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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung eines Metallsilizids,
etwa eines Nickelsilizids, auf einem Silizium enthaltenden dotierten
Halbleitergebiet, um dessen Schichtwiderstand zu verringern.
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In
modernen integrierten Schaltungen mit höchster Packungsdichte werden
die Strukturen ständig
verkleinert, um die Bauteilleistungsfähigkeit und die Funktionalität der Schaltung
zu verbessern. Das Reduzieren der Strukturgrößen zieht jedoch gewisse Probleme
nach sich, die teilweise die durch das Verringern der Strukturgrößen gewonnenen
Vorteile aufheben können.
Im Allgemeinen kann das Verringern der Größe beispielsweise einer Gateelektrode
eines Transistorelements, etwa eines MOS-Transistors, zu verbessertem
Leistungsverhalten auf Grund einer reduzierten Kanallänge des
Transistorelements führen,
woraus eine höhere
Stromtreiberfähigkeit
und eine erhöhte
Schaltgeschwindigkeit resultieren. Bei Verringerung der Kanallänge der
Transistorelemente wird jedoch der elektrische Widerstand der Leitungen
und Kontaktgebiete, d. h. Gebiete, die elektrischen Kontakt zur
Peripherie der Transistorelemente herstellen, ein wesentliches Problem,
da die Querschnittsfläche
dieser Leitungen und Kontaktgebiete ebenso reduziert wird. Die Querschnittsfläche bestimmt
zusammen mit den Eigenschaften des Materials, aus denen die Leitungen
und Kontaktgebiete aufgebaut sind, deren effektiven elektrischen
Widerstand.
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Die
Mehrheit integrierter Schaltungen basiert auf Silizium, d. h. die
meisten Schaltungselemente enthalten Siliziumgebiete in kristalliner,
polykristalliner und amorpher Form – dotiert und undotiert. Ein anschauliches
Beispiel in diesem Zusammenhang sind die Drain- und Sourcegebiete
eines MOS- Transistorelements.
Die Source- und Draingebiete sind stark dotierte, im Wesentlichen
kristalline Gebiete, die von einem weniger stark und invers dotierten
kristallinen Gebiet umgeben sind, wobei ein sogenanntes Kanalgebiet
die Drain- und Sourcegebiete in lateraler Richtung trennt. Eine
Gateisolationsschicht mit einer darauf gebildeten Gateelektrode,
die typischer Weise aus polykristallinem Silizium hergestellt ist,
ist über
dem Kanalgebiet angeordnet und liefert eine kapazitive Kopplung
einer an die Gateelektrode angelegten Steuerspannung, um einen leitenden
Kanal zwischen dem Source- und dem Draingebiet zu bilden. Auf Grund
der kleiner werdenden Abmessungen steigt der Schichtwiderstand der
Source- und Draingebiete sowie der Gateelektrode deutlich an und
es sind geeignete Gegenmaßnahmen
erforderlich, um den Schichtwiderstand und damit das Transistorverhalten
innerhalb spezifizierter Toleranzen zu halten. In vielen Anwendungen,
insbesondere in CMOS-Anwendungen, ist es daher gängige Praxis, ein Metallsilizid
in und auf Silizium enthaltenden Gebieten, etwa den stark dotierten
Source- und Draingebieten und der polykristallinen Gateelektrode,
zu bilden.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1c wird nunmehr
ein typischer aus dem Stand der Technik bekannter Prozessablauf
zur Herstellung eines Metallsilizids auf entsprechenden Bereichen
eines MOS-Transistorelements als anschauliches Beispiel zur Darstellung
der Reduzierung des Schichtwiderstands von Silizium beschrieben.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Transistorelements 100,
etwa eines MOS-Transistors, der auf einem Substrat 101 mit
einem Silizium enthaltenden aktiven Gebiet 102 gebildet
ist. Das aktive Gebiet 102 wird von einer Isolationsstruktur 103 umschlossen,
die in dem vorliegenden Beispiel in Form einer Flachgrabenisolation,
wie sie typischer Weise für
technisch fortschrittliche integrierte Schaltungen verwendet wird,
vorgesehen ist. Ein stark dotiertes Source- und Draingebiet 104 mit Erweiterungsgebieten 105,
die für
gewöhnlich
eine geringere Dotierkonzentration als die stark dotierten Gebiete 104 aufweisen,
sind in dem aktiven Gebiet 102 ausgebildet. Das Source-
und das Draingebiet 104 mit den Erweiterungsgebieten 105 sind
in lateraler Richtung durch ein Kanalgebiet 106 getrennt.
Eine Gateisolationsschicht 107 isoliert eine Gateelektrode 108 elektrisch
und räumlich
von dem darunter liegenden Kanalgebiet 106. Abstandselemente 109 sind
an Seitenwänden
der Gateelektrode 108 gebildet. Eine hochschmelzende Metallschicht 110 ist über dem Transistorelement 100 mit
einer Dicke gebildet, die für
die weitere Bearbeitung beim Herstellen von Metallsilizidbereichen
auf der Gateelektrode 108 und dem Source- und dem Draingebiet 104 erforderlich ist.
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Ein
typischer bekannter Prozessablauf zur Herstellung des in 1a gezeigten
Transistorelements 100 kann die folgenden Schritte umfassen. Nach
dem Definieren des aktiven Gebiets 102 durch das Herstellen
der Flachgrabenisolationen 103 mittels Photolithographie-
und Ätzverfahren
werden bekannte Implantationsprozesse ausgeführt, um ein gewünschtes
Dotierprofil in dem aktiven Gebiet 102 und dem Kanalgebiet 106 zu
erzeugen.
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Anschließend werden
die Gateisolationsschicht 107 und die Gateelektrode 108 durch
bekannte Abscheide-, Photolithographie- und anisotrope Ätzverfahren
gebildet, um im Wesentlichen eine Entwurfsgatelänge zu erhalten, die in 1a durch die
horizontale Ausdehnung der Gateelektrode 108 dargestellt
ist. Danach kann eine erste Implantationssequenz ausgeführt werden,
um die Erweiterungsgebiete 105 zu schaffen, wobei abhängig von
den Entwurfsertordernissen zusätzlich
sogenannte Halo-Implantationen ausgeführt werden können.
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Die
Abstandselemente 109 werden gebildet, indem ein dielektrisches
Material, etwa Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid, abgeschieden
und das dielektrische Material mittels eines anisotropen Ätzprozesses
strukturiert wird. Danach kann ein weiterer Implantationsprozess
ausgeführt
werden, um das stark dotierte Source- und das Draingebiet 104 zu
bilden. Anschließend
wird die hochschmelzende Metallschicht 110 auf dem Transistorelement 100 durch beispielsweise
eine chemische Dampfabscheidung (CVD) oder einen physikalischen
Dampfabscheidungsprozess (PVD) abgeschieden. Vorzugsweise wird ein
hochschmelzendes Metall, etwa Titan, Kobalt, Nickel und dergleichen
für die
Metallschicht 110 verwendet. Es zeigt sich jedoch, dass
die Eigenschaften der verschiedenen hochschmelzenden Metalle während der
Herstellung eines Metallsilizids und hinterher in Form eines Metallsilizids
sich deutlich voneinander unterscheiden. Folglich hängt die
Auswahl eines geeigneten hochschmelzenden Metalls von weiteren Entwurfsparametern
des Transistorelements 100 sowie von Prozessanforderungen
der nachfolgenden Prozesse ab.
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Beispielsweise
wird Titan häufig
zur Herstellung eines Metallsilizids auf entsprechenden Silizium enthaltenden
Bereichen verwendet, wobei jedoch die elektrischen Eigenschaften
der resultierenden Titansilizidschicht deutlich von den Abmessungen
des Transistorelements 100 abhängen. Titansilizid neigt dazu,
an den Korngrenzen des Polysiliziums zu verklumpen und kann daher
den elektrischen Gesamtwiderstand der Gateelektrode vergrößern, wobei
diese Wirkung mit abnehmenden Strukturgrößen verstärkt wird, so dass die Anwendung
von Titan für
Transistorelemente mit einer Gatelänge von 0,5 Mikrometer und
darunter möglicherweise
nicht akzeptabel sein kann.
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Für Schaltungselemente
mit Strukturgrößen in dieser
Größenordnung
wird vorzugsweise Kobalt als hochschmelzendes Metall verwendet,
da Kobalt im Wesentlichen keine Neigung zeigt, um Korngrenzen des
Polysiliziums zu blockieren. Obwohl Kobalt erfolgreich für Strukturgrößen bis
zu 0,2 Mikrometer verwendet werden kann, kann eine weitere Verringerung
der Strukturgröße ein Metallsilizid,
das einen deutlich geringeren Schichtwiderstand als Kobaltsilizid
aufweist, aus den folgenden Gründen
erforderlich machen. In einem typischen CMOS-Prozessablauf wird
das Metallsilizid auf der Gateelektrode 108 und den Drain-
und Sourcegebieten 104 gleichzeitig in einem sogenannten
selbstjustierenden Prozess gebildet. In diesem Prozessablauf ist
es erforderlich, dass bei reduzierten Strukturgrößen eine vertikale Ausdehnung
oder Tiefe (in Bezug auf 1a) der
Drain- und Sourcegebiete 104 in dem aktiven Gebiet 102 ebenfalls
reduziert werden muss, um sogenannte Kurzkanaleffekte zu unterdrücken. Folglich
ist eine vertikale Ausdehnung oder Tiefe eines Metallsilizidgebietes,
das in und auf dem Drain- und dem Sourcegebiet 104 gebildet
ist, durch die Forderung für
einen flachen P-N-Übergang
beschränkt.
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Daher
wird für
technisch äußerst weit
entwickelte Transistorelemente Nickel als ein geeigneter Ersatz
für Kobalt
betrachtet, da Nickelsilizid (NiSi-Monosilizid) einen deutlich geringeren
Schichtwiderstand als Kobaltdisilzid aufweist. Im Folgenden wird
daher angenommen, dass die hochschmelzende Metallschicht 110 im
Wesentlichen Nickel aufweist.
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Nach
der Abscheidung der Nickelschicht 110 wird eine Wärmebehandlung
ausgeführt,
um eine chemische Reaktion zwischen den Nickelatomen und den Siliziumatomen
in jenen Bereichen der Source- und Draingebiete 104 und
der Gateelektrode 108 in Gang zu setzen, die mit dem Nickel
in Berührung sind.
Beispielsweise kann ein schneller thermischer Ausheizzyklus mit
einer Temperatur im Bereich von ungefähr 400°C bis 600°C und für eine Zeitdauer von ungefähr 30 bis
90 Sekunden ausgeführt
werden. Während
der Wärmebehandlung
diffundieren Silizium- und Nickelatome und verbinden sich, um Nickelsilizid
zu bilden. Anschließend
kann nicht reagiertes Nickel durch einen selektiven Nassätzprozess
entfernt werden.
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1b zeigt
das Transistorelement 100 schematisch mit entsprechend
gebildeten Nickelsilizidschichten 111 in dem Source- und
dem Draingebiet 104 und einer Nickelsilizidschicht 112,
die in der Gateelektrode 108 gebildet ist. Entsprechende
Dicken 111A und 112A der Nickelsilizidschichten 111, 112 können durch
Prozessparameter, etwa die Dicke der anfänglichen hochschmelzenden Metallschicht 110 und/oder
den spezifizierten Bedingungen während
der Wärmebehandlung,
eingestellt werden. Es sollte beachtet werden, dass obwohl die Dicken 111A und 112A sich
voneinander unterscheiden können, diese
dennoch korreliert sind und die Unterschiede durch ein unterschiedliches
Diffusionsverhalten des stark dotierten Polysiliziums in der Gateelektrode 108 und
dem stark dotierten kristallinen Silizium in dem Drain- und dem
Sourcegebiet 104 verursacht sein können. Wie zuvor dargelegt ist,
ist ferner ein maximaler Wert für
die Dicke 111A durch die erforderliche Tiefe des P-N-Übergangs,
der in den stark dotierten Source- und Draingebieten 104 und
den geringer dotierten Erweiterungsgebieten 105 in dem
aktiven Gebiet 102 gebildet wird, beschränkt.
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Für das in
den 1a und 1b gezeigte Transistorelement 100 kann
ein entsprechender Prozessablauf auch im Zusammenhang mit einem
anderen hochschmelzenden Metall als Nickel, abhängig von den Bauteilabmessungen,
angewendet werden. Bei Verwendung von Nickel stellt sich heraus,
dass in Verbindung mit äußerst größenreduzierten
Transistoren mit einer Gatelänge
von 0,2 Mikrometer und darunter eine deutliche Beeinträchtigung
der Produktionsausbeute beobachtet wird.
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1c zeigt
schematisch ein Beispiel eines Fehlers eines gemäß dem Stand der Technik hergestellten
Bauteils, der zu einer deutlich verringerten Produktionsausbeute
führt.
In 1c umfasst das Transistorelement 100 ferner
Nickelsiliziderweiterungen 115, d. h. Bereiche in denen
das Nickelsilizid in den Kanalbereich vordringt, und die sich von
den Metallsilizidgebieten 111 in die Erweiterungsgebiete 105 und
möglicherweise
in das Kanalgebiet 106 erstrecken, wodurch ein Kurzschluss
des P-N-Übergangs bewirkt
wird und somit eine korrekte Transistorfunktion verhindert wird
oder zumindest die Transistorleistungsfähigkeit deutlich eingeschränkt wird.
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WO
2000/36634 A1 offenbart ein Verfahren zum Verhindern des Eindringens
von Silizid in den Kanalbereich von Feldeffekttransistoren. Dazu
wird ein Teil der Source- und der Draingebiete eines MOSFET nach
dem Dotieren der Source-/Drainbereiche vor dem Abscheiden des Metalls
und dem anschließenden
Silizieren in ein amorphes Material umgewandelt. Das offenbarte
Verfahren weist jedoch nicht den Schritt des Wärmebehandelns des Silizium
enthaltenden Halbleitergebiets, um den amorphen Bereich zu rekristallisieren,
auf.
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Da
Transistorelemente, die für
modernste integrierte Schaltungen und für zukünftige Bauteilgenerationen
notwendig sind, das Herstellen äußerst leitfähiger Metallsilizidgebiete,
etwa die Gebiete 111, erfordern, kann Nickel auf Grund
des besseren Schichtwiderstands im Vergleich zu anderen hochschmelzenden
Metallsiliziden mit hoher Wahrscheinlichkeit ein bevorzugter Kandidat
für ein
hochschmelzendes Metall sein).
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Daher
besteht Bedarf für
ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines äußerst leitfähigen Nickelsilizids
auf einem Silizium enthaltenden Halbleitergebiet, ohne die Produktionsausbeute
ungebührlich
zu reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis der Erfinder, dass
das Ausbilden von Siliziderweiterungen, die sich von den in dotierten
kristallinen Halbleitergebieten, etwa den Source- und Draingebieten,
gebildeten Metallsilizidgebiete in das umgebende aktive Gebiet,
beispielsweise ein aktives Transistorgebiet oder ein Kanalgebiet
eines Feldeffekttransistors, erstrecken, in wirksamer Weise reduziert
werden kann, indem die Anzahl der kristallinen Defekte verringert
wird, die während
des starken Dotierens eines Silizium enthaltenden Halbleitergebiets erzeugt
werden. Wie im Folgenden detaillierter erläutert wird, wird angenommen,
dass die Akkumulation von kristallinen Defekten, die durch Implantation
und anschließendes
Ausheizen verursacht werden, zu einer verstärkten Nickeldiffusion und somit
zur Bildung von Nickelsiliziderweiterungen führt.
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Daher
umfasst eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Silizidgebiets
in einem dotierten, Silizium enthaltenden Halbleitergebiet das Amorphisieren
mindestens eines Bereiches des Silizium enthaltenden Halbleitergebiets.
Der mindestens eine Bereich des Silizium enthaltenden Halbleitergebiets
wird zumindest teilweise dotiert und das Silizium enthaltende Halbleitergebiet
wird wärmebehandelt,
um den amorphen Bereich zu rekristallisieren. Ein hochschmelzendes
Metall wird auf einem Teil des Silizium enthaltenden Halbleitergebiets
abgeschieden und die Metallsilizidbildung in Gang gesetzt, wobei
eine intensivere Metalldiffusion, die durch Kristallschäden bewirkt
wird, reduziert ist.
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden. Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert
und gehen aus der folgenden detaillierten. Beschreibung deutlicher
hervor, es zeigen:
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1a bis 1c schematische
Querschnittsansichten eines aus dem Stand der Technik bekannten
Transistorelements während
diverser Phasen des Herstellungsvorganges;
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2a bis 2c einen
typischen Prozessablauf zur Herstellung eines aus dem Stand der Technik
bekannten Feldeffekttransistors, der zu einer erhöhten Bauteilausfallsrate
auf Grund von Nickelsilizidstacheln führen kann; und
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3a bis 3e schematische
Querschnittsansichten eines Feldeffekttransistors, der gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Wie zuvor erläutert ist,
wird angenommen, dass Kristalldefekte, die in einem im Wesentlichen
kristallinen Halbleitergebiet, beispielsweise in Source- und Draingebieten
eines Feldeffekttransistors, vorliegen, der Hauptgrund für eine unerwünschte Nickeldiffusion
während
der Nickelsilizidbildung sind und zur Ausbildung von Siliziderweiterungen
führen
können.
Ein aus dem Stand der Technik bekannter Prozessablauf zur Herstellung einer
Nickelsilizidschicht in einem dotierten kristallinen Siliziumgebiet
wird nun mit Bezug zu den 2a bis 2c erläutert, wobei
ein Feldeffekttransistorelement als ein Beispiel eines Halbleiterbauteils
gezeigt ist.
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2a zeigt
schematisch einen Feldeffekttransistor 200 in einem frühen Herstellungsstadium mit
einem Substrat 201 mit einem darauf gebildeten aktiven
Gebiet 202, das von einer Flachgrabenisolation 203 umschlossen
ist. Eine Gateisolationsschicht 207 trennt eine Gateelektrode 208 von
einem Kanalgebiet 206. Leicht dotierte Drain- und Sourcegebiete oder
Erweiterungsgebiete 205 sind in dem aktiven Gebiet 202 mittels
eines Ionenimplantationsprozesses, der durch 220 bezeichnet
ist, gebildet.
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Ein
Prozessablauf zur Herstellung des Feldeffekttransistors 200,
wie er in 2a gezeigt ist, kann im Wesentlichen
die gleichen Prozessschritte beinhalten, wie sie bereits mit Bezug
zu 1a beschrieben sind. Es sollte jedoch beachtet
werden, dass insbesondere für äußerst größenreduzierte Transistorelemente
selbst die sogenannten "leicht dotierten" Gebiete eine relativ
hohe Dotierkonzentration erfordern, um die erforderliche hohe Leitfähigkeit bereitzustellen,
so dass eine relativ hohe Implantations-Dosis während der Implantation 220 angewendet
wird, wodurch deutliche Kristallschäden in dem aktiven Gebiet 202 hervorgerufen
werden. Ferner ist bekanntlich eine Wärmebehandlung nach einem Implantationszyklus
erforderlich, um die Dotierstoffe zu aktivieren und die Kristallschäden auszuheilen.
Erhöhte
Temperaturen führen
jedoch zu einer Diffusion der Dotierstoffe und anderer Verunreinigungen – gewünschte und
ungewünschte
-, wodurch Grenzen zwischen benachbarten Materialien und Gebieten "verschmiert" werden und möglicherweise
die Bauteileigenschaften nachteilig beeinflusst werden. Daher müssen sehr
strenge Anforderungen hinsichtlich der Dauer und der Temperaturen,
die in Wärmebehandlungen
während
der Herstellung des Transistorelements 200 angewendet werden,
eingehalten werden, um eine korrekte Funktion des Bauteils für eine spezifizierte
Lebensdauer sicherzustellen. Diese Spezifikation hinsichtlich der
Temperatur und der Zeitdauer der Wärmebehandlungen werden als
sogenanntes "thermisches
Budget" bezeichnet,
das beispielsweise die Temperatur und die Dauer von Ausheizzyklen,
die zur Aktivierung von Dotierstoffen und zur Ausheilung von Kristallschäden erforderlich sind,
bestimmt. In technisch fortschrittlichen Transistorelementen sind
jedoch kleine Transistorabmessungen, die gut definierte Dotierprofile
erfordern, und starke Kristallschäden, die durch hohe Implantationsdosen
hervorgerufen werden, gegenteilige Anforderungen und können nicht gleichzeitig
in zufriedenstellender Weise erfüllt
werden. Somit kann das spezifizierte thermische Budget reduzierte
Ausheiztemperaturen und/oder Zyklenzeiten erfordern, wobei Kristalldefekte
im Gegenzug für
eine reduzierte Diffusion von Dotierstoffen zurückbleiben.
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2b zeigt
den Feldeffekttransistor 200 schematisch in einem fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Seitenwandabstandselemente 209 sind
an Seitenwänden
der Gateelektrode 208 gebildet und stark dotierte Source-
und Draingebiete 204 mit den Erweiterungsgebieten 205 sind
in dem aktiven Gebiet 202 ausgebildet. Die Seitenwandabstandselemente 209 können nach
der Implantation 220 und vor einer zweiten Implantation
zur Herstellung der stark dotierten Drain- und Sourcegebiete 204 gebildet
werden, so dass das erforderliche laterale und vertikale Dotierprofil
erhalten wird. Anschließend
wird, wie zuvor erläutert
ist, eine Wärmebehandlung,
etwa ein schneller thermischer Ausheizzyklus, durchgeführt, um
die Dotierstoffe zu aktivieren und die deutlichen Kristallschäden, die
durch die beiden Implantationsschritte hervorgerufen wurden, auszuheilen.
Beim Ausheizen des Feldeffekttransistors 200 werden die meisten
Bereiche mit einer geschädigten
Kristallstruktur rekristallisiert, wobei jedoch auf Grund der notwendigen
hohen Dosis an Dotieratomen eine ausreichend hohe Ausheiztemperatur
und/oder eine ausreichend lange Ausheizzeit gewählt werden muß, um im
Wesentlichen vollständig
die Source- und Draingebiete 204 und insbesondere die Erweiterungsgebiete 205 unter
den Seitenwandabstandselementen 209 zu rekristallisieren.
Auf Grund der äußerst reduzierten
Abmessungen modernster Schaltungselemente stellt sich jedoch heraus,
dass ein im Wesentlichen vollständiges
Rekristallisieren nicht erreichbar ist, ohne die Diffusion der Dotierstoffe über Gebühr zu vergrößern, wodurch
deutlich die Transistoreigenschaften negativ beeinflusst werden.
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Kristalldefekte
können
sich beim Ausheizen des Feldeffekttransistorelements 200 entsprechend einem
akzeptablen thermischen Budget akkumulieren, so dass äußerst lokalisierte
und konzentrierte Punktdefekte erzeugt werden, wie dies durch die
Bezugszeichen 230 und 231 angezeigt ist. Obwohl
die Gründe
dafür noch
nicht voll verstanden sind, wird gegenwärtig angenommen, dass diese
lokalisierten und konzentrierten linienbildenden Punktdefekte als ein
Diffusionspfad für
Nickel während
der Herstellung von Nickelsilizid dienen können, wie dies mit Bezug zu 2c beschrieben
wird.
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In 2c umfasst
der Feldeffekttransistor 200 eine Nickelschicht 210 mit
einer Dicke, die geeignet gewählt
ist, um die Herstellung eines Nickelsilizidgebiets mit einer geeigneten
Dicke zu ermöglichen. Hinsichtlich
der Abscheidung der Nickelschicht 210 gelten die gleichen
Kriterien, wie sie mit Bezug zu den 1a bis 1c aufgeführt sind.
Beim Wärmebehandeln
des Feldeffekttransistors 200 diffundieren Nickel und Silizium,
um Nickelsilizid zu bilden, wobei die Defekte 230, 231 die
Nickelsilizidbildung fördern und
zu Nickelsiliziderweiterungen führen
können,
wie dies beispielsweise in 1c gezeigt
ist, die dann einen Kurzschluss zwischen den Erweiterungsgebieten 205 und
dem Kanalgebiet 206 bilden können und/oder deutlich die
Transistoreigenschaften beeinflussen können, beispielsweise durch
Beeinflussung eines elektrischen Feldes, das an den Gaterändern während des
Transistorbetriebs vorherrscht.
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Beruhend
auf dieser Erkenntnis werden nunmehr mit Bezug zu den 3a bis 3e anschauliche
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben, in denen die Ausbildung
von Nickelsiliziderweiterungen im Wesentlichen vermieden oder zumindest
deutlich reduziert ist.
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In 3a umfasst
ein Feldeffekttransistor 300 etwa ein P-Kanaltransistor
oder ein N-Kanaltransistor,
ein Substrat 301, beispielsweise ein Siliziumsubstrat oder
isolierendes Substrat, wie es üblicherweise
für das
SOI-(Silizium auf Isolator) Verfahren verwendet wird, mit einem
aktiven Gebiet 302, das von Flachgrabenisolationen 303 umschlossen
ist. Eine Gateisolationsschicht 307 mit einer darauf gebildeten
Gateelektrode 308, die typischer Weise aus Polysilizium
hergestellt ist, wobei in anderen Ausführungsformen ein beliebiges
geeignetes Gateelektrodenmaterial verwendbar ist, ergibt eine elektrische Isolation
der Gateelektrode 308 zu einem darunter liegenden Kanalgebiet 306.
Amorphisierte Gebiete 331 sind in einem Teil des aktiven
Gebiets 302, der nicht von der Gateelektrode 308 bedeckt
ist, und auf der Gateelektrode 308 gebildet. Eine Dicke
oder Tiefe der amorphisierten Gebiete 331 in dem aktiven Gebiet 302 ist
durch 331A bezeichnet.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des in 3a gezeigten
Feldeffekttransistors 300 umfasst die folgenden Schritte.
Das Ausbilden der Transistorstruktur 300, wie sie gezeigt
ist, kann die gleichen Schritte beinhalten, wie sie bereits mit
Bezug zu den 1a und 2a beschrieben
sind, mit Ausnahme der Ausbildung der amorphisierten Gebiete 331.
Dazu wird eine Ionenimplantation, die durch das Bezugszeichen 330 gekennzeichnet
ist, so ausgeführt,
dass der nicht abgeschirmte Bereich des aktiven Gebiets 302 durch
einen Ionenbeschuss innerhalb einer spezifizierten Dicke oder Tiefe 331A amorphisiert
wird. In einer Ausführungsform
werden schwere inerte Ionen verwendet, etwa Xenon-Ionen, um deutliche
Gitterschäden
zu erzeugen, ohne unnötig
weit in die Kristallstruktur des aktiven Gebiets 302 einzudringen.
Die Kristallschäden,
die durch den Ionenbeschuss hervorgerufen werden, hängen von
der Masse der Ionen, deren Beschleunigungsspannung, der Implantations-Dosis,
der Dauer des Beschusses und der Temperatur des Substrats 301 ab.
Da eine relativ hohe Dosis erforderlich ist, um in ausreichender
Weise die kristalline Struktur des aktiven Gebiets 302 zu
amorphisieren, können
inerte und/oder Ionen mit gleicher Wertigkeit wie Silizium, verwendet
werden. Bevorzugte Kandidaten für
inerte Ionen sind beispielsweise Edelgase, etwa Xenon, Argon und
dergleichen und beispielsweise Materialien, die die gleiche Wertigkeit
wie Silizium aufweisen, etwa die Elemente der vierten Hauptgruppe
des Periodensystems. Beispielsweise kann Germanium ebenfalls als Implantationsmaterial
betrachtet werden, da Germanium nicht die Art der Leitfähigkeit
der umgebenden dotierten Siliziumstruktur beeinflusst, obwohl eine starke
Germaniumkonzentration zu einer Änderung anderer
physikalischer Eigenschaften, etwa eine Reduzierung der Bandlückenenergie,
führen
kann. In gewissen Fällen
kann diese Eigenschaft vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, um
in geeigneter Weise die Bandlückenenergie
für spezielle
Anwendungen einzustellen.
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In
einer Ausführungsform
werden Xenon-Ionen mit einer Dosis von ungefähr 1014 bis
1016 Atome/cm2 mit
einer Energie im Bereich von ungefähr 20 bis 180 KeV (Kiloelektronenvolt)
verwendet. Eine Temperatur des Substrats wird in einem Bereich von ungefähr 200°C und 500°C während dieser
Implantationsprozesse gehalten. Dies führt zu einer deutlichen Amorphisierung
der Gebiete 331 in dem aktiven Gebiet 302, wobei
ein Wert für
die Dicke 331A im Bereich von ungefähr 50 bis 200 nm liegt. Ein
amorphisiertes Gebiet kann effizienter rekristallisiert werden, ohne
dass eine hohe Temperatur und/oder eine entsprechend lange Ausheizzeit
erforderlich ist, wie sie beispielsweise zum Ausheilen von Kristallschäden erforderlich
ist, die durch konventionelle Implantationen zur Herstellung der
Erweiterungsgebiete und der Source- und Draingebiete hervorgerufen
werden. In einigen Ausführungsformen
kann es dennoch vorteilhaft sein, die Source- und Draingebiete nicht
in ihrer Gesamtheit zu amorphisieren, sondern die Dicke 331A in
Bezug auf eine Tiefe eines zu bildenden Nickelsilizidsgebiets Maß zu schneidern,
da die Rekristallisierung der Gebiete 331 mit verringerter
Tiefe zusätzlich
die Anforderungen an das thermische Budget geringer machen und den
Implantationsprozess zur Amorphisierung vereinfachen kann. Somit
können
die Implantationsparameter so gewählt werden, dass die Dicke 331A im
Wesentlichen einer Dicke der zu bildenden Nickelsilizidgebiete entspricht.
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In
anderen Ausführungsformen
kann das Substrat 301 in Bezug auf eine Einfallsrichtung
der Ionen 330, die in 3 als
im Wesentlichen vertikale Richtung gezeigt ist, geneigt werden,
um ein gewisses Maß an
Amorphisierung unterhalb der Gateisolationsschicht 307 zu
erreichen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn geneigte Implantationen
während
der Herstellung des lateralen Dotierprofils in dem aktiven Gebiet 302 durchgeführt werden.
Beispielsweise erfordern modernste Transistorelemente eine sogenannte
Halo-Implantation, wobei in gewissen Fällen eine Implantation unter
einem Neigungswinkel erforderlich ist. Um ein gewünschtes
Profil für
die amorphisierten Gebiete 331 zu erreichen, kann die Implantation 330 in
mehreren Schritten mit unterschiedlichen Neigungswinkeln oder als
ein einzelner Implantationsschritt mit oder ohne den Neigungswinkel
graduell zu verändern,
oder diesen schrittweise zu verändern,
ausgeführt
werden.
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Nach
Beendigung der Implantation 330 wird der Prozessablauf
so fortgesetzt, wie dies beispielsweise mit Bezug zu den 2a und 2b und 1a und 1b beschrieben
ist. D. h. es wird eine Implantation ausgeführt, um Erweiterungsgebiete
zu bilden, gefolgt von der Herstellung der Abstandselemente und
einem nachfolgenden Implantationsschritt zur Herstellung stark dotierter
Source- und Draingebiete.
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3b zeigt
schematisch den Feldeffekttransistor 300 nach Beendigung
dieses Prozessablaufs. Der Transistor 300 umfasst stark
dotierte Source- und Draingebiete 304 mit Erweiterungsgebieten 305 und
Seitenwandabstandselementen 309.
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Anschließend wird
eine Wärmebehandlung, etwa
ein schnelles thermisches Ausheizen, durchgeführt, um die Gebiete 331 zu
rekristallisieren, wobei Prozessparameter, etwa Temperatur und Dauer
der Wärmebehandlung,
so gewählt
sind, um die Anforderungen hinsichtlich des spezifizierten thermischen Budgets
zu erfüllen.
Beispielsweise kann für
eine fortschrittliche CMOS-Technologie mit Abmessungen unter 0.13
Mikrometern eine Ausheiztemperatur im Bereich von ungefähr 600° C bis 1200° C unter
einer Ausheizzeit im Bereich von ungefähr 1 Sekunde bis 90 Sekunden
angewendet werden. Wie zuvor angemerkt ist, erfordert die Rekristallisierung
einesvollständig
amorphisierten Gebiets eine reduzierte Temperatur und/oder Dauer
im Vergleich zur Rekristallisierung geschädigter kristalliner Gebiete,
wie sie durch einen typischen Ionenbeschuss erzeugt werden, der
zur Herstellung der Erweiterungsgebiete 305 und der Drain-
und Sourcegebiete 304 angewendet wird. Somit werden im
Wesentlichen keine angehäuften
Punktdefekte innerhalb der im Wesentlichen amorphisierten Gebiet 331 nach
dem Ausheilen zurückbleiben,
anders als in dem konventionellen Prozessablauf, so dass die Erzeugung
möglicher "Keimungs-" Plätze für Siliziderweiterungen,
wie dies in 1c gezeigt ist, vermieden oder
zumindest deutlich reduziert wird.
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3c zeigt
den Feldeffekttransistor 300 schematisch nach der Rekristallisierung
der Gebiete 331 und nach der Herstellung von Nickelsilizidgebieten 311 in
den Source- und Draingebieten 304 (und in der Gateelektrode 308)
mit einer Dicke 311A. Die Herstellung der Nickelsilizidgebiete 311 kann
dann das Abscheiden einer Nickelschicht mit einer vordefinierten
Dicke und einen anschließenden
Ausheizzyklus zur Umwandlung von Nickel und Silizium in Nickelsilizid
(Nickelmonosilizid) mit einer erforderlichen Dicke beinhalten. Nickelsilizid
zeigt ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der elektrischen
Leitfähigkeit,
ist jedoch thermisch bei Temperaturen über ungefähr 400° C instabil und kann leicht
mit Silizium weiterreagieren, um Nickeldisilizid (NiSi2)
zu erzeugen. Da die weitere Reaktion des Nickelmonosilizids Silizium
aufbraucht und damit die Dicke 311A vergrößert, kann
in einigen Ausführungsformen
die Dicke der amorphisierten Gebiete 331, die durch 331B angezeigt
ist, so gewählt
werden, um einen gewissen Sicherheitsbereich für ein weiteres Anwachsen der Dicke 311A auf
Grund einer weiteren Umwandlung von Nickelmonosilizid in Nickeldisilizid
während
der weiteren Bearbeitung des Feldeffekttransistors 300 bereitzustellen.
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In
anderen Ausführungsformen
können
die amorphisierten Gebiete 331 die Drain- und Sourcegebiete 304 vollständig ausfüllen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann die in 3a gezeigte Implantation 330 nach
dem Ausführen
der Dotierstoffimplantation zum Definieren der Erweiterungsgebiete 305 durchgeführt werden,
wodurch die Anwendung gut etablierter Implantationsparameter, wie
in einem konventionellen Prozessablauf, möglich ist, da die Amorphisierung
zum Definieren der Erweiterungsgebiete 305 nicht berücksichtigt werden
muss. D. h., das Implantieren von Ionen in ein amorphisiertes Gebiet
erfordert für
gewöhnlich eine
andere Parameterauswahl als die Implantation in ein kristallines
Gebiet.
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Mit
Bezug zu den 3d und 3e wird eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Komponenten und Teile, die bereits
mit Bezug zu den 3a bis 3c bezeichnet
und beschrieben sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen belegt
und deren Beschreibung wird weggelassen.
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In 3d umfasst
der Feldeffekttransistor 300 Seitenwandabstandselemente 309A,
die an den Seitenwänden
der Gateelektrode 308 ausgebildet sind, wobei diese Seitenwandabstandselemente 309A als "Opfer-" Seitenwandabstandselemente
betrachtet werden und als eine Implantationsmaske für eine Implantation 340 zum
Definieren der stark dotierten Source- und Draingebiete 304 verwendet
werden.
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3e zeigt
den Feldeffekttransistor 300 schematisch nach der Entfernung
der Opfer-Seitenwandabstandselemente 309A und
während
der Implantation 330 zur Herstellung der amorphisierten
Gebiete 331. Für
das Ausführen
der Implantationen 330, die in 3e dargestellt
sind, gelten die gleichen Kriterien, wie sie bereits mit Bezug zu 3a dargelegt sind.
Da die Implantation 340 zum Definieren der stark dotierten
Source- und Draingebiete 304 ausgeführt wird, indem die Opfer-Seitenwandabstandselemente 309A verwendet
werden, werden keine Gitterschäden
in der Nähe
der Gateelektrode 308 erzeugt. Anschließend kann die weitere Bearbeitung
fortgesetzt werden, indem Ionen zur Ausbildung der Erweiterungsgebiete 305 (in 3e nicht
gezeigt) implantiert werden und Seitenwandabstandselemente, etwa die
Abstandselemente 309, die für die anschließende selbstjustierende
Nickelsilizidbildung erforderlich sind, gebildet werden. Anschließend wird
der Ausheizzyklus ausgeführt,
um die Dotierstoffe zu aktivieren und die Kristallschäden auszuheilen.
Auf Grund der Implantation 340, die unter Anwendung der
Opfer-Abstandselemente 309A als Implantationsmaske, ausgeführt wird,
belässt
das Rekristallisieren der Gebiete 331 das entsprechende
Erweiterungsgebiet im Wesentlichen ohne lokalisierte und angehäufte Punkt-
und Liniendefekte, so dass die Ausbildung von Nickelsiliziderweiterungen
wirksam reduziert ist.
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Es
sollte beachtet werden, dass die Implantation zur Amorphisierung
des aktiven Gebiets 302, d. h. das Bilden der Gebiete 331 nach
dem Durchführen
einer Implantation zum Definieren der Erwiterungsgebiete, wie dies
bereits mit Bezug zu 3c beschrieben ist, ausgeführt werden
kann.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Ausbildung der
angehäuften
Punktdefekte deutlich zu reduzieren oder gar vollständig zu vermeiden,
indem relevante Bereiche in einem kristallinen Halbleitergebiet
vor der Ausbildung eines Metallsilizids, etwa eines Nickelsilizids,
amorphisiert werden. Somit kann die Ausbildung von Metallsiliziderweiterungen,
die deutlich die Produktionsausbeute reduzieren, merklich verringert
werden, indem die kristalline Struktur in den relevanten Halbleitergebieten
wirksamer wiederhergestellt wird, wobei die restriktiven Anforderungen,
hinsichtlich des thermischen Budgets, die in modernsten Schaltungselementen, etwa
in P-Kanaltransistoren und/oder N-Kanaltransistoren mit kritischen
Abmessungen von 0,2 Mikrometern und darunter, erforderlich sind,
eingehalten werden.