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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere p-Kanaltransistoren mit einer Metallgateelektrode mit großem ε, die in einer frühen Fertigungsphase hergestellt wird.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Die Herstellung komplexer integrierter Schaltungen macht es erforderlich, dass eine große Anzahl an Transistoren vorgesehen wird, die das wesentliche Schaltungselement in komplexen integrierten Schaltungen sind. Beispielsweise werden mehrere 100 Millionen Transistoren in gegenwärtig verfügbaren komplexen integrierten Schaltungen aufgebaut. Im Allgemeinen wird eine Vielzahl an Prozesstechnologien aktuell eingesetzt, wobei für komplexe Schaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips und dergleichen, die CMOS-Technologie eine der vielversprechendsten Vorgehensweisen ist auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz. In CMOS-Schaltungen werden komplementäre Transistoren, d. h. p-Kanaltransistoren, und n-Kanaltransistoren zur Erzeugung von Schaltungselementen, etwa von Invertern und anderen logischen Gattern, verwendet, um sehr komplexe Schaltungsanordnungen zu gestalten, etwa CPUs, Speicherchips und dergleichen. Während der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung der CMOS-Technologie werden Millionen von Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren, auf einem Substrat hergestellt, das eine kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein MOS-Transistor oder allgemein ein Feldeffekttransistor enthält, unabhängig davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransistor betrachtet wird, sogenannte pn-Übergänge, die durch eine Grenzfläche stark dotierter Drain- und Source/Gebiete und einem invers oder schwach dotierten Kanalgebiet gebildet sind, das zwischen dem Draingebiet und dem Sourcegebiet angeordnet ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets, d. h. der Durchlassstrom des leitenden Kanals, ist durch eine Gateelektrode gesteuert, die in der Nähe des Kanalgebiets angeordnet und davon durch eine dünne isolierende Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit des Kanalgebiets beim Aufbau eines leitenden Kanals auf Grund des Anlegens einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode hängt von der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Ladungsträger und – für eine gegebene Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem Abstand zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet ab, der auch als Kanallänge bezeichnet wird. Somit ist die Verringerung der Kanallänge – und damit verknüpft die Verringerung des Kanalwiderstands – ein wichtiges Entwurfskriterium, um eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit integrierter Schaltungen zu erreichen.
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Die kontinuierliche Verringerung der Transistorabmessungen bringt jedoch eine Reihe von Problemen mit sich, die es zu lösen gilt, um nicht in unerwünschter Weise die Vorteile aufzuheben, die durch das stetige Verringern der Kanallänge von MOS-Transistoren erreicht werden. Beispielsweise sind sehr komplexe Dotierstoffprofile in vertikaler Richtung und in der lateralen Richtung in den Drain- und Sourcegebieten erforderlich, um einen geringen Schichtwiderstand und Kontaktwiderstand in Verbindung mit einer gewünschten Kanalsteuerbarkeit zu erreichen.
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Bei einer geringeren Kanallänge ist im Allgemeinen ein flaches Dotierstoffprofil in den Drain- und Sourcegebieten erforderlich, wobei dennoch eine moderat hohe Dotierstoffkonzentration im Hinblick auf das Erzeugen eines geringen Reihenwiderstandes notwendig ist, der somit zu einem gewünschten Durchlassstrom in Verbindung mit einem kürzeren Kanal führt. Ein flaches Dotierstoffprofil in Verbindung mit einem insgesamt geringen Drain- und Sourcewiderstand wird typischerweise realisiert, indem sogenannte Drain- und Sourceerweiterungsgebiete erzeugt werden, die sehr flache dotierte Bereiche repräsentieren, die sich unter die Gateelektrodenstruktur erstrecken, um in geeigneter Weise eine Verbindung zu dem Kanalgebiet herzustellen. Andererseits wird ein größerer lateraler Abstand in Bezug auf das Kanalgebiet auf der Basis geeignet gestalteter Seitenwandabstandshalter erzeugt, die als Implantationsmasken zur Erzeugung der eigentlichen Drain- und Sourcegebiete mit einer gewünschten hohen Dotierstoffkonzentration und mit einer größeren Tiefe im Vergleich zu den Drain- und Sourceerweiterungsgebieten verwendet werden. Durch geeignetes Auswählen der Größe der Drain- und Sourceerweiterungsgebiete kann somit die Kanalsteuerbarkeit bei Transistoren mit sehr kurzem Kanal beibehalten werde, während auch ein gewünschter geringer Gesamtreihenwiderstand bei der Anbindung der Drain- und Sourcegebiete an das Kanalgebiet erreicht wird. Daher ist für ein gewünschtes Leistungsverhalten komplexer Transistorelemente ein gewisser Grad an Überlappung der Drain- und Sourceerweiterungsgebiete und der Gateelektrode wünschenswert, um eine geringe Schwellwertspannung und einen hohen Durchlassstrom zu erhalten. Der Überlapp der Drain- und Sourceerweiterungsgebiete mit der Gateelektrode erzeugt eine spezielle kapazitive Kopplung, die auch als Miller-Kapazität bezeichnet wird. Typischerweise wird eine gewünschte Miller-Kapazität auf der Grundlage von Implantationsprozessen eingestellt, in denen die Drain- und Sourcedotiermittel eingeführt werden, um die grundlegende Konfiguration der Drain- und Sourceerweiterungsgebiete zu erzeugen, wobei die endgültige Form dieser Gebiete dann auf der Grundlage einer Sequenz aus Ausheizprozessen eingestellt wird, in denen implantationsabhängige Schäden rekristallisiert werden und auch ein gewisser Grad an Dotierstoffdiffusion auftritt, wodurch die resultierende Miller-Kapazität letztlich bestimmt ist.
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Beim stetigen Verringern der Kanallänge von Feldeffekttransistoren ist allgemein eine größere kapazitive Kopplung erforderlich, um die Steuerbarkeit des Kanalgebiets aufrecht zu erhalten, wodurch typischerweise eine Anpassung einer Dicke und/oder Materialzusammensetzung des Gatedielektrikumsmaterials erforderlich ist. Beispielsweise ist für eine Gatelänge von ungefähr 80 nm ein Gatedielektrikumsmaterial auf der Grundlage von Siliziumdioxid mit einer Dicke von weniger als 2 nm in Hochgeschwindigkeitstransistoren erforderlich, was jedoch zu erhöhten Leckströmen führen kann, die durch das Einprägen energiereicher Ladungsträger und das direkte Tunneln von Ladungsträgern durch das äußerst dünne Gatedielektrikumsmaterial hervorgerufen werden. Da eine weitere Verringerung der Dicke von siliziumdixodbasierten Gatedielektrikumsmaterialien zunehmend inkompatibel ist mit den thermischen Leistungsanforderungen in komplexen integrierten Schaltungen, wurden Alternativen entwickelt, um die Ladungsträgerbeweglichkeit in dem Kanalgebiet zu erhöhen, wodurch das gesamte Verhalten von Feldeffekttransistoren verbessert wird. Ein vielversprechender Ansatz in dieser Hinsicht ist die Erzeugung einer gewissen Art an Verformung in dem Kanalgebiet, da die Ladungsträgerbeweglichkeit in Silizium wesentlich von den Verformungsbedingungen des kristallinen Materials abhängt. Beispielsweise führt in einer standardmäßigen Kristallkonfiguration des siliziumbasierten Kanalgebiets eine kompressive Verformungskomponente in einem p-Kanaltransistor zu einer höheren Beweglichkeit der Löcher, wodurch die Schaltgeschwindigkeit und der Durchlassstrom eines p-Kanaltransistors verbessert werden. Die gewünschte kompressive Verformungskomponente wird gemäß gut etablierter Lösungen erreicht, indem ein verformungsinduzierendes Halbleitermaterial etwa in Form einer Silizium/Germanium--Mischung oder Legierung in das aktive Gebiet des p-Kanaltransistors eingebaut wird. Nach der Herstellung der Gateelektrodenstruktur werden beispielsweise entsprechende Aussparungen lateral benachbart zu der Gateelektrodenstruktur in dem aktiven Gebiet hergestellt und diese werden mit der Silizium/Germanium-Legierung gefüllt, die, wenn sie auf dem Siliziummaterial aufwächst, einen inneren verformten Zustand einnimmt, der wiederum eine entsprechende kompressive Verformungskomponente in dem benachbarten Kanalgebiet hervorruft. Es wurden daher viele Prozessstrategien in der Vergangenheit entwickelt, um ein stark verformtes Silizium/Germanium-Material in die Drain- und Sourcebereiche von p-Kanaltransistoren einzubauen, wobei jedoch auch entsprechende Anpassungen im Hinblick auf das Erreichen eines gewünschten lateralen und vertikalen Dotierstoffprofils für die Drain- und Sourcegebiete und die zugehörigen Erweiterungsgebiete notwendig sind, da beispielsweise Bor, das häufig als ein p-Dotiermittel verwendet wird, ein deutlich anderes Diffusionsverhalten in einem Silizium/Germanium-Material aufweist im Vergleich zu einem siliziumbasierten Material. D. h., in einem Silizium/Germanium-Material mit einer Germanium-Konzentration von ungefähr 20 Atomprozent oder höher ist die Diffusionsaktivität der Boratome deutlich geringer im Vergleich zu Silizium, was berücksichtigt werden muss, wenn die gesamten Transistoreigenschaften eingestellt werden. Beispielsweise werden typischerweise die Drain- und Sourceerweiterungsgebiete so gebildet, dass diese innerhalb eines Siliziummaterials liegen, so dass die Miller-Kapazität auf der Grundlage der Diffusionseigenschaften im Siliziummaterial eingestellt werden kann, so dass die erforderliche Überlappung der Drain- und Sourceerweiterungsgebiete mit der Gateelektrodenstruktur erreicht wird, ohne dass die geringere Diffusionsaktivität in einem Silizium/Germanium-Material berücksichtigt werden muss.
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Während der ständigen Verringerung der kritischen Abmessungen von Transistoren wurde auch eine geeignete Anpassung der Materialzusammensetzung des Gatedielektrikumsmaterials so vorgeschlagen, dass eine physikalisch geeignete Dicke eines Gatedielektrikumsmaterials, d. h. zum Reduzieren der Gateleckströme, dennoch eine gewünschte hohe kapazitive Kopplung ermöglicht. Es wurden daher Materialsysteme vorgeschlagen, die eine deutlich höhere Dielektrizitätskonstante im Vergleich zu den konventionell verwendeten siliziumdioxidbasierten Materialien besitzt, etwa Siliziumoxinitridmaterialien und dergleichen. Beispielsweise besitzen Materialien mit Hafnium, Zirkon, Aluminium und dergleichen eine deutlich höhere Dielektrizitätskonstante und werden daher als dielektrische Materialien mit großem ε bezeichnet, die als Materialien zu verstehen sind, die eine Dielektrizitätskonstante von 10,0 oder höher aufweisen, wenn dies gemäß typischer Messtechniken ermittelt wird. Bekanntlich hängen die elektronischen Eigenschaften der Transistoren auch wesentlich von der Austrittsarbeit des Gateelektrodenmaterials ab, das die Bandstruktur des Halbleitermaterials in dem Kanalgebiet beeinflusst, das von dem Gateelektrodenmaterial durch das Gatedielektrikumsmaterial getrennt ist. In gut etablierten polysilizium/siliziumdioxidbasierten Gateelektrodenstrukturen wird die entsprechende Schwellwertspannung, die wesentlich durch das Gatedielektrikumsmaterial und das benachbarte Elektrodenmaterial beeinflusst wird, eingestellt, indem das Polysiliziummaterial geeignet dotiert wird, um damit die Austrittsarbeit des Polysiliziummaterials an der Grenzfläche zwischen dem Gatedielektrikumsmaterial und dem Elektrodenmaterial einzustellen. In ähnlicher Weise muss auch in Gateelektrodenstrukturen mit einem Gatedielektrikumsmaterial mit großem ε die Austrittsarbeit entsprechend für n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren eingestellt werden, wodurch geeignet ausgewählte austrittsarbeitseinstellende Metallsorten, etwa Lanthan für n-Kanaltransistoren und Aluminium für p-Kanaltransistoren, erforderlich sind. Aus diesem Grunde werden entsprechende metallenthaltende leitende Materialien nahe an dem Gatedielektrikumsmaterial mit großem ε angeordnet, um eine geeignet gestaltete Grenzfläche zu erzeugen, die zu der gewünschten Austrittsarbeit der Gateelektrodenstruktur führt. In vielen konventionellen Vorgehensweisen wird die Einstellung der Austrittsarbeit in einer sehr späten Phase vorgenommen, d. h. nach jeglichen Hochtemperaturprozessen, wobei das Setzen eines Platzhaltermaterials der Gateelektrodenstrukturen, etwa von Polysilizium, und das Einbauen einer geeigneten austrittsarbeitseinstellenden Sorte in Verbindung mit einem Elektrodenmetall, etwa Aluminium und dergleichen, erforderlich ist. In diesem Falle ist jedoch eine sehr komplexe Strukturierungs- und Abscheideprozesssequenz auf der Grundlage von Gateelektrodenstrukturen mit kritischen Abmessungen von 50 nm und deutlich weniger erforderlich, was zu ernsthaften Fluktuationen der resultierenden Transistoreigenschaften führen kann.
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Daher wurden andere Prozessstrategien entwickelt, in denen die austrittsarbeitseinstellende Materialien in einer frühen Fertigungsphase bereitgestellt werden, d. h. beim Herstellen der Gateelektrodenstrukturen, wobei die jeweiligen Metallsorten thermisch stabilisiert und eingekapselt werden, um die gewünschte Austrittsarbeit und somit Schwellwertspannung der Transistoren zu erhalten, ohne dass durch die weitere Bearbeitung ein unerwünschter Einfluss erfolgt. Zu diesem Zweck erweist es sich, dass für p-Kanaltransistoren eine geeignete Anpassung der Bandlücke des Kanalhalbleitermaterials erforderlich ist, um in geeigneter Weise die Austrittsarbeit der p-Kanaltransistoren festzulegen. Aus diesem Grunde wird häufig ein sogenanntes schwellwerteinstellendes Halbleitermaterial, etwa in Form einer Silizium/Germaniummischung, auf den aktiven Gebieten der p-Kanaltransistoren hergestellt, bevor die Gateelektrodenstrukturen gebildet werden, wodurch der gewünschte Abstand in der Bandlücke des Kanalhalbleitermaterials erreicht wird. Obwohl dieses Konzept ein vielversprechender Ansatz für die Herstellung komplexer Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε in einer frühen Fertigungsphase ist, kann die Einstellung der Transistoreigenschaften schwierig sein auf der Grundlage konventioneller Strategien auf Grund der Anwesenheit des Kanal-Silizium-Germanium-Materials, wie dies detaillierter mit Bezug zu den 1a bis 1d erläutert ist.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 100 mit einem Substrat 101 und einer siliziumbasierten Halbleiterschicht 102. Die Halbleiterschicht 102 enthält „aktive” Gebiete, etwa ein Halbleitergebiet 102a, das lateral durch eine Isolationsstruktur 102b abgegrenzt ist, die etwa in Form einer flachen Grabenisolation vorgesehen ist. Die flache Grabenisolation 102b ist aus beliebigen geeigneten isolierendem Material aufgebaut, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen. Zu beachten ist, dass ein aktives Gebiet, etwa das Halbleitergebiet 102a, als ein Halbleitergebiet zu verstehen ist, in und über welchem ein oder mehrere Transistoren herzustellen sind. Beispielsweise repräsentiert ein Transistor 150, der in einer frühen Fertigungsphase gezeigt ist, einen p-Kanaltransistor des Bauelements 100, wobei der Transistor auf der Grundlage des Halbleitergebiets 102a zu erzeugen ist. Folglich enthält in dieser Fertigungsphase der Transistor 150 eine Wannendotiersorte bzw. Potentialtopfsorte (nicht gezeigt), die dem Halbleitergebiet 102a eine gewünschte grundlegende Leitfähigkeitsart, beispielsweise eine n-Leitfähigkeitsart, verleiht. Wie ferner zuvor erläutert ist, ist ein schwellwerteinstellendes Halbleitermaterial 103 in Form einer Silizium/Germanium-Legierung, d. h. in Form einer kristallinen Silizium/Germanium-Mischung, auf dem Halbleitermaterial 102a gebildet und ist als ein Teil des aktiven Gebiets des Transistors 150 zu betrachten. Das Silizium/Germanium-Material 103, das auch als ein schwellwerteinstellendes Halbleitermaterial bezeichnet wird, besitzt eine spezielle Dicke und Materialzusammensetzung, d. h. eine Germaniumkonzentration, um einen gewünschten Abstand der Bandlücke zu erhalten, wie dies zuvor erläutert ist. Beispielsweise besitzt das Material 103 eine Dicke von ungefähr 0,8 bis mehrere nm bei einer Germaniumkonzentration von ungefähr 20 bis 30 Atomprozent. Der Transistor 150 umfasst ferner eine Gateelektrodenstruktur 160, die wiederum ein Gatedielektrikumsmaterial, beispielsweise in Form einer ersten Schicht 161 und einer zweiten Schicht 162 aufweist, etwa in Form eines Siliziumoxinitridmaterials für die Schicht 161 in Verbindung mit einem dielektrischen Material mit großem ε, etwa Hafniumoxid, Siliziumoxinitrid/Hafniummischung, und dergleichen. Ferner ist ein leitendes Deckmaterial 164, das typischerweise auch eine austrittsarbeitseinstellende Sorte aufweist, etwa Aluminium, über dem Gatedielektrikumsmaterial 162 gebildet, woran sich ein weiteres Elektrodenmaterial 165 anschließt, etwa amorphes oder polykristallines Silizium. Es sollte beachtet werden, dass insbesondere das Deckmaterial 164 mit der austrittsarbeitseinstellenden Sorte in Form eines Materialschichtstapels vorgesehen werden kann, der mehrere Materialien, etwa Titannitrid, Aluminium und dergleichen, aufweist. In anderen Vorgehensweisen wird die Austrittsarbeitsmetallsorte zumindest in eine der dielektrischen Materialien 161 und 162 eingebaut, beispielsweise in das Material 162, wodurch Ladungen, etwa Dipolladungen erzeugt werden. In diesem Falle kann das Deckmaterial in Form eines beliebigen gewünschten Elektrodenmaterials vorgesehen werden. Ferner umfasst die Gateelektrodenstruktur 160 eine Abstandshalterstruktur 166, beispielsweise mit einer Oxidbeschichtung (nicht gezeigt) in Verbindung mit einem Siliziumnnitridabstandshalter, wodurch die Seitenwände empfindlicher Materialien, etwa der Schichten 161, 162 und 164 zuverlässig eingeschlossen werden. Ferner ist eine dielektrische Deckmaterialschicht, etwa ein Siliziumnitridmaterial, auf der Oberseite des Elektrodenmaterials 165 gebildet.
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Das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Fertigungstechnik hergestellt werden. Beispielsweise wird das aktive Gebiet 102a erzeugt, indem die Isolationsstruktur 102b vorgesehen wird und indem gewünschte Wannendotierstoffsorten implantiert werden. Daraufhin wird das schwellwerteinstellende Halbleitermaterial 103 durch epitaktische Aufwachstechniken hergestellt, beispielsweise durch Bilden einer Maskenschicht, etwa einer Siliziumdioxidschicht, auf aktiven Gebieten, die das Material 103 nicht benötigen, und durch Ausführen eines selektiven Abscheideprozesses, in welchem die Materialscheidung im Wesentlichen auf freiliegende kristalline Siliziumbereiche beschränkt ist, etwa auf das Halbleitergebiet 102a. Als nächstes werden Maskenmaterialien entfernt und der komplexe Gateschichtstapel wird durch geeignete Abscheidetechniken aufgebracht. Daraufhin wird eine komplexe Lithographie- und Strukturierungsprozesssequenz angewendet, um die Materialien 165, 164, 162 und 161 mit der gewünschten Gatelänge zu erzeugen, d. h. in 1a die horizontale Erstreckung dieser Materialien, die 50 nm und weniger in komplexen Halbleiterbauelementen betragen kann. Auch wird die dielektrische Deckschicht 167 zusammen mit dem Elektrodenmaterial 165 strukturiert. Als nächstes werden Aussparungen 102c in dem aktiven Gebiet 102a hergestellt, um darin eine verformungsinduzierende Silizium/Germanium-Legierung einzubauen, wie dies zuvor erläutert ist. Zu diesem Zweck wird eine Abstandshalterschicht abgeschieden, beispielsweise in Verbindung mit dem Bereitstellen einer Siliziumoxidbeschichtung, und das Abstandshaltermaterial wird selektiv in das Abstandshalterelement 166 strukturiert, während in anderen Bereichen, in denen die verformungsinduzierende Halbleiterlegierung nicht erforderlich ist, die Abstandshalterschicht beibehalten wird. Daraufhin werden geeignete Ätztechniken angewendet, um durch den freiliegenden Bereich des Materials 103 in das Gebiet 102a zu ätzen, wodurch die Aussparungen 102c erzeugt werden.
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1b zeigt schematisch das Bauelement 100 mit einer Silizium/Germanium-Legierung 104, die in dem Halbleitergebiet 102a gebildet ist, wobei eine kompressive Verformung in einem Kanalgebiet 151 erzeugt wird. Das Halbleitermaterial 104 kann mittels eines selektiven epitaktischen Aufwachsprozesses hergestellt werden, wobei eine Germaniumkonzentration von bis zu 35 Atomprozent oder höher gemäß den verfügbaren Abscheidetechniken erreicht wird, wodurch eine gewünschte hohe kompressive Verformungskomponente erzeugt wird. Folglich wird das Material 104 so gewählt, dass die gewünschte Verformungskomponente erreicht wird, während das schwellwerteinstellende Material 103, das einen Teil des Kanalgebiets 151 repräsentiert, zu einer gewünschten Bandlückenverschiebung führt, um damit die gewünschte Schwellwertspannung in Verbindung mit der Austrittsarbeit der Materialschicht 164 und in Verbindung mit den Eigenschaften der Gatedielektrikumsmaterialien 161, 162 zu erreichen.
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1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100, wenn ein Implantationsprozess 105 ausgeführt wird, um Drain- und Sourcedotierstoffe in das Halbleitergebiet 102a einzuführen, um damit einen grundlegenden Aufbau von Drain- und Sourceerweiterungsgebieten 152 zu erzeugen. Typischerweise wird eine Borimplantationssorte während des Implantationsprozesses 105 eingeführt, wobei die Implantationsdosis so gewählt ist, dass eine gewünschte hohe Konzentration für die Drain- und Sourceerweiterungsgebiete 152 erreicht wird, um den Gesamtwiderstand zu verringern, aber dennoch das Einprägen energiereicher Ladungsträger und dergleichen zu vermeiden. Ferner wird die Implantationsenergie so gesteuert, dass eine gewünschte geringe Eindringtiefe erreicht wird, wie dies für den gesamten Transistorbetrieb erforderlich ist. Daher werden die Drain- und Sourceerweiterungsgebiete 152 in dem Material 104 und in einem Bereich des Materials 103 gebildet, was jedoch zu einem deutlich unterschiedlichen Diffusionsverhalten im Vergleich zu einem Siliziummaterial führen kann, das weiterhin unter dem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial 103 angeordnet ist. Beim Anwenden ähnlicher Implantationsdosiswerte, wie sie typischerweise für komplexe Transistoren auf der Grundlage einer Polysilizium/Silizium/Oxinitridgateelektrodenstruktur angewendet werden, d. h. ohne dass Halbleitermaterial 103, kann somit die geringere Diffusionsaktivität der Dotierstoffe in den Drain- und Sourceerweiterungsgebieten 152 nach dem Implantieren zu einer geringeren Dotierstoffdiffusion und somit zu einem geringeren Überlapp mit der Gateelektrodenstruktur 160 führen. Auf Grund der geringeren Miller-Kapazität können daher die entsprechende Schwellwertspannung und andere Transistoreigenschaften zu einem beeinträchtigten Gesamtleistungsverhalten des Transistors 150 führen. Folglich wird in einigen Vorgehensweisen die Implantationsdosis während des Prozesses 105 erhöht, beispielsweise bis zum zwei- oder dreifachen der Dosis in konventionellen komplexen Polysilizium/Siliziumoxidnitrid-Bauelementen, um der geringeren Diffusionsaktivität Rechnung zu tragen. Nach dem Implantationsprozess 105 und nach jeglichen Halo-Implantationsprozessen, d. h. einem Implantationsprozess zum Einführen einer Dotierstoffsorte in das Halbleitergebiet 102a unterhalb des Kanalgebiets 151 zur lokalen Erhöhung der jeweiligen Dotierstoffkonzentration, wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem eine zusätzliche Seitenwandabstandshalterstruktur geschaffen wird, die für einen größeren lateralen Abstand zum Ausführen weiterer Implantationsprozesse sorgt, um die Drain- und Sourcegebiete in das aktive Gebiet 102a zu implantieren.
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1d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 mit einer Seitenwandabstandshalterstruktur 154 und Drain- und Sourcegebieten 152, die auf der Grundlage der Struktur 154 hergestellt sind, wie dies auch zuvor beschrieben ist. Des weiteren unterliegt das Bauelement 100 einem oder mehreren Ausheizprozessen 106, um den gewünschten Grad an Dotierstoffdiffusion zu erhalten und um die Dotiermittel zu aktivieren. Beispielsweise können geeignete kurzzeitige Ausheiztechniken, möglicherweise in Verbindung mit extrem schnellen lasergestützten oder blitzlichtgestützten Ausheizprozessen angewendet werden. Somit wird das endgültige Dotierstoffprofil während des Ausheizprozesses oder der Prozesse 106 erhalten, wobei jedoch, wie zuvor erläutert ist, auf Grund der Anwesenheit des Materials 103, das die Diffusionsaktivität des p-Dotiermittels verringert, ein geringerer Überlapp der Erweiterungsgebiete 152 erzeugt wird, wie dies durch die durchgezogene Linie 152r angegeben ist, wenn eine standardmäßige Implantationsdosis während des Implantationsprozesses 105 aus 1c verwendet wurde. Andererseits kann ein größerer Überlapp in dem Material 103 erreicht werden, wenn eine größere Dotierstoffkonzentration für die Erweiterungsgebiete 152 verwendet wird, wie dies durch die gestrichelte Linie 152t angezeigt ist, wobei jedoch auch die Dotierstoffsorte in dem Siliziumbereich des Kanalgebiets 151 diffundieren kann, in welchem die Dotierstoffsorte eine deutlich höhere Diffusionsaktivität besitzt, woraus sich eine erhöhte Dotierstoffkonzentration in oder unter dem Kanalgebiet 151 ergibt. Die erhöhte p-Dotierstoffkonzentration in diesem Bereich kann jedoch zu zusätzlichen Transistorleckströmen führen und kann auch die Wahrscheinlichkeit eines Durchschlags erhöhen. Daher kann die Dotierstoffkonzentration für die Erweiterungsgebiete 152 und somit auch für die Drain- und Sourcegebiete 153 nicht willkürlich erhöht werden.
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Folglich kann das nicht optimierte Dotierstoffprofil nach der Herstellung der Drain- und Sourceerweiterungsgebiete 152 und der Drain- und Sourcegebiete 153 auf der Grundlage einer erhöhten Dotierstoffkonzentration eine Vorgehensweise zum Einstellen der Schwellwertspannung der Transistoren 150 auf der Grundlage des Materials 103 wenig attraktiv machen auf Grund der erhöhten Leckströme und des Risikos eines Durchschlags.
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Die
US 7 612 421 B2 zeigt den konventionellen Einsatz diffusionsblockierender Schichten.
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Im Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Transistorelemente und Fertigungstechniken bereitzustellen, in denen die Schwellwertspannung in einer frühen Fertigungsphase auf der Grundlage einer Metallgateelektrode mit großem ε eingestellt wird, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert wird.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente mit p-Kanaltransistoren und entsprechende Fertigungstechniken bereit, um diese herzustellen, wobei die Austrittsarbeit einer Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε auf der Grundlage eines schwellwerteinstellenden Halbleitermaterials eingestellt wird, wobei dennoch eine moderat hohe Dotierstoffkonzentration von Drain- und Sourceerweiterungsgebieten und auch in den Drain- und Sourcegebieten ermöglicht wird. Dazu wird das Diffusionsverhalten der p-Dotierstoffsorte in dem Siliziummaterial außerhalb des schwellwerteinstellenden Halbleitermaterials, und in einigen anschaulichen Ausführungsformen außerhalb einer verformungsinduzierenden Halbleiterlegierung, modifiziert, indem eine Diffusionsblockiersorte oder diffusionshindernde Sorte vorgesehen wird, wodurch ein unerwünschter Einbau der p-Dotierstoffsorte in die Siliziumbereiche des aktiven Gebiets und insbesondere des Kanalgebiets des p-Transistors unterdrückt wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die Anwesenheit einer Diffusionsblockiersorte auf die Siliziumbereiche beschränkt, während in anderen Bereichen, etwa Silizium/Germanium-Bereichen und dergleichen, die Diffusionsblockiersorte nicht eingebaut wird. Auf diese Weise kann die gewünschte hohe Dotierstoffkonzentration in dem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial und in dem verformungsinduzierenden Halbleitermaterial, falls dieses vorgesehen ist, erhalten werden, was zu einem gewünschten sehr effizienten Dotierstoffprofil führt. In einigen anschaulichen hierin beschriebenen Aspekten wird die diffusionsblockierende Sorte, beispielsweise Fluor und dergleichen, in das aktive Gebiet eingebaut, ohne dass zusätzliche Lithographieschritte erforderlich sind.
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Ein anschauliches hierin beschriebenes Verfahren umfasst das Einführen einer Diffusionsblockiersorte in ein Halbleitergebiet eines p-Kanaltransistors. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines schwellwerteinstellenden Halbleitermaterials zum Halbleitergebiet, das die Diffusionsblockiersorte enthält. Des weiteren umfasst das Verfahren das Bilden einer Gateelektrodenstruktur auf dem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial, wobei die Gateelektrodenstruktur ein Gatedielektrikumsmaterial aufweist, das ein Elektrodenmaterial der Gateelektrodenstruktur von einem Kanalgebiet in dem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial trennt. Ferner umfasst das Verfahren das Einführen von Dotiermitteln für Drain- und Sourceerweiterungsgebiete und Drain- und Sourcegebiete und das Ausheizen des p-Kanaltransistors unter Anwendung der Diffusionsblockierwirkung zur Unterdrückung einer Dotierstoffdiffusion unter das Kanalgebiet.
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Ein weiteres anschauliches hierin beschriebenes Verfahren betrifft die Herstellung eines p-Kanaltransistors. Das Verfahren umfasst das Ausführen eines ersten Implantationsprozesses, um eine Wannendotierstoffsorte in ein aktives Gebiet des p-Kanaltransistors unter Anwendung einer Implantationsmaske einzubauen. Das Verfahren umfasst ferner das Ausführen eines zweiten Implantationsprozesses, um eine diffusionsblockierende Substanz in das aktive Gebiet einzubauen. Ferner wird ein Ausheizprozess ausgeführt, um die Wannendotierstoffsorte zu aktivieren, um die diffusionsblockierende Sorte zu stabilisieren. Des weiteren umfasst das Verfahren das bilden eines Halbleitermaterials auf dem aktiven Gebiet und das Bilden einer Gateelektrodenstruktur auf dem Halbleitermaterial. Zudem umfasst das Verfahren das Bilden von Drain- und Sourceerweiterungsgebieten und Drain- und Sourcegebieten in dem aktiven Gebiet benachbart zu der Gateelektrodenstruktur.
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Ein anschaulicher p-Kanaltransistor wie er hierin beschrieben ist, umfasst ein aktives Gebiet, das auf einem Substrat gebildet ist, wobei das aktive Gebiet ein dotiertes Siliziumbasismaterial und ein schwellwerteinstellendes Halbleitermaterial aufweist. Das Siliziumbasismaterial umfasst eine Wannendotierstoffsorte und eine Diffusionsblockiersorte. Der p-Kanaltransistor umfasst ferner eine Gateelektrodenstruktur, die auf dem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial gebildet ist, und Drain- und Sourceerweiterungsgebiete, die auf dem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial gebildet sind. Des weiteren umfasst der p-Kanaltransistor Drain- und Sourcegebiete, die in dem aktiven Gebiet ausgebildet sind und mit den Drain- und Sourceerweiterungsgebieten verbunden sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diverse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1a bis 1d schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung eines p-Kanaltransistors auf der Grundlage einer Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε und eines schwellwerteinstellenden Halbleitermaterials gemäß konventioneller Strategien zeigen; und
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2a bis 2j schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung eines p-Kanaltransistors mit einer komplexen Gateelektrodenstruktur und einem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial gemäß anschaulicher Ausführungsformen zeigen.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen p-Kanaltransistoren auf der Grundlage eines zusätzlichen Halbleitermaterials hergestellt werden, das auf den aktiven Gebieten vor dem Strukturieren der Gateelektrodenstrukturen erzeugt wird, um in geeigneter Weise die Schwellwertspannung des p-Kanaltransistors einzustellen. Das unterschiedliche Diffusionsverhalten dieses zusätzlichen Halbleitermaterials, das auch als ein schwellwerteinstellendes Halbleitermaterial bezeichnet wird, kann effizient berücksichtigt werden, indem eine Diffusionsblockiersorte oder eine nicht dotierende Sorte in geeigneter Weise angeordnet wird, die das Wandern oder die Diffusion eines p-Dotiermittels von dem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial in das Siliziummaterial behindert oder deutlich verringert. Auf diese Weise kann eine gewünschte hohe Dotierstoffkonzentration in dem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial bereitgestellt werden, wobei dennoch ein gewünschtes Gesamtdotierstoffprofil erreicht wird, das unerwünschte Leckströme und eine hohe Wahrscheinlichkeit von Durchschlagsereignissen vermeidet. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird ein verformungsinduzierendes Halbleitermaterial in das aktive Gebiet eingebaut, wobei die nicht dotierende Sorte oder die Diffusionsblockiersorte auch eine Diffusion der Dotierstoffsorte in das benachbarte Siliziummaterial unterdrücken kann, wodurch in effizienter Weise die p-Dotierstoffsorte eingeschlossen wird, wodurch auch hohe Dotierstoffkonzentrationen in den Drain- und Sourcegebieten ermöglicht werden, was beispielsweise vorteilhaft ist im Hinblick auf die Gesamtleitfähigkeit der Drain- und Sourcegebiete und was auch den resultierenden Widerstand zwischen dem Nickelsilizidmaterial und den Drain- und Sourcegebieten verringern kann, da eine hohe Dotierstoffkonzentration wesentlich die Schottky-Barriere an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitermaterial und dem Nickelsilizid verringern kann. Somit werden in einigen anschaulichen Ausführungsformen komplexe Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε bereitgestellt und deren Austrittsarbeit wird in einer frühen Fertigungsphase auf der Grundlage des schwellwerteinstellenden Halbleitermaterials eingestellt, wobei dennoch ein gewünschtes Dotierstoffprofil erhalten wird.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2j werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf die 1a bis 1d verwiesen wird.
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2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200 mit einem Substrat 201 und einer Halbleiterschicht 202, die im Wesentlichen aus Siliziummaterial zumindest in einer anfänglichen Fertigungsphase aufgebaut ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Halbleiterschicht 202 auch weitere Substanzen aufweisen kann, etwa Dotierstoffe, unbeabsichtigt eingeführte Verunreinigungen und dergleichen. Des weiteren können das Substrat 201 und die Halbleiterschicht 202 eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration repräsentieren, wenn eine vergrabene isolierende Materialschicht (nicht gezeigt) zwischen dem Substrat 201 und der Halbleiterschicht 202 ausgebildet ist. in anderen Fällen steht die Halbleiterschicht 202 mit einem kristallinen Material des Substrats 201, etwa einem Siliziummaterial, in Verbindung. Ferner enthält in der gezeigten Fertigungsphase die Halbleiterschicht 202 Isolationsstrukturen 202b, beispielsweise in Form einer flachen Grabenisolation und dergleichen, die laterale Halbleitergebiete, etwa ein Halbleitergebiet 202a, begrenzen. In der gezeigten Ausführungsform repräsentiert das Halbleitergebiet 202a das aktive Gebiet eines p-Kanaltransistors, der noch herzustellen ist. Ferner ist zu beachten, dass jeglichen Kriterien von Komponenten, wie sie mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben sind, auch für die Komponenten des Bauelements 200 zutreffen, die bislang beschrieben sind. Ferner ist in der gezeigten Fertigungsphase eine Implantationsmaske 206, etwa eine Lackmaske, vorgesehen, so dass diese das aktive Gebiet 202a freilässt. Wie zuvor erläutert ist, kann die Implantationsmaske 206 andere aktive Gebiete, etwa aktive Gebiete von n-Kanaltransistoren, abdecken.
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Das in 2a gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden, wie dies auch beispielsweise zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben ist. Nach der Herstellung der Implantationsmaske 206 wird ein erster Implantationsprozess 207 ausgeführt, um eine gewünschte Wannendotierstoffsorte bzw. Potentialtopfdotiersorte, d. h. eine n-Dotierstoffsorte, einzuführen. Zu diesem Zweck können beliebige gut etablierte Implantationstechniken während des Prozesses 207 angewendet werden.
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2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es einem weiteren Implantationsprozess 208 unterliegt, in welchem eine Diffusionsblockiersorte 208a in das aktive Gebiet 202a eingeführt wird, in diesem Zusammenhang ist eine Diffusionsblockiersorte als eine Substanz zu verstehen, die nach Eibau in das aktive Gebiet 202a die Diffusion einer p-Dotierstoffsorte wesentlich verringert, die noch in das aktive Gebiet 202a einzubauen ist. Beispielsweise kann eine maximale Konzentration von ungefähr 1016 bis 1017 der Sorte 208a in dem aktiven Gebiet 202a zu einer Verringerung der mittleren Diffusionslänge für eine gegebene thermische Behandlung, wie sie während des Ausheizens von Drain- und Sourcegebieten angewendet wird, von ungefähr 50% und mehr im Vergleich zur mittleren Diffusionslänge der p-Dotierstoffsorte in dem aktiven Gebiet 202a führen, wenn die Sorte 208a nicht vorgesehen ist. Beispielsweise ist Fluor ein effizientes Diffusionsblockiermittel, da angenommen wird, dass die Bordiffusion in einem kristallinen Siliziummaterial mittels Zwischengitterplätze stattfindet. Durch Einbau der Fluorsorte wird somit eine große Anzahl der Zwischengitterplätze belegt, die dann nicht mehr für die Bordiffusion verfügbar sind. Folglich können geeignete Konzentrationen für ein entsprechendes Diffusionsblockiermittel durch Experimente bestimmt werden, um damit einen gewünschten Grad an Diffusionsblockierwirkung zu erreichen. Beispielsweise kann unter Anwendung der oben genannten Konzentrationsbereiche eine Diffusion von Bor in dem Siliziummaterial des aktiven Gebiets 202a vernachlässigbar sein im Vergleich zu der Diffusion von Bor mit einem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial, das noch herzustellen ist.
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Es sollte beachtet werden, dass in anderen anschaulichen Ausführungsformen andere Diffusionsblockiersorten oder nicht dotierende Sorten, etwa Stickstoff, Kohlenstoff und dergleichen in das aktive Gebiet 202a eingebaut werden können, wobei, wie zuvor erläutert ist, eine geeignete Konzentration dieser Sorten auf der Grundlage von Experimenten festgelegt wird.
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Es sollte beachtet werden, dass geeignete Prozessparameter für den Implantationsprozess 208 effizient auf der Grundlage von Simulation, Experimenten und dergleichen ermittelt werden können, um damit eine homogene Verteilung der Sorte 208a in dem Halbleitergebiet 202a zu erreichen. in der in 2b gezeigten Ausführungsform wird die Implantation 208 unter Anwendung der gleichen Implantationsmaske 206 ausgeführt. Folglich können zusätzliche Lithographieschritte vermieden werden. Es sollte beachtet werden, dass die Implantationsprozesse 207 und 208 auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden können, wobei dies von der gesamten Prozessstrategie abhängt. Ferner können zusätzliche Implantationsprozesse ausgeführt werden, um weitere Dotierstoffsorten einzuführen, wie dies zum Erhalten der gewünschten Transistoreigenschaften erforderlich ist.
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2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der die Implantationsmaske 206 aus 2b entfernt ist und das Bauelement 200 einem Ausheizprozess 209 unterliegt. Während des Prozesses 209 werden die zuvor eingeführten Dotierstoffsorten aktiviert, d. h. an Gitterplätzen angeordnet, und auch die Diffusionsblockiersorte 208a wird thermisch stabilisiert, wodurch eine Diffusion der Sorte 208a während der weiteren Bearbeitung des Bauelements 200 deutlich reduziert wird. Zu diesem Zweck werden geeignete Ausheiztechniken, etwa RTA (schnelles thermisches Ausheizen), lasergestützte Ausheiztechniken und dergleichen angewendet, um eine wirksame Temperatur von ungefähr 700°C bis 1100°C anzuwenden.
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2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der ein Halbleitermaterial 203 selektiv auf dem aktiven Gebiet 202a auf der Grundlage eines selektiven epitaktischen Aufwachsprozesses 210 hergestellt wird. Wie zuvor erläutert ist, wird während des Prozesses 210 die Abscheidung von Halbleitermaterial im Wesentlichen auf freigelegte kristalline Oberflächenbereiche beschränkt, etwa das aktive Gebiet 202a, während eine Materialabscheidung auf den Isolationsstrukturen 202b wirksam unterdrückt wird. Das Halbleitermaterial 203, beispielsweise in Form eines Silizium/Germanium-Halbleitermaterials, wird mit einer geeigneten Dicke und Materialzusammensetzung aufgebracht, um in geeigneter Weise die Schwellwertspannung eines noch zu bildenden Transistors einzustellen, wie dies auch zuvor erläutert ist. Es sollte beachtet werden, dass auf Grund der vorhergehenden thermischen Stabilisierung der Sorte 208a eine Diffusion in das Material 203 während des Abscheideprozesses 210 unterdrückt wird.
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2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, ist eine Gateelektrodenstruktur 260 auf dem Halbleitermaterial 203 gebildet, das nunmehr einen Teil des aktiven Gebiets 202a repräsentiert. Die Gateelektrodenstruktur 260 umfasst ein Gatedielektrikum 263, das wiederum zwei oder mehr Teilschichten 261, 262 aufweisen kann. Ferner ist ein Elektrodenmaterial 265, möglicherweise in Verbindung mit einem zusätzlichen Material 264, vorgesehen. Diese Materialien werden von einem dielektrischen Deckmaterial 267 und einer Abstandshalterstruktur eingeschlossen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen repräsentiert die Gateelektrodenstruktur 260 eine Metallgateelektrodenstruktur mit großem ε, wobei zumindest eine der dielektrischen Schichten 261, 262 ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 10,0 oder höher aufweist, während das Elektrodenmaterial 264 eine geeignete austrittsarbeitseinstellende Sorte, etwa Aluminium und dergleichen, enthält, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist. Ferner sei im Hinblick auf Fertigungstechniken auch auf die Gateelektrodenstruktur 160 des Halbleiterbauelements 100 hingewiesen, dass zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1d beschrieben wurde.
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2f zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, umfasst das aktive Gebiet 202a zusätzlich zu dem schwellwerteinstellenden Halbleitermaterial 203 ein verformungsinduzierendes Halbleitermaterial 204, beispielsweise in Form von Silizium/Germanium, und dergleichen, um damit eine gewünschte kompressive Verformungskomponente in einem Kanalgebiet 251 eines p-Kanaltransistors 250 zu erzeugen. Das verformungsinduzierende Halbleitermaterial 204 kann gemäß Prozesstechniken hergestellt werden, wie sie auch zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert sind. Folglich enthält ein Teil des aktiven Gebiets 202a und somit des Kanalgebiets 251 das anfängliche siliziumbasierte Material mit der Wannendotierung und insbesondere mit dem Diffusionsblockiermaterial 208a. Andererseits ist die diffusionsblockierende Sorte 208a im Wesentlichen aus den Materialien 203 und 204 ausgeschlossen. D. h., während der vorhergehenden Prozesssequenz zum Herstellen von Aussparungen in dem aktiven Gebiet 202a und zum Wiederauffüllen der Aussparungen mittels eines selektiven epitaktischen Aufwachsprozesses diffundiert die thermisch stabilisierte Sorte 208a im Wesentlichen nicht in die Materialien 203 und 204. Folglich können diese Materialien als im Wesentlichen undotierte Materialien bereitgestellt werden, wobei der Einbau der Diffusionsblockiersorte 208a effizient unterdrückt wird.
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2g zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt, wird ein Implantationsprozess 205 ausgeführt, um Drain- und Sourcedotiermittel einzuführen, wodurch der grundlegende Aufbau der Drain- und Sourceerweiterungsgebiete 252 in dem Material 204 und möglicherweise in einem Bereich des Materials 203 erzeugt wird, wobei dies von den Prozessparametern des Implantationsprozesses 205 abhängt. Wie zuvor erläutert ist, kann während des Implantationsprozesses 205 eine geeignete Implantationsdosis angewendet werden, um damit eine gewünschte Diffusionsaktivität während der weiteren Bearbeitung zu erreichen, wie dies für das laterale Verschieben der Dotierstoffe der Erweiterungsgebiete 252 unter der Gateelektrodenstruktur 260 erforderlich ist, so dass die gewünschte Miller-Kapazität erreicht wird. Folglich werden geeignete Implantationsdosiswerte im Hinblick auf das Erreichen einer gewünschten Miller-Kapazität ausgewählt, ohne dass eine Einschränkung auf Grund der Dotierstoffdiffusion in einen Teil des Kanalgebiets 251, der unter dem Material 203 gebildet ist, auf Grund der Anwesenheit der Diffusionsblockiersorte 208a gegeben ist.
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2h zeigt schematisch das Bauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase in der eine Abstandshalterstruktur 254 der Seitenwände der Gateelektrodenstruktur 260 gebildet ist, so dass ein lateraler Abstand von Drain- und Sourcegebieten 253 bestimmt wird, die in dem aktiven Gebiet 202a gebildet sind, d. h. in der gezeigten Ausführungsform in dem verformungsinduzierenden Halbleitermaterial 204. Zu diesem Zweck kann eine beliebige geeignete Implantationstechnik und Fertigungssequenz für die Herstellung der Seitenwandabstandshalterstruktur 254 angewendet werden. Zu beachten ist, dass eine gewünschte hohe Dotierstoffkonzentration in den Drain- und Sourcegebieten 253 bereitgestellt werden kann, wodurch der Reihenwiderstand verringert wird und wodurch bessere Bedingungen für die Herstellung eines Metallsilizids in einer späteren Fertigungsphase geschaffen werden.
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2i zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200, wenn es einem Ausheizprozess oder einer Prozesssequenz 206 unterliegt, die ausgeführt wird, um die Dotierstoffsorten zu aktivieren, durch Implantation hervorgerufene Schäden zu rekristallisieren und das endgültige Dotierstoffprofil einzustellen. Wie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist, kann eine beliebige Ausheizprozesstechnik oder eine Kombination diverser Prozesstechniken angewendet werden, um einen hohen Grad an Dotierstoffaktivierung und eine gewünschte Diffusionsaktivität zu erreichen. Während des Ausheizprozesses oder der Prozesse 206 wird somit das anfängliche Erweiterungsgebiet 252, das durch die durchgezogene Linie 252i angegeben ist, lateral in das Material 203 auf Grund der anfänglich höheren Dotierstoffkonzentration „verschoben”, wodurch die gewünschte Überlappung und damit Miller-Kapazität erreicht wird, wie dies durch den Endzustand 252f angegeben ist. Die Diffusion in lateraler Richtung wird im Wesentlichen nicht durch die Diffusionsblockiersorte behindert, da die Sorte 208 im Wesentlichen innerhalb des Siliziumbereichs des aktiven Gebiets 202a auf Grund der thermischen Stabilisierung eingeschlossen ist. Folglich wird eine effiziente Grenzfläche zwischen dem Material 203 und dem aktiven Gebiet 202a mit dem anfänglichen Siliziummaterial gebildet, wodurch eine Dotierstoffdiffusion unter das Material 203 unterdrückt oder zumindest deutlich reduziert wird, wie sie typischerweise in konventionellen Vorgehensweisen auftritt, wenn anfänglich eine hohe Dotierstoffkonzentration in den Drain- und Sourceerweiterungsgebieten vorgesehen wird, wie dies auch mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist.
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in ähnlicher Weise können die Drain- und Sourcegebiete 253 mit dem Anfangszustand 253i in das Material 204 ohne Behinderung durch die Sorte 208 diffundieren. Bei Bedarf können die Drain- und Sourcegebiete 253 im Wesentlichen vollständig das Material 204 ausfüllen, während eine weitere Diffusion effizient durch die Sorte 208a beschränkt wird, die weiterhin in den Siliziumbereichen des aktiven Gebiets 202a vorhanden ist. Somit kann bei Bedarf der endgültige pn-Übergang 253f in dem Material 204 liegen oder dieser kann sich bis zum Rand davon erstrecken, wobei dies von den Prozessbedingungen des Prozesses oder der Prozesse 206 abhängt. Folglich wird ein gut definiertes Dotierstoffprofil mit einer gewünschten Miller-Kapazität geschaffen, wobei dennoch das Vorsehen einer hohen Dotierstoffkonzentration in den Erweiterungsgebieten 252 und in den Drain- und Sourcegebieten 253 ermöglicht wird.
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2j zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt sind Metallsilizidgebiete 255 in den Drain- und Sourcegebieten 253 gebildet, um den Gesamtwiderstand des Transistors 250 weiter zu verringern. In der gezeigten Ausführungsform ist auch ein Metallsilizidgebiet 268 in der Gateelektrodenstruktur 260 bei Bedarf ausgebildet. In anderen Fällen wird ein Teil des Gateelektrodenmaterials, beispielsweise das Elektrodenmaterial 265, durch ein leitendes Metall in einer späteren Fertigungsphase ersetzt. Die Metallsilizidgebiete 255 und 268 können auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozesstechnik hergestellt werden, beispielsweise unter Anwendung eines geeigneten hoch schmelzenden Metalls, etwa Nickel, Platin und dergleichen. Zu beachten ist, dass Nickelsilizid, das gut leitend ist, eine Schottky-Barriere mit einem Halbleitermaterial bildet, was somit eine Struktur mit hohem Widerstand repräsentiert. Durch starkes Dotieren kann die entsprechende Barriere deutlich verringert werden, wodurch zu einem besseren Gesamtwiderstand des Transistors 250 beigetragen wird. Da eine hohe Dotierstoffkonzentration in den Drain- und Sourcegebieten 253 angewendet werden kann, kann eine entsprechende Schottky-Barriere vorteilhafter Weise verringert werden, wodurch ein besserer Kontaktwiderstand erreicht wird.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelement und Fertigungstechniken bereit, in denen p-Kanaltransistoren auf der Grundlage eines schwellwerteinstellenden Halbleitermaterials hergestellt werden, in welchem eine gewünschte laterale Diffusion auf der Grundlage einer erhöhten Konzentration in den Drain- und Sourceerweiterungsgebieten erreicht wird, während eine unerwünschte Diffusion aus dem schwellwerteinstellenden Material heraus, beispielsweise in tiefer liegende siliziumbasierte Bereiche, unterdrückt wird, indem eine diffusionsblockierende Sorte, etwa Fluor und dergleichen, in einer frühen Fertigungsphase vorgesehen wird. Die Diffusionsblockiersorte wird thermisch stabilisiert, wodurch schließlich ein Einbau dieser Sorte in das schwellwerteinstellende Halbleitermaterial und auch in ein verformungsinduzierendes Halbleiterlegierungsmaterial, falls vorgesehen, unterdrückt wird. Folglich kann eine hohe Konzentration für die Drain- und Sourceerweiterungsgebiete und auch für die Source- und Draingebiete angewendet werden, um damit den geringeren Gesamtwiderstand des p-Kanaltransistors mit einer gewünschten hohen Miller-Kapazität zu erreichen. Als Folge davon kann die Schwellwertspannung in einer frühen Fertigungsphase eingestellt werden, d. h. beim Strukturieren der Gateelektrodenstruktur auf der Grundlage einer austrittsarbeitseinstellenden Sorte und auf der Grundlage des schwellwerteinstellenden Halbleitermaterials, während gleichzeitig ein verbessertes Transistorleistungsverhalten, etwa in Hinblick auf Leckströme, elektrischen Durchschlag, und dergleichen erreicht wird.