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Gebiet der Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung das Gebiet der
Halbleiterherstellung und betrifft insbesondere die Herstellung
einer Verbindungsstruktur mit einem Kontaktpfropfen für das direkte
Verbinden einer Gateleitung mit einem Drain/Source-Gebiet eines
Transistors.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Halbleiterbauelemente,
etwa moderne integrierte Schaltungen, enthalten typischerweise eine große Anzahl
an Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und
dergleichen, die für
gewöhnlich
in einer im Wesentlichen ebenen Konfiguration auf einem geeigneten
Substrat hergestellt werden, das darauf ausgebildet eine kristalline
Halbleiterschicht aufweist. Auf Grund der großen Anzahl an Schaltungselementen
und der erforderlichen komplexen Schaltungsanordnung moderner integrierter
Schaltungen werden die dielektrischen Verbindungen der einzelnen
Schaltungselemente im Allgemeinen nicht innerhalb der gleichen Ebene
verwirklicht, in der die Schaltungselemente hergestellt sind, sondern
es sind eine oder mehrere zusätzliche „Verdrahtungsschichten” erforderlich,
die auch als Metallisierungsschichten bezeichnet werden. Diese Metallisierungsschichten
enthalten im Allgemeinen metallenthaltende Leitungen, die die ebeneninterne
elektrische Verbindung herstellen, und umfassen ferner mehrere Zwischenebenenverbindungen,
die auch als „Kontaktdurchführungen” bezeichnet
werden, die mit einem geeigneten Metall gefüllt sind und die elektrische
Verbindung zwischen zwei benachbarten gestapelten Metallisierungsschichten
herstellen.
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Um
die Verbindung der Schaltungselemente zu den Metallisierungsschichten
herzustellen, wird eine geeignete vertikale Kontaktstruktur vorgesehen, die
ein entsprechendes Kontaktgebiet eines Schaltungselements, etwa
eine Gateelektrode und die Drain- und Source-Gebiete von Transistoren, mit einer
entsprechenden Metallleitung in der ersten Metallisierungsschicht
verbindet. Die Kontaktpfropfen oder Gebiete der Kontaktstruktur
werden in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial gebildet,
das die Schaltungselemente umgibt und passiviert. In einigen Schaltungskonfigurationen
wird eine Verbindung einzelner Bereiche eines Schaltungselements mit
anderen einzelnen Bereichen des gleichen oder anderer Schaltungselemente,
etwa von einer Verbindung von einer Gateelektrode oder eine Polysiliziumleitung
zu einem aktiven Halbleitergebiet, etwa einem Drain/Source-Gebiet,
mittels der Kontaktstruktur hergestellt, anstatt dass eine spezielle
Metallverbindung in der ersten oder einer höheren Metallisierungsebene
gebildet wird. Ein Beispiel in dieser Hinsicht ist das Verdrahtungsschema
gewisser Speicherbauelemente, etwa SRAM-(statische Speicher mit
wahlfreiem Zugriff)Bereiche, die häufig aus mehreren Transistoren
aufgebaut sind und als schnelle Zwischenspeicherzellenarrays dienen,
die auch als Cache-Speicher bezeichnet werden. Im Hinblick auf die
räumliche
Effizienz derartiger Speicherarrays werden die Verbindungen teilweise
innerhalb der Kontaktstruktur hergestellt, beispielsweise durch
Vorsehen rechteckiger Kontaktbereiche anstelle von quadratischen
Kontaktbereichen, wie sie typischerweise für Kontaktpfropfen verwendet
werden, die eine Verbindung zu individuellen Kontaktbereichen herstellen.
Die rechteckigen Kontaktbereiche können die Gateelektrode oder
Polysiliziumleitungen mit einem benachbarten Drain/Source-Gebiet
verbinden.
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Während der
Herstellung entsprechender Kontaktgebiete, die direkt einzelne Kontaktgebiete von
Schaltungselementen verbinden, treten jedoch eine Reihe von Problemen
auf, insbesondere bei sehr modernen Halbleiterbauelementen mit kritischen
Strukturgrößen von
100 nm oder weniger. Mit Bezug zu den 1a und 1b wird
nunmehr ein typischer konventioneller Prozessablauf zur Herstellung
entsprechender Kontaktgebiete zum direkten Verbinden von Polysiliziumleitungen
oder Gateelektroden mit entsprechenden aktiven Halbleitergebieten,
d. h. Drain/Source-Gebieten, nachfolgend detaillierter beschrieben,
um die darin auftretenden Probleme näher zu erläutern.
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1a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 100, das einen Schaltungsbereich
repräsentiert,
in welchem ein rechteckiges Kontaktgebiet zu bilden ist, um damit
eine Verbindung zu benachbarten Schaltungsgebieten herzustellen.
Das Halbleiterbauelement 100 weist ein Substrat 101 auf,
das ein beliebiges geeignetes Substrat ist, etwa ein Siliziumvollsubstrat
und dergleichen. Das Substrat 101 besitzt darauf ausgebildet
eine im Wesentlichen kristalline Halbleiterschicht 102,
auf und in welcher entsprechende Schaltungselemente gebildet sind,
wovon eines als Element 120 bezeichnet ist. Eine Grabenisolation 103 ist
in der Halbleiterschicht 102 ausgebildet und definiert
ein aktives Halbleitergebiet 150, das als ein dotiertes
Halbleitergebiet zu verstehen ist, in welchem zumindest ein Teil
in im We sentlichen der gleichen Weise wie ein Drain-Gebiet oder
ein Source-Gebiet eines Feldeffekttransistors des Bauelements 100 gestaltet
ist. Folglich kann das aktive Gebiet 150 Implantationsbereiche 107, 107e aufweisen, die
der Einfachheit halber als Drain/Source-Gebiete 107 mit entsprechenden
Erweiterungsgebieten 107e bezeichnet werden. Des weiteren
umfasst das Bauelement 100 eine Polysiliziumleitung 104,
die über dem
aktiven Gebiet 150 ausgebildet und davon durch eine isolierende
Schicht 105 getrennt ist, wobei die Polysiliziumleitung 104 im
Wesentlichen entsprechend den Entwurfskritierien gebildet ist, wie
sie auch für
die Herstellung von Gateelektrodenstrukturen in dem Bauelement 100 angewendet
werden. An Seitenwänden
der Polysiliziumleitung 104 sind entsprechende Seitenwandabstandshalter 106 ausgebildet, die
typischerweise aus Siliziumnitrid aufgebaut sind. Entsprechende
Metallsilizidgebiete 108 können an der Oberseite der Polysiliziumleitung 104 und
in den Drain/Source-Gebieten 107 vorgesehen sein, und eine
Kontaktätzstoppschicht 109,
die typischerweise aus Siliziumnitrid aufgebaut ist, ist auf dem
aktiven Gebiet 150 und der Polysiliziumleitung 104 mit
dem Seitenwandabstandshaltern 106 gebildet. Schließlich ist
ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial 110 über dem
Schaltungselement 120, das durch die Polysiliziumleitung 104 und
das aktive Gebiet 150 repräsentiert ist, ausgebildet,
das Schaltungselement 120 einzuschließen und zu passivieren. In
vielen Fällen ist
das dielektrische Zwischenschichtmaterial aus Siliziumdioxid aufgebaut.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Halbleiterbauelements 100,
wie es in 1a gezeigt ist, umfasst die
folgenden Prozesse. Die Isolationsschicht 105 und die Polysiliziumleitung 104 können auf
der Grundlage gut etablierter Oxidations-, Abscheide-, Photolithographie-
und Ätzverfahren hergestellt
werden, wobei laterale Abmessungen der Polysiliziumleitung 104 entsprechend
den Bauteilerfordernissen eingestellt werden, und wobei in modernen
Bauelementen die laterale Abmessung ungefähr 100 nm oder weniger beträgt. Danach
werden die Seitenwandabstandshalter 106 durch gut etablierte Abscheide-
und anisotrope Ätzverfahren
hergestellt, wobei vor und nach der Herstellung des Seitenwandabstandshalters 106,
der aus mehreren Abstandselementen aufgebaut sein kann, geeignete
Implantationsprozesse ausgeführt
werden, um das Source/Drain-Gebiet 107 mit dem Erweiterungsgebiet 107e zu
bilden. In geeigneten Phasen des Fertigungsprozesses wird das Bauelement
ausgeheizt, um damit die Dotierstoffe in den Gebieten 107, 107e zu
aktivieren und auch durch Implantation hervorgerufene Kristallschäden zu rekristallisieren.
Anschließend
werden die Metallsilizidgebiete 108 beispielsweise durch
Abscheiden eines geeigneten hochschmelzenden Metalls und Ingangsetzen
eines Silizidierungsprozesses auf der Grundlage einer geeigneten
Wärmebehandlung
gebildet. Nach dem Entfernen von überschüssigem Material wird die Kontaktätzstoppschicht 109 auf
Grundlage gut etablierter plasmaunterstützter CVD-(chemische Dampfabscheide-)Verfahren
hergestellt, woran sich das Abscheiden des dielektrischen Zwischenschichtmaterials 110 anschließt, das
typischerweise aus Siliziumdioxid aufgebaut ist. Nach Einebnungsprozessen, etwa
CMP und dergleichen zur Erzeugung einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche des
dielektrischen Zwischenschichtmaterials 110 wird ein geeigneter Photolithographieprozess
ausgeführt
auf der Grundlage einer geeigneten Photolithographiemaske, um eine
Lackmaske (nicht gezeigt) zu bilden, die entsprechende Öffnungen
aufweist, die den jeweiligen rechteckigen Kontaktöffnungen
entsprechen, die über
der Polysiliziumleitung 104 und dem Drain/Source-Gebiet 107 zu
bilden sind, um damit eine direkte elektrische Verbindung dazwischen
zu erzeugen. Auf der Grundlage einer entsprechenden Lackmaske wird
dann ein anisotroper Ätzprozess ausgeführt, der
in und auf der Kontaktätzstoppschicht 109 anhält, wodurch
eine hohe Ätzselektivität für das entsprechende Ätzrezept
zwischen der Ätzstoppschicht 109 und
dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 110 erforderlich
ist, wenn durch das Siliziumdioxidmaterial der Schicht 110 geätzt wird. Nachfolgend
wird ein weiterer Ätzschritt
ausgeführt, um
die Kontaktätzschicht 109 zu öffnen, so
dass ein Kontakt zur Polysiliziumleitung 104 entsteht,
d. h. zu dem entsprechenden Metallsilizidgebiet 108, das darauf
ausgebildet ist, und auch zu dem Drain/Source-Gebiet 107,
d. h. zu dem entsprechenden darin gebildeten Metallsilizidgebiet 108.
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Der
Strukturierungsprozess für
die Kontaktöffnungen
in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial 110 ist aus
diversen Gründen
eine der kritischen Prozessphasen.
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Erstens
werden die Kontaktöffnungen
mit minimaler lateraler Größe auf Grund
der reduzierten Strukturgrößen der
Schaltungselemente 120 und deren Kontaktbereich vorgesehen,
wodurch anspruchsvolle Lithographietechniken erforderlich sind.
Zweitens, wenn Kontakte zu den Drain- und Source-Gebieten von Transistoren
gebildet werden, d. h. zu der Ebene des aktiven Gebiets 150 und
auch zu den jeweiligen Gateelektroden, d. h. zu dem Höhenniveau der
Polysiliziumleitung 104, ist die zu ätzende Dicke für diese
unterschiedlichen Höhenniveaus
entsprechend der Höhe
der Polysiliziumleitung 104 unterschiedlich, wodurch eine
hohe Ätzselektivität zwischen
dem Material der Ätzstoppschicht 109 und dem
Material der Schicht 110 zur Vermeidung einer unerwünschten
Siliziderosion erforderlich ist. Drittens, Kontaktöffnungen
mit größerer Abmessung
zumindest in einer lateralen Richtung, d. h. im Falle des in 1a gezeigten
Bauelements 100 die Abmessung senkrecht zur Zeichenebene
der 1a, können
unterschiedliche Ätzraten
im Vergleich zu „regulären” Kontaktöffnungen
aufweisen, die in anderen Kontaktbereichen der Transistoren gebildet
werden, wodurch zu einem sehr ungleichmäßigen Ätzverlauf des anisotropen Ätzprozesses
beigetragen wird. Dies bedeutet, dass die Ätzfront mit höherer Geschwindigkeit
in der Kontaktöffnung
für den
rechteckigen Kontakt im Vergleich zu den quadratischen Öffnungen
mit geringeren lateralen Abmessungen, die eine Verbindung zu individuellen
Kontaktbereichen herstellen, voranschreitet. Aus diesem Grunde sind
unter Umständen
die Stoppeigenschaften der Ätzstoppschicht 109 nicht
ausreichend. Daher können
die Nitridabstandshalter 106 während des entsprechenden Ätzprozesses
freigelegt und in ihrer Abmessung reduziert werden, da die Stoppschicht 109 in
der rechteckigen Öffnung
auf Grund der erhöhten Ätzrate im
Wesentlichen aufgebraucht wird. Während weiterer dem Ätzen nachgeordneter
Prozesse und Reinigungsschritte vor dem Einfüllen eines leitenden Materials
kann weiteres Material des Silizids verbraucht werden, während in
dem Bereich der Abstandshalter 106, die vollständig entfernt
wurden, auch eine Erosion des freigelegten Siliziums des Gebiets 107e auftreten
kann, das ein sehr flaches Dotierstoffprofil besitzt. Folglich kann
während
dieses Ätzprozesses
die Ätzfront
in das Gebiet 107e eindringen, wodurch möglicherweise
ein Kurzschluss zu dem verbleibenden aktiven Gebiet 150 erzeugt
wird oder zumindest ein hohes Risiko zur Erzeugung größerer Leckströme der resultierenden
elektrischen Verbindung hervorgerufen wird, insbesondere, wenn das
Gebiet 107e auf der Grundlage von Rezepten gebildet wird,
die zu sehr flachen Drain- und Source-Erweiterungsgebieten in Transistoren
(nicht gezeigt) führen,
die über
dem aktiven Gebiet 150 oder anderen aktiven Gebieten gebildet
sind.
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1b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 100 nach dem Abschluss
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz und nach dem Einfüllen eines
geeigneten Metalls. Somit umfasst das Halbleiterbauelement 100 ein
Kontaktgebiet 112, das mit einem leitenden Material, etwa
Wolfram, gefüllt ist,
wobei optional Seitenwandbereiche 112s und Unterseitenbereiche 112b ein
leitendes Barrierenmaterial, etwa Titan und dergleichen aufweisen.
Da das Kontaktgebiet 112 mit den jeweiligen Metallsilizidgebieten 108 der
Polysiliziumleitung 104 und des Gebiets 107 verbunden
ist, wird eine direkte elektrische Verbindung zwischen diesen beiden
Bauteilbereichen erzeugt. Wie ferner zuvor erläutert ist, kann der Ätzprozess
zur Herstellung einer entsprechenden Kontaktöffnung in dem dielektrischen
Zwischenschichtmaterial 110 und der Kontaktätzstoppschicht 109 eine
Vertiefung 113 in dem Gebiet 107e hervorrufen,
die sich in das aktive Gebiet 150 bis unter das flache
Gebiet 107e erstreckt, das als Wannengebiet bezeichnet
werden kann, wodurch möglicherweise ein
Kurzschluss oder zumindest ein Strompfad für größere Leckströme erzeugt
wird.
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Folglich
kann die konventionelle Technik zu erhöhten Leckströmen oder
sogar zu Kurzschlüssen zwischen
Bereichen 113 des aktiven Gebiets 150, die invers
in Bezug auf die Gebiete 107, 107e dotiert sind,
führen,
wodurch das Leistungsverhalten des Bauelements 100 negativ
beeinflusst wird.
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Die
Patentanmeldung US 2003/0186508 A1 offenbart ein Verfahren zum Bilden
von Feldeffekttransistoren, wobei ein erstes Seitenwandabstandshalterelement 121,
darüber
eine Ätzstoppschicht 122 und
darauf ein zweites Seitenwandabstandshalterelement 123 gebildet
werden. Nach dem Implantieren von tiefen Source- und Draingebieten
wird die Schicht 122 und das Abstandselement 123 wieder entfernt,
so dass anschließend
die Kontaktätzstoppschicht 140 auf
dem ersten Seitenwandabstandshalterelement 121 gebildet
werden kann. Auf der Schicht 140 wird eine Zwischendielektrikumsschicht 145 gebildet.
In der Zwischendielektrikumsschicht kann ein Kontaktöffnung unter
Verwendung der Schicht 140 als Ätzstopp gebildet werden.
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Die
Patentanmeldung
WO
2006/014471 A1 offenbart Feldeffekttransistoren mit einem
mehrlagigen Ätzstoppschichtstapel,
der über
einem aktiven Gebiet mit einer darauf gebildeten Gateelektrodenstruktur
mit Abstandshalterelementen abgeschieden wird.
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Im
Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation betrifft die vorliegende
Erfindung Verfahren zur Herstellung von Kontaktstrukturen und betrifft
entsprechende Halbleiterbauelemente, wobei eines oder mehrere der
oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Überblick über die Offenbarung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand eine Technik,
die die Herstellung zuverlässiger
Kontaktstrukturen ermöglicht,
die eine direkte Verbindung zwischen einem leitenden Leitungselement
und stark dotierten Bereichen eines aktiven Halbleitergebiets enthalten,
wobei eine erhöhte
Zuverlässigkeit
im Hinblick auf Kurzschlüsse
und Leckströme
erreicht werden kann. Zu diesem Zweck wird die Ätzselektivität einer
Seitenwandabstandshalterstruktur während des Strukturierens entsprechender
Kontaktöffnungen
erhöht,
indem ein zusätzliches Ätzstoppmaterial
in einer selbstjustierten Weise vorgesehen wird. Dieses zusätzliche Ätzstoppmaterial kann
mit hoher Kompatibilität
zu konventionellen Prozessstrategien vorgesehen werden, wobei dennoch eine
hohe Ätzresistivität für eine Ätzchemie
erreicht wird, die zur Herstellung der Kontaktöffnungen angewendet wird, für die eine
moderat ausgeprägte
Nachätzzeit
erforderlich sein kann, um damit zu sehr unterschiedlichen Höhenniveaus
in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial zu ätzen. Da
das zusätzliche Ätzstoppmaterial
in einer selbstjustierten Weise vorgesehen wird, wird das Ausmaß an zusätzlicher
Prozesskomplexität,
das beispielsweise mit zusätzlichen
Photolithographieschritten und dergleichen verknüpft sein kann, auf einem geringen
Niveau gehalten, während
dennoch teilweise ein negativer Einfluss des zusätzlichen Ätzstoppmaterials im Hinblick
auf andere Bauteilbereiche, etwa Transistoren, vermieden wird, die
ebenfalls in und über
einem interessierenden aktiven Halbleitergebiet gebildet werden.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden eines
ersten Seitenwandabstandshalterbereichs für eine Leitung, wobei die Leitung
sich teilweise über
ein aktives Gebiet eines Halbleiterbauelements erstreckt. Das Verfahren
umfasst ferner das Bilden einer Zwischenätzstoppschicht auf dem ersten
Seitenwandabstandshalterbereich und Bilden eines zweiten Seitenwandabstandshalterbereichs
auf der Zwischenätzstoppschicht.
Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Kontaktätzstoppschicht über der
Zwischenätzstoppschicht über dem
aktiven Gebiet und Bilden eines dielektrischen Zwischenschichtmaterials über der
Kontaktätzstoppschicht.
Schließlich
umfasst das Verfahren das Ätzen
einer Kontaktöffnung
in das dielektrische Zwischenschichtmaterial unter Anwendung der
Kontaktätzstoppschicht
und der Zwischenätzstoppschicht
als einen Ätzstopp.
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Es
wird ein weiteres anschauliches Verfahren zur Herstellung eines
Kontakts in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial eines Halbleiterbauelements
bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bilden einer ersten Ätzstoppbeschichtung,
um ein aktives Gebiet und eine Leitung abzudecken, die teilweise über dem
aktiven Gebiet gebildet ist. Des weiteren wird eine zweite Ätzstoppbeschichtung
auf der ersten Ätzstoppbeschichtung
hergesellt, wobei die erste und die zweite Ätzstoppbeschichtungen sich
in ihrer Materialzusammensetzung unterscheiden. Ferner umfasst das
Verfahren das Bilden eines Seitenwandabstandshalters für die Leitung
durch Abscheiden einer Abstandsschicht und Strukturieren der Abstandsschicht
mittels eines anisotropen Ätzprozesses
unter Anwendung der zweiten Ätzstoppbeschichtung
als einen Ätzstopp.
Weiterhin umfasst das Verfahren das Bilden eines dielektrischen
Schichtstapels über
dem aktiven Gebiet, wobei der dielektrische Schichtstapel eine Kontaktätzstoppschicht
und ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial aufweist. Des weiteren
wird eine Kontaktöffnung
in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial unter Anwendung der
Kontaktätzstoppschicht
und der ersten Ätzstoppbeschichtung
als Ätzstopp
gebildet und die Kontaktöffnung
wird schließlich
mit einem leitenden Material gefüllt.
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Ein
anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst ein
aktives Halbleitergebiet und eine Leitung, die sich zumindest teilweise über einem
Teil des aktiven Halbleitergebiets erstreckt. Das Halbleiterbauelement
umfasst ferner einen Seitenwandabstandshalter der Leitung, wobei
der Seitenwandabstandshalter mindestens lokal einen ersten Bereich
und einen zweiten Bereich, der aus Silizium und Stickstoff aufgebaut
ist, aufweist, wobei das Silizium-zu-Stickstoff-Verhältnis in
dem ersten Bereich größer ist
als in dem zweiten Bereich. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner
einen dielektrischen Zwischenschichtstapel, der auf der Leitung
in dem aktiven Halbleitergebiet gebildet ist. Schließlich umfasst
das Halbleiterbauelement ein Kontaktgebiet, das in deinem Bereich
des dielektrischen Zwischenschichtstapels gebildet ist und mit einem
leitenden Material gefüllt
ist, um die Leitung und das aktive Halbleitergebiet elektrisch zu
verbinden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung 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, in denen:
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1a und 1b schematisch
Querschnittsansichten eines konventionellen Halbleiterbauelements
während
diverser Phasen zur Herstellung eines Kontaktgebiets zeigen, um
eine Polysiliziumleitung und ein stark dotiertes Gebiet eines aktiven
Halbleitergebiets direkt zu verbinden gemäß konventioneller Verfahren,
wodurch möglicherweise erhöhte Leckströme oder
Kurzschlüsse
hervorgerufen werden;
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2a bis 2g schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen bei der Herstellung eines rechteckigen Kontakts
zwischen einer Leitung und einem stark dotierten Bereich eines aktiven
Gebiets auf Grundlage eines Zwischenstoppätzmaterials, das innerhalb
einer Seitenwandabstandshalterstruktur gemäß anschaulicher Ausführungsformen
vorgesehen ist, zeigen;
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2h bis 2j schematisch
Querschnittsansichten während
diverser Fertigungsphasen zur Herstellung einer Seitenwandabstandshalterstruktur für Leitungen
und Gateelektrodenstrukturen zeigen, wobei eine erhöhte Ätzselektivität auf der
Grundalge eines Zwischenätzstoppmaterials
gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
erreicht wird; und
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3a bis 3c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbeleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen zur Herstellung eines rechteckigen Kontaktgebiets
auf der Grundalge einer Seitenwandabstandshalterstruktur mit einer
erhöhten Ätzselektivität zeigen,
wobei ein selbstjustiertes zusätzliches Ätzstoppmaterial
gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
vorgesehen wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Im
Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand eine Technik
zur Herstellung von Kontaktgebieten, d. h. von metallgefüllten Gebieten
in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial zur elektrischen
Verbindung entsprechender Kontaktgebiete von Schaltungselementen,
etwa von Feldeffekttransistoren, Polysiliziumleitungen, aktiven
Gebieten, und dergleichen, in einer „direkten Weise”, d. h.
ohne eine elektrische Verbindung über die erste Metallisierungsschicht,
wobei eine erhöhte
Zuverlässigkeit während der
Herstellung entsprechender Kontaktöffnungen erreicht wird, indem
ein zusätzliches Ätzstoppmaterial
vorgesehen wird, das in Form eines Zwischenätzstoppmaterials bereitgestellt
wird oder das in Form einer Ätzstoppbeschichtung
vorgesehen ist, wobei eine selbstjustierte Prozesssequenz ein hohes
Maß an
Kompatibilität
mit konventionellen Fertigungstechniken ermöglicht, wobei dennoch ein Einfluss
auf andere Bauteilbereiche gering gehalten wird. D. h., das zusätzliche Ätzstoppmaterial
zur Verbesserung der Gesamtätzselektivität während des kritischen
Kontaktstrukturierungsprozesses kann in selbstjustierender Weise
ausgebildet werden, ohne dass im Wesentlichen andere Schaltungselemente, etwa
Transistoren und dergleichen beeinflusst werden, die „reguläre” Kontakte
während
der Herstellung von rechteckigen Kontakten in speziellen Bauteilbereichen
erhalten. Folglich wird ein unerwünschter Siliziumabtrag in kritischen
Bauteilbereichen, etwa in dotierten Bereichen eines aktiven Halbleitergebiets mit
einer sehr flachen vertikalen Dotierstoffverteilung im Wesentlichen
vermieden oder zuminderst deutlich reduziert, wodurch die Wahrscheinlichkeit
verringert wird, höhere
Leckströme
hervorzurufen, was sich direkt in einer erhöhten Produktionsausbeute für kritische
Halbleiterbauelemente, beispielsweise statische RAM-Bereiche aufweisen,
wie dies zuvor erläutert
ist, ausdrückt.
Das zusätzliche Ätzstoppmaterial wird
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
in Form eines siliziumbasierten und stickstoffbasierten Materials
mit einem hohen Grad an Kompatibilität zu standardmäßigen Siliziumnitridabstandshaltern
und Kontaktätzstoppschichten
vorgesehen, jedoch mit einem modifizierten Verhältnis von Silizium-zu-Stickstoff,
um damit das Ätzverhalten
des zusätzlichen Ätzstoppmaterials
während
eines anisotropen Ätzprozesses
zur Herstellung einer Kontaktöffnung
in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial, etwa einem siliziumdioxidbasierten
Material, bis sehr unterschiedlichen Höhenniveau zu bilden, etwa zur oberen
Fläche
einer Leitung, etwa einer Gateelektrodenstruktur und Oberflächenbereichen
der aktiven Gebiete, die eine Konfiguration entsprechend zu Drain-
und Source-Gebieten von Transistorelementen aufweisen, deutlich
zu modifizieren.
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Mit
Bezug zu den 2a bis 2j und
den 3a bis 3c werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200,
das ein Substrat 201 aufweist, das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial
repräsentiert,
um darauf eine Halbleiterschicht 202 zu bilden. Beispielsweise
repräsentiert die
Halbleiterschicht 202 einen oberen Bereich eines im Wesentlichen
kristallinen Halbleitermaterials des Substrats 201, wodurch
eine „Vollsubstratkonfiguration” bereitgestellt
wird, d. h. eine Halbleiterkonfiguration, in der ausgedehnte Bereiche
der Halbleiterschicht 202 elektrisch mit dem Substratmaterial 201 verbunden
sind, wobei zu beachten ist, dass die Vollsubstratkonfiguration
nicht notwendigerweise sich über
das gesamte Substrat 201 erstreckt, sondern auf gewisse
Bauteilbereiche eingeschränkt
sein kann, in denen eine Vollsubstratkonfiguration als vorteilhaft
im Hinblick auf das elektrische Verhalten spezieller Schaltungselemente,
etwa Transistoren, und dergleichen erachtet wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen
repräsentieren
das Substrat 201 und die Halbleiterschicht 202 eine
SOI-artige Konfiguration, d. h. in diesem Falle ist eine vergrabene
isolierende Schicht (nicht gezeigt) unter der Halbleiterschicht 202 vorgesehen,
wodurch eine im Wesentlichen vollständige dielektrische Trennung
eines entsprechenden aktiven Halbleitergebiets möglich, das in der Halbleiterschicht 202 ausgebildet
ist. Ferner umfasst in der gezeigten Fertigungsphase in 2a das
Halbleiterbauelement 200 ein aktives Gebiet 250 in
der Halbleiterschicht 202, wobei das aktive Gebiet 250 als
ein Halbleitergebiet zu verstehen ist, und über welchem ein oder mehrere
Schaltungselemente, etwa Transistoren, Leitungen und dergleichen
gebildet werden, wobei die Leitfähigkeit
innerhalb des aktiven Gebiets 250 auf der Grundlage geeigne ter vertikaler
und lateraler Dotierstoffprofile entsprechend den Bauteilerfordernissen
strukturiert ist. Das aktive Gebiet 250 kann durch geeignet
gestaltete Isolationsstrukturen, etwa eine flache Grabenisolation 203 definiert
sein, die aus einem beliebigen geeigneten dielektrischen Material
aufgebaut ist, wie dies zuvor erläutert ist. In der gezeigten
Ausführungsform
ist ein Schaltungselement 220 über zumindest einem Teil des
aktiven Gebiets 240 vorgesehen, wobei das Schaltungselement 220 eine
Leitung repräsentiert, deren
Aufbau ähnlich
zum Aufbau einer Gateelektrodenstruktur eines oder mehrerer Transistorelemente ist,
die ebenfalls in und über
dem aktiven Gebiet 250 gebildet sein können. Der Einfachheit halber
sind derartige Transistorelemente in 2a nicht
gezeigt. Die Leitung 220 kann aus polykristallinem Silizium
in einer mehr oder weniger dotierten Weise abhängig von den zuvor ausgeführten Prozessen
aufgebaut sein. Des weiteren ist eine Isolationsschicht 205 vorgesehen,
die eine ähnliche
Konfiguration im Vergleich zu Gateisolationsschichten in anderen
Bauteilbereichen aufweisen kann und die die Leitung 204 von
dem Material des aktiven Gebiets 250 trennt. In einer anschaulichen
Ausführungsform
repräsentiert das
aktive Gebiet 250 ein aktives Gebiet zur Herstellung von
Transistorelementen in Kombination mit der Leitung 204 und
kann ein Teil eines Speicherbereichs in Form eines statischen RAM-Gebiets
sein.
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Wie
in 2a gezeigt ist, kann in dieser Fertigungsphase
das Halbleiterbauelement 200 ferner eine Ätzstoppbeschichtung 230 aufweisen,
die gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
aus Siliziumdioxid aufgebaut ist, wodurch ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen
Schemata zur Abstandshalterherstellung erreicht wird. Ferner ist
eine erste Abstandshalterschicht 211, die in einer anschaulichen
Ausführungsform
im Wesentlichen aus Siliziumnitrid aufgebaut ist, mit einer ersten
Dicke 211d vorgesehen, die so festgelegt ist, dass diese kleiner
ist als eine Dicke, wie sie für
die Herstellung eines Abstandshalterelements erforderlich ist, um
als eine effizierte Maske während
der weiteren Bearbeitung des Halbleiterbauelements 200 zu
dienen, beispielsweise im Hinblick auf das Ausführen eines Ionenimplantationsprozesses,
eines Silizidierungsprozesses, und dergleichen. D. h., ein flaches
dotiertes Gebiet 207e, das eine vertikale Erstreckung entsprechend
den flachen pn-Übergängen aufweist,
wie sie für
Transistorelemente erforderlich sind, die in dem aktiven Gebiet 250 zu
bilden sind, kann auf der Grundlage von zuvor vorgesehenen Abstandshaltern (nicht
gezeigt) und dergleichen bei Bedarf gebildet worden sein, während eine
zusätzliche
laterale und vertikale Dotierstoffprofilierung in dem aktiven Gebiet 250 auf
Grundlage eines zusätzlichen
Abstandshalterelements ausgeführt
wurde. Anders als in konventi onellen Vorgehensweisen wird jedoch
die Abstandshalterschicht 211 mit einer reduzierten Dicke 211w so
vorgesehen, dass der Einbau eines zusätzlichen Ätzstoppmaterials nach dem Strukturieren
der ersten Abstandshalterschicht 211 möglich ist. Wie zuvor erläutert ist,
ist in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Abstandshalterschicht 211 aus Siliziumnitrid
aufgebaut, wobei ein Silizium-zu-Stickstoff-Verhältnis aufweist, das durch stöchiometrische entsprechend
der Formel Si3Ni4 oder
weniger definiert ist, abhängig
von dem Anteil an Wasserstoff, der eingebaut ist und dergleichen.
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Das
in 2a gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann
auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach
dem Bereitstellen des Substrats 301 und der Halbleiterschicht 202 werden
geeignete Fertigungsprozesse ausgeführt, wie sie zuvor auch mit
Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben sind.
Somit wird nach dem Herstellen der Gateelektrodenstrukturen, wodurch auch
die Polysiliziumleitung 204 und die Isolationsschicht 205 gebildet
wird, ein geeigneter Implantationsprozess ausgeführt, beispielsweise auf der Grundlage
von Versatzabstandshaltern, um damit das flache Dotierstoffprofil 207e zu
erzeugen. Als nächstes
wird die Ätzstoppbeschichtung 230 durch Oxidation
und/oder Abscheidung auf der Grundlage gut etablierter Techniken
gebildet. Anschließend
wird eine geeignete Dicke 211w für die Abstandschicht 211 ausgewählt, die
dann auf der Grundlage gut etablierter plasmaunterstützter CVD-Verfahren
abgeschieden wird, wobei Prozessparameter, etwa Gasdurchflussraten
von Vorstufenmaterialien, die Temperatur, der Druck, der Ionenbeschuss
und dergleichen geeignet gesteuert werden, um das gewünschte Silizium-zu-Stickstoff-Verhältnis entsprechend
der zuvor genannten stöchiometrischen
Formel zu erhalten, wobei der Stickstoffanteil auch kleiner sein
kann als dies durch Si3Ni4 gemäß gut etablierter
Rezepte spezifiziert ist. Somit kann der Prozentsatz an Siliziumatomen
kleiner sein als der Anteil an Stickstoffatomen in der ersten Abstandsschicht 211.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 während eines
anisotropen Ätzprozesses 217,
der auf der Grundlage eines selektiven Ätzchemie ausgeführt wird,
um Material der Abstandshalterschicht 211 in der richtungsgebundenen
Weise zu entfernen, wobei die Ätzstoppbeschichtung 230 als
ein Ätzstoppschicht
verwendet wird. Der anisotrope Ätzprozess 217 kann
auf der Grundlage von Prozessparametern gemäß gut etablierter Rezepte ausgeführt werden,
wobei eine Ätzzeit
so eingestellt ist, dass ein gewisses Maß an „Nachätzen” erreicht wird, in welchem
das Material der Abstandshalterschicht 211 zuverlässig von
horizontalen Bauteilbereichen und auch von der Ätzstoppbeschichtung 230 ent sprechend
einem oberen Seitenwandbereich der Polysiliziumleitung 204,
wie dies durch 204s angegeben ist, entfernt wird. Folglich
wird nach dem anisotropen Ätzprozess 217 ein
erster Abstandshalterbereich 211a erzeugt, der im Hinblick
auf die Polysiliziumleitung 204 auf Grund der Nachätzzeit abgesenkt
ist, wodurch die freigelegten Seitenwandbereiche 204r erzeugt
werden. Des weiteren ist die Breite des erste Abstandshalterbereichs 211a im
Wesentlichen durch die anfängliche
Breite 211w und die entsprechenden Bedingungen während des
Prozesses 217 festgelegt. In einer anschaulichen Ausführungsform
wird der erste Abstandshalterbereich 211a nicht als eine Implantationsmaske
für die
weitere Profilierung der Dotierstoffverteilung innerhalb des aktiven
Gebiets 250 verwendet, sondern wird in Kombination mit
einem zweiten Abstandshalterbereich, der in einer späteren Fertigungsphase
vorzusehen ist, verwendet, um als eine geeignete Maske während der
weiteren Bearbeitung zu dienen, etwa während der Bildung eines tiefen
stark dotierten Gebiets, während
der Erzeugung von Metallsilizidbereichen und dergleichen, wie dies
nachfolgend beschrieben ist. In anderen anschaulichen Ausführungsformen
(nicht gezeigt) wird der erste Abstandshalterbereich 211a so
gebildet, dass dieser als eine effektive Implantationsmaske eingesetzt
werden kann, wenn ein sehr komplexes laterales Dotierstoffprofil
in entsprechenden Transistorelementen (nicht gezeigt) erforderlich
ist. Somit kann in diesem Falle nach der Herstellung des ersten Abstandshalterbereichs 211a ein
entsprechender Implantationsprozess ausgeführt werden.
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2c zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements 200 in
einem weiter fortgeschrittenen Fertigungsstadium. Wie gezeigt, ist
eine zweite Abstandshalterschicht 214 über dem aktiven Gebiet und
dem Schaltungselement 220 gebildet, wobei in einer anschaulichen
Ausführungsform
die zweite Abstandshalterschicht 214 aus im Wesentlichen
der gleichen Materialzusammensetzung wie die erste Abstandshalterschicht 211 aufgebaut
ist. D. h., in diesem Falle ist die zweite Abstandshalterschicht 214 aus
Siliziumnitridmaterial mit einem geeigneten Silizium-zu-Stickstoff-Verhältnis entsprechend
zu konventionellen Strategien aufgebaut, was vorteilhaft sein kann
im Hinblick auf Bauteil- und Prozesserfordernisse während der
Ausbildung von Transistorelementen auf der Grundlage gut etablierter
Rezepte. Auch in diesem Falle kann das Silizium-zu-Stickstoff-Verhältnis so
eingestellt werden, dass in der zweiten Abstandshalterschicht 214 der
Prozentsatz an Siliziumatomen geringer ist als der Prozentsatz an
Stickstoffatomen. Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement 200 ein
Zwischenätzstoppmaterial,
das in Form einer Zwischenätzstoppschicht 213 vorgesehen
sein kann, die eine höhere Ätzselektivität im Vergleich
zu dem ersten Abstandshalterbereich 211a und der zweiten
Abstandshalterschicht 214 im Hinblick auf einen anisotropen Ätzprozess
aufweist, der in einer späteren Fertigungsphase
zur Bildung einer Kontaktöffnung
in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial auszuführen ist.
In einer anschaulichen Ausführungsform
ist die Zwischenätzstoppschicht 213 aus
Silizium und Stickstoff aufgebaut, wobei das Material der Schicht 213 in
Form eines siliziumangereicherten Siliziumnitridmaterials vorgesehen
wird, d. h. der Anteil an Siliziumatomen in der Schicht 213 ist
höher im Vergleich
zu der Schicht 214 und dem Abstandshalterbereich 211a,
wobei der Anteil an Silizium größer sein
kann als der Anteil an Stickstoff. D. h., in diesem Falle kann die
Materialzusammensetzung der Zwischenätzstoppschicht 213 durch
die Formel SixNiy dargestellt
werden, wobei x > y
ist. Folglich zeigt die Zwischenätzstoppschicht 213 ein
deutlich anderes Ätzverhalten
im Vergleich zu der Schicht 214 und den ersten Abstandshalterbereich 211a,
selbst wenn diese Komponente ebenfalls aus Siliziumstickstoff aufgebaut
sind, auf Grund des höheren
Anteils an Silizium, der in der Zwischenätzstoppschicht 213 eingebaut
ist.
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In
anderen anschaulichen Ausführungsformen
ist die Zwischenätzsstoppschicht 213 aus
anderen Materialien aufgebaut, etwa Siliziumkarbid, stickstoffenthaltendem
Siliziumkarbid, und dergleichen, solange ein unterschiedliches Ätzverhalten
während des
nachfolgenden Kontaktätzprozesses
im Vergleich zu den Komponenten 214 und 211a erreicht wird.
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Das
in 2c gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann
auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden.
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Die
Zwischenätzstoppschicht 213 wird
auf Grundlage von geeigneten Abscheideverfahren hergestellt, etwa
plasmaunterstützter
CVD, und dergleichen, wobei entsprechende Prozessparameter und Vorstufenmaterialien
so ausgewählt
sind, dass die gewünschte
Materialzusammensetzung und die Ätzstoppeigenschaften
erhalten werden. Wenn beispielsweise die Zwischenätzstoppschicht 213 im
Wesentlichen aus Siliziumstickstoff aufgebaut ist, können die
Gasdurchflussraten entsprechender Vorstufenmaterialien, der Abscheidedruck,
der Ionenbeschuss und dergleichen so eingestellt werden, dass der
gewünschte
Anteil an Silizium in der Schicht 213 erhalten wird. Wenn
andere Materialien verwendet werden, können entsprechende Vorstufenmaterialien in
Kombination mit geeigneten Prozessparametern bestimmt und für die Herstellung
der Schicht 213 angewendet werden. Ferner kann eine Dicke 213w der Schicht 213 in
Kombination mit der Dicke 214w der Abstandshalterschicht 214 so
festgelegt werden, dass eine gewünschte
abschließende
Abstandshalterbreite in einem nachfolgenden Prozessstadium erhalten
wird, wobei auch die Breite des ersten Abstandshalterbereichs 211a berücksichtigt
werden kann, um damit die gewünschte
maskierende Wirkung der schließlich
erhaltenen Seitenwandabstandshalterstruktur zu erreichen. Nach dem
Abscheiden der Zwischenätzstoppschicht 213 kann
somit die zweite Abstandshalterschicht 214 abgeschieden
werden, beispielsweise durch Auswählen gut etablierter Prozessparameter
zum Abscheiden eines Siliziumnitridmaterials, wie dies zuvor erläutert ist.
In einer anschaulichen Ausführungsform
wird das Abscheiden der Zwischenätzstoppschicht 213 und
der zweiten Abstandshalterschicht 214 in-situ ausgeführt, d.
h., es wird die gleiche Abscheidekammer oder zumindest die gleiche
Abscheideanlage verwendet, um damit zwischenzeitlich Transportaktivitäten für das Substrat 201 zu
vermeiden, was daher zu einem sehr effizienten Gesamtprozessablauf
führt.
In einer anschaulichen Ausführungsform
werden die Schichten 213 und 214 in einem gemeinsamen
Abscheideprozess hergestellt, indem die Abscheideparameter nach
dem Erreichen der gewünschten
Dicke 213w in einer anfänglichen
Phase des gesamten Abscheideprozesses geändert werden. Somit können während der
verbleibenden Abscheidezeit geeignete Prozessparameter für die Schicht 214 angewendet werden.
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2d zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform,
in der vor dem Abscheiden der zweiten Abstandshalterschicht 214 eine
Behandlung 215 so ausgeführt wird, dass ein Oberflächenbereich des
ersten Abstandshalterbereichs 211a modifiziert wird. Beispielsweise
beinhaltet in einer anschaulichen Ausführungsform die Behandlung 215 eine Plasmaatmosphäre mit einer
wenig ausgeprägten Richtungsabhängigkeit
entsprechend ionisierter Teilchen, wodurch freiliegende Oberflächenbereiche
des Halbleiterbauelements 200 modifiziert werden. Beispielsweise
kann Silizium in freiliegende Oberflächenbereiche beispielsweise
in den ersten Abstandshalterbereich 211a eingebaut werden,
wodurch ein erhöhter
Prozentsatz an Silizium zur Bereitstellung eines Zwischenätzstoppmaterials
in Form einer Oberflächenschicht
der Bereiche 211a erhalten wird. Der Einfachheit halber
ist ein entsprechender Oberflächenbereich
als 213a bezeichnet, der ein Zwischenätzstoppmaterial repräsentiert,
das lokal in den ersten Bereichen 211a vorgesehen ist.
Es sollte beachtet werden, dass ein entsprechender Siliziumanteil
in der Ätzstoppbeschichtung 230 weniger
kritisch ist, da dieses Material dennoch für die gewünschte Ätzselektivität in Bezug
auf die zweite Abstandshalterschicht 214 sorgt, während in
anderen Fällen
freiliegende Bereich der Beschichtung 230 entfernt werden
und durch eine weitere Ätzstoppbeschichtung (nicht
gezeigt), beispielsweise auf Grundlage einer Oxidation, etwa einer
nasschemischen Oxidation, einer plasmainduzierten Oxidation, und
dergleichen ersetzt werden können.
Danach wird die zweite Abstandshalterschicht 214 abgeschieden,
wie dies mit Bezug zu 2c beschrieben ist.
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2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, unterliegt das Bauelement 200 einem
weiteren anisotropen Ätzprozess 217a, um
Material der zweiten Abstandshalterschicht 214 aufzutragen,
wodurch ein zweiter Abstandshalterbereich 214a erzeugt
wird. Der anisotrope selektive Ätzprozess 217a kann
auf der Grundlage der Ätzstoppbeschichtung 230 oder
auf der Grundlage einer neu bereitgestellten Ätzstoppbeschichtung gesteuert werden,
wie dies beispielsweise mit Bezug zu 2d erläutert ist.
Somit wird nach dem Ende des anisotropen Ätzprozesses 217a ein
Abstandshalterelement 216 mit dem ersten Bereich 211a und
dem zweiten Bereich 214a und dem Zwischenätzstoppmaterial 213a erhalten.
Ferner ist die Dicke 216w des Abstandshalters 216 durch
die Breite 213w und 214w in Kombination mit der
anfänglichen
Bereite 211w der ersten Abstandshalterschicht 211 definiert.
Somit wird ein hohes Maß an
Prozesssteuerung im Hinblick auf die endgültige Breite 216w des
Abstandshalterst 216 erreicht, da nach dem Bilden des ersten
Abstandshalterbereichs 211a weitere Einstellungen auf der
Grundlage des Vorsehens entsprechender Schichtdicken 213w und 214w ausgeführt werden können. Beispielsweise
kann die Breite 213w zu ungefähr 5 bis 15 nm gewählt werden,
während
die Dicke 214w auf einige 10 nm abhängig von der gewünschten
Gesamtbreite 216w festgelegt werden kann. Wie ferner gezeigt
ist, ist das Zwischenätzstoppmaterial 213a in
dem Abstandshalter 216 eingebettet, wodurch ein hohes Maß an Prozess-
und Materialkompatibilität
zu konventionellen Strategien geschaffen wird, da der erste und
der zweite Abstandshalterbereich 211a, 214a auf
der Grundlage gut etablierter Materialzusammensetzungen vorgesehen
werden können.
Danach wird der Abstandshalter 216 als eine Maske für die weitere
Bearbeitung verwendet, d. h., das Dotierstoffprofil in dem aktiven Gebiet 211 wird
auf der Grundlage des Abstandshalters 216 gebildet, wodurch
ein stark dotiertes tiefes Gebiet 207 gebildet wird, das
einem tiefen Drain- und Source-Gebiet
in Transistorelementen entsprechen kann, die in dem aktiven Gebiet 250 gleichzeitig
mit der Herstellung des Schaltungselements 220 gebildet
werden. Das Abstandshalterelement 216 kann als eine effiziente
Silizidierungsmaske verwendet werden, um damit ein Metallsilizidgebiet
in dem stark dotierten Gebiet 207 und der Polysiliziumleitung 204 nach
dem Freilegen der entsprechenden Oberflächenbereiche zu erzeugen.
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2f zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem ein dielektrischer
Zwischenschichtstapel 240, der eine Kontaktätzstoppschicht 209 und
ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial aufweist, gebildet ist.
Die Kontaktätzstoppschicht 209 kann
aus einem Material mit einer moderat hohen Ätzselektivität in Bezug
auf das dielektrische Zwischenschichtmaterial 210 aufgebaut
sein, wobei Siliziumnitrid gemäß gut etablierter
Rezepte verwendet werden kann, während
das dielektrische Zwischenschichtmaterial 210 aus Siliziumdioxid
aufgebaut sein kann, wie dies zuvor erläutert ist. Des weiteren ist
eine Lackmaske 218 über
dem Schichtstapel 240 ausgebildet und enthält eine Öffnung 218a,
die einer Kontaktöffnung
entspricht, die in dem Schichtstapel 240 zu bilden ist.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
repräsentiert
die Öffnung 218a eine
Kontaktöffnung
zur Verbindung der Polysiliziumleitung 204 mit dem stark
dotierten Gebiet 207, d. h. zur Verbindung entsprechender
Metallsilizidgebiete 208, die auf dem stark dotierten Gebiet 207 und der
Polysiliziumleitung 204 ausgebildet sind. Beispielsweise
kann in RAM-Bereichen die Öffnung 218a in
Form einer rechteckigen Öffnung
vorgesehen sein, d. h. anders als „reguläre” quadratische Kontaktöffnungen,
die individuell eine Verbindung zu entsprechenden Bauteilbereichen,
etwa Drain-Bereichen und Source-Bereichen, Gatebereichen und dergleichen
von Transistorelementen herstellen, die ebenfalls in und über dem
aktiven Gebiet 250 ausgebildet sein können.
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Das
in 2f gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann
auf der Grundlage gut etablierter Verfahren hergestellt werden,
wobei die Konfiguration des Abstandshalters 216, d. h.
des ersten und des zweiten Abstandshalterbereichs 211a, 214a und
des Zwischenätzstoppmaterials 213a für ein hohes
Maß an Prozesskompatibilität zu gut
etablierten Techniken sorgt. Als nächstes wird ein anisotroper Ätzprozess auf
der Grundlage der Lackmaske 218 unter Anwendung einer selektiven Ätzchemie
zum Abtragen von Material des dielektrischen Zwichenschichtmaterials 218 ausgeführt, wobei
die moderat hohe Ätzselektivität der Schicht 209 ausgenutzt
wird. Wie zuvor erläutert
ist, kann auf Grund der sehr unterschiedlichen Höhenniveaus 210l und 210h des
dielektrischen Zwischenschichtmaterials 210 die moderate Ätzselektivität der Schicht 209 zu
einer deutlichen Materialerosion und sogar zu einem vollständigen Entfernen
der Schicht 209 führen,
wodurch auch der Abstandshalter 216 freigelegt wird. Im
Gegensatz zu dem konventionellen Bauelement, wie es in den 1a und 1b gezeigt
ist, sorgt das Zwischenätzstoppmaterial 213a für eine deutlich
ausgeprägtere Ätzstoppfähigkeit
im Hinblick auf die betrachtete Ätzchemie,
wodurch im Wesentlichen ein Freilegen des Siliziummaterials des
flachen dotierten Gebiets 207e vermieden wird. Beispielsweise
können
konventionelle Siliziumnitridmaterialien für die Schicht 209 und
dem Abstandshalterbereich 211a, 214a verwendet
werden, während
eine andere Materialzusammensetzung, etwa ein deutlich größerer Anteil
an Silizium in einem siliziumnitridbasierten Material, für die gewünschten Ätzstoppeigenschaften
sorgt.
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Nach
dem Herstellen einer entsprechenden Kontaktöffnung auf der Grundlage Maske 218 wird die
weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem ein geeignetes leitendes
Material, etwa Wolfram und dergleichen, eingefüllt wird.
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2g zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz. Somit weist das Bauelement 200 einen
Kontakt 219 auf, der in dem Schichtstapel 240 so
gebildet ist, dass er Verbindung zu der Polysiliziumleitung 204 herstellt,
d. h. zu dem entsprechenden Metallsilizidgebiet 208, das
darin ausgebildet ist, und auch eine Verbindung zu dem stark dotierten
Gebiet 207 herstellt, d. h. zu dem jeweiligen Metallsilizidgebiet 208.
Wie gezeigt kann, abhängig
von dem vorhergehenden Prozess, der zweite Abstandshalterbereich 214a lokal
während
des nachfolgenden Strukturierungsprozesses abgetragen worden sein,
wodurch das Zwischenätzstoppmaterial 213 freigelegt
wird. Folglich kann das flache dotierte Gebiet 207e geschützt werden,
wodurch die Gefahr des Erzeugens erhöhter Leckströme durch
Kurzschließen
der jeweiligen pn-Übergänge verringert
wird.
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Mit
Bezug zu den 2h bis 2j werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter
beschrieben, in denen das Einschließen des ersten Abstandshalterbereichs 211a durch
Vorsehen einer zusätzlichen Ätzstoppbeschichtung
verbessert wird.
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2h zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer Fertigungsphase,
die der in 2b gezeigten Fertigungsphase
entspricht. D. h., der Abstandshalterbereich 211a kann
gemäß einer Prozesssequenz
gebildet werden, wie dies zuvor mit Bezug zu 2b beschrieben
ist, wobei zusätzliche freiliegende
Bereiche der Ätzstoppbeschichtung 230 durch
einen Ätzprozess 231 vor
dem Bilden des Zwischenätzstoppmaterials 213a entfernt
werden. Zu diesem Zweck kann der Ätzprozess 231 einen
geeigneten Prozess zum selektiven Ätzen von Material der Schicht 230 im
Hinblick auf die Polysiliziumleitung 204 und Material des
flachen dotierten Gebiets 207 enthalten. Beispielsweise
kann ein nasschemischer Ätzprozess
auf der Grundlage von Flusssäure
(HF) eingesetzt werden, wenn die Ätzstoppbeschichtung 230 aus
Siliziumdioxid aufgebaut ist. Nach dem Ätzprozess 231 wird
das Zwischenätzstoppmaterial
gebildet, beispielsweise auf der Grundlage von Prozessverfahren,
wie sie zuvor beschrieben sind.
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2i zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium. Wie gezeigt, ist die Zwischenätzstoppschicht 213 so
gebildet, dass diese freiliegende Bereiche der Polysiliziumleitung 204,
des aktiven Gebiets 250 und des ersten Abstandshalterbereichs 211a bedeckt.
D. h., die Zwischenätzstoppschicht 213 schließt im Wesentlichen
vollständig
den ersten Bereich 211a ein, selbst an den freiliegenden
Seitenwandbereich 204s, wodurch eine Prozesszuverlässigkeit
in späteren
Fertigungsphasen erreicht wird, wenn eine Kontaktöffnung zu
bilden ist. Ferner ist eine zweite Ätzstoppbeschichtung 232 über der
Zwischenätzstoppschicht 213 ausgebildet
und ist aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut, das eine
hohe Ätzselektivität in Bezug
auf die zweite Abstandshalterschicht 214 aufweist, um damit
eine zuverlässige
Strukturierung der Abstandshalterschicht 214 zu ermöglichen.
Beispielsweise ist die zweite Ätzstoppbeschicht 232 im
Wesentlichen aus dem gleichen Material wie die erste Ätzstoppbeschichtung 230 aufgebaut.
Beispielsweise ist die Beschichtung 232 aus Siliziumdioxid
gebildet. Die Abstandshalterschicht 214 kann auf der Grundlage
von Prinzipien hergestellt werden, wie sie zuvor beschrieben sind.
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2j zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach einem anisotropen Ätzprozess zum
Strukturieren der Schicht 214, um den zweiten Bereich 214a zu
schaffen, der nunmehr von dem ersten Bereich 211a durch
die Zwischenätzstoppschicht 213 und
die zweite Ätzstoppbeschichtung 232 getrennt
ist. Nach dem anisotropen Ätzprozess
wird eine geeignete Ätzsequenz
ausgeführt,
um auch freiliegende Bereiche der zweiten Ätzstoppbeschichtung 232 und
der Zwischenätzstoppschicht 213 zu
entfernen, wodurch das Bauelement 200 für einen nachfolgenden Silizidierungsprozess
vorbereitet wird. Das Entfernen freiliegender Bereiche der Schichten 232, 213 kann
auf der Grundlage gut etablierter Rezepte bewerkstelligt werden,
etwa unter Anwendung von Flusssäure
für die
Schicht 232, wenn diese aus Siliziumdioxid aufgebaut ist,
und heißer
Phosphorsäure für die Schicht 213,
wenn diese aus Silizium angereichertem Siliziumnitrid aufgebaut
ist. Wenn andere Materialzusammensetzungen für die Schichten 232, 213 verwendet
werden, können
entsprechende Ätzchemien
in geeigneter Weise ausgewählt
werden. Beispielsweise kann selbst eine im Wesentlichen nicht-selektive Ätzchemie
zum Entfernen sowohl des freiliegenden Bereichs der Schicht 232 als
auch der Schicht 213 verwendet werden, wobei die entsprechende Ätzchemie
eine moderat hohe Ätzselektivität in Bezug
auf Siliziummaterial der Elektrodenleitung 204 und des
flachen dotierten Gebiets 207 besitzt. Ein entsprechender
Materialabtrag des zweiten Bereichs 214a kann geeignet
berücksichtigt
werden, wenn die Breite des Abstandshalters 216 definiert wird,
wie dies zuvor mit Bezug zu 2e erläutert ist.
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Danach
kann die weitere Bearbeitung in der zuvor beschriebenen Weise fortgesetzt
werden. Folglich wird während
des kritischen Kontaktätzprozesses
das Zwischenätzstoppmaterial 213a in
engem Kontakt mit der Seitenwand 204s der Polysiliziumleitung 204 vorgesehen,
wodurch das siliziumdioxidbasierte Material der Ätzstoppbeschichtung 230 ebenfalls
umschlossen wird. Folglich kann ein möglicher Materialabtrag der Ätzstoppbeschichtung 230 effizient
durch das Material 213a unterdrückt werden, wodurch die schützende Wirkung
des Materials 213a im Hinblick auf ein mögliches
Freilegen des flachen dotierten Gebiets 207e, das unter
der Abstandshalterstruktur 216 angeordnet ist, noch weiter
verbessert wird. Somit kann die Gesamtprozessrobustheit weiter gesteigert
werden, wodurch in positiver Weise zu einer erhöhten Produktionsausbeute beigetragen wird.
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Mit
Bezug zu den 3a bis 3c werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben,
in denen die Ätzselektivität einer
Abstandshalterstruktur verbessert werden kann, indem ein Ätzstoppmaterial
vor dem Strukturieren eines ersten Bereichs der Abstandshalterstruktur
vorgesehen wird.
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3a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 300 mit einem Substrat 301,
auf dem ausgebildet eine Halbleiterschicht 302 vorgesehen
ist, in der ein aktives Gebiet 350 durch eine Isolationsstruktur 303 definiert
ist. Des weiteren ist ein Schaltungselement 320, beispielsweise
in Form einer Polysiliziumleitung 304 vorgesehen, das von
dem aktiven Gebiet 350 durch eine Isolationsschicht 305 getrennt sein
kann. Im Hinblick auf die bislang beschriebenen Komponenten gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den Halbleiterbauelementen 100 und 200 angegeben
sind. Daher wird eine weitere Erläuterung dieser Komponenten
weggelassen.
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Des
weiteren umfasst das Halbleiterbauelement 300 eine Ätzstoppschicht 313,
die aus einem geeigneten Material aufgebaut ist, das für eine hohe Ätzselektivität während eines
kritischen Kontaktätzschritts
sorgt. In einer anschaulichen Ausführungsform wird die Ätzstoppschicht 313 in
Form eines siliziumangereicherten Siliziumnitridmaterials vorgesehen,
wie dies zuvor mit Bezug zu der Zwischenätzstoppschicht 213 erläutert ist.
Des weiteren umfasst das Halbleiterbauelement 300 eine Ätzstoppbeschichtung 330,
beispielsweise aus Siliziumdioxid, wie dies zuvor mit Bezug zu der Ätzstoppbeschichtung 230 erläutert ist.
Ferner ist ein Seitenwandabstandshalter 316 benachbart
zu der Polysiliziumleitung 304 gemäß den Bauteilerfordernissen
ausgebildet. D. h., der Seitenwandabstandshalter 316 besitzt eine
Breite, die für
die weitere Bearbeitung des Bauelements 300 geeignet ist,
beispielsweise im Hinblick auf weitere Ionenimplantationsprozesse,
eine Silizidierungssequenz, und dergleichen.
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Das
gezeigte Halbleiterbauelement 300 kann auf der Grundlage ähnlicher
Prozesse hergestellt werden, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 200 beschrieben
sind. Somit wird die Polysiliziumleitung 304 auf der Grundlage
entsprechender Prozessverfahren hergestellt, wobei anders als in
den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
vor dem Bilden einer Abstandshalterschicht die Ätzstoppschicht 313 auf
Grundlage von Prozessparametern gebildet wird, die so vorgegeben
werden, dass die gewünschte
Materialzusammensetzung erhalten wird. Danach wird die Ätzstoppbeschichtung 330 auf
Grundlage einer geeigneten Abscheidetechnik gebildet, woran sich
das Abscheiden einer Abstandshalterschicht und ein nachfolgender
anisotroper Ätzprozess
anschließen,
der unter Anwendung gut etablierter Techniken ausgeführt werden
kann. Es sollte beachtet werden, dass gut etablierte konventionelle
Prozessverfahren eingesetzt werden können, wobei jedoch während des
Strukturierens des Seitenwandabstandshalters 316 eine entsprechende Schichtdicke
der Ätzstoppschicht 3213 berücksichtigt werden
kann, um damit die gewünschte
Gesamtbreite des Abstandshalters 316 zu erreichen.
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3b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 in einer weiter
fortgeschrittenen Fertigungsphase. D. h., nach dem Strukturieren
der Abstandshalterelemente 316 kann eine weitere Implantation
ausgeführt
worden sein, um damit stark dotierte tiefe Gebiete 307 zu
bilden, woran sich das Vorbereiten des Bauelements 300 für einen
nachfolgenden Silizidierungsprozess anschließt. D. h., freiliegende Bereiche
der Schichten 330 und 313 können entfernt werden, was ebenfalls
vor dem Implantationsprozess erfolgen kann, abhängig von der Prozessstrategie. Zu
diesem Zweck wird eine geeignete Ätzsequenz eingesetzt, beispielsweise
plasmaunterstützte
Prozesse, nasschemische Ätzprozesse
und dergleichen können
dafür eingesetzt
werden. Anschließend
wird eine Silizidierungssequenz ausgeführt, um entsprechende Metallsilizidgebiete 308 in
dem stark dotierten Gebiet 307 und der Polysiliziumleitung 304 herzustellen.
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3c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 in einer weiter
fortgeschrittenen Herstellungsphase. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 300 eine
Kontaktätzstoppschicht 309,
an die sich ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial 310 und
eine Lackmaske 318 anschließen. Ferner unterliegt das Bauelement 300 einem Ätzprozess 360 zur
Herstellung einer Kontaktöffnung 310a in
den dielektrischen Materialien der Schichten 310 und 309.
Wie zuvor erläutert
ist, kann während
des Ätzprozesses 360 die Kontaktätzstoppschicht 309 unter
Umständen
nicht die erforderliche Ätzselektivität bereitstellen,
wodurch auch der Abstandshalter 316 den Einfluss der Ätzchemie
geätzt
werden kann, wobei jedoch auf Grund der erhöhten Ätzresistivität der Ätzstoppschicht 313a ein
Freiliegen des flachen dotierten Gebiets 307e im Wesentlichen
verhindert wird, wodurch die zuvor beschriebenen Vorteile erreicht
werden.
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Es
gilt also: Der hierin offenbarte Gegenstand stellt verbesserte Verfahren
für die
Herstellung von Kontaktöffnungen
und jeweiligen Kontaktstrukturen bereit, um einen Kontaktbereich
für Schaltungselemente
direkt mit einem stark dotierten Bereich eines aktiven Halbleitergebiets
mit einer deutlich geringeren Wahrscheinlichkeit des Freilegens
eines flachen dotierten Bereichs des aktiven Gebiets während des
Kontaktätzschritts
zu verbinden. Zu diesem Zweck wird die Ätzselektivität einer
Abstandshalterstruktur erhöht,
indem in geeignete Weise ein Material mit erhöhter Ätzselektivität darin
in selbstjustierter Weise angeordnet wird, wodurch ein hohes Maß an Prozesskompatibilität mit gut
etablierten CMOS-Prozessstrategien
sichergesellt wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen
wird das Material mit den verbesserten Ätzstoppeigenschaften auf der
Grundlage eines Siliziumnitridmaterials vorgesehen, wobei jedoch
der Anteil an Silizium deutlich erhöht wird, wodurch für das gewünschte größere Ätzstoppvermögen gesorgt
wird. Des weiteren können
gut etablierte Abscheideverfahren eingesetzt werden, wobei in einigen
Fällen
das Abscheiden des zusätzlichen Ätzstoppmaterials
und das Abscheiden einer Abstandshalterschicht in einem gemeinsamen Abscheideprozess
ausgeführt
werden können.
In einigen anschaulichen Aspekten wird das selbstjustierte Bereitstellen
des zusätzlichen Ätzstoppmaterials auf der
Grundlage einer Oberflächenbehandlung
erreicht, etwa einer Plasmabehandlung, eines Implantationsprozesses
beispielsweise unter Anwendung einer geneigten implantationssequenz,
und dergleichen. In einigen Aspekten wird ein im Wesentlichen vollständiges Umschließen eines
Bereichs der Abstandshalterstruktur erreicht, indem das zusätzliche Ätzstoppmaterial
direkt auf freiliegenden Oberflächenbereichen
der Polysiliziumleitung vorgesehen wird. Somit kann die Wahrscheinlichkeit
des Erzeugens von Leckströmen,
beispielsweise in anspruchsvollen RAM-Bereichen von Halbleiterbauelementen, verringert
werden, wodurch auch die Produktionsausbeute und die Produktzuverlässigkeit
erhöht
werden.