DE60122145T2

DE60122145T2 - Verfahren zur herstellung einer elektronischen komponente mit selbstjustierten source, drain und gate in damaszen-technologie

Info

Publication number: DE60122145T2
Application number: DE60122145T
Authority: DE
Inventors: Simon Deleonibus
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2021-06-09
Also published as: FR2810157B1; US6867128B2; FR2810157A1; US20030008496A1; JP2003536259A; EP1292974A1; EP1292974B1; WO2001095383A1; DE60122145D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Komponenten mit Source, Drain und Gate, die selbstjustiert sind. Die erfindungsgemäßen Komponenten können Transistoren mit einem isolierten Gate, wie z.B. MOS-Transistoren (Metalloxid-Halbleiter-Transistoren), oder auch elektronische Speicher mit Doppel-Gate, d.h. einem Steuer-Gate und einem offenen Gate, sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft insbesondere die Herstellung dieser Komponenten auf einem massiven Silicium-Substrat oder auf einem Dünnschicht-Substrat, wie z.B. einem Substrat vom SOI-Typ (Silicium-auf-Isolator-Typ).
Die Erfindung ist auf zahlreichen Gebieten der Mikroelektronik anwendbar, die reichen von der Leistungs-Kommutation bis zu Hyperfrequenz-Schaltungen, nicht zu vergessen die Speicher- bzw. Resonanz-Schaltungen bzw. -Stromkreise.
Stand der Technik
Verfahren zur Herstellung von Transistoren, bei denen Selbstjustierungs-Methoden angewendet werden, sind bereits bekannt, beispielsweise aus den Dokumenten (1) und (2), die am Ende der vorliegenden Beschreibung aufgezählt sind.
Das Dokument (1) betrifft insbesondere die Herstellung eines MIS-Transistors (Metal-Isolator-Halbleiter-Transistors). Es beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Schein-Gate zum Fixieren des Standorts und der Dimensionen eines endgültigen Gates, das später gebildet wird, verwendet wird. Das endgültige Gate besteht vorzugsweise aus einem Material mit einem niedrigen spezi fischen elektrischen Widerstand, beispielsweise aus einem Metall, um auf diese Weise den Widerstand des Gates zu verringern und die Grenzfrequenz des Transistors zu erhöhen.
In dem Dokument (2) ist ein Verfahren beschrieben, das eine Silicidierung der Source- und Drain-Regionen vorschlägt, um auf diese Weise auch die Eingangswiderstände der Source und des Drain herabzusetzen. Das in dem Dokument (2) beschriebene Verfahren bleibt jedoch verhältnismäßig komplex.
Beschreibung der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Komponenten vorzuschlagen, das sich von denjenigen der oben genannten Dokumente unterscheidet und das die noch weitere Herabsetzung der Gate-, Source- und Drain-Widerstände erlaubt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren vorzuschlagen, dessen Durchführung vereinfacht ist.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein solches Verfahren vorzuschlagen, das eine stärkere Miniaturisierung der Komponenten und damit eine weitergehende Integration der Schaltungen (Stromkreise) erlaubt.
Ziel der Erfindung ist es schließlich, in Verbindung mit den vorstehend genannten Aspekten, ein Verfahren vorzuschlagen, das die Herstellung von Transistoren mit einer besonders hohen Grenzfrequenz erlaubt.
Um diese Ziele zu erreichen, betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente mit Source, Drain und Gate, die selbstjustiert sind, das die folgenden Stufen umfasst:

a) Bildung eines Schein-Gate auf einem Silicium-Substrat, das den Standort für einen Kanal der Komponente definiert,
b) Implantation von dotierenden Verunreinigungen in das Substrat zur Bildung einer Source und eines Drain beiderseits des Kanals unter Verwendung des Schein-Gates als Implantations-Maske,
c) selbstjustierte Oberflächen-Silicidierung der Source und des Drain,
d) Abscheidung mindestens einer Metallschicht, als Kontaktschicht bezeichnet, mit einer Gesamtdicke, die größer ist als die Höhe des Schein-Gates, und Polieren der Metallschicht mit einer Unterbrechung (Aussparung) auf dem Schein-Gate, und
e) Ersatz des Schein-Gates durch mindestens ein endgültiges Gate, das durch eine isolierende Gate-Schicht von dem Substrat getrennt ist und das gegenüber der Source und dem Drain elektrisch isoliert ist.

Dank der Kontakt-Metallschicht, aber auch dank der selbstjustierten Silicidierung von Source und Drain kann der Eingangswiderstand von Source und Drain besonders stark herabgesetzt werden, trotz sehr geringer Dimensionen der Komponente.
Darüber hinaus erlaubt die Verwendung eines Schein-Gates die Herstellung eines selbstjustierten endgültigen Gates am Ende des Verfahrens auf den Source- und Drain-Regionen. Eine solche Struktur ist besonders gut geeignet für die Herabsetzung der Dimensionen der Komponente und insbesondere für Gate-Längen von kleiner als 0,10 μm.
Bei einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens kann die Bildung des Schein-Gates in vorteilhafter Weise umfassen die Abscheidung einer ersten Materialschicht, als Schicht für die Aufnahme von Spannungen bzw. Belastungen bezeichnet, und einer zweiten Materialschicht, als Polier-Abstoppungs-Schicht bezeichnet, und das Formen dieser Schichten durch Ätzen bzw. Gravieren entsprechend einer Maske, welche die Dimensionen, die Form und den Standort des Gates definiert.
A priori besteht die wesentliche Rolle des Schein-Gates einfach darin, „einen Platz zu reservieren" für das später hergestellte endgültige Gate. Die Auswahl eines Zwei-Schichten-Schein-Gates erlaubt es jedoch, die nachfolgenden Verfahrensstufen zu erleichtern. Die erste Schicht ist vorzugsweise eine Schicht, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen mittleren Gitter(Maschen)-Parameter aufweist, der nahe bei demjenigen des Substrat-Materials liegt. Im Falle eines Substrats auf Basis von monokristallinem Silicium kann die Schicht zur Anpassung an bzw. Aufnahme der Spannungen bzw. Belastungen beispielsweise sein eine Schicht aus amorphem oder polykristallinem Silicium. Darüber hinaus kann die Abscheidung dieser Materialien leicht durchgeführt werden und sie ist allgemein bekannt.
Das Material der zweiten Schicht kann vorzugsweise so gewählt werden, dass eine gute Abriebsbeständigkeit und eine gute Beständigkeit gegen Polieren erhalten wird. Es erlaubt somit die bessere Ausnutzung des Schein-Gates als Markierung für die Unterbrechung (Aussparung) beim Polieren des Kontakt-Metalls.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung können die Flanken des Schein-Gates mit einer oder mehreren seitlichen Abstandhalterschichten versehen sein. Man versteht unter einer seitlichen Abstandhalterschicht eine Schicht aus einem dielektrischen Material, das die seitlichen Flanken eines Gates, d.h. die Flanken, die im Wesentlichen senkrecht zu dem das Gate tragenden Substrat verlaufen, bedeckt. Die seitlichen Abstandhalterschichten können ausgenutzt werden bei der Herstellung der Sourcen und Drains als zusätzliche Implantations-Masken. Die Ausnutzung von seitlichen Abstandhaltern für die Implantation, die an sich bekannt ist, erlaubt die Herstellung von Source- und Drain-Regionen mit abgestuften (graduellen) Verunreinigungs-Konzentrationen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erlauben die Abstandhalter, wenn sie vor der Silicidierung an Ort und Stelle angebracht werden, es auch, das Schein-Gate gegen eine Silicidierung zu schützen und sie ermöglichen eine freiere Wahl der Materialien, aus denen es besteht.
Schließlich können die seitlichen Abstandhalter zweckmäßig bei der weiteren Durchführung des Verfahrens als Mittel zur elektrischen Isolierung des endgültigen Gates gegenüber der Kontakt-Metallschicht verwendet werden.
Die seitlichen Abstandhalter können Abstandhalter mit einer einzigen Schicht oder, vorzugsweise, Abstandhalter mit zwei Schichten sein. Auch hier erlaubt eine erste Siliciumoxidschicht die Begrenzung der Spannungen bzw. Belastung beim Kontakt mit dem Gate und dem Substrat – die Abstandhalter kommen in wirksamen Kontakt mit einem kleinen Abschnitt des Substrats. Eine zweite Schicht aus Siliciumnitrid ist dagegen gut geeignet zum Schützen des Schein-Gates sowohl gegen Oxidationen als auch gegen eine Silicidierung bzw. Silicierung.
Die Stufe d) der oben genannten Abscheidung des Kontaktmetalls kann, bei einer Verbesserung, umfassen die Abscheidung einer ersten Metallschicht und dann auf der ersten Schicht die Abscheidung einer zweiten Metallschicht, die eine mechanische Beständigkeit gegen Polieren aufweist, die höher ist als diejenige der ersten Schicht. Die Dicke der ersten Metallschicht wird dann so gewählt, dass sie geringer ist als die Höhe des Schein-Gates. Die Gesamtdicke der ersten und zweiten Schichten ist jedoch größer als die Höhe des Schein-Gates.
Aufgabe der zweiten Metallschicht ist es, ein Polier-Phänomen, als „Dishing" bezeichnet, zu verringern. Dieses Phänomen äußert sich in einer schnelleren Erosion des polierten Materials in den höheren Regionen der Arbeitsgänge (Stufen) als in den tieferen Regionen. Das bedeutet, anderes ausgedrückt, dass die Abscheidung von zwei Kontaktmetall-Schichten unter den oben angegebenen Bedingungen die Herstellung einer freien Oberfläche mit einer ausgezeichneten Planheit nach dem Polieren erlaubt.
Das Kontaktmetall, und zumindest die erste Schicht dieses Metalls, verlängert die Source und den Drain, indem es einen sehr niedrigen Eingangswiderstand zu diesen Regionen ermöglicht.
Das Polieren hat, wenn es die Spitze (den Scheitel) des Schein-Gates erreicht oder wenn es beginnt, diesen einzuritzen, die Wirkung, in der Region des Gates das Kontaktmetall mit der Source von demjenigen zu trennen, das mit dem Drain in Kontakt steht. Eine andere Gravur (Ätzung) (die nicht direkt Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist) erlaubt darüber hinaus das Abschneiden des Kontaktmetalls außerhalb der aktiven Region, die von dem Gate durchquert wird und somit die Vervollständigung der elektrischen Isolierung zwischen Drain und Source.
Die Kontaktmetallschichten werden gebildet vor dem Ersatz des Schein-Gates durch den endgültigen Gate. Um zu vermeiden, dass das Material des endgültigen Gates, das vorzugsweise einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, die Source und den Drain miteinander kurzschließt, ist es daher zweckmäßig, eine Isolierung an der Oberfläche der Kontaktschichten in den Bereichen der Source und des Drain vorzusehen. Dieser Arbeitsgang kann gegebenenfalls in der Weise durchgeführt werden, dass man eine Schicht aus einem dielektrischen Material abscheidet. Gemäß einem speziellen Aspekt der Erfindung kann das Verfahren aber auch eine Oberflächen-Oxidation der Me tallschichten umfassen. Die Oxidation erlaubt es somit auf einfache und sichere Weise, die elektrische Isolierung zwischen Source, Gate und Drain zu gewährleisten. Sie vermeidet darüber hinaus jeden Maskierungs-Arbeitsgang.
In späteren Stufen der Herstellung der Komponente ist es möglich, Öffnungen in dem Oxid der Kontaktmetallschichten zu erzeugen, um Kontaktdurchgänge für Verbindungsleitungen an Ort und Stelle anzubringen.
Die Eliminierung des Schein-Gates kann eine oder mehrere selektive Ätzungen (Gravierungen) umfassen, die es ermöglichen, die Schichten, die es aufbauen, zu entfernen. Darauf folgt das Aufbringen einer Gate-Isolatorschicht auf das Substrat in der Vertiefung (Ausnehmung), die von dem Schein-Gate zurückgelassen wird.
Eine darauffolgende Schicht besteht darin, eine oder mehrere Schichten aus einem Leitermaterial oder zumindest aus einem Material mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand, die gegebenenfalls durch eine dielektrische Schicht voneinander getrennt sind, an Ort und Stelle aufzubringen. Diese Schichten bilden ein oder mehrere Gates.
Insbesondere dann, wenn die Komponente, die hergestellt werden soll, ein Transistor ist, werden eine oder mehrere elektrisch leitende Schichten vorgesehen zur Bildung eines neuartigen Gates.
Wenn dagegen die Komponente ein Speicher ist, kann zunächst eine erste elektrisch leitende Schicht und dann eine zweite elektrisch leitende Schicht, die von der ersten elektrisch leitenden Schicht durch eine Schicht aus einem dielektrischen Material getrennt ist, abgeschieden werden. Die erste elektrisch leitenden Schicht und die zweite elektrisch leitende Schicht stellen dann jeweils freie Gates und Steuergates dar. Die dielektrische Schicht stellt eine isolierende Gate-Zwischenschicht dar.
Es sei darauf hingewiesen, dass die oben genannten elektrisch leitenden Schichten und dielektrischen Schichten homogen sein können oder aus Stapeln von mehreren Unterschichten gebildet sein können.
Die Schicht(en), welche die Struktur des Gates aufbaut (aufbauen), werden vorzugsweise in einer Gesamtdicke abgeschieden, die ≥ der Höhe des eliminierten Schein-Gates ist, um auf diese Weise einen Planierungsarbeitsgang durchführen zu können.
Weitere Charakteristika und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der beiliegenden Zeichnungen hervor. Diese nachfolgende Beschreibung dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und die Erfindung ist keineswegs darauf beschränkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 bis 3 erläutern in Form von schematischen Schnittansichten die Stufen der Herstellung einer Komponente mit einem Schein-Gate;
die 4 und 5 stellen schematische Schnittansichten dar, welche die Bildung des Zugangs zu der Source und dem Drain für eine Komponente gemäß 3 erläutern;
die 6 stellt eine schematische Schnittansicht einer Komponente gemäß 5 dar und erläutert eine Stufe zur elektrischen Isolierung der Zugänge zu der Source und dem Drain;
die 7 bis 9 stellen schematische Schnittansichten dar, welche den Ersatz des Schein-Gates durch ein endgültiges Gate erläutern;
die 10 und 11 stellen schematische Schnittansichten dar, die eine Variante der Stufen der 8 und 9 für die Herstellung eines anderen Komponenten-Typs erläutern; und
die 12 zeigt in Form einer Schnittansicht einen Abschnitt einer integrierten Schaltung mit erfindungsgemäßen Komponenten und sie erläutert die Herstellung einer Verbindung (Zusammenschaltung).
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
Identische Teile, ähnliche oder äquivalente Teile der nachstehend beschriebenen Figuren tragen die gleichen Bezugsziffern, um den Übergang von einer Figur auf die andere zu erleichtern. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass, obgleich die nachfolgende Beschreibung sich nur auf die Herstellung von Komponenten auf einem massiven Substrat, im vorliegenden Falle auf Silicium, bezieht, diese im Übrigen identisch bleibt für die Herstellung der Komponenten auf Substraten mit isolierter Dünnschicht, wie z.B. auf die Substrate vom SOI-Typ (Silicium auf Isolator/Silicium auf Isolator/Silicon auf Isolator).
Die 1 zeigt ein Silicium-Substrat 100, dessen Oberfläche oxidiert worden ist, um eine Siliciumoxid-Schicht 102, als Sockel (Postament)-Schicht bezeichnet, zu bilden.
Auf der Schicht 102 werden nacheinander abgeschieden eine Schicht 104 aus polykristallinem oder amorphem Silicium, dann eine Schicht 106 aus Siliciumnitrid. Die Gesamtheit dieser Schichten bildet einen Stapel 110. Die Gesamtdicke der Schichten 104 und 106 liegt beispielsweise in der Größenordnung von 100 bis 300 nm und entspricht im Wesentlichen der Dicke des Gates des Transistors, der schließlich am Ende des Herstellungsverfahrens erhalten wird. Eine Ätz-Maske 108, dargestellt durch eine gestrichelte Linie, wie z.B. eine Maske aus einem lichtempfindlichen Harz, ist auf die Schicht 106 aus Siliciumnitrid aufgebracht. Diese Maske definiert den Standort, die Größe und die Form eines Schein-Gates, das in dem Stapel 110 erzeugt werden soll.
Die Schichten 102, 104 und 106 des Stapels 110 werden durch Ätzen (Gravieren) eliminiert mit Ausnahme eines durch die Maske 108 geschützten Teils.
Dieser Teil des Stapels bildet den Körper des Schein-Gates, in der 2 mit der Bezugsziffer 112 bezeichnet.
Auf die Bildung des Schein-Gates folgt eine erste Implantation von Ionen in geringer Dosis. Je nachdem, ob die Komponente, die man herzustellen wünscht, eine solche vom PMOS- oder NMOS-Typ ist, werden die Ionen so ausgewählt, dass Zonen eines p- oder n-Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Es handelt sich beispielsweise um Borionen für die PMOS-Komponenten und um Phosphorionen oder Arsenionen für die NMOS-Komponenten.
Auf die erste Implantation folgt die Bildung von seitlichen Abstandhaltern 114, 116, die in der 2 erkennbar sind, auf der (den) Flanke(n) des Schein-Gates.
Die seitlichen Abstandhalter umfassen eine erste Siliciumoxid-Schicht 114 im Kontakt mit den Schichten 104 und 106 des Schein-Gates, und eine zweite Schicht 116, eine Oberflächenschicht, aus Siliciumnitrid, welche die Oxidschicht bedeckt. Die erste Abstandhalterschicht 114 hat im Wesentlichen die Aufgabe, die Spannungen (Belastungen) beim Kontakt mit den Materialschichten des Schein-Gates und insbesondere mit dem polykristallinen Silicium zu begrenzen. Sie begrenzt auch die Spannungen (Belastungen) beim Kontakt mit einem kleinen Abschnitt des Substrats, den sie an der Basis des Schein-Gates berührt.
Die zweite Abstandhalterschicht hat im Wesentlichen die Aufgabe, das Schein-Gate gegen die nachfolgenden Behandlungen des Verfahrens und insbesondere gegenüber den Oxidationsbehandlungen zu schützen.
Die Bildung der seitlichen Abstandhalter kann nach an sich bekannten Methoden durchgeführt werden, die im Wesentlichen umfassen die Abscheidung von ausgewählten Materialien in Form einer massiven Platte, dann die anisotrope Ätzung (Gravierung) dieser Materialien, wobei nur eine geringe Dicke auf den Flanken des Schein-Gates bestehen bleibt.
Gegebenenfalls kann nach der Bildung der seitlichen Abstandhalter eine zweite Implantation von Verunreinigungen in höherer Dosis durchgeführt werden. Bei der zweiten Implantation wird dann das Schein-Gate, das durch die seitlichen Abstandhalter verbreitert (vergrößert) ist, als Implantationsmaske verwendet. Sie erlaubt die Herstellung von gradiellen Source- und Drain-Regionen 118, 120 in dem Substrat mit einer Dotierung, die in Richtung auf den Kanal 121, der unterhalb des Schein-Gates 112 angeordnet ist, abnimmt. Der graduelle Charakter der Source- und Drain-Regionen ist in den Figuren aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt.
Die 3 zeigt eine nachfolgende Stufe, die darin besteht, dass man eine selektive Silicidierung des Substrats in den Source- und Drain-Regionen durchführt. Dieser Arbeitsgang umfasst die Abscheidung einer Schicht 124 aus Metall, beispielsweise aus Titan oder Nickel, dann eine thermische Behandlung bei einer Temperatur, die ausreicht, um eine Silicidierungsreaktion zwischen dem Metall und dem Silicium des Substrats herbeizuführen.
Die Silicidierung wird als selektiv qualifiziert, sofern sie auf Zonen begrenzt ist, in denen das Metall der Schicht 124 in direktem Kontakt mit dem Silicium steht. Aus der 3 kann man erkennen, dass die Metallschicht 124 oberhalb der Source- und Drain-Regionen verschwunden ist, um dort Oberflächenschichten 126, 128 aus Silicid zu bilden. Dagegen bleibt die Metallschicht 124 in dem oberen Abschnitt und auf den Flanken des Schein-Gates 112 bestehen. Auf diesen Abschnitten hat nämlich das Siliciumnitrid der Schichten 106 und 116 des Schein-Gates und der Abstandhalter eine Silicidierung verhindert.
Die 3, die gegenüber der 2 leicht vergrößert ist, zeigt die Möglichkeit, die Source und den Drain mit den anderen Komponenten zusammenzufassen. In der 3 sind die Standorte der Gates der anderen Komponenten skizziert in Form von strichpunktierten Linien.
Die 4 zeigt die Bildung von Zugängen (Anschlüssen) mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand zu den Source- und Drain-Regionen. Dieser Arbeitsgang umfasst die konforme Abscheidung einer ersten Metallschicht 113, als Kontaktschicht bezeichnet, dann einer zweiten Metallkontaktschicht 132. Das erste Metall der Kontaktschicht kann beispielsweise ausgewählt werden aus Wolfram oder Titan.
Das zweite Metall der Kontaktschicht, das vorzugsweise so gewählt wird, dass es eine höhere Abriebsbeständigkeit als das erste Metall der Kontaktschicht aufweist, kann beispielsweise ausgewählt werden aus Tantal, Tantalnitrid, Titannitrid ...
In dem erläuterten Beispiel ist die Gesamtdicke der beiden Metallkon taktschichten ≥ der Höhe des Schein-Gates, sodass im Verlaufe des weiteren Verfahrens eine Planierung mit einem Stopp auf dem Schein-Gate durchgeführt werden kann.
Das Ergebnis der Planierung ist in der 5 dargestellt. Man kann erkennen, dass das Polieren insbesondere stattgefunden hat mit einem Stopp auf der zweiten Schicht 106 des Materials des Schein-Gates beim Vorliegen einer Siliciumnitrid-Schicht.
Die Metallsilicid-Schicht 124 ist in dem oberen Teil des Schein-Gates eliminiert und es kann eine elektrische Isolierung der Source- und Drain-Regionen erhalten werden. Es sei daran erinnert, dass außerhalb der aktiven Region, deren Ausdehnung im Allgemeinen kürzer ist als die Länge des Gates in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Figuren, eine geeignete Ätzung (Gravierung) auf an sich bekannte Weise die Fixierung der Grenzen der elektrisch leitenden Bereiche und somit die Vermeidung eines Kurzschlusses zwischen diesen Abschnitten erlaubt. Darüber hinaus wird eine Isolierung auch erhalten durch eine Oxidation, wie sie nachstehend beschrieben wird unter Bezugnah me auf die 6 und in einer nachfolgenden Verfahrensstufe vorgenommen wird.
Durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Kontakt-Materialien kann eine obere Oberfläche 136 mit einer guten Planheit erhalten werden.
Die 6 zeigt eine spätere Stufe, die darin besteht, den in die obere Oberfläche 136 eingelassenen (versenkten) Materialien einen isolierenden Charakter zu verleihen. Während dieser Stufe führt man eine Oxidation durch, indem man die Struktur einer oxidierenden Atmosphäre aussetzt. Die Oxidation betrifft insbesondere die in der Beschreibung weiter oben bereits genannten Kontaktmetalle. Um das Lesen der 6 zu erleichtern, werden die oxidierten Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wie die entsprechenden nicht-oxidierten Teile, ihnen wird jedoch der Buchstabe „a" hinzugefügt. Die oxidierten Teile 124a, 130a und 132a stellen somit die oberflächlich oxidierten Abschnitte des Metalls dar, das ursprünglich für die Silicidierung verwendet worden ist und auf den Flanken des Gates, dem ersten Kontaktmetall und dem zweiten Kontaktmetall konserviert worden ist. Ihre Oxidation verleiht den Metallen einen elektrisch isolierenden Charakter.
Die 7 zeigt die nach der Entfernung des Schein-Gates erhaltene Struktur. Die Entfernung wird dadurch bewirkt, dass man das Siliciumnitrid der zweiten Schicht 106 des Schein-Gates selektiv ätzt und dann das polykristalline Silicium der ersten Schicht ätzt. Bei diesen Ätzungen kann die Oxidschicht des Sockels 102 als Stopp für die Ätzung verwendet werden. Diese Schicht wird anschließend ebenfalls eliminiert. Die Ätzmittel (Graviermittel) können beispielsweise sein HBr oder SF₆ zum Ätzen (Gravieren) von Siliciumnitrid, und HBr + Cl₂ zum Ätzen (Gravieren) von polykristallinem Silicium. Das Oxid kann mit verdünntem HF eliminiert werden. Bei der Durchführung dieser Stufe wird ein Teil der Schichten 124a, 130a und 132a ebenfalls eliminiert. Außerdem bestimmt man bei der Oxidation der 6 die Dicke des Oxids, um dieser partiellen Ätzung der Schichten 124a, 130a und 132a Rechnung zu tragen.
Bei der Entnahme des Schein-Gates wird eine Vertiefung freigesetzt, die mit der Bezugsziffer 140 versehen ist.
Die 8 zeigt die Herstellung des endgültigen Gates. Dieser Arbeitsgang umfasst die Bildung einer isolierenden Gate-Schicht 148, beispielsweise durch Oxidation des Siliciums des darunter liegenden Substrats oder durch Abscheidung eines dielektrischen Materials und die anschließende Abscheidung einer Schicht aus dem Material des Gates 150, vorzugsweise aus einem Metall, ausgewählt beispielsweise aus der Gruppe W, TaN, W/TiN, Ti, TaN, Cu/TaN, W/Pt, N/Pt, W/Nb oder W/RuCa.
Die Schicht 150 kann eine massive Schicht sein oder sie kann gegebenenfalls aus einer Kombination von zwei oder mehr der oben genannten Materialien zusammengesetzt sein. Die Dicke der Schicht(en) des Gates 150 reicht aus, um die Vertiefung aufzufüllen, die bei der Entfernung des Schein-Gates zurückgeblieben ist, und um über die ebene obere Oberfläche 136, die durch die Planierung erzeugt worden ist, hinauszuragen.
Eine zweite Planierung erlaubt, wie dies aus der 9 ersichtlich ist, die Eliminierung des Materials der Gate-Schicht oberhalb von Source und Drain, wobei nur das Material in der Vertiefung beibehalten wird. Das Gate, das in die obere Oberfläche 136 eingelassen ist, wird ebenfalls mit der Bezugsziffer 150 bezeichnet. Die schließlich erhaltene Komponente ist ein Transistor mit Feldeffekt und weist eine Struktur vom Damaszener-Typ (Einlege-Typ) auf.
Die Figuren zeigen nicht die Herstellung der Kontaktanschlüsse an dem Gate, der Source und dem Drain. Diese Arbeitsgänge, die auf dem Gebiet der Mikeoelektronik an sich allgemein bekannt sind, sind nicht Teil im strengen Sinne des Verfahrens zur Herstellung des Transistors.
Die 10 und 11 zeigen die Herstellung einer anderen Komponente und insbesondere eines Speichers, ausgehend von einer solchen Struktur, wie sie unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben worden ist.
Eine erste Gate-Schicht 160, die eine Dicke aufweist, die geringer ist als die Tiefe der Vertiefung 140, die von dem Schein-Gate zurückgelassen wird, d.h. die kleiner ist als die Höhe des eliminierten Schein-Gates, wird auf der isolierenden Schicht 148 des Gates, die den Boden der Vertiefung bedeckt, gebildet. Die erste Gate-Schicht 160 bedeckt auch die freie obere Oberfläche 136 der Struktur. Oberhalb der ersten Gate-Schicht wird eine dielektrische Gate-Zwischenschicht 162 abgeschieden, deren Dicke, addiert zu derjenigen der ersten Gate-Schicht, immer noch kleiner ist als die Höhe des Schein-Gates (eliminiert).
Schließlich wird eine zweite Gate-Schicht 164 auf der Gate-Zwischenschicht 162 abgeschieden. Die Dicke der zweiten Gate-Schicht reicht aus, um zusammen mit den übrigen abgeschiedenen Schichten die Vertiefung auszufüllen, die bei der Eliminierung des Schein-Gates zurückgeblieben ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die oben genannten Schichten jeweils aus einem Stapel von mehreren Unterschichten gebildet sein können. Insbesondere kann die Gate-Zwischenschicht 162 aus einem Nitrit/Oxid/Nitrit-Stapel bestehen, der ausgewählt wird wegen seiner besonders hohen Dielektrizitätskonstanten. Die für die erste Schicht und die zweite Schicht des Gates ausgewählten Materialien können diejenigen sein, wie sie weiter oben für die Herstellung des Gates des Transistors genannt worden sind.
Eine Planierung der Schichten des Gates und der Gate-Zwischenschicht mit einem Stopp an den Metalloxiden 124a, 130a, 132a erlaubt die Herstellung einer solchen Struktur, wie sie in 11 dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass die erste Gate-Schicht ebenso wie die Gate-Zwischenschicht eine U-Form im Querschnitt entlang einer parallelen Ebene zur Ebene der Figur hat, die sich im Wesentlichen in einer Richtung Source-Gate-Drain erstreckt. Die zweite Gate-Schicht 164 füllt die U-Form aus.
Diese spezielle Form erlaubt die Vergrößerung der einander gegenüberliegenden Oberflächen zwischen den ersten und zweiten Gate-Schichten, ohne jedoch die einander gegenüber liegenden Oberflächen zwischen der ersten Gate-Schicht und dem Substrat zu vergrößern. Da die ersten und zweiten Gate-Schichten nach dem Planieren jeweils den freien Gate und den Steuer-Gate eines Speichers bilden, erlaubt die Struktur der 11 die Anordnung einer hohen Kapazität zwischen dem Steuer-Gate und dem freien Gate und einer geringen Kapazität zwischen dem freien Gate und dem Kanal (Substrat). Da darüber hinaus die Widerstände der Zugänge zu Source und Drain sehr niedrig sind wegen der Verwendung eines Kontaktmetalls, kann eine hohe Funktionsfrequenz des Speichers sowohl beim Auslesen als auch beim Eingeben (Beschreiben) erzielt werden.
Wenn ein Transistor oder ein Speicher, wie vorstehend beschrieben, in eine Schaltung integriert ist, werden die Kontaktanschlüsse an den Source-, Drain- und Gate-Regionen angebracht. Dies umfasst beispielsweise die Erzeugung von Öffnungen in den Oxid-Schichten, welche die Source und den Drain bedecken, dann das Anordnen einer Metall-Verbindung in den Öffnungen, um das nicht-oxidierte Kontaktmetall mit Verbindungsleitungen zu verbinden. Obgleich solche Arbeitsgänge nicht mehr Teil der Herstellung von Komponenten sind und allgemein bekannt sind, zeigt die 12 eine Erläuterung einer Verbindungsoperation zwischen dem Drain einer Speicher-Komponente, wie vorstehend beschrieben, und einer benachbarten Komponente.
Eine Schicht 170 aus einem isolierenden Material, wie z.B. SiO₂, ist auf der freien Oberfläche 136 der Komponenten, d.h. auf der Oberfläche, die durch die letzte Planierung erhalten wird, abgeschieden. Diese Schicht erlaubt es, einen Kurzschluss zwischen einem Verbindungsmaterial (nicht dargestellt) und anderen Teilen der Komponenten zu vermeiden.
Eine Öffnung 172, die in der isolierenden Schicht 170 vorgesehen ist, setzt sich durch die oxidierten Abschnitte 130a, 132a der ersten und zweiten Metallkontaktschichten hindurch fort bis zu blanken, nicht-oxidierten Abschnitten 130, 132 dieser Schichten. Die 12 erlaubt die Feststellung, dass die Anforderungen an die Ausrichtung der Öffnung 172 in der isolierenden Schicht 170 nicht sehr hoch sind. Es genügt, wenn sie mit der ausgewählten Source- oder Drain-Region zusammenfallen, ohne notwendigerweise dem Medium dieser Region zu entsprechen. Der Umstand, dass unterschiedliche Materialien bei der Herstellung der Öffnung 172 anzutreffen sind, erklärt den Boden der (untersten) Treppenstufe der Öffnung, dargestellt in der 12.
Zitierte Dokumente

(1) FR-A-2 757 312
(2) FR-A-2 750 534

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente mit Source, Drain und Gate, die selbstjustiert sind, das die folgenden Stufen umfasst: a) Bildung eines Schein-Gate (112), das einen Ersatz für einen Kanal (121) der Komponente darstellt, auf einem Silicium-Substrat (100), b) mindestens eine Implantation von dotierenden Verunreinigungen in das Substrat zur Bildung einer Source (118) und eines Drain (120) beiderseits des Kanals unter Verwendung des Schein-Gates als Implantations-Maske, c) selbstjustierte Oberflächen-Silicierung der Source und des Drain, d) Abscheidung mindestens einer Metallschicht (130, 132), der Kontaktschicht, mit einer Gesamtdicke, die größer ist als die Höhe des Schein-Gates, und Polieren der Metallschicht mit einer Unterbrechung auf dem Schein-Gate, und e) Ersatz des Schein-Gates durch mindestens ein endgültiges Gate (150, 160, 164), das durch eine isolierende Gate-Schicht (148) von dem Substrat getrennt ist und das gegenüber der Source und dem Drain elektrisch isoliert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Stufe (d) umfasst die Abscheidung einer ersten Metallschicht (130) und, auf der ersten Metallschicht, einer zweiten Metallschicht (132), die dem Polieren einen mechanischen Widerstand entgegensetzt, der höher ist als derjenige der ersten Schicht, wobei die Dicke der ersten Metallschicht geringer ist als die Höhe des Schein-Gates, die Gesamtdicke der ersten und zweiten Metallschichten jedoch größer ist als die Höhe des Schein-Gates.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem vor der Silicierung umfasst die Bildung von seitlichen Abstandhaltern (114, 116) auf den Flanken des Schein-Gates.
Verfahren nach Anspruch 3, in dem Zwei-Schichten-Abstandhalter gebildet werden, die umfassen eine Verankerungsschicht (114) aus Siliciumoxid, die in Kontakt steht mit dem Schein-Gate, und eine Oberflächenschicht (116) aus Siliciumnitrid.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das erste Metall ausgewählt wird aus der Gruppe Wolfram und Titan und bei dem das zweite Metall ausgewählt wird aus der Gruppe TaN, Ta und TiN.
Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Polieren eine Oberflächenoxidation der Metallschicht(en) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man ein massives Substrat verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man ein Substrat vom Silicium-Typ auf der Isolierschicht (dem Isolator) verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Stufe (e) umfasst die Eliminierung des Schein-Gates, die Bildung der isolierenden Gate-Schicht (148), die Abscheidung mindestens einer Metallschicht (150, 160, 164), als Gate bezeichnet, mit einer Gesamtdicke, die größer ist als oder gleich ist der Höhe des eliminierten Schein-Gates, und das Formen der genannten Metallschicht.
Verfahren nach Anspruch 9, das nach der Bildung der isolierenden Gate-Schicht (148) umfasst die Abscheidung einer ersten Gate-Metallschicht (160), die Abscheidung mindestens einer dielektrischen Gate-Zwischenschicht (162) und die Abscheidung einer zweiten Gate-Metallschicht (164).