine erhöhte
Prozessflexibilität
im Hinblick auf das Material 314n bereitzustellen. Wenn
beispielsweise eine Silizium/Germanium-Mischung in dem Transistorelement 250n aufgewachsen
wurde, die einen wesentlichen Anteil an Germanium erfordert, kann
die zusätzliche Überschusshöhe 314h dennoch
für die
erforderlichen Bedingungen sorgen, um in effizienter Weise das siliziumnitridbasierte
Material 331 zu bilden. Während des Prozesses 330 kann
die Maske 312, wenn diese beispielsweise aus Siliziumdioxid
aufgebaut ist, deutlich weniger durch den Prozess 330 im
Vergleich zu dem Materal 314n beeinflusst werden, so dass
ein hohes Maß an Ätzselektivität zwischen
dem Material 331 und der Maske 312 weiterhin erreicht
wird. Folglich kann während
eines nachfolgenden äußerst selektiven Ätzprozesses
die Maske 312 auf der Grundlage gut etablierter Ätzrezepte
entfernt werden, während
die Gateelektrode 305 und die Gebiete 314n in effizienter
Weise von der Schicht 331, der Deckschicht 309 und
den Abstandshaltern 306 geschützt werden. Somit kann die
Maske 312 auf der Grundlage eines Lithographieprozesses
hergestellt werden, um als eine Wachstumsmaske während des Prozesses 313 zu
dienen, und um ferner als eine Maske zur Herstellung der Schicht 331 zu
wirken, die wiederum als eine epitaktische Wachstumsmaske in einem
weiteren Wachstumsprozess zur Herstellung eines entsprechenden verformten
Halbleitermaterials in dem ersten Transistor 350p dient.
In den zuvor beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen kann die Maske 312 ohne
einen weiteren lithographischen Prozess unter Ausnutzung der hohen Ätzselektivität zwischen
dem Material 331 und der Maske 302 entfernt werden.
In anderen Ausführungsformen
kann die Maske 312 auf der Grundlage einer entsprechenden
Lackmaske (nicht gezeigt) abgetragen werden, die den zweiten Transistor 350n abdeckt,
wenn ein Einwirken auf diesen Transistor während des Entfernens der Maske 312 als
ungeeignet erachtet wird.
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3c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz und während eines weiteren selektiven
epitaktischen Wachstumsprozesses 315 zur Herstellung eines
verformten Halbleitermaterials 314p in dem ersten Transistor 350p.
Während
des Prozesses 315 kann die Materialschicht 331 als
eine effiziente Wachstumsmaske dienen, wodurch im Wesentlichen eine
Materialabscheidung darauf vermieden wird. Im Hinblick auf den epitaktischen
Wachstumsprozess 315 und das verformte Halbleitermaterial 314p,
gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den Bauelementen 100 und 200 erläutert sind.
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3d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem selektiven
Entfernen der Deckschichten 309, der Abstandshalter 306 und
der Schicht 331. Wie zuvor erläutert ist, sind äußerst selektive
nasschemische Ätzprozesse
für siliziumnitridbasierte
Materialien im Stand der Technik gut bekannt und können für diesen
Zweck verwendet werden. Somit können
die verformten Materialien 314p, 314n auf der
Grundlage zweier selektiver epitaktischer Wachstumsprozesse hergestellt
werden, wobei ein geringeres Maß an
Prozesskomplexität
erreicht wird, da mindestens eine epitaktische Wachstumsmaske, d.
h. die Schicht 331, in einer äußerst lokalen Weise gebildet
werden kann, ohne dass ein zusätzlicher
lithographischer Strukturierungsprozess erforderlich ist. Des weiteren
kann das Entfernen der „Wachstumsmaske" 331 in
einem gemeinsamen Ätzprozess
zum Entfernen der Abstandshalter 306 und der Deckschicht 309 ausgeführt werden,
wodurch ebenso deutlich zu einer geringeren Prozesskomplexität beigetragen
wird. Auf der Grundlage des Bauelements, wie es in 3d gezeigt
ist, kann die weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, indem entsprechende
Drain- und Source-Gebiete auf der Grundlage geeigneter Abstandshaltertechnologien
hergestellt werden, wie dies ebenso mit Bezug zu den Bauelementen 100 und 200 beschrieben
ist.
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Mit
Bezug zu den 4a bis 4c werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung beschrieben, in denen eine reduzierte Prozesskomplexität erreicht
wird, indem gemeinsam ein erstes verformtes Material in zwei unterschiedlichen
Transistoren gebildet wird und nachfolgend ein nicht gewünschter
Bereich davon selektiv während
des Strukturierens einer entsprechenden Wachstumsmaske entfernt
wird.
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4a zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 400 mit einem ersten
Transistor 450p und einem zweiten Transistor 450n in
einem fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Jeder der Transistoren 450p, 450n kann
eine Gateelektrode 405 aufweisen, die auf einer entsprechenden
Gateisolationsschicht 404 ausgebildet ist, die die Gateelektroden 405 von entsprechenden
Kanalgebieten 403 trennt. Ferner sind die Gateelektroden 405 durch
entsprechende Abstandshalter 406 und Deckschichten 409 eingekapselt,
wobei auch eine Abstandsschicht 426a möglicherweise in Verbindung
mit einer Beschichtung 427a so gebildet ist, um beide Transistoren 450p, 450n abzudecken
Die Transistoren 450p, 450n können in und auf einer entsprechenden
Halbleiterschicht 402 ausgebildet sein, die über einem
Substrat 401 angeordnet ist. Im Hinblick auf die diversen
Komponenten, die bislang beschrieben sind, gelten die gleichen Kriterien,
wie sie zuvor mit Bezug zu den gleichen Komponenten der Bauelemente 100, 200 und 300 erläutert sind.
Ferner umfasst in dieser Fertigungsphase das Bauelement 400 ein
erstes verformtes Halbleitermaterial 414n, das in entsprechenden
Vertiefungen ausgebildet ist, die nahe an den entsprechenden Kanalgebieten 403 positioniert
sind. Im Hinblick auf die Eigenschaften des Materials 414n gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor erläutert sind. Ferner kann eine
Maske 412 vorgesehen sein, um den zweiten Transistor 450n abzudecken,
während
der erste Transistor 450p freiliegt. Die Maske 412 kann
eine Lackmaske oder ein anderes geeignetes Material repräsentieren.
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Das
Bauelement 400 kann durch folgende Herstellungsprozesse
gebildet werden. Nach der Ausbildung der entsprechenden Gateelektroden 405 einschließlich der
Abstandshalter 406 auf der Grundlage von Prozessen, wie
sie zuvor erläutert
sind, können
entsprechende Vertiefungen durch einen geeigneten Ätzprozess
ausgebildet werden, wie dies zuvor auch mit Bezug zu 1d beschrieben
ist, als die Herstellung der Vertiefungen 111 beschrieben
wurde. Danach kann ein selektiver epitaktischer Wachstumsprozess
ausgeführt
werden, um das Material 414n in den entsprechend geätzten Vertiefungen
zu bilden, wobei während
des Ätzprozesses
zur Herstellung der Vertiefungen und während des nachfolgenden epitaktischen
Wachstumsprozesses ein hohes Maß an Prozessgleichförmigkeit
erreicht wird, da Mikro-Beladungseffekte und/oder Makro-Beladungseffekte
bzw. strukturabhängige
Effekte während
des Ätzprozesses
und des epitaktischen Wachstumsprozesses deutlich reduziert werden,
da diese Prozesse ohne Masken ausgeführt werden, die ausgedehnte
Substratbereiche abdecken, wenn entsprechende Transistoren geschützt werden.
Somit kann eine gute Steuerbarkeit des Ätzprozesses und des nachfolgenden epitaktischen
Wachstumsprozesses erreicht werden. Danach wird die Abstandsschicht 426a möglicherweise
in Verbindung mit der Beschichtung 427a auf der Grundlage
gut etablierter Rezepte abgeschieden, woran sich das Herstellen
der Maske 412 auf der Grundlage von Lithographieverfahren
anschließt. Danach
wird die Schicht 426a auf der Grundlage der Maske 412 strukturiert,
wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen ein entsprechender Ätzprozess
fortgesetzt werden kann, um auch das Material 414n in dem
ersten Transistor 450p zu entfernen. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
werden die Schichten 426a und 427a auf der Grundlage
der Maske 412 strukturiert, die dann durch geeignete Verfahren,
etwa sauerstoffplasmabasierte Abtragungsprozesse entfernt wird.
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4b zeigt
schematisch das Bauelement 400 nach dem Ende der zuvor
beschriebenen Prozesssequenz, wenn die Schicht 426a auf
der Grundlage der Maske 412 strukturiert wird, die dann
entfernt wird, während
in einem weiteren Ätzprozess 410 das
Material 414n in dem ersten Transistor 450p entfernt
wird, während
die verbleibende Schicht 426a zuverlässig den zweiten Transistor 450n abdeckt. Während des Ätzprozesses 410 kann
das Material 414n effizient abgetragen werden, um damit
die Vertiefung 411 bereitzustellen, während in anderen Ausführungsformen
der Ätzprozess 410 auch
im Hinblick auf die Erfordernisse für die Form und Tiefe der Vertiefung 411 gesteuert
wird. D. h., der Ätzprozess 410 kann
so ausgeführt
werden, dass eine ausgedehntere Größe beispielsweise eine größere Tiefe
der Vertiefung 411 erhalten wird, oder in anderen Ausführungsformen
wird eine isotrope Komponente während
des Ätzprozesses 410 angewendet,
um auch deutlich die Form der Vertiefung 411 zu modifizieren. Der
Einfachheit halber ist eine derartige Änderung der Form, beispielsweise
durch Unterätzen,
nicht gezeigt.
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4c zeigt
schematisch das Bauelement 400 während eines weiteren selektiven
epitaktischen Wachstumsprozesses 415 zur Herstellung eines
verformten Halbleitermaterials 414p gemäß den Bauteilerfordernissen
für den
ersten Transistor 450p. Während des Prozesses 415 dient
die verbleibende Schicht 426a als eine Wachstumsmaske,
wie dies zuvor beschrieben ist. Somit kann ein hohes Maß an Prozessflexibilität erreicht
werden, beispielsweise im Hinblick auf unterschiedliche Größen und
Formen des verformten Halbleitermaterials 414p, 414n,
während
dennoch eine geringere Prozesskomplexität auf Grund der Verwendung
einer einzelnen Wachstumsmaske, d. h. der strukturierten Schicht 426a,
erreicht wird. Dies kann bewerkstelligt werden, indem ein gemeinsamer
epitaktischer Wachstumsprozess ausgeführt und nachfolgend ein unerwünschter
Bereich des selektiv aufgewachsenen Materials entfernt wird.
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Mit
Bezug zu den 5a bis 5e werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben,
in denen unterschiedlich verformte Halbleitermaterialien in einer äußerst effizienten
Weise gebildet werden.
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In 5a umfasst
ein Halbleiterbauelement 500 einen ersten und einen zweiten
Transistor 550p, 550n, wovon jeder eine Gateelektrode 505,
eine Gateisolationsschicht 504, eine Deckschicht 509 und Seitenwandabstandshalter 506 aufweist.
Hinsichtlich dieser Komponenten gelten die gleichen Kriterien, wie
sie zuvor mit Bezug zu den Bauelementen 100, 200, 300, 400 dargelegt
sind. Ferner unterliegt das Bauelement 500 einem Prozess 540 zum
Definieren von Wachstumsbereichen benachbart zu den entsprechenden
Gateelektroden 505, die ein entsprechendes verformtes Halbleitermaterial
in einer späteren
Phase erhalten sollen. In einer anschaulichen Ausführungsform
repräsentiert
der Prozess 540 einen Oxidationsprozess, während welchem
freiliegende Halbleiterbereiche oxidiert werden, während eine Oxidation
der Gateelektroden 505 im Wesentlichen durch die Abstandshalter 506 und
die Deckschicht 509, die aus Siliziumnitrid aufgebaut sein
können, verhindert
wird. Folglich kann ein entsprechender oxidierter Bereich 511 gebildet
werden, wobei die Größe und die
Form des Bereichs 511 im Wesentlichen die Größe und die
Form eines in einer späteren Phase
herzustellenden verformten Halbleitermaterials definiert. In anderen
anschaulichen Ausführungsformen
können
die Bereiche 511 Vertiefungen repräsentieren, die durch einen
isotropen oder anisotropen Ätzprozess
gebildet werden, wie dies zuvor beschrieben ist, wobei zusätzlich ein
Oxidationsprozess ausgeführt
werden kann, um einen oxidierten Oberflächenbereich in den entsprechenden
Vertiefungen zu bilden. Eine entsprechende Prozessstrategie kann
vorteilhaft sein, wenn das im Wesentlichen isotrope Verhalten des
Oxidationsprozesses 540 als ungeeignet für die Form
des schließlich
erhaltenen verformten Halbleitermaterials erachtet wird.
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5b zeigt
schematisch das Bauelement 500 während eines weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadiums, in welchem eine Maske 512, etwa eine
Lackmaske, und dergleichen, ausgebildet ist, um den ersten Transistor 550p abzudecken,
während
der zweite Transistor 550n einer Ätzumgebung 510 ausgesetzt
ist. Es kann beispielsweise ein nasschemischer Ätzprozess oder plasmabasierter Ätzprozess
oder Kombination davon ausgeführt
werden, um in selektiver Weise oxidiertes Material in Bereichen 511 des
zweiten Transistors 550n zu entfernen. Folglich kann die
Größe und die
Form der entsprechenden Vertiefungen 511a in einigen Ausführungsformen
durch einen gut steuerbaren Oxidationsprozess, etwa den Prozess 540 definiert
werden, da der Ätzprozess 510 eine
hohe Ätzselektivität in Bezug auf
das Halbleitermaterial der Schicht 502 aufweist, wodurch
im Wesentlichen kein Material davon entfernt wird. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
kann der Ätzprozess 510 auch
Reinigungsprozesse zum Entfernen von Kontaminationsstoffen enthalten,
um das Bauelement 500 für
einen nachfolgenden selektiven epitaktischen Wachstumsprozess vorzubereiten.
Dazu kann die Maske 512 entfernt werden und es kann ein
geeigneter Ätzschritt
ausgeführt
werden, um die nach Bedarf die Kontaminationsstoffe zu entfernen.
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5c zeigt
schematisch das Bauelement 500 nach einem selektiven epitaktischen
Wachstumsprozess, wodurch ein verformtes Halbleitermaterial 514n hergestellt
ist, während
das Material im Wesentlichen auf den ersten Transistor 550p auf
Grund der Einkapselung der Gateelektrode 5505 und des Vorsehens
des oxidierten Bereichs 511 abgeschieden ist. Im Hinblick
auf die Eigenschaften des Materials 514n werden die gleichen
Kriterien, wie sie zuvor erläutert
sind. Ferner wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen das Material 514n mit
einer Zusatzhöhe 514h bereitgestellt,
um damit überschüssiges Material
vorzusehen, das für
eine Oberflächenmodifizierung
verfügbar
ist, wie dies auch mit Bezug zu dem Bauelement 300 beschrieben
ist.
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5d zeigt
schematisch das Bauelement 500 während eines entsprechenden
Oberflächenmodifizierungsprozesses 530,
der in einer anschaulichen Ausführungsform
als ein Nitrierungsprozess für das
selektive Umwandeln eines Teils des Materials 514n in ein
siliziumnitridartiges Material ausgebildet ist. Folglich kann die
zusätzliche
Höhe, die
in dem vorhergehenden selektiven epitaktischen Wachstumsprozess
geschaffen wurde, in effizienter Weise angewendet werden, um ein
stickstoffangereichertes Siliziummaterial zu bilden, das ähnliche
Eigenschaften wie Siliziumnitridmaterial aufweisen kann. Wie zuvor
erläutert
ist, kann die zusätzliche
Höhe als
ein reines Siliziumaterial, als ein Silizium/Kohlenstoffmaterial
oder dergleichen vorgesehen werden. Während des Prozesses 530 kann
eine entsprechend weniger effektive Oberflächenmodifizierung des oxidierten Bereichs 511 des
ersten Transistors 550p dennoch zu einer hohen Ätzselektivität in Bezug
auf ein entsprechendes Material 531 führen, wie dies zuvor erläutert ist.
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Somit
kann der oxidierte Bereich 511 in effizienter Weise entfernt
werden, ohne dass im Wesentlichen das Material 514n angegriffen
wird, das durch den Schichtbereich 531 abgedeckt ist.
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5e zeigt
schematisch das Bauelement 500 nach dem Ende der oben beschriebenen
Prozesssequenz, wenn dieses einen weiteren epitaktischen Wachstumsprozess 515 für die Herstellung
eines entsprechenden verformten Materials 514p ausgesetzt
ist, das unterschiedliche Eigenschaften im Vergleich zu dem Material 514n aufweisen
kann, ähnlich
wie dies zuvor beschrieben ist. Ferner kann während des selektiven epitaktischen
Wachstumsprozesses 515 der Schichtbereich 521 als
eine Wachstumsmaske dienen, wodurch eine Materialabscheidung auf
dem Material 514n im Wesentlichen unterdrückt wird.
Danach können
die Schicht 531 sowie die Abstandshalter 506 die
Deckschichten 509 in einem gemeinsamen Ätzprozess beispielsweise auf der
Grundlage äußerst selektiver
nasschemischer Ätzprozesse
entfernt werden. Nachfolgend kann die weitere Bearbeitung fortgesetzt
werden, wie dies zuvor beschrieben ist. Somit wird eine äußerst effiziente und
gut steuerbare Technik bereitgestellt, in der unterschiedlich verformte
Halbleitermaterialien in unterschiedlichen Transistoren hergestellt
werden können,
wobei dennoch eine deutlich reduzierte Prozesskomplexität erreicht
wird.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren
für die
Herstellung unterschiedlicher Transistorarten bereit, wovon jede
eine unterschiedliche Art einer Verformung in dem entsprechenden
Kanalgebiet aufweist, wobei eingebettete verformte Halbleiterschichten
vorgesehen sind, die individuell für jede unterschiedliche Transistorart hergestellt
werden. Dabei wird eine reduzierte Komplexität erreicht, indem die erforderlichen
Prozessschritte deutlich reduziert werden, insbesondere für die Herstellung
entsprechender Wachstumsmasken. In einigen anschaulichen Ausführungsformen
kann eine Verringerung der Prozesskomplexität erreicht werden, indem die
Anzahl erforderlicher Wachstumsmasken reduziert wird, indem ein
zuvor aufgewachsenen verformtes Halbleitermaterial einer weiteren epitaktischen
Wachstumsumgebung ausgesetzt wird, um damit eine entsprechende Deckschicht
für das
zuvor gebildete Material zu bilden. In noch anderen anschaulichen
Ausführungsformen
kann eine Wachstumsmaske auf der Grundlage eines lithographischen
Strukturierungsprozesses gebildet werden, während weitere Wachstumsmasken
auf der Grundlage „selbstjustierender" Verfahren hergestellt
werden können.
In anderen Ausführungsformen
wird ein hohes Maß an
Flexibilität
bei der Positionierung entsprechender verformter Halbleiterschichten
für unterschiedliche
Transistorarten erreicht, während
dennoch eine reduzierte Komplexität erhalten wird, indem ein
Ansatz mit unterschiedlichen zu entfernenden Abstandselementen eingesetzt
wird. Somit kann selbst für äußerst anspruchsvolle
Transistorelemente, etwa vollständig
oder teilweise verarmter SOI-Bauelemente, eine effiziente Verformungstechnologie
für unterschiedliche
Transistorarten erreicht werden.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und nicht für die Zwecke
gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der
vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind
die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als
die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.