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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der integrierten Schaltungen und betrifft insbesondere Schaltungselemente, etwa Feldeffekttransistoren, und Fertigungstechniken auf der Grundlage von verformungsinduzierenden Mechanismen unter Anwendung verspannter Materialschichten, die in der Kontaktebene hergestellt sind.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Integrierte Schaltungen enthalten typischerweise viele Schaltungselemente, die auf einer vorgegebenen Chipfläche gemäß einem spezifizierten Schaltungsaufbau angeordnet sind, wobei in komplexen Schaltungen der Feldeffekttransistor ein vorherrschendes Schaltungselement repräsentiert. Im Allgemeinen wird eine Vielzahl an Prozesstechnologien für moderne Halbleiterbauelemente eingesetzt, wobei für komplexe Schaltungen auf der Grundlage von Feldeffekttransistoren, etwa bei Mikroprozessoren, Speicherchips, graphischen Bauelementen und dergleichen, die MOS-Technologie eine der vielversprechendsten Vorgehensweisen 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 MOS-Technologie werden Millionen Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und/oder p-Kanaltransistoren, auf einem Substrat hergestellt, das eine kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein Feldeffekttransistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte pn-Übergänge, die durch eine Grenzfläche von stark dotierten Drain- und Sourcegebieten mit einem invers oder schwach diotierten Kanalgebiet, das zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet angeordnet ist, gebildet sind. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d. h. der Durchlassstrom des leitenden Kanals, ist durch eine Gateelektrode gesteuert, die benachbart zu dem Kanalgebiet ausgebildet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets beim Aufbau eines leitenden Kanals auf Grund des Anliegens einer geeigneten Steuerspannung an der Gateelektrode hängt von der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Ladungsträger und – für eine gegebene Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet wird. Daher beeinflusst die Leitfähigkeit des Kanalgebiets wesentlich das Leistungsverhalten von MOS-Transistoren. Damit ist die Verringerung der Kanallänge – und damit verknüpft die Verringerung des Kanalwiderstands – ein wichtiges Entwurfskriterium, um eine Zunahme der Arbeitsgeschwindigkeit von integrierten Schaltungen zu erreichen.
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Die Verringerung der Transistorabmessungen zieht jedoch eine Reihe damit verknüpften Problemen nach sich, die es zu lösen gilt, um nicht in unerwünschter Weise Vorteile aufzuheben, die durch das stetige Verringern der Kanallänge von MOS-Transistoren erreicht werden. Ein Problem, das mit kleineren Gatelängen verknüpft ist, ist das Auftreten sogenannter Kurzkanaleffekte, die zu einer geringeren Steuerbarkeit der Kanalleitfähigkeit führen. Den Kurzkanaleffekten kann begegnet werden, mittels gewisser Entwurfstechniken, wovon jedoch einige mit einer Reduzierung der Kanalleitfähigkeit einhergehen, wodurch die Vorteile teilweise aufgehoben werden, die durch die Reduzierung der kritischen Abmessungen gewonnen werden.
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Angesichts dieser Situation wurde vorgeschlagen, das Leistungsverhalten der Transistorelemente nicht nur durch das Reduzieren der Transistorabmessungen zu steigern, sondern auch durch das Erhöhen der Ladungsträgerbeweglichkeit in dem Kanalgebiet bei einer vorgegebenen Kanallänge, wodurch der Durchlassstrom und somit das Transistorverhalten verbessert werden. Auf diese Weise kann das Leistungsverhalten komplexer Logikschaltungen gesteigert werden, beispielsweise kann in einem Mikroprozessor das Leistungsverhalten pro Watt an verbrauchter Leistung gesteigert werden. Beispielsweise kann die Gitterstruktur in dem Kanalgebiet modifiziert werden, indem etwa eine Zugverformung oder eine kompressive Verformung erzeugt werden, was zu einer modifizierten Beweglichkeit für Elektronen bzw. Löcher führt. Beispielsweise erhöht das Erzeugen einer Zugverformung im Kanalgebiet eine Siliziumschicht mit einer standardmäßigen Kristallkonfiguration die Beweglichkeit von Elektronen, was sich wiederum direkt in einer entsprechenden Zunahme der Leitfähigkeit von n-Transistoren ausdrückt. Andererseits erhöht eine kompressive Verformung im Kanalgebiet die Beweglichkeit von Löchern, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, das Leistungsverhalten von p-Transistoren zu verbessern.
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Eine effiziente Vorgehensweise in dieser Hinsicht ist eine Technik, die das Erzeugen gewünschter Verspannungsbedingungen innerhalb des Kanalgebiets in Transistorelementen ermöglicht, indem die Verspannungseigenschaften eines dielektrischen Schichtstapels eingestellt werden, der über der grundlegenden Transistorstruktur hergestellt wird, wenn die Kontaktebene des Bauelements erzeugt wird. Die Kontaktebene, die aus einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial und Kontaktelementen aufgebaut ist, kann als eine Schnittstelle zwischen den einzelnen Halbleiterschaltungselementen und einem komplexen Verdrahtungssystem oder Metallisierungssystem verstanden werden, in welchem Metallleitungen und Kontaktdurchführungen das komplexe Netzwerk an elektrischen Verbindungen bereitstellen. Der dielektrische Schichtstapel der Kontaktebene enthält typischerweise eine oder mehrere dielektrische Schichten, die nahe an dem Transistor angeordnet sind und die verwendet werden können, um einen entsprechenden Ätzprozess zu steuern, um damit die Kontaktöffnungen herzustellen, die eine Verbindung zu den Gate-Drain- und Source-Anschlüssen herstellen. Daher kann eine wirksame Steuerung der mechanischen Verformung in den Kanalgebieten, d. h. eine effektive Verspannungstechnologie, erreicht werden, indem die innere Verspannung einer oder mehrerer dieser Schichten eingestellt wird, die auch als Kontaktätzstoppschichten bezeichnet werden, und indem eine Kontaktätzstoppschicht mit einer inneren kompressiven Verspannung über einem p-Kanaltransistor angeordnet wird und/oder indem eine Kontaktätzstoppschicht mit einer inneren Zugverformung über einem n-Kanaltransistor angeordnet wird, wodurch in den jeweiligen Kanalgebieten entsprechend eine kompressive Verformung oder eine Zugverformung erzeugt wird.
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Typischerweise wird die Kontaktätzstoppschicht mittels plasmaunterstützter chemische Dampfabscheideprozesse (PECVD) über dem Transistor hergestellt, d. h. über der Gatestruktur und über den Drain- und Sourcegebieten, wobei etwa Siliziumnitrid effizient verwendet werden kann auf Grund seiner hohen Ätzselektivität in Bezug auf Siliziumdioxid, das ein gut etabliertes dielektrisches Zwischenschichtmaterial ist. Ferner kann PECVD-Siliziumnitrid mit einem hohen inneren Verspannungspegel von beispielsweise bis zu 3,6 Gigapascal (GPa) eine kompressive Verspannung von bis zu 1,6 GPa an Zugverspannung aufgebracht werden, wobei die Art und die Größe der inneren Verspannung effizient eingestellt werden können, indem geeignete Abscheideparameter ausgewählt werden. Beispielsweise repräsentieren der Ionenbeschuss, der Abscheidedruck, die Substrattemperatur, die Gasdurchflussraten und dergleichen entsprechende Parameter, die zum Erreichen der gewünschten inneren Verspannung gesteuert werden können.
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Der resultierende Verformungspegel in den Kanalgebieten der benachbarten Transistorelemente ist durch den inneren Verspannungspegel der dielektrischen Materialien, durch die Menge des verspannten dielektrischen Materials und durch den wirksamen Abstand zu dem Kanalgebiet bestimmt. Bei einer vorgegebenen Bauteilgeometrie kann somit der Verformungspegel im Kanalgebiet typischerweise erhöht werden, indem der innere Verspannungspegel der dielektrischen Materialien erhöht wird und indem auch die Schichtdicke der dielektrischen Materialien vergrößert wird. Während der fortschreitenden Größenreduzierung komplexer Halbleiterbauelemente ist jedoch die Schichtdicke des verspannten dielektrischen Materials durch die Abscheideeigenschaften der plasmaunterstützten CVD-Techniken und durch die resultierende komplexe Oberflächentopographie beschränkt, die durch die Gateelektrodenstrukturen der Transistoren hervorgerufen wird, insbesondere wenn dicht gepackte Bauteilgebiete betrachtet werden. In einigen konventionellen Vorgehensweisen wird ferner ein sogenanntes „Doppelverspannungsschichtverfahren” angewendet, in welchem ein kompressiv verspanntes dielektrisches Material über dem p-Kanaltransistor angeordnet wird, während ein zugverspanntes dielektrisches Material über dem n-Kanaltransistor gebildet wird, wodurch aufwendige Maskierungs- und Strukturierungsschemata erforderlich sind, die auch eine geringere Schichtdicke erfordern, um damit durch Abscheidung und Strukturierung hervorgerufene Unregelmäßigkeiten, etwa Hohlräume, gewünschte Materialreste und dergleichen zu vermeiden. Folglich kann eine weitere Zunahme des Transistorleistungsvermögens wesentlich von den internen Verspannungspegeln der dielektrischen Materialien abhängen.
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In anderen Fallen kann auch die Bauteilgeometrie in dicht gepackten Bauteilgebieten, etwa in statischen RAM-Bereichen und dergleichen, den Zugewinn an Leistungsvermögen einer einzelnen Art an Transistoren, etwa von p-Kanaltranisistoren, ebenfalls deutlich beschränken, da der geringere Abstand zwischen den Transistoren, d. h. zwischen den Gateelektrodenstrukturen, das Abscheiden eines dicken siliziumnitridbasierten dielektrischen Materials nicht zulässt, ohne dass durch Abscheidung hervorgerufene Unregelmäßigkeiten entstehen würden, was zu ausgeprägten Ausbeuteverlusten führen würde. Auch in diesem Falle kann die Wirkung des verformungsinduzierenden Mechanismus, der durch das verspannte Siliziumnitridbasierte Material hervorgerufen wird, vernachlässigbar werden und sind daher sehr komplexe zusätzliche verformungsinduzierende Mechanismen erforderlich, beispielsweise auf der Grundlage eingebetteter Silizium/Germanium-Legierungen und dergleichen.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Prozesstechniken, in denen ein effizienter verformungsinduzierender Mechanismus in der Kontaktebene von Halbleiterbauelementen eingerichtet wird, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder in der Auswirkung reduziert werden.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken und Materialschichten bereit, in denen die Kontaktebene der Halbleiterbauelemente einen erhöhten Gesamtverspannungspegel erhält, ohne jedoch zusätzliche Unregelmäßigkeiten einzuführen, was bewerkstelligt werden kann, indem Materialsysteme verwendet werden, die einen hohen inneren Verspannungspegel bereitstellen. Folglich kann die Schichtdicke derartiger Materialsystem verringert werden, wodurch das Abscheiden auch über sehr anspruchsvollen Bauteilgeometrien möglich ist, ohne dass wesentlich zu abscheideabhängigen Ungleichmäßigkeiten beigetragen wird. Es wurde erkannt, dass eine Vielzahl an Materialien mit hohen inneren Verspannungspegeln von ungefähr 6 GPa und deutlich höher abgeschieden werden kann, wobei die interne Leitfähigkeit derartiger Materialien in geeigneter Weise berücksichtigt werden kann, indem das verformungsinduzierende Material in geeigneter Weise elektrisch isoliert wird. Hierzu wird das verformungsinduzierende Material strukturiert, so dass darin eine Öffnung entsteht, die zu den folgenden Kontaktöffnungen ausgerichtet ist, die in einer späteren Fertigungsphase hergestellt werden und es werden entsprechende freiliegende Seitenwandbereiche mittels Abstandshalterelementen maskiert. Auf diese Weise kann die weitere Bearbeitung fortgesetzt werden, indem ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial hergestellt und dieses auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken strukturiert wird, wobei ein elektrischer Kontakt des verformungsinduzierenden Materials und des Kontaktmetalls zuverlässig durch das Abstandshalterelement in Verbindung mit zusätzlichen Deckschichten vermieden wird. Somit wird ein hoher innerer Verspannungspegel bei einer geringeren Schichtdicke erreicht, ohne dass im Wesentlichen der Aufbau von Kontaktelementen, etwa deren Größe und Form, beeinflusst wird.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst ein Kontaktgebiet eines Schaltungselements, das in einem Halbleitergebiet gebildet ist. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner einen Materialschichtstapel, der in einem Teil des Kontaktgebiets ausgebildet ist, wobei der Materialschichtstapel eine erste dielektrische Schicht, eine verformungsinduzierende nicht-isolierende Materialschicht, die auf der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist, und eine zweite dielektrische Schicht aufweist, die über der verformungsinduzierenden nicht-isolierende Materialschicht gebildet ist. Die verformungsinduzierende nicht-isolierende Materialschicht erzeugt eine Verformung in dem Halbleitergebiet. Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial, das über dem Kontaktgebiet ausgebildet ist, und umfasst ein Kontaktelement, das durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial und durch eine Öffnung erstreckt, die in dem Materialschichtstapel gebildet ist, wobei das Kontaktelement mit dem Kontaktgebiet in Verbindung ist. Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement ein Abstandshalterelement, das an Seitenwänden der Öffnung so gebildet ist, dass es seitlich bzw. lateral die verformungsinduzierende nicht-isolierende Materialschicht isoliert.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden eines Materialstapels über einem Halbleitergebiet eines Halbleiterbauelements, wobei der Materialschichtstapel eine verformungsinduzierende metallenthaltende Materialschicht aufweist, die zwischen einer ersten dielektrischen Schicht und einer zweiten dielektrischen Schicht bezüglich einer Höhenrichtung eines Schichtstapels gebildet ist. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Öffnung in dem Materialschichtstapel, wobei sich die Öffnung zumindest durch die verformungsinduzierende metallenthaltende Materialschicht erstreckt. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines Abstandshalters an den Seitenwänden der Öffnung, um die verformungsinduzierende metallenthaltende Materialschicht lateral zu passivieren. Es wird ferner ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial über dem Materialschichtstapel und in der Öffnung gebildet. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Kontaktöffnung, die sich durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial und durch die Öffnung bis zu einem Kontaktgebiet erstreckt, das in dem Halbleitergebiet gebildet ist. Schließlich wird die Kontaktöffnung mit einem leitenden Material gefüllt.
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Ein noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer verformungsinduzierenden Materialschicht über einem Kontaktgebiet eines Transistors eines Halbleiterbauelements, so dass die verformungsinduzierende Materialschicht elektrisch von dem Kontaktgebiet isoliert wird, wobei die verformungsinduzierende Materialschicht eine Verformung in einem Kanalgebiet eines Transistors hervorruft. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Öffnung durch die verformungsinduzierende Mataerialschicht hindurch und das Bilden eines Abstandshalterelements an freiliegenden Seitenrandflächen der verformungsinduzierenden Materialschicht in der Öffnung. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines dielektrischen Zwischenschichtmaterials über dem Transistor und über der Öffnung. Schließlich umfasst das Verfahren das Bilden eines Kontaktelements durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial zur Verbindung mit dem Kontaktgebiet, wobei das Kontaktelement sich zumindest teilweise durch die Öffnung erstreckt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen und/oder in der folgenden detaillierten Beschreibung angegeben, die mit Bezugnahme zu den begleitenden Zeichnung besser verstanden werden kann, in denen:
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1a bis 1g schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, um eine Kontaktebene auf der Grundlage einer stark verspannten nicht isolierenden Materialschicht zu bilden, die elektrisch von einem Kontaktelement gemäß anschaulicher Ausführungsformen isoliert ist;
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1h und 1i schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigen, in denen die Kontaktebene benachbart und über einem Transistorelement gebildet ist; und
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1j bis 1o schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, um eine höhere Unempfindlichkeit gegenüber Fehljustierungen des nicht isolierenden verformungsinduzierenden Materials zu erreichen, ohne dass Modifizierungen an Kontaktelementen gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen erforderlich sind.
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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 beachtet werden, 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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Gemäß den hierin offenbarten Prinzipien werden Halbleiterbauelemente, Fertigungstechniken und Materialsysteme bereitgestellt, in denen die verformungsinduzierende Wirkung, die durch eine über einem Halbleitergebiet ausgebildete Kontaktebene hervorgerufen wird, vergrößert, indem Materialschichten mit einem hohen inneren Verspannungspegel verwendet werden, wobei eine innere Leitfähigkeit dieser Materialien die nachfolgende Prozesssequenz zur Herstellung von Kontaktelementen in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial nicht beeinflusst. Zu diesem Zweck wird in einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen das verformungsinduzierende Material in einen Materialschichtstapel bereitgestellt, der zumindest eine dielektrische Schicht, die unter der verformungsinduzierenden Schicht gebildet ist, und mindestens eine dielektrische Materialschicht, die über der verformungsinduzierenden Materialschicht gebildet ist, aufweist. Da die verformungsinduzierende Materialschicht eine hohe innere Verspannung, beispielsweise ungefähr 6 GPa und deutlich höher aufweist, kann der gesamte Materialschichtstapel mit einer geringen Dicke im Vergleich zu einem konventionellen verspannten siliziumnitridbasierten Material bereitgestellt werden, wobei dennoch ein besserer verformungsinduzierender Effekt erreicht wird. Beispielsweise werden eine Vielzahl an metallenthaltenden Materialien, etwa Metallnitridmaterialien, etwa Titannitrid, und dergleichen häufig während der Halbleiterherstellung eingesetzt und somit sind entsprechende Ressourcen im Hinblick auf Materialien und Abscheideanlagen gut verfügbar. Ferner können extrem hohe innere Verspannungspegel von beispielsweise bis zu 9 GPa für Titannitrid auf der Grundlage verfügbarer Prozesstechniken und Rezepte erreicht werden, so dass ein effizienter verformungsinduzierender Mechanismus beispielsweise für Transistorelemente und dergleichen erreicht wird, wobei die Einkapselung des leitenden verformungsinduzierenden Materials dennoch die Herstellung von dielektrischen Zwischenschichtmaterialien und jeweiligen Kontaktelementen mit einem hohen Grad an Kompatibilität zu gut etablierten Prozessstrategien ermöglicht. Zu diesem Zweck wird der Materialschichtstapel und der verformungsinduzierenden Schicht zum Abscheiden des dielektrischen Zwischenschichtmaterials strukturiert und entsprechende freiliegende Seitenwandbereiche des leitenden Materials werden durch Vorsehen von Abstandshalterelementen geschützt, die aus einem geeigneten Material aufgebaut sind, so dass auch für ein besseres Ätzwiderstandsverhalten während der weiteren Bearbeitung des Bauelements gesorgt ist. Folglich kann eine Kontamination weiterer dielektrischer Materialien, die über den Schaltungselementen herzustellen sind, effizient unterdrückt werden, so dass nicht in unerwünschter Weise zu einer geringeren Isolierfestigkeit der resultierenden Kontaktebene beigetragen wird.
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In einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen wird eine höhere Unempfindlichkeit im Hinblick auf Fehljustierungen von Kontaktelementen erreicht, ohne dass eine Vergrößerung einer Öffnung erforderlich ist, die in der verformungsinduzierenden Materialschicht vor dem eigentlichen Abscheiden des dielektrischen Zwischenschichtmaterials gebildet wird, indem geeignete Materialsysteme und Prozesstechniken verwendet werden.
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Folglich kann ein besseres Leistungsverhalten von Schaltungselementen, etwa von Transistorelementen, selbst bei äußerst kritischen Oberflächentopographien erreicht werden, wie sie in dicht gepackten Bauteilgebieten komplexer Halbleiterbauelemente angetroffen werden. Somit kann Verspannungstechnologie auf der Grundlage einer stark verspannten Kontaktebene schließlich auf weitere Bauteilgenerationen mit Transistorelementen, die kritische Abmessungen von 40 nm und weniger besitzen, erweitert werden.
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Mit Bezug zu den weiteren Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase. Das Bauelement 100 umfasst ein Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial repräsentiert, um darauf eine Halbleiterschicht 102 vorzusehen. Beispielsweise repräsentiert das Substrat 101 ein Halbleitermaterial, ein isolierendes Material und dergleichen. Die Halbleiterschicht 102 repräsentiert ein geeignetes Material, etwa ein siliziumbasiertes Material, ein Silizium/Germanium-Material, ein Silizium/Kohlenstoffmaterial oder Kombinationen dieser Materialien und dergleichen. Wie zuvor angegeben ist, werden typischerweise siliziumbasierte Halbeitermaterialien für komplexe integrierte Schaltungen eingesetzt, die auf der Grundlage von Massenproduktionstechniken herzustellen sind. Die Ladungsträgerbeweglichkeit siliziumbasierter Halbleitermaterialien kann effizient auf der Grundlage einer geeigneten Verformungskomponente erhöht werden, wie dies zuvor erhöht ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen (nicht gezeigt) repräsentieren das Substrat 101 und die Halbleiterschicht 102 eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration, wenn eine vergrabene isolierende Schicht (nicht gezeigt) zwischen dem Substrat 101 und der Halbleiterschicht 102 vorgesehen ist. In anderen Fällen repräsentiert die Halbleiterschicht 102 einen Teil eines kristallinen Materials des Substrats 101, wenn eine „Vollsubstratkonfiguration” betrachtet wird. Des weiteren wird die Halbleiterschicht 102 geeignet ausgebildet, um darin und darüber Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen entsprechend den Entwurfserfordernissen herzustellen. Beispielsweise ist eine Vielzahl an Schaltungselementen in und über der Halbleiterschicht 102 gebildet, wobei der Einfachheit halber ein Bereich eines Schaltungselements 150 gezeigt ist, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu verschleiern. Beispielsweise ist eine geeignete Dotierstoffkonzentration in einem speziellen Bereich der Halbleiterschicht 102 vorgesehen, wie dies für das Schaltungselement 150 erforderlich ist, um damit eine gewünschte Leitfähigkeitsart und dergleichen zu erreichen. Des weiteren ist ein Kontaktgebiet 102c im dem Schaltungselement 150 vorgesehen und repräsentiert einen Bereich, der durch ein Kontaktelement in einer späteren Fertigungsphase zu kontaktieren ist. Z. B. wird das Kontaktgebiet 102c in Form eines Metallsilizidmaterials und dergleichen vorgesehen, wie es häufig in komplexen Halbleiterbauelementen eingesetzt wird, um den Kontaktwiderstand von siliziumbasierten Halbleitermaterialien zu verringern. Ferner ist ein Materialschichtstapel 110 über der Halbleiterschicht 102 und somit über dem Kontaktgebiet 102c gebildet. Der Materialschichtstapel 110 umfasst eine stark verspannte Materialschicht 112 mit einem inneren Verspannungspegel von ungefähr 6 GPa und höher, um eine gewünschte Verformungskomponente in der Halbleiterschicht 102 zu erzeugen, wie dies auch zuvor erläutert ist. Beispielsweise kann eine Vielzahl an nicht isolierenden Materialien, etwa Siliziumkarbidbasis, diamantartiger Kohlenstoff und insbesondere metallenthaltende Materialien etwa in Form von Metallnitrid und dergleichen mit einem hohen inneren Verspannungspegel aufgebracht werden, effizient in die Halbleiterschicht 102 übertragen werden kann. Z. B. werden Titannitrid, Tantalnitrid und dergleichen auf der Grundlage gut etablierter Abscheiderezepte, etwa durch Sputter-Abscheidung, CVD-artige Abscheidetechniken und dergleichen mit einer geeigneten Dicke aufgebracht, um damit der gesamten Bauteilgeometrie Rechnung zu tragen, wie zuvor erläutert ist. Z. B. wird die verformungsinduzierende Materialschicht 112 mit einer Dicke von mehreren Nanometern bis ungefähr 30 nm aufgebracht. Des weiteren umfasst der Schichtstapel 110 eine erste dielektrische Schicht 111 und eine zweite dielektrische Schicht 113, so dass die Schicht 112 in Bezug auf die Höhenrichtung 102h „umschlossen bzw. eingekapselt” ist. Die dielektrischen Schichten 111 und 113 werden in Form eines geeigneten dielektrischen Materials vorgesehen, um die Schicht 112 von der Halbleiterschicht 102 und dem Kontaktgebiet 102c elektrisch zu isolieren. Des weiteren wird die Dicke der Schichten 111 und 113 so gewählt, dass eine kombinierte Höhe des Schichtstapels 110 zu einer Oberflächentopographie des Bauelements 100 führt, die mit der weiteren Bearbeitung, d. h. dem Abscheiden des eigentlichen dielektrischen Zwischenschichtmaterials, kompatibel ist.
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D. h. der Schichtstapel 110 führt, selbst wenn er in dicht gepackten Bauteilelementen aufgebracht wird, nach dem Abscheiden einer Bauteiltopographie, die das Abscheiden weiterer Materialien ermöglicht, ohne dass abscheidebezogene Unregelmäßigkeiten, etwa Hohlräume und dergleichen hervorgerufen werden. Z. B. wird die Dicke der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 111, 113 auf ungefähr 5 bis 30 nm festgelegt, wobei die Dicke für die Schichten 111 und 113 bei Bedarf unterschiedlich ausgewählt wird, wie dies auch nachfolgend detaillierter erläutert ist. In ähnlicher Weise wird auch die Materialzusammensetzung der Schichten 111, 113 so gewählt, dass dies mit der weiteren Bearbeitung des Bauelements kompatibel ist, um ein unerwünschtes Setzen des Materials 112 der Einwirkung der Umgebungsatmosphäre zu vermeiden und auch um ein Herausdiffundieren zu vermeiden oder auch um eine Kontamination anderer dielektrischer Materialien mit speziellen Atomsorten der Schicht 112, etwa Metallsorten und dergleichen, zu unterbinden. In einer anschaulichen Ausführungsform sind die dielektrischen Schichten 111 und 113 aus Siliziumdioxid aufgebaut.
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Das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 110 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Das eine oder die mehreren Schaltungselemente 150 in der Halbleiterschicht 102 können auf der Grundlage geeigneter Prozessstrategien hergestellt werden, beispielsweise durch Vorsehen von Isolationsstrukturen (nicht gezeigt) und durch Erzeugen einer grundlegenden Dotierstoffkonzentration in den jeweiligen Halbleitergebieten, die lateral durch die Isolationsstrukturen begrenzt sind. Daraufhin werden weitere Prozessschritte ausgeführt, etwa das Herstellen von Gateelektrodenstrukturen, Kondensatorelektroden und dergleichen gemäß den Erfordernissen des Bauelements 100. Nach Hochtemperaturprozessen wird das Kontaktgebiet 102c gebildet, beispielsweise durch Abscheiden eines hochschmelzenden Metalls und das Ingangsetzen einer chemischen Reaktion, um ein Metallsilizidmaterial herzustellen. Als nächstes wird die erste dielektrische Schicht 111 abgeschieden, beispielsweise auf dem Kontaktgebiet 102 mittels einer geeigneten Abscheidetechnik, wobei eine Dicke und Materialzusammensetzung nach Bedarf ausgebildet sind. Beispielsweise ist eine Vielzahl an gut etablierten CVD-basierten Techniken für die Herstellung von Materialien, etwa von Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid und dergleichen verfügbar. Daraufhin wird die verformungsinduzierende Schicht 112 etwa in Form eines Metallnitridmaterials, abgeschieden unter Anwendung verfügbarer Abscheidetechniken, etwa CVD-artiger Abscheidetechniken, PVD-(physikalische Dampfabscheidung)-Techniken und dergleichen. Daraufhin wird die Schicht 113 auf der Schicht 112 hergestellt, wodurch ein gewünschter Einschluss des Materials 112 erreich wird.
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1b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Fertigungsphase, in der eine Ätzmaske 120 über dem Materialschichtstapel 110 gebildet ist und eine Öffnung 120a aufweist, die generell zu dem Kontaktgebiet 102c ausgerichtet ist. D. h. die Öffnung 120a entspricht grundsätzlich der lateralen Position eines Kontaktelements, das in einer späteren Phase herzustellen ist, wobei eine laterale Größe der Öffnung 120a größer ist als eine laterale Größe eines Kontaktelements, das noch zu bilden ist.
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Es sollte in dieser Hinsicht beachtet werden, dass eine laterale Position bzw. Richtung als eine Richtung zu verstehen ist, die senkrecht zur Höhenrichtung 102h der 1a orientiert ist.
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Die Ätzmaske 120 wird auf der Grundlage von Lithographietechniken hergestellt, beispielsweise in Form eines Lackmaterials, das so strukturiert wird, dass die Öffnung 120a mit der gewünschten Abmessung und Position erhalten wird. Daraufhin wird das Bauelement 100 der Einwirkung einer relativen Ätzumgebung 121 ausgesetzt, in der zumindest die Materialien 113 und 112 auf der Grundlage der Maske 120 strukturiert werden. Beispielsweise wird die Ätzumgebung 121 als eine Plasmaatmosphäre auf der Grundlage geeigneter reaktiver Komponenten eingerichtet, um durch die Schicht 113 zu ätzen. Z. B. ist eine Vielzahl an plasmaunterstützten Ätzrezepten zum Ätzen von dielektrischen Materialien, etwa von Siliziumdioxid, Siliziumnitrid verfügbar. Während einer ersten Phase des Ätzprozesses 121 wird somit der freiliegende Bereich des Materials 113 abgetragen, wobei die Schicht 112 als ein Ätzstoppmaterial abhängig von der verwendeten Ätzchemie dienen kann. Danach wird in einer weiteren Phase des Ätzprozesses 212, die in der gleichen Prozesskammer oder in einer anderen Prozesskammer ausgeführt wird, die Ätzchemie geeignet so gewählt, dass durch das Material 121 geätzt wird, wobei der Ätzprozess auf oder in der ersten dielektrischen Schicht 111 anhält. Zu beachten ist, dass eine Vielzahl gut etablierter Ätzrezepte verfügbar sind, um durch leitende Materialien, etwa Metallnitridmaterialien, Kohlenstoffmaterialien und dergleichen zu ätzen und es kann jedes dieser Rezepte während des Ätzprozesses oder der Sequenz 121 angewendet werden.
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1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine Öffnung 110a in dem Materialschichtstapel 110 gebildet ist. In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die Öffnung 110a durch die Schichten 113 und 112 und endet an oder in der Schicht 111 abhängig von den Eigenschaften der vorhergehenden Ätzsequenz. Somit entspricht die Öffnung 110 im Wesentlichen der lateralen Position eines noch zu bildenden Kontaktelements, während die laterale Größe der Öffnung 110 so gewählt ist, dass diese im Wesentlichen der Größe des Kontaktelements entspricht oder die Abmessungen werden größer gewählt, wobei jedoch dennoch ein unerwünschter Abtrag des Materials 112 vermieden wird, um nicht in unerwünschter Weise die gesamte verformungsinduzierende Wirksamkeit zu beeinflussen. Beispielsweise ist in einigen anschaulichen Ausführungsformen die laterale Größe der Öffnung 110a gleich oder höchstens ungefähr 10% größer als eine entsprechende laterale Größe eines noch zu bildenden Kontaktelements. Somit sind in der Öffnung 110a Seitenwandflächen 112s des Materials 112 freigelegt.
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1d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Fertigungsphase, in der ein Abscheideprozess 122 so ausgeführt wird, dass eine Abstandsschicht 114 über dem Schichtstapel 110 und über der Öffnung 110a gebildet wird. Die Abstandsschicht 114 ist aus einem geeigneten dielektrischen Material, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen abhängig von den Erfordernissen für die weitere Bearbeitung des Bauelements 100 aufgebaut. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Abstandshalterschicht 114 als ein Material mit im Wesentlichen der gleichen Zusammensetzung wie eine oder beide dielektrischen Schichten 111, 113 vorgesehen. Beispielsweise wird Siliziumdioxidmaterial verwendet. Eine dickere Schicht 114 ist so gewählt, dass eine gewünschte Breite von Abstandshalterelementen in der Öffnung 110a erreicht wird, um damit für die gewünschte Passivierung der Seitenwandflächen 112s zu sorgen.
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1e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100, wenn es der Einwirkung eines reaktiven Ätzprozesses 123 unterliegt, der als ein plasamaunterstützter anisotroper Ätzprozess ausgeführt wird. Während des Ätzprozesses 123 wird Material der Schicht 114 abgetragen, was auf der Grundalge gut etablierter anisotroper Ätzrezepte bewerkstelligt werden kann. Folglich wird ein Abstandshalterelement 114s an inneren Seitenwänden der Öffnung 110 gebildet, wodurch die Seitenwandflächen 112s zuverlässig abgedeckt werden. Es sollte beachtet werden, dass eine Breite des Abstandshalters 114s von der Dicke der Schicht 114 und den Prozessbedingungen während des Ätzprozesses 123 abhängt. Z. B. wird der Ätzprozess 123 so ausgeführt, dass die Abstandshalterschicht 114 im Wesentlichen vollständig von dem Materialstapel 111 abgetragen wird, was auf der Grundlage eines zeitgesteuerten Ätzprozesses bewerkstelligt werden kann. Zu diesem Zweck wird die Abtragsrate für das Material 114 im Voraus ermittelt und basierend auf einer gewünschten anfänglichen Dicke wird eine geeignete Zeit festgelegt. Zu beachten ist jedoch, dass ein Materialabtrag der Schichten 112 und 111 wenig kritisch ist, solange ein zuverlässiger Einschluss des Materials 112 sichergestellt ist. Beispielsweise wird eine Dicke der Schichten 111 und 113 so festgelegt, dass ein gewisser Grad an Materialabtrag zum Freilegen des Materials 112 und bei Bedarf zum Freilegen des Kontaktgebiets 102c führt.
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Folglich kann nach dem Ätzprozess 123 Material der Schicht 112 effizient eingeschlossen werden mittels der Schichten 112 und 111 und mittels des Abstandshalterelements 114s. Während der weiteren Bearbeitung, beispielsweise während dem Ausführen von Reinigungsprozessen und dergleichen, wenn diese erforderlich sind, und insbesondere während des Abscheidens weiterer Materialien kann somit eine Wechselwirkung des Materials der Schicht 112 mit den jeweiligen Prozessbedingungen im Wesentlichen unterdrückt werden.
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1f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial 140 über dem Schichtstapel 110 und in der Öffnung 110a gebildet ist. In der in 1f gezeigten Ausführungsform enthält das dielektrische Zwischenschichtmaterial 140 zwei oder mehr unterschiedliche Materialschichten, etwa eine Ätzstoppschicht 141, die auch als eine Kontaktätzstoppschicht bezeichnet werden kann, woran sich ein oder mehrere „eigentliche” dielektrische Zwischenschichtmaterialien, etwa in Form von Siliziumdioxid und dergleichen anschließen. Das dielektrische Zwischenschichtmaterial 140 kann auf der Grundlage einer geeigneten Prozesstechnik hergestellt werden, wie dies auch zuvor erläutert ist, wobei die Schicht 141 auf der Grundlage einer geeigneten Schichtdicke aufgebracht werden kann, um damit durch Abscheidung hervorgerufener Unregelmäßigkeiten im Wesentlichen zu vermeiden, wobei dennoch für die gewünschten Ätzstoppeigenschaften gesorgt wird. In ähnlicher Weise wird das Material 142 auf Basis einer geeigneten Prozesstechnik aufgebracht. Zu beachten ist, dass in einigen Fallen das Material 141 als ein verspanntes dielektrisches Material vorgesehen wird, und zwar in Form von Siliziumnitrid mit einem gewünschten inneren Verspannungspegel, um damit das Leistungsverhalten des Schaltungselements 150 weiter zu verbessern. Wie jedoch zuvor erläutert ist, können die entsprechenden Materialeigenschaften so gewählt werden, dass die Spaltfülleigenschaften erreicht werden, die zum Vermeiden von unerwünschten Unregelmäßigkeiten erforderlich sind. In anderen Fällen wird das Material 141 als ein im Wesentlichen verspannungsneutrales Material vorgesehen und die Dicke und die Materialzusammensetzung sind im Hinblick auf das Erreichen der erforderlichen Ätzstoppeigenschaften zur Strukturierung des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 140 ausgelegt. Es sollte ferner beachtet werden, dass auf Grund des Vorsehens des Materialschichtstapels 110 mit der eingekapselten Schicht 112 ein hoher Grad an Kompatibilität mit konventionellen Strategien erreicht wird, falls dies gewünscht wird, um das dielektrische Zwischenschichtmaterial 140 zu bilden während gleichzeitig ein sehr effizienter verformungsinduzierender Mechanismus bereitgestellt wird. Zu beachten ist, dass nach dem Abscheiden des Materials 142 ein Einebnungsprozess ausgeführt werden kann, um eine im Wesentlichen ebene Oberfläche zu schaffen, da eine moderat ausgeprägte Oberflächentopographie hervorgerufen werden kann, beispielsweise auf Grund der Schaltungselemente, etwa von Gateelektrodenstrukturen, Kondensatorelektroden, Widerständen und dergleichen, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
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1g zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der ein Kontaktelement 143 in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 140 gebildet ist und sich durch den Materialschichtstapel 110 erstreckt, um eine Verbindung zu dem Kontaktgebiet 102c herzustellen. Das Kontaktelement 143 enthält ein geeignetes leitendes Material, etwa Wolfram, Aluminium, Kupfer und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit einem geeigneten leitenden Barrierenmaterial (nicht gezeigt), falls dies erforderlich ist. Das Kontaktelement 143 wird auf der Grundlage einer geeigneten Prozesstechnik hergestellt, beispielsweise durch Herstellen einer Kontaktöffnung in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 140, was bewerkstelligt werden kann, indem eine geeignete Ätzmaske, etwa ein Lackmaterial, möglicherweise in Verbindung mit einem Hartmaskenmaterial vorgesehen wird und indem durch das Material 142 auf der Grundlage geeigneter anisotroper Ätztechniken geätzt wird. Während dieses Ätzprozesses kann das Material 141 als eine Ätzstoppschicht dienen, da häufig deutlich unterschiedliche Höhenniveaus in dem Bauelement 100 auftreten, wodurch eine effiziente Ätzsteuerung in Bereichen mit einer geringeren Dicke des Materials 142 erforderlich ist, während in anderen Fällen, wie in 1g gezeigt ist, der Ätzprozess auf Grund einer größeren Dicke des Materials 142 weiter fortschreitet. Wie zuvor angegeben ist, ist eine Vielzahl an selektiven Ätzrezepten zum Ätzen von Siliziumdioxidmaterial selektiv zu Siliziumnitridmaterial verfügbar. Daraufhin wird die Ätzchemie in geeigneter Weise angepasst, um durch das Material 141 zu ätzen, wobei dieser Ätzprozess in der Öffnung 110a weitergeht, wodurch die dielektrische Schicht 111 freigelegt wird. Nachfolgend wird der Ätzprozess fortgesetzt, beispielsweise auf der Grundlage einer anderen Ätzchemie, falls dies erforderlich ist oder auf der Grundlage der gleichen Ätzchemie, die durch die Schicht 111 und durch oder in das Kontaktgebiet 102c zu ätzen. Während des gesamten Ätzprozesses bewahrt der Abstandshalter 114s zuverlässig die Integrität des Materials 112 auf Grund der anisotropen Natur des Ätzprozesses. Ferner ist in einigen anschaulichen Ausführungsformen, wie dies zuvor erläutert ist, die laterale Abmessung des Kontaktelements 143 kleiner im Vergleich zur lateralen Abmessung der Öffnung 110a, wodurch ebenfalls für eine gewisse Prozesssicherheit gesorgt ist, wenn durch das Material 141 in der Öffnung 110 geätzt wird und schließlich das Kontaktgebiet 102c freigelegt wird. Daraufhin wird ein gewünschtes leitendes Material eingefüllt, beispielsweise durch CVD-artige Abscheidetechniken, elektrochemische Abscheidetechniken und dergleichen, und überschüssiges Material wird durch CMP (chemisch-mechanises Polieren), Ätzprozesse und dergleichen abgetragen.
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Folglich kontaktiert das Kontaktelement 143 zuverlässig das Kontaktgebiet 102c, ohne dass ein Kontakt zur Materialschicht 112 erfolgt, die wiederum eine gewünschte Verformungskomponente 102s in der Halbleiterschicht 102 hervorruft. Beispielsweise wird eine moderat hohe kompressive Verformung auf der Grundlage eines Titannitridmaterials erreicht, was vorteilhaft ist, um die Beweglichkeit von Löchern in der Halbleiterschicht 102 zu erhöhen.
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Mit Bezug zu den 1a und 1i werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, in denen das Schaltungselement in Form eines Transistors vorgesehen ist.
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1h zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Fertigungsphase, in der das Schaltungselement 150 einen Feldeffekttransistor in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase repräsentiert. Wie gezeigt, umfasst der Transistor 150 Drain- und Sourcegebiete 151, die in einem aktiven Gebiet 102a, d. h. in einem Teil der Halbleiterschicht 102 mit einer geeigneten lateralen Größe und Leitfähigkeitsart gebildet sind. Beispielsweise ist das aktive Gebiet 102a lateral durch eine Isolationsstruktur 102b, etwa eine flache Grabenisolation begrenzt. Ferner enthalten die Drain- und Sourcegebiete 151 das Kontaktgebiet 102c in Form eines Metalisilizidmaterials, wie dies auch zuvor erläutert ist. Ferner ist eine Gateelektrodenstruktur 153 auf dem aktiven Gebiet 102a gebildet und weist ein Elektrodenmaterial 153a und ein Gatedielektrikumsmaterial 153 auf, das das Elektrodenmaterial 153 von einem Kanalgebiet 152 trennt. Ferner umfasst die Gateelektrodenstruktur 153 eine Abstandshalterstruktur 153c. Die Gateelektrodenstruktur 153 besitzt einen geeigneten Aufbau, wie dies den gesamten Erfordernissen für das Bauelement 100 entspricht. Beispielsweise enthält das Gatedielektrikumsmaterial 153b ein dielektrisches Material mit großem ε, das als ein dielektrisches Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 10,0 oder größer zu verstehen ist. Ferner kann das Elektrodenmaterial 153a in Form eines beliebigen geeigneten Materials, etwa als ein Halbleitermaterial, ein Metall, ein Metallnitrid und dergleichen bereitgestellt werden. Wie zuvor erläutert ist, repräsentiert der Transistor 150 unter Umständen ein Schaltungselement mit einer kritischen Abmessung, d. h. einer Gütelänge, die als die horizontale Erstreckung des Elektrodenmaterials 153a in 1h verstanden werden kann, von ungefähr 40 nm und weniger repräsentieren.
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Das in 1h gezeigte Transistorelement 150 kann auf der Grundlage einer beliebigen Prozesstechnik hergestellt werden, wobei, wie gezeigt, die Gateelektrodenstruktur 153 zu einer ausgeprägten Oberflächentopographie des Bauelements 100 beiträgt. Zu beachten ist, dass eine Vielzahl an Gateelektrodenstrukturen 153 in unmittelbarer Nähe zueinander in dicht gepackten Bauteilbereichen vorgesehen sein kann, wodurch zu anspruchsvollen Bedingungen für das Abscheiden weiterer Materialien beigetragen wird. Der Materialschichtstapel mit der verformungsinduzierenden Schicht 112 ist über dem Transistor 150 gebildet und weist einen geeigneten Aufbau im Hinblick auf die innere Verspannung und die gesamte Dicke auf, so dass der Oberflächentopographie des Bauelements 100 Rechnung getragen ist. Im Hinblick auf Fertigungstechniken zur Herstellung des Schichtstapels 110 sei auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. Somit kann ein geeigneter Verformungspegel 102f in dem Kanalgebiet 152 auf der Grundlage des Materialschichtstapels 110 erreicht werden, ohne dass zu abscheideabhängigen Unregelmäßigkeiten beigetragen wird.
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1i zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist das dielektrische Zwischenschichtmaterial 140 über dem Transistor 150 in einem eingeebneten Zustand vorgesehen und das Material ist auch in den Öffnungen 110a gebildet, die in dem Materialschichtstapel 110 vorgesehen sind. Ferner sind in dieser Fertigungsphase Seitenwandabstandshalter 114s in den Öffnungen 110a vorgesehen, wie dies auch zuvor erläutert ist. Somit können in dieser Fertigungsphase Kontaktöffnungen 144 durch das dielektrische Zwischenschichtmaterial 140 gebildet werden, so dass diese sich durch die Öffnungen 110 erstrecken, was bewerkstelligt werden kann auf der Grundlage einer Prozesssequenz, wie sie zuvor beschrieben ist. In einer weiter fortgeschrittenen Phase werden die Kontaktöffnungen 144 so gebildet, dass diese sich durch die Schicht 111 erstrecken und mit den Kontaktgebieten 102c in Verbindung sind. Somit können Kontaktelemente auch für komplexe Bauteilgeometrien auf der Grundlage des Materialstapels 110 hergestellt werden, wobei das Abscheiden des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 140 und das Strukturieren dieses Materials im Wesentlichen nicht durch die Schicht 112 im Hinblick auf Isolation und/oder Prozesskomplexität beeinflusst sind.
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Mit Bezug zu den 1j bis 1o werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, in denen eine höhere Unempfindlichkeit im Hinblick auf Kontaktfehljustierungen erreicht wird.
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1j zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer Fertigungsphase, in der der Materialschichtstapel 110 über der Halbleiterschicht 102 gebildet ist und die Öffnung 110a aufweist. Bei der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die Öffnung 110a zu dem Kontaktgebiet 102c und legt somit einen Teil davon frei. Zu diesem Zweck wird ein geeigneter Ätzprozess zum Strukturieren des Materialschichtstapels 110 ausgeführt, wodurch die Schichten 113, 112 und 111 zu ätzen, während das Kontaktgebiet 102c als ein effizientes Ätzstoppmaterial dient. Daraufhin wird das Abstandshaltermaterial aufgebracht und wird geätzt, um das Abstandshalterelement 114s zu erhalten, wie dies in 1j gezeigt ist.
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1k zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist das dielektrische Zwischenschichtmaterial 140 vorgesehen und besitzt darin ausgebildet die Kontaktöffnung 144, die sich zu dem Kontaktgebiet 102c erstreckt. Dazu wird ein Ätzprozess ausgeführt, um durch das Material 142 zu ätzen, wobei das Material 141a als ein effizientes Ätzstoppmaterial verwendet wird, wie dies auch zuvor erläutert ist. Daraufhin wird ein weiterer Ätzprozess 125 ausgeführt, um durch das Material 141 zu ätzen, was auf der Grundlage einer Ätzchemie bewerkstelligt werden kann, die eine moderat hohe Selektivität in Bezug auf die Materialien der Schichten 113 und zumindest des Abstandshalterelements 1141 aufweist. In diesem Falle führt sogar eine ausgeprägte Fehljustierung der Kontaktöffnung 144 in Bezug auf die Öffnung 100a nicht zu einem Freilegen des Materials 112, wodurch eine unerwünschte Reaktion zwischen einem leitenden Füllmaterial, das in die Kontaktöffnung 144 einzufüllen ist, und der Schicht 112 vermieden wird. Folglich können die lateralen Abmessungen der Öffnung 110a so gewählt werden, dass nicht in unerwünschter Weise Material der Schicht 112 verbraucht wird, während auch ausreichemde Prozesssicherheiten zum Positionieren der Kontaktöffnung 144 erreicht werden.
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1l zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen der Schichtstapel 110 eine dielektrische Schicht 113a mit erhöhter Dicke enthält, die über der verformungsinduzierenden Schicht 112 gebildet ist. Ferner ist die Ätzmaske 120 so vorgesehen, dass ein gewünschter Teil des Schichtstapels 110 freigelegt ist, wie dies auch zuvor mit Bezug 1b erläutert ist. Folglich wird das Bauelement 100 dem Ätzprozess 121 unterzogen, um den Schichtstapel 110 zu strukturieren, ohne jedoch das Kontaktgebiet 102c freizulegen. D. h., während des Ätzprozesses 121 werden der freiliegende Bereich der Schicht 113a und der freiliegende Bereich der Schicht 112 abgetragen.
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1m zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der die Halbleiterschicht 114 während des Prozesses 122 über der Schicht 113a und in der Öffnung 110a aufgebracht wird. Im Hinblick auf eine Dicke der Schicht 114 gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor erläutert sind.
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1n zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 während des Abstandshalterätzprozesses 122, in welchem die Seitenwandabstandshalter 114s in der Öffnung 110a erzeugt werden. Der Ätzprozess 123 für eine längere Zeitdauer ausgeführt, um auch einen Bereich der Schicht 111 abzutragen, wodurch eine Dicke ausgehend von der Ausgangsdicke 111t auf eine gewünschte reduzierte Dicke 111r verringert wird. In ähnlicher Weise kann auch die anfängliche Schicht 113a in ihrer Dicke während des Ätzprozesses 123 beginnend von einer anfänglichen Dicke 113t reduziert werden, um damit die dielektrische Schicht 113 mit der Dicke 113r zu erhalten, die geeignet ist, um die Integrität der Schicht 112 während der weiteren Bearbeitung zu bewahren. Folglich kann durch das Vorsehen der Schicht 113a mit der größeren Dicke 112t eine ausgeprägte Menge der Schicht 111 in der Öffnung 110a entfernt werden, ohne jedoch vollständig das Kontaktgebiet 102c freizulegen. In diesem Falle wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem das dielektrische Zwischenschichtmaterial aufgebracht wird, wie dies auch zuvor erläutert ist, und indem dieses strukturiert wird, wobei das Material 111 mit der reduzierten Dicke 111r weiterhin das Kontaktgebiet 102c abdeckt. Beim Ätzen durch die Kontaktätzstoppschicht 141 (siehe 1k in einer abschließenden Phase) muss auch der verbleibende Bereich der Schicht 111 abgetragen werden, was jedoch ebenfalls zu einer gewissen Materialerosion des Abstandshalterelements 114s und der Schicht 113 führen kann, wenn ein ausgeprägter Grad an Fehljustierung aufgetreten ist, wie dies beispielsweise in 1k gezeigt ist. Auf Grund der geringeren Dicke 111r ist jedoch eine entsprechende Einwirkung einer Ätzumgebung weniger ausgeprägt und kann somit weiterhin eine ausreichende Menge an Materialien der Abstandshalter 114s und der Schicht 113 beibehalten, um damit die Integrität der Schicht 113 zu bewahren. Auch in diesem Falle wird somit eine bessere Unempfindlichkeit im Hinblick auf Fehljustierungen von Kontaktelementen in Bezug auf die Öffnung 110a erreicht, ohne dass jedoch das Kontaktgebiet 102c während der weiteren Bearbeitung freigelegt wird, wenn ein entsprechendes Freilegen als ungeeignet erachtet wird.
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1o zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen der Schichtstapel 110 über einer zusätzlichen Ätzstoppbeschichtung 104 gebildet ist, die eine andere Materialzusammensetzung im Vergleich zu der Schicht 111 besitzt. Beispielsweise ist die Schicht 111 aus Siliziumdioxid aufgebaut, während die Ätzstoppbeschichtung 104 aus Siliziumnitrid aufgebaut ist. Es sollte beachtet werden, dass anders betrachtet die Ätzstoppbeschichtung 104 auch als ein Teil des Materialschichtstapels 110 betrachtet werden kann.
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Die Ätzstoppbeschichtung 104 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Abscheidetechnik hergestellt werden und wird vorzugsweise aus einem Material aufgebaut, das eine ähnliche Ätzrate im Vergleich zu einem Bereich des dielektrischen Zwischenschichtmaterials, der noch zu bilden ist, besitzt. Wie beispielsweise zuvor erläutert ist, sind typischerweise die Kontaktätzstoppschichten, etwa die Schicht 141 (siehe 1k) aus Siliziumnitrid aufgebaut, das geätzt werden kann, so dass das Kontaktgebiet 102b in einer abschließenden Phase des Strukturierungsprozesses zum Vorsehen eine Kontaktöffnung freigelegt wird. Durch das Bereitstellen der Ätzstoppbeschichtung 104 derart, dass diese ein ähnliches Ätzverhalten aufweist, kann die Beschichtung 104 ebenfalls während dieser abschließenden Phase des Ätzprozesses entfernt werden. Daraufhin wird der Schichtstapel 110 hergestellt, wie dies zuvor erläutert ist, und nachfolgend wird die Öffnung 110 strukturiert, wobei die Ätzstoppbeschichtung 104 als ein effizientes Ätzstoppmaterial dienen kann, beispielsweise wenn die Schicht 111 geätzt wird. Daraufhin wird das Abstandshalterelement 114 hergestellt, wie dies zuvor erläutert ist, d. h. durch Abscheiden einer Abstandshalterschicht und Ätzen dergleichen auf der Grundlage eines anisotropen Ätzrezeptes, wobei die Beschichtung 104 auch als ein effizientes Ätzstoppmaterial dienen kann, wodurch eine unerwünschte Einwirkung auf das Kontaktgebiet 102c vermieden wird. Daraufhin wird die Bearbeitung fortgesetzt, wie dies zuvor beschrieben ist, d. h. das dielektrische Zwischenschichtmaterial wird abgeschieden und wird strukturiert, um eine Kontaktöffnung zu erzeugen. Während der abschließenden Phase wird somit auch die Ätzstoppbeschichtung 104 entfernt, während der Abstandshalter 114, die Schicht 111 und die Schicht 113 die Integrität des Materials 112 bewahren, selbst wenn eine ausgeprägte Fehljustierung aufgetreten ist, so dass eine Einwirkung der Ätzatmosphäre beim Freilegen des Kontaktgebiets 102c nicht in unerwünschter Weise das Material 112 beeinflusst.
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Es gilt also: die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen stark verspannte Materialien, etwa Metallnitride oder andere leitende Materialien, in der Kontaktebene komplexer Halbleiterbauelemente vorgesehen werden, wobei die elektrische und chemische Integrität des verformungsinduzierenden Materials bewahrt wird, indem ein Materialschichtstapel hergestellt wird und indem dieser vor dem Abscheiden des eigentlichen dielektrischen Zwischenschichtmaterials strukturiert wird. Während der Strukturierung des Materialschichtstapels werden die freiliegenden Seitenwandflächenbereiche auf der Grundlage von Abstandshalterelementen abgedeckt. Folglich können hohe Verformungspegel in dem Halbleitergebiet erzeugt werden, wobei dennoch eine insgesamt geringere Schichtdicke des verformungsinduzierenden Materials für bessere Abscheidebedingungen sorgt.
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Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist dient diese Beschreibung lediglich anschaulichen Zwecken und soll dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und die beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.