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GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft dabei die Herstellung von Seitenwandabstandselementen,
die beispielsweise für
das laterale Strukturieren eines Dotierprofils verwendet werden, das
benachbart zu einem Schaltungselement, das daran gebildete Seitenwandabstandselemente
aufweist, implantiert wird.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER
TECHNIK
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Die
Herstellung integrierter Schaltungen erfordert eine große Anzahl
von Prozessschritten mit beispielsweise Photolithographie, Ätztechniken,
Implantationssequenzen, Ausheizprozessen und dergleichen. In der
MOS-Technologie ist ein wichtiger Schritt die Herstellung einer
Gateelektrode eines Feldeffekttransistors, wobei die Größe der Gateelektrode
wesentlich das Gesamtverhalten des MOS-Transistorelements beeinflusst. Die
Gateelektrode ist ein leitungsähnliches
Schaltungselement, das über
einem kristallinen Halbleitergebiet, typischerweise ein Siliziumgebiet,
ausgebildet ist, wobei eine dünne
Gateisolierschicht zwischen dem Halbleitergebiet und der Gateelektrode
angeordnet ist, um eine dielektrische Barriere bereitzustellen und
eine kapazitive Ankopplung an das darunter liegende Halbleitergebiet
zu erzeugen, das einen leitenden Kanal beim Anlegen einer geeigneten
Steuerspannung an die Gateelektrode ausbildet. Der Kanal bildet
sich in dem Halbleitergebiet in der Nähe der Gateisolierschicht und
erzeugt eine elektrische Verbindung zwischen dem stark dotierten
Source- und Draingebiet. Der Abstand zwischen dem Drain- und dem
Sourcegebiet, d. h. die laterale Ausdehnung des Kanals, die mit
der lateralen Ausdehnung der Gateelektrode korreliert ist und auch
als Kanallänge
bezeichnet wird, ist ein wichtiger Entwurfsparameter und hat nunmehr
0.1 μm und
weniger in hochentwickelten integrierten Schaltungen erreicht.
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In
der Standard-MOS-Technologie wird die Gateelektrode gebildet, bevor
die Drain- und Sourcegebiete durch Ionenimplantation hergestellt
werden. Während
des Ionenimplantationsprozesses dient die Gateelektrode als eine
Implantationsmaske, wodurch eine korrekte Justierung des Drain-
und Sourcegebietes in Bezug auf die Gateelektrode sichergestellt ist.
Da eine Vielzahl von Hochtemperaturbehandlungen nach der Herstellung
der Gateelektrode ausgeführt
werden, wird die vor der Strukturierung der Gateelektrode hergestellte
Gateisolierschicht vorzugsweise auf der Basis von Siliziumdioxid
oder Siliziumnitrid gebildet, und die Gateelektrode wird aus Polysilizium
gebildet, um damit eine Gateelektrodenstruktur zu erhalten, die
eine hohe thermische Stabilität aufweist.
Nach dem Strukturieren der Gateelektrode werden das Drain- und Sourcegebiet
mittels Ionenimplantation hergestellt, wobei die Gateelektrode als eine
Implantationsmaske genutzt wird. Es erweist sich jedoch, dass Transistorelemente
mit reduzierten Bauteilgrößen anspruchsvolle
Dotierprofile in der lateralen Richtung und auch in der vertikalen
Richtung erfordern, wobei der Begriff „vertikal” die Richtung senkrecht zur
Oberfläche
des Substrats kennzeichnet, während
der Begriff „lateral” im Groben
der Fließrichtung
von Ladungsträgern
in dem Kanal entspricht. Während
die vertikale Dotierstoffprofilierung durch entsprechendes Einstellen
der Implantationsparameter, etwa Dosis und Energie für eine gegebene
Ionenspezies, erreichbar ist, erfordert das laterale Dotierstoffprofil
eine verbesserte Maskierungstechnik, die typischerweise durch die
Herstellung eines oder mehrerer Seitenwandabstandselemente erreicht
wird.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1c wird nunmehr
ein typischer konventioneller Prozessablauf zur Herstellung von
Seitenwandabstandselementen detaillierter beschrieben, um gewisse
Nachteile der konventionellen Technologie zu erläutern, wenn Strukturgrößen von
Schaltungselementen weiter in der Größe reduziert werden.
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1a ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Transistorelements 100 während einem
frühen
Herstellungsstadium. Das Transistorelement 100 umfasst
ein Substrat 101, das ein Siliziumsubstrat oder ein SOI-(Silizium
auf Isolator) Substrat in technisch weit entwickelten Bauelementen
sein kann. Unabhängig
von der Art des verwendeten Substrats weist das Substrat 101 ein
im Wesentlichen kristallines Halbleitergebiet 103 auf,
das von einer Isolationsstruktur 102 umschlossen ist, die
typischerweise in modernen integrierten Schaltungen in Form einer
Grabenisolation vorgesehen ist. Das Transistorelement 100 enthält ferner
eine Gateelektrode 105, die aus Polysilizium aufgebaut
und über
dem Siliziumgebiet 103 und davon durch eine Gateisolierschicht 104 getrennt
ist. In Prinzip erfordert die Verringerung der Gatelänge, d.
h. in 1a die horizontale Ausdehnung
der Gateelektrode 105, eine entsprechende Verringerung
der Dicke der Gateisolierschicht 104, um eine geeignete
kapazitive Ankopplung für
eine korrekte Steuerung eines Kanals sicherzustellen, der sich unterhalb
der Gateisolierschicht 104 beim Anlegen einer geeigneten
Steuerspannung ausbildet. Für
eine Gatelänge
von ungefähr
100 nm liegt die Dicke der Gateisolierschicht 104, wenn
diese Siliziumdioxid aufweist, im Bereich von ungefähr 2 bis
4 nm. Im Hinblick auf eine korrekte Kanalsteuerbarkeit und um die
Unversehrtheit der Gateisolierschicht 104 zu bewahren,
werden anspruchsvolle Implantationsprofile benachbart zu der Gateelektrode 105 erforderlich.
Dazu wird ein Seitenwandabstandselement 106, das häufig auch
als Versatz- oder Offset-Abstandselement bezeichnet wird, an den
Seitenwänden
der Gateelektrode 105 gebildet, um in Kombination mit der
Gateelektrode 105 als eine Implantationsmaske während einer
ersten Implantation, die als 108 gekennzeichnet ist, zu
dienen. Das entsprechende Dotierstoffprofil, das mit 107 bezeichnet ist,
wird auch als Erweiterungsgebiet bezeichnet.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Transistorelements 100,
wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Zunächst
werden die Grabenisolationen 102 in dem Substrat 101 durch
modernste Photolithographie, anisotrope Ätz- und Abscheidetechniken,
die im Stand der Technik gut etabliert sind, gebildet. Danach werden
mehrere Implantationszyklen so durchgeführt, um ein erforderliches
vertikales Dotierprofil (nicht gezeigt) in dem Halbleitergebiet 103 zu
erzeugen. Anschließend
wird eine Materialschicht für
die Gateisolierschicht 104 auf dem Substrat 101 beispielsweise durch
modernste Oxidations- und/oder Abscheidetechniken gebildet. Als
nächstes
wird eine Schicht aus Polysilizium mit einer erforderlichen Dicke
durch beispielsweise chemische Dampfabscheidung bei geringen Druck
(LPCVD) auf der Grundlage von Prozessparametern abgeschieden, wie
sie im Stand der Technik gut etabliert sind. Nachfolgend werden
die Polysiliziumschicht und die Materialschicht für die Gateisolierschicht 104 durch
hochentwickelte Photolithographie- und anisotrope Ätztechniken
strukturiert, wobei typischerweise zuerst ein Lackstrukturelement
gebildet und auf spezifizierte Abmessungen geschrumpft wird, um
dann als eine Ätzmaske
während
des nachfolgenden anisotropen Ätzprozesses zu
dienen, bei dem die Gateelektrode 105 aus der Polysiliziumschicht
gebildet wird, während
die Materialschicht für
die Gateisolierschicht 104 als eine Ätzstoppschicht dient. Danach
können
die Reste der Materialschicht, die die Gateisolierschicht 104 bildet, entfernt
werden, und das Substrat 101 kann oxidiert (nicht gezeigt)
werden, um eine dünne
Siliziumdioxidschicht an freigelegten Oberflächen des Siliziumgebiets 103 und
der Gateelektrode 105 zu bilden. Daraufhin wird eine Siliziumdioxidschicht
konform abgeschieden und wird dann anisotrop selektiv zu dem Silizium
geätzt,
um die Offsetabstandselemente 106 zu bilden.
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Dabei
ist die Breite der Offset-Abstandselemente 106 und damit
die laterale blockierende Wirkung durch die Dicke der abgeschiedenen
Siliziumdioxidschicht bestimmt. Schließlich wird unter Ausnutzung
der Gateelektrode 105 und der Offsetabstandselemente 106 als
Implantationsmaske die Implantation 108 durchgeführt, um
die Erweiterungsgebiete 107 zu definieren, deren Dotierprofil
in der vertikalen Richtung durch die Art der verwendeten Dotierstoffe und
die entsprechende Implantationsenergie und in der lateralen Richtung
durch die Offset-Abstandselemente 106 bestimmt ist.
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1b zeigt
schematisch das Transistorelement 100 in einem fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Eine Abstandsschicht 110, die beispielsweise Siliziumnitrid
aufweist, ist konform über
dem Substrat 101 und der Gateelektrode 105 mit
einer Dicke gebildet, die für
die weitere Profilierung der lateralen Dotierstoffkonzentration
in dem Halbleitergebiet 103 erforderlich ist. Ferner ist
eine dünne Ätzstoppschicht 109,
die Siliziumdioxid aufweist, zwischen der Abstandsschicht 110 und
dem Substrat 101 angeordnet. Ein typischer Prozess beinhaltet
das Abscheiden der Ätzstoppschicht 109 durch
plasmaunterstützte chemische
Dampfabscheidung, an die sich eine plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung
der Abstandsschicht 110 anschließt. Da die laterale Dotierprofilierung
von der Genauigkeit des Abscheidens der Abstandsschicht 110 abhängt, ist
Siliziumnitrid ein bevorzugter Kandidat, da dieses Material durch gut
etablierte CVD-Techniken präziser
im Vergleich zu beispielsweise Siliziumdioxid abgeschieden werden
kann. Nach dem Abscheiden der Schichten 109 und 110 wird
ein anisotroper Ätzprozess
mit einer geeignet ausgewählten Ätzchemie,
die eine moderat hohe Ätzselektivität zwischen
der Ätzstoppschicht 109 und
der Abstandsschicht 110 aufweist, durchgeführt. Auf
Grund der ständig
abnehmenden Strukturgrößen müssen die
Dicke der Abstandsschicht 110 und auch der Ätzstoppschicht 109 entsprechend
an die reduzierten Strukturgrößen angepasst
werden, so dass eine Dicke der Ätzstoppschicht 109 typischerweise
im Bereich von 1 bis 5 nm liegt.
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1c zeigt
schematisch das Transistorelement 100 nach dem anisotropen Ätzprozess,
wobei die Abstandsschicht 110 mit Ausnahme an den Bereichen
an der Seitenwand der Gatelektrode 105, die nunmehr als
Seitenwandabstandselemente 110a bezeichnet sind, im Wesentlichen
entfernt ist. Während für größere Strukturgrößen und
damit größere Dicken
der Schichten 109 und 110 typischerweise die Dicke
der dünnen Ätzstoppschicht 109 ausreichend ist,
um zuverlässig
die Ätzfront
zu stoppen, wenn das Überschussmaterial
der Abstandsschicht 110 von horizontalen Oberflächenbereichen
im Wesentlichen vollständig
entfernt wird, da die Ätzstoppschicht 109 lediglich
den Ätzprozess
an den freigelegten Bereichen verlangsamen muss, bis das gesamte
Material der Abstandsschicht 110 über das gesamte Substrat 101 hinweg
entfernt ist, ist die Sachlage für äußerst größenreduzierte
Bauelemente deutlich anders. In diesem Falle stellt die abgeschiedene Ätzstoppschicht 109;
beispielsweise in Form von Siliziumdioxid, auf Grund der reduzierten
Dicke lokale „Kanäle” bereit,
durch die die Ätzchemie
den Oberflächenbereich
des Gebiets 103 und der Gateelektrode 105 angreifen
kann, wodurch ein „Lochfraß”-Effekt
erzeugt werden kann.
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Wie
zuvor erläutert
ist, weist die Gateelektrode 105, obwohl diese stark dotiert
ist, eine relativ geringe Leitfähigkeit
im Vergleich zu beispielsweise Metallen, etwa Aluminium, Wolfram,
und dergleichen, auf, wie sie typischerweise in der Halbleiterherstellung
verwendet werden. Daher wird in einer typischen MOS-Technologie
die Leitfähigkeit
der Gatelektrode 105 durch Herstellen eines Metallsilizidgebiets
auf der Gateelektrode 105 erhöht, um somit deren Widerstand
zu verringern. Während
des Silizidierungsprozesses dient das Seitenwandabstandselement 110a zusätzlich dazu,
eine selbstjustierende Herstellung eines Metallsilizids in dem noch
zu bildenden Drain- und Sourcegebiet als auch in der Gateelektrode 105 zu
ermöglichen,
da eine Silizidausbildung auf dem Seitenwandabstandselement 110a im Wesentlichen
nicht stattfindet. Da die Menge des Metallsilizids, das in der Gateelektrode 105 in
dem nachfolgenden Prozess gebildet wird, abhängig von den Prozessgegebenheiten
auf der Grundlage der Größe des freigelegten
Siliziumbereichs der Gateelektrode 105 bestimmt werden
kann, wird in einigen Prozessabläufen
der anisotrope Ätzprozess
fortgesetzt, um die vertikale Ausdehnung des Abstandselements 110a weiter
zu verringern, während
dabei dessen laterale Breite im Wesentlichen beibehalten wird. Auf Grund
des Fortesetzens des anisotropen Ätzprozesses werden freigelegte
Bereiche der Ätzstoppschicht 109 zunehmend
auf Grund der begrenzten Ätzselektivität verbraucht,
wodurch die Lochfraßwirkung
noch weiter erhöht
und die Integrität
der darunter liegenden Materialoberflächen ernsthaft gefährdet wird.
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1d zeigt
schematisch das Transistorelement 100 nach Abschluss des
oben beschriebenen anisotropen Ätzprozesses.
Die Seitenwandabstandselemente 110a zeigen eine deutlich
reduzierte vertikale Ausdehnung, so dass obere Seitenwandbereiche
der Gateelektrode 105 freigelegt sind, die aber noch von
Resten der Ätzstoppschicht 109 und
den Offset-Abstandselementen 106 bedeckt sind, die in einem
nachfolgenden isotropen nass-chemischen Ätzprozess auf der Grundlage
von beispielsweise Fluorwasserstoff entfernt werden. Ferner zeigen
freigelegte Bereiche der Ätzstoppschicht 109,
die als 109a gekennzeichnet sind, eine deutlich reduzierte Dicke
und können
zu Lochfraß,
der als 111 bezeichnet ist, in dem darunter liegenden Material
führen. Der
lokal inhomogene Schaden, d. h. der Lochfraß 111, ist nachteilig
für die
weitere Bearbeitung des Transistorelements 100, da z. B.
die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der betroffenen Oberflächenbereiche
deutlich beeinträchtigt
sind. In extrem größenreduzierten
Transistorelementen ist auch der verfügbare Oberflächenbereich
zur Ausbildung von Kontakten ebenso stark reduziert, und es kann
eine übermäßige Beeinträchtigung
des Transistorverhaltens beobachtet werden, die durch Oberflächenbereiche
hervorgerufen wird, die durch Lochfraß 111 während der Ätzsequenz
für die
Abstandselemente geschädigt
wurden. Das Problem spitzt sich noch mehr zu, da in hochentwickelten
Transistorelementen mehr als zwei Abstandselemente, etwa das Offset-Abstandselement 106 und
das Abstandselement 110a, gebildet werden müssen, um
die erforderliche laterale Profilierung in dem Halbleitergebiet 103 zu
gewährleisten.
Somit findet in einem nachfolgenden Strukturierungsprozess für weitere
Seitenwandabstandselemente, die ebenso anisotrop geätzt werden
können,
bis obere Seitenwandbereiche der Gateelektrode 105 freigelegt
sind, eine weitere Beeinträchtigung
freigelegter Oberflächenbereiche durch
beispielsweise Lochfraß statt.
Die Verringerung der Auswirkung des Lochfraßes während des anisotropen Ätzens durch
beispielsweise Vergrößern der
Dicke der Ätzstoppschicht 109 ist
wenig wünschenswert,
da die nachfolgende isotrope Entfernung von Resten der Schicht 109 und
der Offset-Abstandselemente 106 dann zu einem nicht tolerierbaren
Unterätzen
des Seitenwandabstandselements 110a führen würde. Ferner kann ein Vergrößern der Dicke
der Schicht 109 auf Kosten der Verringerung der Dicke der
Abstandsschicht 110 zu einer reduzierten Steuerbarkeit
des lateralen Dotierstoffprofils führen.
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Angesichts
der oben erkannten Probleme besteht daher ein Bedarf für eine verbesserte
Technik zur Herstellung von Seitenwandabstandselementen, wodurch
die Schäden
verringert werden, die in freigelegten Oberflächenbereichen während des
anisotropen Strukturierens einer Abstandsschicht hervorgerufen werden.
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Weiterer
Stand der Technik ist aus der
US 5,013,675 bekannt,
die ein Verfahren zur Herstellung und zur Entfernung von leicht
dotierten Drainabstandselementen aus Polysilizium zeigt. Ein zweiphasiger
Wärmeprozess
zur Aktivierung der Dotierstoffe des LDDs, wie auch zur Verdichtung
einer Siliziumdioxidschicht, die als Ätzstoppschicht verwendet wird,
ist in diesem Dokument nicht gezeigt.
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Die
US 6,448,167 B1 betrifft
ein Verfahren zur Verringerung des Unterätzphänomens bei der Herstellung
von Seitenwandabstandselementen. Zur Verdichtung des als Ätzstoppschicht
dienenden Siliziumdioxids über
der Gatestruktur wird die für
die Aktivierung der Dotierstoffe vorgesehene Wärmebehandlung verwendet.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1.
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die eine erhöhte Ätzselektivität einer
Siliziumdioxidbeschichtung in Bezug auf eine Abstandsschicht bietet,
die typischerweise Siliziumnitrid aufweist, um damit die Wahrscheinlichkeit von
Lochfraß durch
die Siliziumdioxidbeschichtung hindurch während eines nachfolgenden anisotropen Ätzprozesses
zur Strukturierung der Abstandsschicht zu reduzieren. Die Beständigkeit
der Siliziumdioxidbeschichtung in Bezug auf die zum Strukturieren
der Seitenwandabstandselemente angewendeten Ätzchemie kann erhöht werden,
indem die Struktur des Siliziumdioxidbeschichtung, die typischerweise
durch plasmaunterstützte
chemische Dampfabscheidung aufgebracht wird, verdichtet wird.
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Folglich
umfasst gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in Prinzip ein Verfahren das Abscheiden
einer Siliziumdioxidschicht über
einem Substrat, das ein Leitungsstrukturelement aufweist, und das
Wärmebehandeln des
Substrats, um die Siliziumdioxidschicht zu verdichten. Danach wird
eine Abstandsschicht über
der Siliziumdioxidschicht gebildet und die Abstandsschicht wird
geätzt,
während
die verdichtete Siliziumdioxidschicht als eine Ätzstoppschicht verwendet wird,
um Seitenwandabstandselemente benachbart zu dem Leitungsstrukturelement
zu bilden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird; es zeigen:
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1a bis 1d schematisch
ein Transistorelement während
diverser Herstellungsphasen gemäß einem
typischen konventionellen Prozessablauf; und
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2a bis 2d schematisch
Querschnittsansichten eines Leitungsstrukturelements, etwa einer
Gateelektrode, während
unterschiedlicher Herstellungsschritte bei der Ausbildung von Seitenwandabstandselementen
mit Hilfe einer verdichteten Siliziumdioxidschicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die vorliegende 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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Die
vorliegende Erfindung beruht allgemein auf dem Konzept der Erfinder,
dass die Struktur eines durch CVD (Chemical Vapor Deposition) abgeschiedenen
Siliziumdioxids durch eine Wärmebehandlung verdichtet
werden kann. Es ist allgemein bekannt, dass abgeschiedenes Siliziumdioxid
typischerweise verformte Bindungen und eine reduzierte Dichte im Vergleich
zu einem Oxid, das durch Oxidation erhalten wird, aufweist, wodurch
sich ein verringerter Widerstand gegenüber der Diffusion von Atomen
und Molekülen,
etwa von Wassermolekülen
und insbesondere den Komponenten einer Ätzchemie, die zur Strukturierung
eines Seitenwandabstandselements verwendet wird, ergibt. Aufgrund
der verringerten Dichte kann daher die Wechselwirkung einer Ätzchemie
mit der Siliziumdioxidschicht, abgesehen von einem Materialabtrag
des Siliziumdioxids, zu einem lokalen begrenzten Angriff auf das
darunter liegende Material durch das Eindiffundieren von Ätzkomponenten
führen,
woraus ein Lochfraß der
darunter liegenden Materialschicht resultiert. Durch Wärmebehandeln
des abgeschiedenen Siliziumdioxids kann dessen Struktur verdichtet
werden, wodurch der Widerstand gegen das Eindiffundieren von Ätzkomponenten
erhöht
wird.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2c werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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In 2a umfasst
ein Halbleiterbauelement 200 ein Substrat 201,
das ein geeignetes Substrat repräsentieren
kann, das zur Herstellung von integrierten Schaltungen darin und
darauf geeignet ist. Insbesondere kann das Substrat 201 ein
Siliziumsubstrat oder ein SOI-(Silizium auf Isolator)-Substrat repräsentieren,
das ein im Wesentlichen kristallines Siliziumgebiet darauf gebildet
aufweist. In anderen Fällen kann
das Substrat 201 eine beliebige andere geeignete Halbleiterschicht
darauf ausgebildet aufweisen, etwa eine Germanium enthaltende Halbleiterschicht oder
andere II/VI oder III/V Halbleiterverbindungen. Da Siliziumdioxid
auch vorteilhafterweise bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen
verwendbar ist, die andere kristalline Gebiete als Siliziumgebiete
aufweisen, sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf Siliziumbauelemente
eingeschränkt
betrachtet werden, sofern derartige Spezifizierungen nicht explizit in
den angefügten
Patentansprüchen
aufgeführt
sind.
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Das
Substrat 201 umfasst eine Isolationsstruktur 202,
die ein kristallines Gebiet 203 einer geeigneten Art umschließt, über welchem
ein Leitungsstrukturelement 205 ausgebildet ist, das in
dem vorliegenden Beispiel eine Gateelektrode eines Feldeffekttransistors
repräsentieren
kann. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Leitungsstrukturelement 205 ein
beliebiges anderes Schaltungselement repräsentieren kann, etwa Polysiliziumleitungen,
die zur Verbindung einzelner Schaltungselemente oder unterschiedlicher
Chipbereiche einer integrierten Schaltung verwendet werden. Wenn
das Leitungsstrukturelement 205 eine Gateelektrode repräsentieren
soll, kann das Leitungsstrukturelement 205 von dem kristallinen
Gebiet 203 durch eine Gateisolierschicht 204 getrennt
sein. Die Gateisolierschicht 204 kann aus Siliziumdioxid,
Siliziumoxynitrid, Siliziumnitrid oder einem dielektrischen Material
mit großem ε oder einer
Kombination der vorhergehenden Materialien, abhängig von den Entwurfserfordernissen,
aufgebaut sein. Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft
im Zusammenhang mit äußerst hochentwickelten
Transistorelementen mit kritischen Abmessungen – d. h. in dem Bauelement 200,
wie es in 2a gezeigt ist, die horizontale
Abmessung des Leitungsstrukturelements 205 – in der
Größenordnung
von 100 nm und deutlich weniger. Wie zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1d erläutert ist,
können Seitenwandabstandselemente
in derartigen Bauelementen eingesetzt werden, um genaue laterale
Dotierstoffprofile zu schaffen, wobei die Abstandsschichten und
die dazugehörigen Ätzstoppschichten in
ihrer Dicke reduziert werden müssen.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung
auch auf das Bauelement 200 mit einer kritischen Abmessung,
die größer ist,
wie dies oben spezifiziert ist, angewendet werden kann, wodurch
eine erhöhte
Produktionsausbeute möglich
ist. Ein Offset-Abstandselement 206 ist
an den Seitenwänden des
Leitungsstrukturelements 205 ausgebildet, wobei eine Breite
des Offset-Abstandselements 206 in Übereinstimmung mit Prozesserfordernissen
so festgelegt ist, um das erforderliche laterale Dotierstoffprofil
von Erweiterungsgebieten 207, die in dem kristallinen Gebiet 203 gebildet
sind, zu gewährleisten. Eine
Siliziumdioxidschicht 209 ist konform auf dem Substrat 201 und
dem Leitungsstrukturelement 205 einschließlich der
Offset-Abstandselemente 206 gebildet. In anspruchsvollen
Anwendungen kann eine Dicke der Siliziumdioxidschicht 209 im
Bereich von 1 bis 10 nm liegen. In anderen Ausführungsformen kann eine größere Dicke
geeignet sein.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 200,
wie es in 2a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Die Isolationsstruktur 202, das Leitungsstrukturelement 205,
die Gateisolierschicht 204 und die Offset-Abstandselemente 206 können mit
im Wesentlichen den gleichen Prozessschritten hergestellt werden, wie
sie zuvor mit Bezug zu 1a beschrieben sind. Man kann
leicht erkennen, dass diverse Modifizierungen hinsichtlich der einzelnen
Prozessschritte und Materialien durchgeführt werden können in
Abhängigkeit
von Entwurfs- und Prozesserfordernissen für ein spezifiziertes Produkt.
Beispielsweise können
die Isolationsstrukturen 202 in Form lokal oxidierter Bereiche
oder in einer anderen geeigneten Form vorgesehen werden. Ferner
kann der Prozessablauf und die Prozessrezepte zur Herstellung der
Isolationsstruktur 202 in Form von Grabenisolationen vorn
der Art des Materials, das in dem kristallinen Gebiet 203 verwendet
ist, abhängen.
Als nächstes
wird die Siliziumdioxidschicht 20 typischerweise durch
plasmaunterstützte
chemische Dampfabscheidung aus TEOS (Tetraethyloxysilicat) oder
Silan abgeschieden, wobei für
gewöhnlich
eine Abscheidung auf der Grundlage von TEOS und Ozon in Hinblick
auf die Konformität der
erhaltenen Schicht vorzuziehen ist. Wie zuvor erläutert ist,
zeigt eine abgeschiedene Siliziumdioxidschicht eine geringere Dichte
im Vergleich zu einer Siliziumdioxidschicht, die durch Oxidation
gebildet wird, und bietet daher einen geringeren Widerstand gegen
das Diffundieren von Ätzkomponenten,
woraus eine reduzierte Ätzselektivität in Hinblick
auf eine spezifizierte Ätzchemie
resultiert, die in einem nachfolgenden Strukturierungsprozess für eine Abstandsschicht
angewendet wird. Daher wird gemäß der vorliegenden
Erfindung das Substrat 201 nach dem Abscheiden der Siliziumdioxidschicht 209 bei
Temperaturen im Bereich von ungefähr 700°C und mehr wärmebehandelt, um die Nahordnung
der strukturellen Zusammensetzung des Siliziumdioxids zu rekonfigurieren.
In einer Ausführungsform
wird das Substrat 201 bei einer Temperatur von ungefähr 730°C und mehr
für eine
Zeitdauer von ungefähr
60 bis 200 Sekunden wärmebehandelt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
werden die Dotierstoffe, die die Erweiterungsgebiete 207 definieren,
nach dem Abscheiden der Siliziumdioxidschicht 209 bei einer
Temperatur von ungefähr
800 bis 1000°C
für ungefähr 5 bis
50 Sekunden aktiviert. Während
des Aktivierens der Dotierstoffe in den Erweiterungsgebieten 207 wird
auch die Siliziumdioxidschicht 209 verdichtet, wodurch
die erforderliche strukturelle Rekonfigurierung für den nachfolgenden Ätzprozess
erreicht wird. In anderen Ausführungsformen
kann der Ausheizprozess zum Aktivieren der Dotierstoffe der Erweiterungsgebiete 207 so
gesteuert werden, um ein erforderliches Maß an Verdichtung der Siliziumdioxidschicht 209 zu
erreichen, wenn die Zeitdauer zum Aktivieren der Dotierstoffe bei
der oben spezifizierten erhöhten
Temperatur als nicht ausreichend für die erforderliche Verdichtung erachtet
wird. Dazu kann die Ausheiztemperatur auf ungefähr 700°C nach dem Aktivieren der Dotierstoffe abgesenkt
werden, und kann beibehalten werden, bis ein erforderliches Maß an Verdichtung
erreicht ist. Da mindestens ein weiterer Implantationsschritt und ein
entsprechender Ausheizzyklus erforderlich ist, wenn das Bauelement 200 einen
Feldeffekttransistor repräsentieren
soll, kann die zusätzliche
Diffusion der Dotierstoffe der Erweiterungsgebiete 207 berücksichtigt
werden, indem beispielsweise in geeigneter Weise die Breite des
Offset-Abstandselements 206 festgelegt wird. D. h., anders
als bei einem einzelnen Ausheizprozess zum Aktivieren der Dotierstoffe
in den Erweiterungsgebieten 207 und von noch in die kristallinen
Gebiete 203 zu implantierenden Dotierstoffen in einem nachfolgenden
Ausheizzyklus kann ein zusätzlicher
Ausheizzyklus zu erhöhter
Diffusionsaktivität
der Dotierstoffe in den Erweiterungsgebieten 207 führen, da
diese weitere Diffusion eine geringere Kanallänge auf Grund der zusätzlichen
lateralen Bewegung der Dotierstoffe zur Folge haben kann. Diese
Verkleinerung der Kanallänge
kann durch entsprechendes Erhöhen
der Breite der Offset-Abstandselemente 206 und auch durch
Erhöhen der
Dosis der Implantation kompensiert werden, um damit im Wesentlichen
die gleiche Dotierstoffkonzentration an dem PN-Übergang, d. h. an der Grenzfläche zwischen
den Gebieten 203 und 207 im Vergleich zu einer
geringeren Offset-Abstandselementsbreite und einem einzelnen Ausheizzyklus
zu deponieren. Nach der Wärmebehandlung
des Substrats 201, d. h. nach der Verdichtung der Siliziumdioxidschicht 209,
wird eine Abstandsschicht 210 konform auf der Siliziumdioxidschicht 209 abgeschieden.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach der Herstellung
der Abstandsschicht 210. In einer speziellen Ausführungsform weist
die Abstandsschicht 210 Siliziumnitrid auf. Die Abstandsschicht 210 kann
durch gut etablierte plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung
aufgebracht werden, für
die gut etablierte Prozessrezepte im Stand der Technik bekannt sind.
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In
einer weiteren anschaulichen Ausführungsform wird, beginnend
von dem Bauteil 200, wie es in 2a gezeigt
ist die Siliziumdioxidschicht 209 abgeschieden, woran sich
das Aufbringen der Abstandsschicht 210 anschließt, wie
dies im konventionellen Vorgehen der Fall ist. Anders als bei der
konventionellen Technik wird jedoch dann die Wärmebehandlung durchgeführt, um
die Siliziumdioxidschicht 209 zu verdichten. In einer Ausführungsform
kann das Verdichten der Schicht 209 unmittelbar vor oder während des
Abscheidens der Abstandsschicht 210 ausgeführt werden.
Beispielsweise kann die Abstandsschicht 210 durch thermisches
CVD abgeschieden werden, wobei erhöhte Temperaturen im Vergleich
zu der plasmaunterstützten
Abscheidung der Abstandsschicht 210 erforderlich sind.
Das Aufheizen des Substrats 201 auf die erforderliche Temperatur
kann dann vorteilhafterweise genutzt werden, um auch eine gewünschte Verdichtung
der Siliziumdioxidschicht 209 zu erreichen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Siliziumdioxidschicht 209 abgeschieden und mittels einer
entsprechenden Wärmebehandlung
verdichtet werden. Danach werden, wenn die Wärmebehandlung zum Verdichten
der Schicht 209 im Hinblick auf ein thermisches Budget
für die
Herstellung des Halbleiterbauelements 200 als ungeeignet
erachtet wird, die Erweiterungsgebiete 207 gebildet, indem
eine spezifizierte Dotierstoffspezies durch die verdichtete Siliziumdioxidschicht 109 implantiert
wird, wobei die Wirkung der Wärmbehandlung
zum Verdichten der Schicht 109 auf die Dotierstoffe in
dem Gebiet 207 vermieden wird.
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Es
sei nun wieder auf 2b verwiesen; die Abstandsschicht 210 wird
dann anisotrop mit einer Ätzchemie
strukturiert, die selektiv ist in Bezug auf die verdichtete Siliziumdioxidschicht 209,
wobei die Selektivität
deutlich auf Grund der Wärmebehandlung
der verdichteten Schicht 209 erhöht ist. Somit wird während der
Einwirkung der Ätzchemie
auf die Siliziumdioxidschicht 209 die Wahrscheinlichkeit
zur Lochfraßbildung
durch die verdichtete Schicht 209 hindurch deutlich reduziert,
wodurch die Herstellbarkeit und die Produktionsausbeute verbessert
werden.
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2c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach Beendigung
des anisotropen Ätzprozesses
zur Strukturierung der Abstandsschicht 210, wodurch ein
Seitenwandabstandselement 210a gebildet wird. In der in 2c gezeigten Ausführungsform
ist die vertikale Größe der Abstandselemente 210a verringert,
um damit obere Seitenwandbereiche des Leitungsstrukturelements 205 freizulegen,
wobei diese Bereiche noch von dem Offset-Abstandselement 206 und
der Siliziumdioxidschicht 209 bedeckt sind. Auf Grund der
erhöhten
Selektivität
der verdichteten Siliziumdioxidschicht 209 in Bezug auf die
zur Herstellung der Abstandselemente 210a eingesetzten Ätzchemie
ist die Wahrscheinlichkeit für
einen Lochfraßbildung
durch die Schicht 209 hindurch reduziert, selbst wenn der
anisotrope Ätzprozess fortgesetzt
wird, bis eine reduzierte Höhe
der Abstandselemente erreicht ist. In anderen Ausführungsformen
werden die Abstandselemente 210 nicht in der Höhe reduziert,
wobei die erhöhte Ätzselektivität der verdichteten
Siliziumdioxidschicht 209 die Produktionsausbeute im Vergleich
zu dem konventionellen Prozessablauf verbessert. Ferner sind Source- und
Draingebiete in dem kristallinen Gebiet 203 ausgebildet,
wobei in dem entsprechenden Implantationsprozess die Abstandselemente 210a als
eine Implantationsmaske dienen.
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Die
Prozessschritte, die zur Herstellung des Halbleiterbauelements 200,
wie es in 2c gezeigt ist, angewendet werden,
können
im Wesentlichen die gleichen Prozesse beinhalten, wie sie zuvor
mit Bezug zu den 1c und 1d beschrieben
sind. Ferner kann nach der Implantation zur Bildung der Source-
und Draingebiete 217 ein entsprechender Ausheizprozess
ausgeführt
werden, um die Dotierstoffe zu aktivieren und um zumindest zu einem
gewissen Maße
Gitterschäden
auszuheilen, die während
der Implantation hervorgerufen wurden. Die freigelegten Bereiche
der verdichteten Siliziumdioxidschicht 209 und der Offset-Abstandselemente 206 können vor
oder nach der Implantation zur Herstellung der Drain- und Sourcegebiete 217 entfernt
werden.
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Wie
zuvor erläutert
ist, kann das laterale Dotierstoffprofil in dem kristallinen Gebiet 203 die
Ausbildung dreier oder mehrerer Seitenwandabstandselemente erfordern.
Dazu kann eine weitere Siliziumdioxidschicht abgeschieden werden
und die Sequenz, die zuvor mit Bezug zu den 2a und 2b beschrieben
ist, kann wiederholt werden, um ein weiteres Seitenwandabstandselement
zu schaffen, wobei die erhöhte
Selektivität
der entsprechenden verdichteten Siliziumdioxidschicht auch eine deutlich
reduzierte Wahrscheinlichkeit für
einen Lochfraß durch
die Schicht hindurch während
des Strukturierungsprozesses gewährleistet.
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Nachdem
das schließlich
gewünschte
Dotierstoffprofil in dem kristallinen Gebiet 203 erzeugt ist,
können
Metallsilizidbereiche in den Erweiterungsgebieten 207 und
dem Leitungsstrukturelement 205 gebildet werden, wobei
der vergrößerte freigelegte Oberflächenbereich
des Leitungsstrukturelements 205 zu einer größeren Menge
an Metallsilizid führt, die
darin gebildet ist.
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2d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach Beendigung
der oben beschriebenen Sequenz mit einem weiteren Abstandselement 220a,
das auf einer verdichteten Siliziumdioxidschicht 219 gebildet
ist. Metallsilizidgebiete 218 sind in dem Leitungsstrukturelement 205 und
den Drain- und Sourcegebieten 217 einschließlich der
Erweiterungsgebiete 207 gebildet. Somit repräsentiert
das Halbleiterbauelement 200 einen Feldeffekttransistor mit
einem verbesserten lateralen Dotierstoffprofil, wobei die verdichtete
Siliziumdioxidschicht 209 und die Schicht 219,
falls diese vorgesehen ist, deutlich Lochfraß reduzieren, der in der konventionellen Technik
zu geringen Produktionsausbeuten führen kann und/oder sogar die
Anwendung dünner
Siliziumdioxidschichten während
der Herstellung von Abstandselementen verhindern kann. Es gilt also:
die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit, die die Ausbildung
von Seitenwandabstandselementen, die beispielsweise Siliziumnitrid
aufweisen, zuverlässiger
im Vergleich zu den konventionellen Prozessablauf ermöglicht,
indem eine Siliziumdioxidschicht, die als eine Ätzstoppschicht dient, wärmebehandelt wird,
um deren Dichte zu erhöhen.
Die erhöhte
Dichte führt
zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Lochfraßeffekten
oder führt
sogar zu einem vollständigen
Vermeiden von Lochfraß durch
die Siliziumdioxidschicht hindurch während des anisotropen Ätzprozesses.
Somit wird ein effizienterer Herstellungsprozess und eine bessere
Produktionsausbeute erreicht, selbst wenn äußerst größenreduzierte Halbleiterbauteileelemente
betrachtet werden, die eine sehr dünne Siliziumdioxidschicht als die Ätzstoppschicht
während
des anisotropen Strukturierens der Abstandselemente erfordern.