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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 von Transistoren
mit verformten Kanalgebieten unter Anwendung einer eingebetteten
verformten Schicht in den Drain- und Source-Gebieten, um damit die Ladungsträgerbeweglichkeit
in dem Kanalgebiet eines MOS-Transistors
zu erhöhen.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Die
Herstellung integrierter Schaltungen erfordert das Bilden einer
großen
Anzahl von Schaltungselementen auf einer vorgegebenen Chipfläche gemäß einer
spezifizierten Schaltungsanordnung. Im Allgemeinen werden mehrere
Prozesstechnologien gegenwärtig
eingesetzt, wobei für
komplexe Schaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips, und dergleichen
die CMOS-Technologie gegenwärtig eine
der vielversprechendsten Lösungen
auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit
und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz ist. Während der
Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung der
CMOS-Technologie werden Millionen Transistoren, d. h. n-Kanaltansistoren
und p-Kanaltransistoren auf einem Substrat mit einer kristallinen Halbleiterschicht
gebildet. Ein MOS-Transistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransisotor oder
ein p-Kanaltransisotr betrachtet wird, sogenannte PN-Übergänge, die
durch eine Grenzfläche
stark dotierter Drain- und Source-Gebiete mit einem invers dotierten
Kanalgebiet, das zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet angeordnet
ist, gebildet. Die Leitfähigkeit
des Kanalgebiets, d. h. das Durchlassstromvermögen 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 beim
Ausbilden eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer geeigneten
Steuerspannung an die Gateelektrode hängt von der Dotierstoffkonzentration,
der Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger und – für eine gegebene
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,
rasch einen leitenden Kanal unter der isolierenden Schicht beim
Anlegen der Steuerspannung an der Gateelektrode auszubilden, die
Gesamtleitfähigkeit
des Kanalgebiets im Wesentlichen das Leistungsverhalten der MOS-Transistoren.
Somit wird auf Grund der Reduzierung der Kanallänge – und damit verknüpft der
Verringerung des Kanalwiderstands – die Kanallänge zu einem
wesentlichen Entwurfskriterium, um eine Zunahme der Betriebsgeschwindigkeit integrierter
Schaltungen zu erreichen.
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Die
zunehmende Größenreduzierung
der Transistorabmessungen geht jedoch mit einer Reihe von damit
verknüpften
Problemen einher, etwa die geringere Steuerbarkeit des Kanals, was
auch als Kurzkanaleffekt, und dergleichen bezeichnet wird, die es
zu lösen
gilt, um nicht unerwünschterweise
die Vorteile aufzuheben, die durch das ständige Verringern der Kanallänge von
MOS-Transistoren erreicht werden. Da die ständige Verringerung der Größe der kritischen
Abmessungen, d. h. der Gatelänge
der Transistoren, das Anpassen und möglicherweise das Neuentwickeln äußerst komplexer
Prozessverfahren, beispielsweise zum Kompensieren der Kurzkanaleffekte,
erforderlich macht, wurde auch vorgeschlagen, die Kanalleitfähigkeit
der Transistorelemente durch Vergrößern der Ladungsträgerbeweglichkeit
in dem Kanalgebiet für
eine vorgegebene Kanallänge
zu verbessern, um damit die Möglichkeit
zu schaffen, eine Leistungssteigerung zu erreichen, die vergleichbar ist
mit dem Fortschreiten zu einem künftigen
Technologiestandard, während
viele der mit der Bauteilskalierung verknüpften Prozessanpassungen auftretenden
Probleme vermieden oder zumindest zeitlich verschoben werden.
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Ein
effizienter Mechanismus zum Erhöhen der
Ladungsträgerbeweglichkeit
ist die Modifizierung der Gitterstruktur in dem Kanalgebiet durch
beispielsweise Erzeugen einer Zugverspannung oder Druckverspannung
in der Nähe
des Kanalgebiets, um damit eine entsprechende Verformung in dem
Kanalgebiet hervorzurufen, die zu einer modifizierten Beweglichkeit
für Elektronen
bzw. Löcher
führt.
Beispielsweise kann eine Druckverformung in dem Kanalgebiet die
Löcherbeweglichkeit
erhöhen,
wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, das Leistungsverhalten von p-Transistoren zu verbessern.
Andererseits kann das Erzeugen einer Zugverformung in dem Kanalgebiet
eines n-Kanaltransistors die Elektronenbeweglichkeit erhöhen. Die
Einführung
einer Verspannungs- oder Verformungstechnologie in den Prozess zur
Herstellung integrierter Schaltungen ist ein äußerst vielversprechender Ansatz
für weitere
Bauteilgenerationen, da beispielsweise verformtes Silizium als eine „neue" Art an Halbleitermaterial
betrachtet werden kann, das die Herstellung schneller und leistungsstarker
Halbleiterbauelemente ermöglicht,
ohne dass teuere Halbleitermaterialien erforderlich sind, wobei
viele der gut etablierten Fertigungsverfahren weiterhin eingesetzt
werden können.
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Daher
wird in einigen Lösungsvorschlägen die
Löcherbeweglichkeit
von PMOS-Transistoren verbessert,
indem eine verformte Silizium/Germaniumschicht in den Drain- und Sourcegebieten
der Transistoren gebildet wird, wobei die kompressiv verformten
Drain- und Sourcegebiete
eine uniaxiale Verformung in dem benachbarten Siliziumkanalgebiet erzeugen.
Dazu werden die Drain- und Sourceerweiterungsgebiete der PMOS-Transistoren
auf der Grundlage einer Ionenimplantation hergestellt. Danach werden
entsprechende Seitenwandabstandshalter an der Gateelektrode hergestellt,
wie dies für die
Ausbildung der tiefen Drain- und Sourceübergänge und dem Metallsilizid in
einer späteren
Fertigungsphase erforderlich ist. Vor der Ausbildung der tiefen Drain-
und Sourceübergänge werden
diese Gebiete selektiv auf der Grundlage der Seitenwandabstandshalter
vertieft, während
die NMOS-Transistoren maskiert sind. Nachfolgend wird eine Silizium/Germanium-Schicht
mit hoher in-situ-Dotierung selektiv in dem PMOS-Transistor durch
epitaktische Wachstumsverfahren gebildet. Da die natürliche Gitterkonstante
des Silizium/Germaniums größer ist
als jene des Siliziums, wird die epitaktisch aufgewachsene Silizium/Germanium-Schicht,
die den Gitterabstand dese Silizium annimmt, unter kompressiver
Verformung aufgewachsen, die dann effizient in das Kanalgebiet übertragen
wird, wodurch das Silizium darin kompressiv verformt wird. Dieses
Integrationsschema führt
zu einer deutlichen Verbesserung des Leistungsverhaltens von p-Kanaltransistoren.
Folglich wurde auch ein ähnliches
Konzept für
n-Kanaltransistoren vorgeschlagen, wobei ein Silizium/Kohlenstoffmaterial
verwendet wird, das eine geringere Gitterkonstante im Vergleich
zu Silizium besitzt. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Ansatz
ist die Integration einer eingebetteten Silizium/Kohlenstoffschicht
in die Drain- und Sourcegebiete auf Grund der Tatsache schwierig,
dass aktuell etablierte epitaktische Wachstumsprozesse für Silizium/Kohlenstoff
eine äußerst geringe
Selektivität
aufweisen, woraus sich eine merkliche Materialabscheidung in unerwünschten
Bauteilbereichen ergibt. Ferner ist die Löslichkeit des Kohlenstoffs
in Silizium während
des epitaktischen Wachstumsprozesses gering. Folglich kann auf der
Grundlage konventioneller Verfahren eine Konzentration von 2 bis
3 % Kohlenstoff in Silizium, wie sie für das Erreichen einer gewünschten
Erhöhung
der Elektronenbeweglichkeit erforderlich ist, nur unter großen Schwierigkeiten
erreicht werden.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte
Technik, die eine effiziente Erhöhung
des Leistungsvermögens
von n-Kanaltransistoren durch verformtes Silizium/Kohlenstoffmaterial
ermöglicht,
wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder
zumindest deren Auswirkungen reduziert werden.
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Überblick über die
Erfindung
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik
zur Herstellung siliziumbasierter Transistoren mit einem verformten
Siliziumkohlenstoffmaterial in dem Drain- und Sourcegebiet, um eine verstärkte Verformung
in den entsprechenden Kanalgebieten zu ermöglichen. Das Silizium/Kohlenstoffmaterial
kann auf der Grundlage eines Implantationsprozesses gebildete werden,
wodurch im Wesentlichen die Probleme vermieden werden können, die
bei selektiven epitaktischen Wachstumsverfahren beteiligt sind,
wie sie in konventionellen Prozessen eingesetzt werden. Auf Grund
des Einbaus von Kohlenstoffmaterial mittels Ionenimplantation wird
ein hohes Maß an
Flexibilität
erreicht, insbesondere in Verbindung mit der Herstellung entsprechender
Transistorelemente mit verformten Silizium/Germanium-Material, da
das Kohlenstoffmaterial während
eines beliebigen geeigneten Fertigungsstadiums implantiert werden
kann, während
die entsprechenden p-Kanaltransistoren
durch eine entsprechende Implantationsmaske abgedeckt werden können. Ferner
kann in einigen anschaulichen Ausführungsformen der Einbau des
Kohlenstoffmaterials und das entsprechende Erzeugen eines verformten Halbleitermaterials
in einer späten
Phase des Fertigungsprozesses mit minimalem Einfluss auf die Gesamtbauteileigenschaften
durchgeführt
werden, indem Aktivierungsverfahren eingesetzt werden, die deutlich
eine Dotierstoffdiffusion unterdrücken, während dennoch ein effizienter
Kohlenstoffaktivierungsprozess ermöglicht wird. Beispielsweise
können
blitzlichtbasierte oder laserbasierte Ausheizverfahren in einigen
anschaulichen Ausführungsformen
eingesetzt werden, um in effizienter Weise entsprechende Kohlenstoffatome
an Gitterplätze
zu bringen, um damit das entsprechende Kohlenstoff/Siliziummaterial mit
einem gewünschten
Maß an
Zugverformung zur Erhöhung
der Elektronenbeweglichkeit in dem entsprechenden Kanalgebiet zu
bilden.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das im Wesentlichen
Amorphisieren eines Bereichs von Drain- und Sourcegebieten eines
ersten siliziumbasierten Transistors und das Implantieren von Kohlenstoff
in den im Wesentlichen amorphisierten Bereich. Des weiteren umfasst
das Verfahren das Rekristallisieren des im Wesentlichen amorphisierten Bereichs,
um eine Zugverformungsschicht in den Drain- und Sourcegebieten zu
bilden.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden von
Drain- und Sourcegebieten eines ersten Transistors in einer siliziumbasierten
Halbleiterschicht mittels Ionenimplantation und eines ersten Ausheizprozesses.
Des weiteren wird Kohlenstoff in die Drain- und Sourcegebiete implantiert
und schließlich
wird ein zweiter Ausheizprozess ausgeführt, um den Kohlenstoff zu
aktivieren, um eine Zugverformungsschicht in den Drain- und Sourcegebieten
zu bilden.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Implantieren
von Kohlenstoff in die Drain- und Sourcegebiete eines Siliziumtransistors,
um eine Kohlenstoffkonzentration von mindestens ungefähr 1,5 Atomprozent
in einem Bereich der Drain- und Sourcegebiete bereitzustellen. Des weiteren
wird der implantierte Kohlenstoff aktiviert, um eine verformte Schicht
in den Drain- und Sourcegebieten zu bilden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen beschrieben
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen
studiert wird, in denen:
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1a bis 1e schematisch
Querschnittsansichten eines Transistorelements während diverser Fertigungsstadien
zeigen, in denen eine verformte Kohlenstoff/Siliziumschicht in einem
oberen Bereich der Drain- und Sourcegebiete durch Ionenimplantation
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung gebildet wird;
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1f bis 1i schematisch
Querschnittsansichten eines Transistorelements zeigen, das eine verformte
Silizium/Kohlenstoffschicht zusätzlich
zu einer verspannten darüber
liegenden Schicht erhält, die
nahe an dem Kanalgebiet angeordnet ist, gemäß noch weiterer anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; und
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2a bis 2c schematisch
ein Halbleiterbauelement mit einem n-Kanaltransistor mit einem Silizium/Kohlenstoffmaterial
und einem p-Kanaltransistor mit einem Silizium/Germanium-Material in den jeweiligen
Drain- und Sourcegebieten während
diverser Fertigungsphasen gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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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 Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung eine effiziente Technik
für die
Herstellung verformten Silizium/Kohlenstoffmaterials in Drain- und Sourcegebieten
eines entsprechenden Transistorelements bereit, wobei in einigen
anschaulichen Ausführungsformen
das verformte Silizium/Kohlenstoffmaterial nahe an dem Kanalgebiet
des Transistorelements angeordnet werden kann, wodurch eine äußerst effiziente
verformungsinduzierender Mechanismus in dem Kanalgebiet bereitgestellt
wird. Ferner wird der Einbau eines merklichen Anteils an Kohlenstoff,
wie er zum Erreichen einer gewünschten
verformungsinduzierenden Wirkung erforderlich ist, auf der Grundlage
eines Ionenimplantationsprozesses ausgeführt, wodurch die Probleme vermieden
werden können,
die bei selektiven epitaktischen Wachstumsverfahren für ein mit
Kohlenstoff dotiertes Siliziummaterial beteiligt sind. Das Einführen des
Kohlenstoffmaterials auf der Grundlage einer Ionenimplantation liefert
ein hohes Maß an
Flexibilität
bei der Implementierung des Fertigungsprozesses für das verformte
Silizium/Kohlenstoffmaterial im Hinblick auf die Einbettung in den
Gesamtprozessablauf zur Herstellung moderner Halbleiterbauelemente,
da der Einbau des Kohlenstoffmaterials an einem beliebigen gewünschten
Fertigungsstadium und mit hoher lokaler Selektivität ausgeführt werden
kann, indem beispielsweise entsprechende Implantationsmasken zum
Abdecken anderer Bauteilbereiche, etwa p-Kanaltransistoren, empfindliche
Bauteilbereiche, und dergleichen, bereitgestellt werden. Des weiteren kann
der Implantationsprozess zum Einführen des Kohlenstoffmaterials
in die entsprechenden Drain- und Sourcegebiete mit äußerst effizienten
Ausheizverfahren kombiniert werden, etwa blitzlichtbasierten und
laserbasierten Ausheizverfahren, in denen kurze Impulse einer geeigneten
Strahlung mit einer einzelnen Wellenlänge oder mehreren Wellenlängen auf die
entsprechenden Bauteiloberflächen
gerichtet werden, wodurch eine äußerst effiziente
Aktivierung, d. h. eine Positionierung entsprechender Kohlenstoffatome
oder anderer Silizium- oder Nicht-Siliziumatome an Gitterplätzen, gewährleistet
ist, während
im Wesentlichen eine ausgeprägte
Diffusion der entsprechenden Kohlenstoffatome oder anderer Nicht-Siliziumatome
reduziert oder sogar vermieden wird. Folglich können die Kohlenstoffatome effizient aktiviert
werden, während
bereits bestehende Implantationsprofile im Wesentlichen beibehalten
werden. Daher können
die Kohlenstoffimplantation und die nachfolgenden strahlungsbasierten
Ausheizprozesse zu einem sehr späten
Stadium während
des Transistorfertigungsprozesses ausgeführt werden, ohne dass im Wesentlichen
die Transistoreigenschaften, die durch die vorhergehenden Prozessverfahren
eingestellt werden, beeinflusst werden. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
wird die Kohlenstoffimplantation auf der Grundlage eines Abstandshaltermaterials
oder eines Beschichtungsmaterials ausgeführt, das einen deutlich geringeren
Abstand zu der Gateelektrode beispielsweise im Vergleich zu den
eigentlichen Bauteilabstandshaltern ermöglicht, die typischerweise
für die
Herstellung der tiefen Drain- und
Sourcegebiete verwendet werden, wodurch die Positionierung des entsprechenden Kohlenstoffmaterials
und nachfolgend des entsprechenden verformten Silizium/Kohlenstoffmaterials sehr
nahe an dem Kanalgebiet ermöglicht
wird, um damit einen äußerst effizienten
verformungsinduzierenden Mechanismus bereitzustellen.
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Ferner
kann die Wirksamkeit des Implantationsprozesses sowie der nachfolgenden
Ausheizsequenz verbessert werden, indem eine Amorphisierungsimplantation
vor der Kohlenstoffimplantation ausgeführt wird, die für eine verbesserte
Kohlenstoffpositioniergenauigkeit auf Grund der reduzierten Kanaleffekte
und auch für
eine erhöhte
Effizienz der nachfolgenden Ausheizprozesse sorgen kann, da im Wesentlichen
ein amorphisiertes Gebiet effizienter rekristallisiert werden kann
im Vergleich zu kristallinen Bereichen, die durch Ione nimplantation
stark geschädigt
sind. Des weiteren kann in Verbindung mit dem Herstellen eines verformten
Silizium/Kohlenstoffmaterials in den entsprechenden Drain- und Sourcegebieten
eine weitere Leistungssteigerung erreicht werden, indem geeignete
Abstandshaltertechniken eingesetzt werden, um die parasitäre Kapazität zu verringern
und/oder um eine verbesserte Verspannungsübertragungseffizienz für eine verspannte darüber liegende
Schicht bereitzustellen.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1i und
den 2a bis 2c werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung detaillierter beschrieben.
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Fig. 1a zeigt
schematisch im Querschnitt ein Halbleiterbauelement 100 mit
einem Substrat 101, etwa einem Siliziumvollsubstrat, einem SOI-(Silizium-auf-Isolator)Substrat
oder einem anderen geeigneten Trägermaterial,
das darauf ausgebildet eine siliziumbasierte Halbleiterschicht 102 aufweist,
die für
das Herstellen darin und darauf von Schaltungselementen, etwa Feldeffekttransistoren, und
dergleichen geeignet ist. In dieser Hinsicht ist ein siliziumbasiertes
Halbleitermaterial als eine kristalline Halbleiterschicht zu verstehen,
die einen merklichen Anteil an Silizium aufweist, wobei jedoch andere
Nicht-Sililziumatome in einem mehr oder weniger ausgeprägten Anteil
vorhanden sein können.
Beispielsweise kann eine kristalline Halbleiterschicht mit mindestens
ungefähr
50 Atomprozent Silizium als eine siliziumbasierte Halbleiterschicht
betrachtet werden. Der Bereich des Halbleiterbauelements 100, wie
er in 1a gezeigt ist, kann ein n-Kanaltransistorelement
repräsentieren,
in welchem zumindest ein Bereich der siliziumbasierten Schicht 102 modifiziert wird,
um eine Zugverformung aufzuweisen, um damit die Elektronenbeweglichkeit
darin zu erhöhen,
die zu einem erhöhten
Durchlassstromvermögen
des entsprechenden Transistorelements führt. Es sollte beachtet werden,
dass das Halbleiterbauelement 100 andere Schaltungselemente,
etwa p-Kanaltransistoren, und dergleichen aufweisen kann, in denen
andere verformungsinduzierende Mechanismen, etwa ein kompressiv
verformtes Halbleitermaterial, vorgesehen sein können, um speziell die Durchlassstromwerte
dieser Bauelemente zu verbessern, wie dies nachfolgend mit Bezug
zu den 2a bis 2c beschrieben
ist.
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Das
Halbleiterbauelement 100 kann in dieser Fertigungsphase
ferner eine Gateelektrode 104 aufweisen, die auf einer
entsprechenden Gateisolationsschicht 105 ausgebildet ist,
die wiederum die Gateelektrode 104 von der Halbleiterschicht 102 trennt,
d. h. von einem Kanalgebiet 103, das in einem Teil der Schicht 102 definiert
ist. Die Gateelektrode 104 des Bauelements 100 kann
in dieser Fertigungsphase aus einem stark dotierten Polysilizium
aufgebaut sein, wie es typischerweise als Gateelektrodenmaterial
in vielen gut etablierten CMOS-Technologien verwendet wird. Ferner
kann in anspruchsvollen Anwendungen eine Gatelänge, d. h. eine horizontale
Ausdehnung der Gateelektrode 104 in 1a, ungefähr 100 nm
und deutlich weniger, beispielsweise sogar 50 nm und weniger betragen,
während
eine Dicke der Gateisolationsschicht 105, die aus Siliziumdioxid, stickstoffangereichertem
Siliziumdioxid und dergleichen aufgebaut sein kann, im Bereich von
einem bis mehreren Nanometern liegen kann. Des weiteren ist eine
erste Seitenwandabstandshalterstruktur 106 an Seitenwänden der
Gateelektrode 104 ausgebildet und kann aus einem beliebigen
geeigneten dielektrischen Material aufgebaut sein, wobei in einigen
anschaulichen Ausführungsformen
Siliziumnitrid verwendet wird. Des weiteren ist eine entsprechende Beschichtung 107 konform über dem
Bauelement 100 ausgebildet und kann eine hohe Ätzselektivität in Bezug
auf das Material der Seitenwandabstandshalterstruktur 106 aufweisen.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
ist die Beschichtung 107 aus Siliziumdioxid aufgebaut und
besitzt eine Dicke 107t, die geeignet im Hinblick auf einen
nachfolgenden Kohlenstoffimplantationsprozess ausgewählt ist,
um einen gewünschten
Abstand zu dem Kanalgebiet 103 zu bieten und um ein gewünschtes
Maß an
Integrität während der
weiteren Bearbeitung zu gewährleisten. Beispielsweise
kann die Dicke 107t auf ungefähr 1 bis 5 nm oder mehr festgelegt
werden. Des weiteren kann das Halbleiterbauelement 100 in
einigen anschaulichen Ausführungsformen
in dieser Fertigungsphase Drain- und Sourcegebiete 109 mit
entsprechenden Erweiterungsgebieten 108 aufweisen, wie
sie für
moderne Transistorelemente mit einer moderat geringen Kanallänge erforderlich
sind. Die Drain- und Sourcegebiete 109 mit den Erweiterungen 108 können daher
eine hohe Konzentration eines n-Dotiermaterials
aufweisen, um damit entsprechende PN-Übergänge 110 mit dem Kanalgebiet 103 und den
verbleibenden Material der Schicht 102 zu bilden. Es sollte
beachtet werden, dass das Bauelement 100 in anderen anschaulichen
Ausführungsformen
eine SOI-Architektur
repräsentieren
kann, in der die tiefen Drain- und Sourcegebiete 109 sich
bis zu einer entsprechenden vergrabenen isolierenden Schicht (nicht
gezeigt) erstrecken, wodurch eine reduzierte parasitäre Kapazität des PN-Übergangs 110 erreicht
wird.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 100,
wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach dem Bereitstellen oder Herstellen des Substarts 101 mit
der darauf ausgebildeten siliziumbasierten Halbleiterschicht 102,
werden geeignete Isolationsstrukturen, etwa flache Grabenisolationen (nicht
gezeigt) hergestellt, um entsprechende Bereiche für die Ausbildung
von Schaltungselementen oder Gruppen von Schaltungselementen, etwa
p-Kanaltransistoren, etwa n-Kanaltransistoren, und dergleichen,
zu definieren. Die Herstellung der entsprechenden Isolationsstrukturen
kann gut etablierte Photolithographie-, anisotrope Ätz-, Abscheide-
und Planarisierungstechniken beinhalten. Danach können geeignete
Implantationsprozesse ausgeführt werden,
um ein spezielles vertikales Dotierstoffprofil in den entsprechenden
Bereichen der Halbleiterschicht 102 zu erzeugen. Anschließend werden
geeignete Materialien für
die Gateisolationsschicht 105 und die Gateelektrode 104 beispielsweise
auf der Grundlage moderner Oxidations- und/oder Abscheideverfahren
für die
Gateisolationsschicht 105, gebildet, während das Gateelektrodenmaterial
auf der Grundlage von CVD-(chemische Dampfabscheide-)Verfahren bei
geringem Druck gemäß gut etablierter
Rezepte gebildet werden kann. Nachfolgend wird das Gateelektrodenmaterial
und das Material der Gateisolationsschicht in geeigneter Weise auf
der Grundlage von Photolithographie und modernen Ätzverfahren
strukturiert, wobei auch entsprechende Deckschichten (nicht gezeigt)
gleichzeitig mit dem Gateelektrodenmaterial strukturiert werden
können, um
damit eine entsprechende Deckschicht vorzusehen, die für eine geeignete
Einkapselung der Gateelektroden in anderen Bauteilbereichen erforderlich sein
kann, etwa Bereichen, die den p-Kanaltransistoren entsprechen, um
ein verformtes Silizium/Germanium-Material zu erhalten, wie dies
auch mit Bezug zu den 2a bis 2c beschrieben
ist. Nach dem Strukturieren der Gateelektrode 104 und möglicherweise
der selektiven Herstellung epitaktisch gewachsener Halbleitermaterialien
in anderen Bauteilgebieten, werden geeignete Implantationsprozesse
aufgeführt,
beispielsweise auf der Grundlage von Offset-Abstandshaltern (nicht
gezeigt), um ein n-Dotiermaterial
zur Bildung der Erweiterungsgebiete 108 einzuführen. Entsprechende
Fertigungsprozesse zur Ausbildung von Offset-Abstandshaltern, etwa
Siliziumdioxidabstandshaltern, und das Ausführen eines entsprechenden Implantationsprozesses,
sind im Stand der Technik bekannt. Es sollte ferner beachtet werden,
dass die entsprechenden Implantationsprozesse auch weitere Implantationen
enthalten können,
etwa eine Voramorphisierungsimplantation, falls erforderlich, Halo-Implantationen,
und dergleichen, abhängig
von den Prozess- und Bauteilerfordernissen. In noch weiteren anschaulichen
Ausführungsformen
kann die Beschichtung 107 vor der Implantation zur Bildung
der Erweiterungsgebiete 108 gebildet werden und kann als
ein entsprechender Offset-Abstandshalter verwendet werden. In diesem
Falle wird die Dicke 107t so gewählt, dass der gewünschte laterale
Abstand zu der Gateelektrode 104 erreicht wird.
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Danach
kann die erste Abstandshalterstruktur 106 auf der Grundlage
einer konformen Abscheidung und anisotroper Ätzverfahren gebildet werden, wobei
beispielsweise eine Siliziumnitridschicht auf der Grundlage von
beispielsweise CVD-Verfahren mit geringem Druck, und dergleichen
hergestellt wird, woran sich ein anisotroper Ätzprozess anschließt, während welchem
die Beschichtung 107 als eine effiziente Ätzstoppschicht
dienen kann, um damit die entsprechenden Abstandselemente bereitzustellen. Anschließend wird
eine weitere Ionenimplantation ausgeführt, um das n-Dotierstoffmaterial
in die Schicht 102 zum Definieren der tiefen Drain- und Sourcegebiete 109 einzuführen, wobei
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die entsprechende Fertigungssequenz das Bilden weiterer Seitenwandabstandshalterelemente
in der Struktur 106 gefolgt von einem entsprechenden Implantationsprozess
umfassen kann, wenn die laterale Profilierung der Drain- und Sourcegebiete 109 im
Zusammenhang mit den Erweiterungsgebieten 108 anspruchsvollere
Dotierstoffprofile erfordert. Danach kann ein geeigneter Ausheizprozess
ausgeführt
werden, um die implantierten Dotierstoffe zu aktivieren und um zumindest
zu einem gewissen Maße
implantationsinduzierte Schäden
in dem Halbleitermaterial 102 zu rekristallisieren. Es
sollte beachtet werden, dass ein entsprechender Ausheizprozess auch
nach der Implantation der Erweiterungsgebiete 108 bei Bedarf ausgeführt werden
kann. Das Ausheizen der Drain- und
Sourcegebiete 109 und der Erweiterungen 108 kann
auf der Grundlage gut etablierter Rezepte ausgeführt werden, die schnelle thermische
Ausheizverfahren, ofenbasierte Verfahren, strahlungsbasierte Verfahren
und Ausheiztechniken auf der Grundlage einer gepulsten Strahlung
mit hochenergetischen kurzen Strahlungsimpulsen, etwa Laser-gestützte und
Blitzlicht-gestützte
Ausheizverfahren oder einer beliebigen Kombination davon enthalten
können.
In einer anschaulichen Ausführungsform
wird der entsprechende Ausheizprozess so gestaltet, dass die letztlich
erforderliche Form der PN-Übergänge 110 im
Wesentlichen erzeugt wird, unabhängig
von einem weiteren Kohlenstoffimplantationsprozess und einem entsprechenden
Kohlenstoffaktivierungsprozess. Als nächstes wird in einer anschaulichen
Ausführungsform
ein äußerst selektiver Ätzprozess 111 ausgeführt, um
die erste Abstandshalterstruktur 106 selektiv in Bezug
auf das Beschichtungsmaterial 107 zu entfernen. Beispielsweise
wird in einer anschaulichen Ausführungsform
ein äußerst selektiver
nasschemischer Ätzprozess
auf der Grundlage heißer Phosphorsäure angewendet,
um selektiv das Abstandshaltermaterial der Struktur 106 zu
entfernen, wenn dieses aus Siliziumnitrid aufgebaut ist, während das
Beschichtungsmaterial 107 zuverlässig eine Schädigung der
abgedeckten Bauteilbereiche unterdrückt. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
können
andere selektive Ätzrezepte,
etwa selektive Trockenätzprozesse,
während
des Ätz prozesses 111 zum
effizienten Entfernen der ersten Abstandshalterstruktur 106 eingesetzt
werden. E sollte beachtet werden, dass der selektive Ätzprozess 111 im
Wesentlichen ohne Maskieren anderer Bauteilbereiche ausgeführt werden
kann, wodurch auch entsprechende erste Abstandshalterstrukturen
von anderen Transistorelementen, etwa p-Kanaltransistoren, und dergleichen entfernt
werden. Wenn das Vorhandensein der ersten Abstandshalterstruktur
in anderen Bauteilbereichen gewünscht
wird, beispielsweise im Hinblick auf die Verspannungseigenschaften
der ersten Abstandshalterstruktur 106, und dergleichen,
wird eine entsprechende Ätzmaske,
beispielsweise eine Lackmaske, hergestellt, um in zuverlässiger Weise
die entsprechenden Bauteilbereiche abzudecken. Eine entsprechende Ätzmaske kann
auf der Grundlage gut etablierter Photolithographieverfahren gebildet
werden.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Ende
des zuvor beschriebenen selektiven Ätzprozesses 111. Des
weiteren ist in einer anschaulichen Ausführungsform das Bauelement 100 einer
Amorphisierungsimplantation 112 ausgesetzt, um einen im
Wesentlichen amorphisierten Bereich 113 in den Drain- und
Sourcegebieten 109 mit den Erweiterungen 108 zu
bilden. Eine entsprechende im Wesentlichen Amorphisierung kann auch
in einem oberen Bereich der Gateelektrode 104 stattfinden,
in welchem das im Wesentliche polykristalline Material ebenso durch
den Implantationsprozess 112 modifiziert wird. Während der
Implantation 112 sorgt die Dicke 107t der Beschichtung 107 für einen
gewünschten
Abstand zu der Gateelektrode 104 und zu dem entsprechenden
Kanalgebiet 103 und unterdrückt im Wesentlichen auch eine
Schädigung an
der unteren Kante der Gateelektrode 104, wodurch die Unversehrtheit
der Gateisolationsschicht 105 im Wesentlichen beibehalten
wird. In einer anschaulichen Ausführungsform wird der Implantationsprozess 112 auf
der Grundlage von Silizium ausgeführt, das ein hohes Maß an Gitterschäden in dem im
Wesentlichen amorphisierten Bereiche 113 erzeugt, ohne
dass merkliche Anteile an Nicht-Siliziumatome eingeführt werden.
Beispielsweise kann mit einer Implantationsdosis für Silizium
von ungefähr
1 × 1015 Ionen pro cm2 und
mehr mit einer geeigneten Implantationsenergie im Bereich von ungefähr 5 bis
50 keV, abhängig
von der gewünschten
durchschnittlichen Eindringtiefe und der Dicke 107t der
Beschichtung 107, ein hohes Maß an Amorphisierung in den Bereichen 113 erreicht
werden. In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann eine andere
schwere Ionengattung implantiert werden, etwa Xenon, oder selbst
ein schweres n-Dotiermaterial kann verwendet werden, um für das gewünschte Maß an Amorphisierung
zu sorgen. Geeignete Implantationsparameter für eine entsprechende Ionengattung
können
effizient auf der Grundlage entsprechender Simulationsmodelle und/oder
Experimente ermittelt werden. Es sollte beachtet werden, dass die
Implantation 112 so gestaltet sein kann, dass der entsprechende
im Wesentlichen amorphisierte Bereich 113 im Wesentlichen
innerhalb der Drain- und Sourcgebiete 109 einschließlich der
Erweiterungen 108 angeordnet ist, während in anderen Fällen, wenn
eine Ausdehnung des Bereichs 113 in Richtung des Kanalgebiets 103 erwünscht ist,
entsprechende Implantationsneigungswinkel für ein entsprechendes Formen
des Bereichs 113 angewendet werden können.
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1c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement während eines nachfolgenden Implantationsprozesses 114,
um Kohlenstoffionen in die im Wesentlichen amorphisierten Bereiche 113 einzuführen, wodurch
ein Silizium/Kohlenstoff-Material 115 hergestellt wird,
wobei eine Konzentration an Kohlenstoffatomen im Bereich von ungefähr 1,5 Atomprozent
bis ungefähr
4 Atomprozent und höher
liegt, abhängig
von den Eigenschaften des Implantationsprozesses 114. In
einer anschaulichen Ausführungsform wird
der Implantationsprozess 114 auf der Grundlage geeignet
ausgewählter
Implantationsenergien und Dosierungen ausgeführt, um im Wesentlichen die Kohlenstoffione
innerhalb des im Wesentlichen amorphisierten Bereichs 113 mit
einer Konzentration von ungefähr
1,5 Atomprozent bis 4 Atomprozent anzuordnen, wobei eine Dosis von
ungefähr
5 × 1016 Ionen pro cm2 verwendet
wird. Im Hinblick auf die Größe des Silizium/Kohlenstoffmaterials 115 kann
auch eine geneigte Implantation eingesetzt werden, wenn ein geringerer
Abstand zu dem Kanalgebiet 103 gewünscht ist. Folglich kann durch
Anwendung des Implantationsprozesses 114 eine moderat hohe
Konzentration an Kohlenstoff in die Drain- und Sourcegebiete 109 einschließlich der
Erweiterungen 108 eingeführt werden, wobei ein lateraler
Abstand des Silizium/Kohlenstoffgebiets 115 zu dem Kanalgebiet 103 im
Wesentlichen durch die Dicke 107t und/oder die Eigenschaften
des Ionenimplantationsprozesses 114 bestimmt ist. Des weiteren
können
die Prozessparameter der Implantationen 112 und 114 so
festgelegt werden, dass das Silizium/Kohlenstoffgebiet 115 im Wesentlichen
vollständig
innerhalb der Erweiterungsgebiete 108 und der Drain- und
Sourcgebiete 109 angeordnet ist. In diesem Falle werden
die durch den PN-Übergang 110 definierten
elektrischen Eigenschaften beibehalten, wodurch ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen
Bauteilfertigungsverfahren, in denen kein Silizium/Kohlenstoffgebiet gebildet
wird, bewahrt wird, wobei zusätzlich
der Vorteil einer äußerst effizienten
verformungsinduzierenden Quelle erreicht wird.
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1d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 während eines
nachfolgendes Ausheizprozesses 116 zum Aktivieren der implantierten
Kohlenstoffatome. In einer anschaulichen Ausführungsform umfasst der Ausheizprozess 116 eine
lasergestütze
oder blitzlichtgestützte
Ausheiztechnik. Während
eines Laserausheizprozesses werden ein oder mehrere kurze Strahlungsimpulse
mit einer spezifizierten Strahlungswellenlänge erzeugt und auf die freiliegende
Bauteiloberfläche
gerichtet, wie dies in 1d angedeutet
ist, wodurch die entsprechende Energie in dem bestrahlten Material
deponiert wird. Folglich werden die bestrahlten Bereiche effizient
bis zu hohen Temperaturen aufgeheizt, die den Atomen die erforderliche
Aktivierungsenergie verleihen, wobei auf Grund der kurzen Strahlungsimpulse
der Energietransfer und damit das Aufheizen des Materials ausreichend
ist, um eine Bewegung über
kurze Entfernungen der entsprechenden Silizium- und Nicht-Silizium-Gattungen
zu ermöglichen,
während eine
ausgedehnte Diffusion über
weitere Weglängen im
Wesentlichen unterdrückt
wird. Somit wird der im Wesentlichen amorphisierte Bereich mit der
moderat hohen Kohlenstoffkonzentration in dem Gebiet 115 in effizienter
Weise rekristallisiert, wodurch die Kohlenstoffgattung aktiviert
wird, d. h. es werden viele Kohlenstoffatome an Gitterplätzen in äußerst effizienter Weise
angeordnet, ohne dass eine merkliche Diffusion anderer Nicht-Siliziumgattungen
auftritt, etwa des n-Dotiermaterials, das den PN-Übergang 110 bildet. Somit
werden die Dotierstoffgradienten in der Nähe des PN-Übergangs 110 im
Wesentlichen beibehalten, während
das Gebiet 115 effizient in ein verformtes Silizium/Kohlenstoffmaterial
umgewandelt wird, wodurch eine entsprechende Zugverformung in dem Kanalgebiet 103 erzeugt
wird. In einer blitzlichtgestützten
Ausheiztechnik werden in ähnlicher
Weise kurze Strahlungsimpulse bereitgestellt, wobei im Gegensatz
zu einer lasergestützten
Technik mehrere Wellchenlängen
in der entsprechenden Strahlung vorhanden sind, was vorteilhaft
sein kann für
eine Energiedeponierung, wenn mehrere unterschiedliche Materialien
mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften in den oberen Bereich
der freiliegenden Bauteilschichten vorhanden sind. Es sollte beachtet werden,
dass der zusätzliche
Ausheizprozess 116 zum Aktivieren der Kohlenstoffgattung
in dem Gebiet 115, obwohl dieser die n-Dotierstoffgattung
im Hinblick auf eine Diffusion über
ausgeprägtere
Weglängen
im Wesentlichen nicht beeinflusst, eine weitere Aktivierung bewirken
kann, wodurch das Maß an
Aktivierung des n-Dotiermittels in den Drain- und Sourcegebieten 109 und
den Erweiterungen 108 verbessert wird. Somit kann der Ausheizprozess 116 zu
einer noch ausgeprägteren
Leistungssteigerung des Bauelements 100 beitragen.
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Nach
dem Ausheizprozess wird die Beschichtung 107 entfernt oder
in anderen Fällen
wird eine weitere Seitenwandabstandshalterstruktur auf der Beschichtung 107 ausgebildet.
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1e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem eine zweite Abstandshalterstruktur 117 an
Seitenwänden
der Gateelektrode 104 gebildet ist, wobei die Beschichtung 107 in der
Abstandshalterstruktur 117 eingebaut sein kann oder auch
nicht, abhängig
von der Prozessstrategie. In einer anschaulichen Ausführungsform
umfasst die zweite Abstandshalterstruktur 117 ein dielektrisches Material
mit einer geringen relativen Permittivität im Vergleich zu der ersten
Abstandshalterstruktur 106, wodurch die parasitäre Kapazität 104 zwischen
Kontaktpfropfen reduziert wird, die für eine Kontaktierung der Drain-
und Sourcegebiete 109 in einer späteren Phase zu bilden sind.
Ferner ist auch Kopplungskapazität
der Gateelektrode 104 in Bezug auf die Drain- und Sourcegebiete
reduziert. In einer anschaulichen Ausführungsform ist die zweite Abstandshalterstruktur 117 aus
Siliziumdioxid aufgebaut, das eine geringere dielektrische Konstante
im Vergleich zu Siliziumnitrid aufweist, während in anderen anschaulichen Ausführungsformen
die Abstandshalter 117 ein dielektrisches Material mit
kleinem ε umfassen.
Ferner kann das Bauelement 100 Metallsilizidgebiete 118 aufweisen,
die in den Drain- und Sourcegebieten 109 ausgebildet sind,
d. h. zumindest in den Bereich 115 des verformten Silizium/Kohlenstoffmaterials
und auch in einem oberen Bereich der Gateelektrode 104.
Da die Metallsilizidgebiete 118 auf der Grundlage der zweiten
Abstandshalterstruktur 117 hergestellt werden, wird ein
hohes Maß an
Zuverlässigkeit
des entsprechenden Fertigungsprozesses gewährleistet, während gleichzeitig
das verformte Silizium/Kohlenstoffmaterial in der Nähe des Kanalgebiets 103 beibehalten
wird, so dass die Spannungsrelaxation, die durch das Metallsilizid 118 hervorgerufen
wird, den gesamten verformungsinduzierenden Mechanismus nicht wesentlich
negativ beeinflusst.
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Das
Bauelement 100, wie es in 1 e
gezeigt ist, kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt
werden. Nach dem Entfernen der Beschichtung 107 oder dem
Beibehalten der Beschichtung 107 wird ein geeignetes Abstandsmaterial,
etwa Siliziumdioxid, ein dielektrisches Material mit kleinem ε oder dergleichen
auf der Grundlage gut etablierter Rezepte abgeschieden. Beispielsweise sind
konforme Abscheideverfahren auf der Grundlage von CVD für Siliziumdioxid
und eine Vielzahl dielektrischer Materialien mit kleinem ε gut bekannt.
Danach wird ein entsprechender anisotroper Ätzprozess ausgeführt, wobei
abhängig
davon, ob die Beschichtung 107 beibehalten wurde oder entfernt
wurde, und ab hängig
von der Materialzusammensetzung des Abstandsmaterials, geeignete Ätzstrategien
eingesetzt werden, um die Gateelektrode 104 und die Drain-
und Sourcegebiete, d. h. den Bereich 115, freizulegen,
während
die Abstandselemente 117 gebildet werden. Als nächstes werden
nach Reinigungsprozessen zum Vorbereiten der freiliegenden leitenden
oder halbleitenden Bereiche geeignete Silizidierungsprosse ausgeführt, beispielsweise
auf der Grundlage hochschmelzender Metalle, etwa Nickel, Platin,
Kobalt, oder Kombinationen davon, um die Metallsilizidgebiete 118 zu
bilden. Es sollte beachtet werden, dass die entsprechende Prozesssequenz zur
Herstellung der zweiten Seitenwandabstandshalterstruktur 117 und
sowie der Metallsilizidgebiete 118 auch in anderen Bauteilbereichen,
etwa p-Kanaltransistoren,
und dergleichen ausgeführt
werden kann. Folglich kann das Material mit Zugverformung 115 nahe
an dem Kanalgebiet 103 positioniert werden, wobei in einigen
anschaulichen Ausführungsformen zusätzlich eine
reduzierte parasitäre
Kapazität
erreicht wird, indem die zweiten Abstandshalter 117 auf der
Grundlage eines Materials mit reduzierter Permittivität im Vergleich
zu konventionellen Bauteilstrategien vorgesehen werden, in denen
typischerweise Siliziumnitrid als Abstandshaltermaterial eingesetzt wird.
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Mit
Bezug zu den 1f bis 1h werden weitere
anschauliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nunmehr detailliert beschrieben, in denen
die zweite Abstandshalterstruktur 117, wie sie in 1e gezeigt
ist, weggelassen wird, um die Herstellung einer verspannten darüberliegenden
Schicht nahe an der Gateelektrode 104 zu ermöglichen.
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1f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Fertigungsphase,
die im Wesentlichen dem Bauelement 100 aus 1a entspricht,
wobei vor dem Entfernen der ersten Abstandshalterstruktur 106 ein
geeigneter selektiver Ätzprozess 119 ausgeführt wird,
um freiliegende Bereiche der Beschichtung 107 zu entfernen.
Beispielsweise sind selektive Ätzrezepte
für Siliziumdioxid
und Silizium gut etabliert und können
verwendet werden, wobei abhängig
von der Dicke der Beschichtung 107 selbst isotrope Ätzrezepte
eingesetzt werden können,
da eine entsprechende „Unterätzung" der ersten Abstandshalterstruktur 106 tolerierbar
sein kann. In anderen Fällen
werden anisotrope selektive Ätzrezepte
verwendet. Es sollte beachtet werden, dass eine ausgeprägte Selektivität des Prozesses 110 in Bezug
auf die Beschichtung 107 und die Abstandshalter 106 nicht
erforderlich ist, insbesondere, wenn ein anisotropes Ätzrezept
eingesetzt wird, da in diesem Falle dennoch ein im Wesentlichen
L-förmiger Abstandshalter
während
des Prozesses 119 geschaffen wird, selbst wenn ein merklicher
Anteil der ersten Abstandshalter 106 ebenso entfernt wird.
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1g zeigt
schematisch das Bauelement 100 nach dem Ätzprozess 119 und
während
des Ätzprozesses 111 zum
selektiven Entfernen des Abstandshalters 106. Beispielsweise
sind geeignete Rezepte mit einer moderat hohen Selektivität in Bezug
auf Siliziumdioxid und Silizium für Siliziumnitrid, beispielsweise
auf der Grundlage heißer
Phosphorsäure,
verfügbar,
wodurch das Entfernen der Abstandshalterstruktur 106 möglich ist,
ohne wesentlich die freiliegenden Bereiche der Gateelektrode 104 und
der Drain- und Sourcegebiete 109 zu schädigen.
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1h zeigt
schematisch das Bauelement 100 nach dem Entfernen der ersten
Abstandshalter 106, wodurch resultierende L-förmige Abstandselemente 107a zurückbleiben,
d. h. die Reste der Beschichtung 107. Danach kann das Bauelement 100 der
Amorphisierungsimplantation 112 bei Bedarf unterzogen werden,
wobei auf Grund des Vorhandenseins der L-förmigen Abstandselemente 107a ein leicht
modifiziertes Implantationsprofil in den Drain- und Sourcgebieten 109 und
den Erweiterungen 108 erzeugt wird, wie in 1h gezeigt
ist. Folglich können
die im Wesentlichen amorphisierten Bereiche 113 eine modifizierte
Form im Vergleich zu den Bereichen aufweisen, die in 1b gezeigt
sind. Danach wird die Kohlenstoffimplantation 114 auf der
Grundlage im Wesentlichen der gleichen Prozessparameter durchgeführt, wie
sie zuvor beschrieben sind, wobei auch in diesem Falle eine geringfügig modifizierte Form
des resultierenden Silizium/Kohlenstoff-Gebiets auf Grund der unterschiedlichen
Eindringtiefe in die Drain- und Sourcegebiete 109 und die
Erweiterungsgebiete 108 erreicht werden kann. Anschließend wird
der Ausheizprozess 116 in ähnlicher Weise ausgeführt, wie
dies zuvor mit Bezug zu 1e beschrieben
ist, um die implantierte Kohlenstoffgattung zu aktivieren, um somit
das verformte Silizium/Kohlenstoffgebiet 115 mit einer
modifizierten Form zu dem Gebiet, wie es in 1c gezeigt
ist, zu schaffen. Danach kann der Silizidierungsprozess auf der
Grundlage der L-förmigen
Abstandshalter 107a ausgeführt werden, wobei die L-Form
den erforderlichen Abstand der entsprechenden Metallsilizidgebiete
liefert, wodurch die gewünschte
Prozesszuverlässigkeit
das Beibehalten eines entsprechenden verformten Silizium-Kohlenstoffmaterials
benachbart zu dem Kanalgebiet 103 gewährleistet ist, in ähnlicher Weise,
wie dies auch mit Bezug zu der zweiten Abstandshalterstruktur 117 in 1e beschrieben
ist.
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1i zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz. Folglich umfasst das Bauelement 100 die
entsprechenden Metallsilizidgebiete 118, während das
verformte Silizium/Kohlenstoffmaterial des Gebiets 115 in
unmittelbarer Nähe
des Kanalgebiets 103 angeordnet ist. Des weiteren umfasst das
Bauelement 100 eine verspannte Oberschicht 120,
etwa eine Kontaktätzstoppschicht,
die aus einem verspannten Siliziumnitridmaterial mit einer hohen
Zugspannung aufgebaut sein kann, um die entsprechende Zugverformung
in dem Kanalgebiet 103 weiter zu erhöhen. Auf Grund des Vorsehens
der im Wesentlichen L-förmigen
Abstandshalter 107a kann das entsprechende verformte Material
der Schicht 120 nahe an dem Kanalgebiet 103 angeordnet
werden, wodurch der Spannungsübertragungsmechanismus
im Vergleich zu Strategien deutlich erhöht wird, in denen eine zusätzliche
Abstandshalterstruktur vorgesehen ist. Folglich können in
diesem Falle die unterschiedlichen verformungsinduzierenden Quellen,
d. h. das verformte Silizium/Kohlenstoffmaterial 115 und
die verspannte Oberschicht 120 in effizienterer Weise kombiniert
werden, da beide verformungsinduzierenden Quellen sehr nahe an dem
Kanalgebiet 103 angeordnet sind.
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Damit
stellt die vorliegende Erfindung eine äußerst effiziente Technik zur
Positionierung eines verformten Silizium/Kohlenstoffmaterials benachbart zu
dem Kanalgebiet des entsprechenden n-Kanaltransistors bereit, wodurch
die darin hervorgerufene Verformung deutlich vergrößert wird.
Dazu wird der Kohlenstoffeinbau auf der Grundlage eines Implantationsprozesses
erreicht, der von einer vorhergehenden Voramorphisierungsimplantation
und einem geeigneten Ausheizprozess begleitet sein kann, der für eine effiziente
Rekristallisierung und eine Kohlenstoffaktivierung sorgt, wobei
im Wesentlichen ein Herausdiffundieren der Dotierstoffmaterialien
reduziert oder unterdrückt
wird. Es sollte beachtet werden, dass obwohl in dem bislang beschriebenen
Ausführungsformen
die Kohlenstoffimplantation in einer sehr späten Phase des Transistorherstellungsprozesses
ausgeführt
wird, eine entsprechende Kohlenstoffimplantation auch in einem früheren Stadium durchgeführt werden
kann, wenn die entsprechende Prozessgestaltung der Ausheizprozesse
geeignet gestaltet ist. Beispielsweise kann die Kohlenstoffimplantation
zusammen oder nach der Herstellung der Erweiterungsgebiete 108 ausgeführt werden,
wobei ein Neigungswinkel für
die Implantation der Erweiterungen 108 angewendet werden
kann, während
eine im Wesentliche senkrechte Implantation für die Kohlenstoffimplantation
angewendet wird, wenn die unterschiedlichen Abstände dieser Implantationsgebiete
in Bezug auf das Kanalgebiet 103 erwünscht sind. In anderen Fällen kann
die Erweiterungsimplantation separat ausgeheizt werden und danach
kann die Kunststoffimplantation vor der Ausbildung der tiefen Drain- und Sourcegebiete
ausgeführt
werden, wodurch die Herstellung einer zusätzlichen Ab standshalterstruktur
vermieden wird. Danach können
die tiefen Drain- und Sourcegebiete sowie die Kohlenstoffgattung
auf der Grundlage einer geeigneten lasergestützten oder blitzlichtgestützten Sequenz
ausgeheizt werden. In anderen anschaulichen Ausführungsform wird die Voramorphisierungsimplantation 112 im
Zusammenhang mit dem Herstellen der Drain- und Sourcegebiete 109 und/oder
der Erweiterungen 108 ausgeführt, ohne dass diese speziell
für den
Einbau der Kohlenstoffgattung gestaltet ist. In noch anderen anschaulichen
Ausführungsformen wird
die Erweiterungsimplantation für
das im Wesentlichen Voramorphisieren eines erforderlichen Bereichs
der Drain- und Sourcegebiete vor dem Durchführen der Kohlenstoffimplantation 114 angewendet.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2c werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben, in denen ein verformtes
Halbleitermaterial mit einer unterschiedlichen Art an Verformung
in anderen Bauteilbereichen, etwa p-Kanaltransistoren, hergestellt wird.
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2a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 200, das ein erstes
Bauteilgebiet 250n und ein zweites Bauteilgebiet 250p aufweist.
Das erste und das zweite Bauteilgebiet 250n, 250p sind über entsprechenden
Gebiete eines Substrats 201 angeordnet, das ein beliebiges
geeignetes Trägermaterial mit
einer darauf ausgebildeten geeigneten siliziumbasierten Halbleiterschicht 202 repräsentiert.
Im Hinblick auf die Eigenschaften des Substrats 201 und
die siliziumbasierte Schicht 202 gelten die gleichen Kriterien,
wie sie zuvor mit Bezug zu dem Substrat 101 und der Schicht 102 erläutert sind.
In einem Beispiel repräsentiert
das erste Gebiet 205n ein Gebiet zur Herstellung eines
n-Kanaltransistors, während
das Gebiet 250p ein Gebiet zur Ausbildung eines p-Kanaltransistors
repräsentiert.
In der in 2a gezeigten Fertigungsphase
sind Gateelektroden 204 auf entsprechenden Gateisolationsschichten 205 ausgebildet,
die die entsprechenden Gateelektroden 204 von entsprechenden
Kanalgebieten 203 trennen. Des weiteren sind Drain- und
Sourcegebiete 209 mit Erweiterungsgebieten 208 ausgebildet,
wobei die entsprechenden Gebiete Dotierstoffe unterschiedlicher
Leitfähigkeitsart
entsprechend dem entsprechenden Leitfähigkeitstyp der in dem ersten
und dem zweiten Bauteilgebiet 250n, 250p herzustellenden Transistoren
enthalten. Des weiteren besitzt in einer anschaulichen Ausführungsform
der in dem Gebiet 250p gebildete Transistor zumindest in
einem Bereich der Gebiete 208, 209 ein kompressiv
verformtes Halbleitermaterial, etwa ein Silizium/Germanium-Material 251.
Ferner ist eine Beschichtung 207, die beispielsweise aus
Siliziumdioxid aufgebaut ist, mit einer geeigneten Dicke konform über dem
Bauelement 200 ausgebildet, wobei zusätzlich das zweite Bauteilgebiet 250p von
einer Implantationsmaske 252, etwa einer Lackmaske oder
dergleichen, bedeckt ist.
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Das
Halbleiterbauelement 200, wie es in 2a gezeigt
ist, kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse gebildet werden.
Nach dem Definieren der entsprechenden Gebiete 250n, 250p beispielsweise
auf der Grundlage flacher Grabenisolationen, und dergleichen, werden
geeignete Implantationsprozesse ausgeführt, um die speziellen Dotierstoffprofile
in der Schicht 202 in den Bauteilgebieten 250n, 250p zu
bilden. Danach können
die Gateelektroden 204 und die Gateisolationsschichten 205 auf der
Grundlage von Prozessen strukturiert werden, wie sie zuvor beschrieben
sind. Danach wird eine geeignete Prozesssequenz ausgeführt, in
der das erste Bauteilgebiet 250n von einer geeigneten Maske
bedeckt ist, während
die Gateelektroe 204 des zweiten Gebiets 250p eingekapselt
ist und einem entsprechenden Ätzprozess
zur Herstellung von Vertiefungen bzw. Aussparungen und für ein nachfolgendes Auffüllen der
Vertiefungen mit einem verformten Halbleitermaterial durch selektive
epitaktische Wachstumsverfahren unterzogen wird, wie sie im Stand
der Technik für
beispielsweise Silizium/Germaniummaterial bekannt sind. Abhängig von
Bauteil- und Prozesserfordernissen wird das Silizium/Germanium-Material
als ein stark dotiertes Material oder als ein im Wesentlichen intrinsisches
Silizium/Germanium-Material bereitgestellt. Danach wird die entsprechende
Maske entfernt und auch die entsprechende Einkapselung der Gateelektroden 204 wird
entfernt und die weitere Bearbeitung kann fortgesetzt werden, wie
dies beispielsweise mit Bezug zu 1a beschrieben
ist, um die Drain- und Sourcgebiete 209 und die Erweiterungen 208 in
dem ersten Bauteilgebiet 250n zu bilden, wobei das zweite
Bauteilgebiet 250p von einer entsprechenden Implantationsmaske,
etwa der Maske 252 bedeckt ist. Es sollte beachtet werden,
dass die Drain- und Sourcegebiete 209 und 208 in
dem zweiten Gebiet 250p auf der Grundlage einer Ionenimplantation
und/oder einer in-situ-Dotierung
nach Bedarf hergestellt werden können, wobei,
wenn Implantationsprozesse verwendet werden, das erste Gebiet 250n gemäß gut etablierter CMOS-Implantationsverfahren
abgedeckt wird. Während
der Ausbildung der Drain- und Sourcegebiete und der Erweiterungen 209 können auch
die Beschichtung 207 und eine entsprechende Abstandshalterstruktur
hergestellt werden, die zum Profilieren der Drain- und Sourcgebiete 209 verwendet
werden, die dann in beiden Bauteilgebieten 250n, 250p entfernt
wird. Anschließend
wird die Implantationsmaske 252 auf der Grundlage gut etablierter
Photolithographieverfahren hergestellt, und anschließend wird eine
Implantationsprozess 214 ausgeführt, um selektiv Kohlenstoffione
in das erste Bauteilgebiet 250n einzuführen, wobei eine entsprechende
Voramorphisierungsimplantation vor dem Prozess 214 bei
Bedarf ausgeführt
werden kann. Danach wird die Implantationsmaske 252 entfernt
und ein entsprechender Ausheizprozess wird ausgeführt, der
im Wesentlichen eine Diffusion unterdrückt, während effizient die implantierte
Kohlenstoffgattung aktiviert wird, wie dies beispielsweise mit Bezug
zu dem Ausheizprozess 116 erläutert ist.
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Wie
zuvor erläutert
ist, werden während
dieses zusätzlichen
Ausheizprozesses auch die n- und p-Dotiermittel
in den Drain- und Sourcegebieten 209 und den Erweiterungen 208 in
dem ersten und dem zweiten Bauteilgebiet 205n, 205p aktiviert,
wodurch das Leistungsverhalten beider Transistorarten in diesen
Gebieten verbessert wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann die Aktivierung und Rekristallisierung der Drain- und Sourcegebiete 209 und/oder
der Erweiterungsgebiete 208 auch vollständig während dieses Ausheizprozesses
ausgeführt werden,
wenn eine lasergestützte
oder blitzlichtgestüzte
Ausheizsequenz als geeignet erachtet wird. In anderen Fällen wird
der lasergestützte
oder blitzlichtgestützte
Ausheizprozess mit einer Wärmebehandlung
bei moderat geringen Temperaturen von ungefähr 500 bis 700 Grad C kombiniert,
um in effizienter Weise amorphisierte oder geschädigte Bereiche zu rekristallisieren,
ohne dass eine signifikante Dotierstoffdiftusionsaktivität auftritt,
während
eine effiziente Aktivierung auf der Grundlage des lasergestützten oder
blitzlichtgestützten
Ausheizprozesses erreicht wird.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem entsprechende
verformte Silizium/Kohlenstoffgebiete 215 in dem ersten Bauteilgebiet 250 auf
der Grundlage der vorhergehenden Kohlenstoffimplantation und des
nachfolgenden Ausheizprozesses ausgebildet sind. Des weiteren sind
entsprechende Seitenwandabstandshalterstrukturen 217 an
den entsprechenden Gateelektroden in beiden Gebieten 250n, 250p gebildet,
wobei in anschaulichen Ausführungsformen
die Abstandshalter 217 aus einem dielektrischen Material mit
einer reduzierten dielektrischen Konstante im Vergleich zu Siliziumnitrid
aufgebaut sind, etwa Siliziumdioxid, oder anderen geeigneten dielektrischen Materialien
mit kleinem ε.
Auf der Grundlage der Seitenwandabstandshalterstruktur 217 können entsprechende
Metallsilizidgebiete 218 in den Drain- und Sourcgebieten 209 und
den Gateelektroden 204 in beiden Bauteilgebieten 250n, 250p hergestellt
werden. Die Abstandshalter 217 und die Metallsilizidgebiete 218 können auf
der Grundlage der gleichen Prozessverfahren hergestellt werden,
wie sie zuvor mit Bezug zu den Komponenten 118 und 117 beschrieben
sind.
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Folglich
kann die Herstellung eines verformten Silizium/Kohlenstoffmaterials 215 in
unmittelbarer Nähe
der entsprechenden Kanalgebiete 203 effizient mit einem
geeigneten Integrataionsschema zur Herstellung des kompressiv verformten
Halbleitermaterials 251 kombiniert werden, wobei ein hohes Maß an Kompatibilität im Hinblick
auf bestehende Verfahren für
das selektive Aufwachsen des verformten Materials 251 erreicht
wird. In diesem Falle wird die Kohlenstoffimplantation in dem ersten
Bauteilgebiet 250n in einem beliebigen geeigneten Fertigungsstadium
durchgeführt,
wie dies auch mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist,
während
das Bauelement in dem zweiten Gebiet 250p im Wesentlichen
nicht negativ beeinflusst wird. In anschaulichen Ausführungsformen
wird, wenn ein zusätzlicher
Ausheizprozess zum Aktivieren der Kohlenstoffgattung ausgeführt wurde,
auch ein zusätzlicher
Leistungsgewinn in dem zweiten Bauteilgebiet 250p erreicht, wodurch
das Maß an
Aktivierung der entsprechenden p-Dotiermittel weiter verbessert
wird. Ferner kann das Vorsehen von Seitenwandabstandshaltern mit
reduzierter relativer Permittivität für die Herstellung entsprechender
Metallsilizidgebiete das Leistungsverhalten beider Arten an Transistoren
auf Grund der geringeren parasitären
Kapazität
noch weiter verbessern. Zusätzlich
kann in anderen Integrationsschemata, in denen beispielsweise die
verformungsinduzierende Gattung in das Bauteilgebiet 250p durch
Ionenimplantation ausgeführt
wurde, beispielsweise eine Gattung mit einem großen kovalenten Radius im Vergleich
zu Germanium, ein hohes Maß an
Symmetrie in der entsprechenden Prozesssequenz im Hinblick auf die
Kohlenstoffimplantation erreicht werden, wodurch die Prozesskomplexität deutlich
reduziert wird.
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2c zeigt
schematisch das Bauelement 200 gemäß einer noch weiteren anschaulichen
Ausführungsform,
in der konforme oder L-förmige
Abstandshalter 207a vorgesehen sind, um das Positionieren
entsprechender verspannter Oberschichten 220n und 220p in
unmittelbarer Nähe
der entsprechenden Kanalgebiete 203 zu ermöglichen.
D. h., die verspannte Oberschicht bzw. darüberliegende Schicht 220n wird
mit einer Zugspannung vorgesehen, während die Oberschicht 220p mit
einer hohen Druckspannung vorgesehen wird, um den jeweiligen verformungsinduzierenden
Mechanismus entsprechend noch weiter zu verbessern. Die Schichten 220n, 220p können aus
Siliziumnitrid aufgebaut sein, das mit hoher Zugspannung oder Druckspannung auf
der Grundlage gut etablierter plasmaunterstützter CVD-Verfahren durch geeignetes
Steuern der Prozessparameter, etwa der Abscheidetemperatur, dem Druck,
dem Ionenbeschuss, und dergleichen hergestellt werden kann. Die
entsprechenden konformen Abstandshalter 207a können auf
der Grundlage ähnlicher
Prozessverfahren gebildet werden, wie sie zuvor mit Bezug zu den 1e bis 1i beschrieben sind.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine effiziente Technik
für die
Herstellung eines verformten Silizium/Kohlenstoffmaterials nahe
an einem Kanalgebiet eines n-Feldeftekttransistors
bereit, wobei ein hohes Maß an
Kompatibilität
mit konventionellen Prozessverfahren erreicht wird. Des weiteren führt die
Einführung
von Kohlenstoff auf der Grundlage eines Implantationsprozesses in
Verbindung mit einem geeigneten Ausheizprozess zu einem deutlichen
Wirkungsgradanstieg des verformungsinduzierenden Mechanismus, ohne
im Wesentlichen die elektrischen Eigenschaften des Transistors negativ zu
beeinflussen. Vielmehr können
die Auswirkungen der zusätzlichen
Kohlenstoffimplantation und des Ausheizprozesses das Gesamtverhalten
des entsprechenden n-Transistors sowie anderer Transistoren, etwa
p-Kanaltransistoren verbessern, indem das Maß an Dotierstoffaktivierung
erhöht
und/oder eine Abstandshalterstruktur mit reduzierter Permittivität vorgesehen
ist. Des weitern kann der Einbau einer Kohlenstoffgattung mittels
einer Implantation in äußerst effizienter
Weise mit entsprechenden Integrationsschemata zum Bereitstellen
eines kompressiv verformten Halbleitermaterials in p-Kanaltransistoren kombiniert
werden, wodurch das Gesamtleistungsverhalten von CMOS-Bauelementen
deutlich verbessert wird.
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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 für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu übermitteln.
Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.