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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf BiCMOS-Technologie (d.h.
bipolare und Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter(CMOS)-Technologie)
und spezieller auf die Herstellung eines Polysilicium-zu-Polysilicium(Poly-Poly)-Kondensators.
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Auf
dem Gebiet der Halbleiterbauelementfertigung wurden CMOS- und BiCMOS-Technologien verbreitet
zum Integrieren von hochkomplexen Analog-Digital-Subsystemen auf
einem einzelnen Chip verwendet. In derartigen Subsystemen sind typischerweise
Kondensatoren hoher Präzision
erforderlich.
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Gegenwärtig stehen
einige Typen von Kondensatoren zur Verfügung, die Diffusion-Poly-Kondensatoren,
Poly-Poly-Kondensatoren
und Metall-Metall-Kondensatoren umfassen. Um dem Bedarf an Kondensatoren
hoher Präzision
in integrierten Bauelementen der heutigen Generation zu genügen, wurden
zunehmend Poly-Poly-Kondensatoren verwendet.
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Ungeachtet
seiner hohen Präzision
ist ein Poly-Poly-Kondensator
ein Kompromiss zwischen hohen Kosten und idealen Kondensatoreigenschaften,
da er relativ einfach herzustellen ist und elektrische Eigenschaften
aufweist, die besser als bei Diffusion-Poly-Kondensatoren, jedoch
schlechter als bei Metall-Metall-Kondensatoren sind. Ein Metall-Metall-Kondensator ist jedoch
viel schwieriger herzustellen als ein Poly-Poly-Kondensator. Außerdem ist
bekannt, dass Poly-Poly- Kondensatoren
eine stärker
lineare V-C-Beziehung als MOS-Kondensatoren
(d.h. Diffusion-Poly-Kondensatoren) aufweisen.
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Zudem
resultiert das Dielektrikum für MOS-Kondensatoren
aus einem Oxid, das über
einem hochdotierten Diffusionsbereich thermisch aufgewachsen ist.
Im Gegensatz dazu ist das Dielektrikum für einen Poly-Poly-Kondensator
im Allgemeinen ein durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebrachtes
Oxid, und Zuverlässigkeitsanforderungen
haben zur Folge, dass das resultierende Oxid dicker ist, als mit
einem thermischen Oxid realisiert werden kann. Daher resultieren
für MOS-Kondensatoren im
Allgemeinen höhere
Kapazitätswerte als
für Poly-Poly-Kondensatoren.
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Wenngleich
verschiedene Verfahren zur Bildung von Poly-Poly-Kondensatoren bekannt sind, sind die
meisten Verfahren des Standes der Technik für eine Integration mit BiCMOS-Prozessschemata nicht
geeignet. Das US-Patent Nr. 6025219 offenbart ein BiCMOS-Prozessschema,
bei dem eine Polysilicium-Basiselektrode
zusammen mit einer oberen Kondensatorelektrode gebildet wird und
CMOS-Gateelektroden zusammen mit einer unteren Kondensatorelektrode
gebildet werden. In dem Patent US-6025219 ist jedoch kein SiGe-Prozess
offenbart. Im Hinblick auf das BiCMOS-Integrationsproblem bei Verfahren
des Standes der Technik besteht ein fortwährender Bedarf an der Entwicklung
eines neuen und verbesserten Verfahrens zur Herstellung eines Poly-Poly-Kondensators
unter Verwendung existierender Polysiliciumschichten und Maskierungsschritten,
die in herkömmlichen
BiCMOS-Prozessen verwendet werden.
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Demgemäß stellt
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Poly-Poly-Kondensators
bereit, bei dem die untere Platte des Kondensators aus einer Gateelektrode
eines MOS-Transistors gebildet wird und die obere Platte des Kondensators
aus dem Basisbereich eines Bipolartransistors mit Heteroübergang
gebildet wird.
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Eine
untere Polysiliciumschicht des Kondensators wird vorzugsweise während der
Deposition einer CMOS-Gateelektrode gebildet, und eine obere SiGe-Polysiliciumschicht
des Kondensators wird während
des Aufwachsens eines Basisbereichs eines SiGe-Bipolartransistors
mit Heteroübergang
gebildet. Die dotierte erste Schicht aus Polysilicium dient als
die untere Elektrode des Poly-Poly-Kondensators, während die
dotierte SiGe-Schicht zusammen mit der dotierten zweiten Schicht
aus Polysilicium als eine obere Elektrode des Poly-Poly-Kondensators dient.
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Diese
Vorgehensweise zur Herstellung eines Poly-Poly-Kondensators zur Verwendung in integrierten
CMOS- oder BiCMOS-Schaltkreisen
ist weder kompliziert noch kostenintensiv und verwendet existierende
Polysilicium- und Maskierungsschritte, wodurch die Integration des
Poly-Poly-Kondensators in ein BiCMOS-Bauelement bei geringen Kosten
ermöglicht
wird. Es können
Schritte und Strukturen eingesetzt werden, die typischerweise zur
Bildung der Gateelektrode des MOS-Transistors und der SiGe-Basisstruktur
des Bipolartransistors in einem BiCMOS-Prozess verwendet werden.
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Eine
erste bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt ein verfahren bereit, das die
Schritte umfasst:
- (a) Bilden einer ersten Polysiliciumschicht über einem
Teil eines Isolationsbereichs in einem Bauelementbereich, in dem
ein Poly-Poly-Kondensator zu bilden ist;
- (b) Bilden von ersten Nitridabstandshaltern an der ersten Polysiliciumschicht;
- (c) Aufbringen einer Nitridschicht über der ersten Polysiliciumschicht
und den ersten Nitridabstandshaltern;
- (d) Implantieren von Ionen eines ersten Leitfähigkeitstyps
in die erste Polysiliciumschicht, um so eine untere Elektrode des
Poly-Poly-Kondensators zu bilden;
- (e) Entfernen von Teilen der Nitridschicht, um so zweite Nitridabstandshalter
zu bilden und einen Teil der unteren Elektrode freizulegen;
- (f) Bilden eines Dünnschichtstapels
wenigstens auf dem freigelegten Teil der unteren Elektrode, wobei
der Dünnschichtstapel
eine Oxidschicht, eine zweite Schicht aus Polysilicium und eine Schicht
aus SiGe beinhaltet;
- (g) Implantieren von Ionen eines zweiten Leitfähigkeitstyps,
der sich vom ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet,
in die Schicht aus SiGe und die zweite Schicht aus Polysilicium;
- (h) Ätzen
von wenigstens der Schicht aus SiGe und der zweiten Schicht aus
Polysilicium, um so eine obere Elektrode des Poly-Poly-Kondensators
zu bilden; und
- (i) Salicidieren aller freiliegenden Oberflächen der oberen Elektrode.
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Die
vorstehenden Prozessschritte werden typischerweise zur Bildung eines
Poly-Poly-Kondensators hoher Kapazität verwendet.
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Eine
zweite Ausführungsform
der vorstehenden Erfindung, bei der ein Bauelement für hohe Spannungen
gebildet werden kann, stellt ein Verfahren bereit, das die Schritte
umfasst:
- (a) Bilden einer ersten Polysiliciumschicht über einem
Teil eines Isolationsbereichs in einem Bauelementbereich, in dem
ein Poly-Poly-Kondensator zu bilden ist;
- (b) Bilden von ersten Nitridabstandshaltern an der ersten Polysiliciumschicht;
- (c) Aufbringen einer Nitridschicht über der ersten Polysiliciumschicht
und den ersten Nitridabstandshaltern;
- (d) Implantieren von Ionen eines ersten Leitfähigkeitstyps
in die erste Polysiliciumschicht, um so eine untere Elektrode des
Poly-Poly-Kondensators zu bilden;
- (e) Bilden eines Dünnschichtstapels
wenigstens auf der Nitridschicht, wobei der Dünnschichtstapel eine Oxidschicht,
eine zweite Schicht aus Polysilicium und eine Schicht aus SiGe beinhaltet;
- (f) Implantieren von Ionen eines zweiten Leitfähigkeitstyps,
der sich vom ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet,
in die Schicht aus SiGe und die zweite Schicht aus Polysilicium;
- (g) Ätzen
von wenigstens der Schicht aus SiGe und der zweiten Schicht aus
Polysilicium, um so eine obere Elektrode des Poly-Poly-Kondensators
zu bilden; und
- (h) Salicidieren aller freiliegenden Oberflächen der oberen Elektrode.
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Sowohl
in der ersten als auch der zweiten Ausführungsform kann vor der Salicidierung
eine strukturierte schützende
Nitridschicht auf wenigstens einem Teil der freiliegenden oberen
Elektrode gebildet werden.
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Nunmehr
werden verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen
detailliert beschrieben:
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1 bis 9 sind
Querschnittansichten eines Poly-Poly-Kondensators über verschiedene Prozessschritte
hinweg, die in einer ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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10 bis 11 zeigen
einen optionalen Prozessschritt, bei dem in der ersten Ausführung der vorliegenden
Erfindung eine strukturierte schützende Nitridschicht
verwendet wird.
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12 bis 19 sind
Querschnittansichten eines Poly-Poly-Kondensators durch verschiedene Prozessschritte
hindurch, die in einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung
verwendet werden.
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20 bis 21 zeigen
einen optionalen Prozessschritt, bei dem in der zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung eine strukturierte schützende Nitridschicht verwendet
wird.
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(Man
beachte, dass in den vorstehend aufgelisteten Zeichnungen lediglich
der Kondensator-Bauelementbereich des BiCMOS-Bauelements gezeigt ist. Die CMOS- und
Bipolarbauelementbereiche, die in den Zeichnungen nicht gezeigt
sind, sind in Bereichen ausgebildet, die benachbart zu dem in den
Zeichnungen gezeigten Kondensatorbauelementbereich sind).
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Als
erstes wird auf die 1 bis 9 Bezug
genommen, welche die Bildung eines Poly-Poly-Kondensators hoher
Kapazität über verschiedene Prozessschritte
hinweg gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Speziell zeigt 1 die
Bildung einer ersten Polysiliciumschicht 14 über einem
Teil eines Isolationsbereichs 12, der in einem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet
ist. Das Halbleitersubstrat 10 besteht aus einem herkömmlichen
halbleitenden Material, das Si, Ge, SiGe, GaAs, InAs, InP und alle
anderen III/V-Halbleiterverbindungen umfasst, jedoch nicht darauf
beschränkt
ist. Geschichtete Substrate wie Si/Si oder Si/SiGe kommen hierin
ebenfalls in Betracht. von diesen halbleitenden Materialien ist
es bevorzugt, dass das Halbleitersubstrat aus Si besteht. Das Halbleitersubstrat
kann in Abhängigkeit
von dem MOS-Bauelement,
das in der endgültigen
BiCMOS-Struktur vorliegen soll, ein p-leitendes Substrat oder ein
n-leitendes Substrat sein.
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Der
Isolationsbereich kann ein LOCOS(lokale Oxidation von Silicium)-Bereich
oder ein Grabenisolationsbereich sein, wobei ein Grabenisolationsbereich,
wie er in 1 gezeigt ist, bevorzugt ist.
Wenn eine LOCOS-Isolation verwendet wird, werden herkömmliche
Oxidationsprozesse, die dem Fachmann allgemein bekannt sind, bei
der Bildung des Bereichs 12 verwendet. Andererseits wird,
wenn der Isolationsbereich 12 ein Grabenisolationsbereich
ist, wie in 1 gezeigt, der Isolationsgrabenbereich
unter Verwendung von herkömmlicher
Lithographie, Ätzen und
Grabenfüllen
gebildet. Da die Bildung von Isolationsbereichen herkömmliche
Prozesse beinhaltet, die dem Fachmann allgemein bekannt sind, wird
hierin keine diesbezügliche
Beschreibung bereitgestellt.
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Die
erste Polysiliciumschicht 14, die nachfolgend die untere
Elektrode des Poly-Poly-Kondensators wird, wird auch in dem CMOS-Bauelementbereich
gebildet und wird in dem CMOS-Bauelementbereich
als Gateelektrode des CMOS-Bauelements verwendet. Als erstes kann
die Polysiliciumschicht 14 unter Verwendung eines herkömmlichen
Depositionsprozesses gebildet werden, der die folgenden Prozesse
beinhaltet, jedoch nicht darauf beschränkt ist: chemische Gasphasenabscheidung
(CVD), plasmaunterstützte
CVD, Sputtern, Deposition aus einer chemischen Lösung und andere ähnliche
Depositionsprozesse. Die Dicke der ersten Polysiliciumschicht kann
variieren, typischerweise weist jedoch die erste Polysiliciumschicht
eine Dicke von etwa 500 Å (50
nm) bis etwa 5.000 Å (500
nm) auf, wobei eine Dicke von etwa 1.000 Å (100 nm) bis etwa 2.000 Å (200 nm)
am meisten bevorzugt ist.
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Als
nächstes
werden, wie in 2 dargestellt, an der ersten
Polysiliciumschicht erste Nitridabstandshalter 16 gebildet.
Speziell werden die ersten Nitridabstandshalter 16 auf
freigelegten vertikalen Kanten der zuvor gebildeten ersten Polysiliciumschicht
gebildet. Die ersten Nitridabstandshalter, die aus einem herkömmlichen
Nitridmaterial, wie Si3N4, bestehen,
werden durch einen herkömmlichen
Depositionsprozess gebildet, wie CVD, plasmaunterstützte CVD
und andere ähnliche
Depositionsprozesse, gefolgt von Lithographie und Ätzen. Der
bei der Bildung der ersten Nitridabstandshalter 16 verwendete Ätzprozess
ist ein herkömmlicher Ätzprozess,
der eine hohe Selektivität
zur Entfernung von Nitrid im Vergleich zu Polysilicium aufweist.
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3 zeigt
die Poly-Poly-Kondensatorstruktur nach der Bildung der zweiten Nitridschicht 18 über der
in 2 gezeigten Struktur. Speziell wird die zweite
Nitridschicht über
der ersten Polysiliciumschicht 14 und den ersten Nitridabstandshaltern 16 unter
Verwendung eines herkömmlichen
Depositionsprozesses gebildet, welcher der gleiche wie jener bei
der Bildung der ersten Nitridabstandshalter sein oder sich von diesem
unterscheiden kann. Außerdem
kann die zweite Nitridschicht aus dem gleichen oder einem anderen
nitridhaltigen Material wie die ersten Nitridabstandshalter bestehen.
Es ist zu erwähnen,
dass die zweite Nitridschicht dazu dient, die benachbarten Bauelementbereiche
während
der Bildung des Poly-Poly-Kondensators zu schützen.
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Nach
Anbringen der zweiten Nitridschicht werden Ionen eines ersten Leitfähigkeitstyps
(p- oder n-leitend) 20 in die erste Polysiliciumschicht
implantiert, um so eine untere Elektrode 22 des Poly-Poly-Kondensators
zu bilden, siehe 4. Die bei der Bildung der unteren
Elektrode des Poly-Poly-Kondensators verwendete Ionenimplantation
wird in einer herkömmlichen
Ionenimplantationsvorrichtung ausgeführt, die in der Lage ist, bei
herkömmlichen Implantationsenergien
zu arbeiten. Die Konzentration des bei diesem Implantationsschritt
verwendeten Dotierstoffions kann variieren und liegt innerhalb von Werten,
die von einem Fachmann typischerweise verwendet werden. Außerdem ist
der in diesem Schritt verwendete Typ von Dotierstoffion von dem Typ
des herzustellenden Bauelements abhängig.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Poly-Poly-Kondensatoren
hoher Kapazität
wird die zweite Nitridschicht unter Verwendung herkömmlicher
Lithographie und danach eines Ätzprozesses
strukturiert, der eine hohe Selektivität zur Entfernung von Nitrid im
Vergleich zu dotiertem Polysilicium aufweist, um so zweite Nitridabstandshalter 24 zu
bilden, siehe 5. Speziell wird die zweite
Nitridschicht 18 geätzt,
um so ein Fenster 21 in der zweiten Nitridschicht zu bilden,
das einen Teil der darunterliegenden unteren Elektrode freilegt.
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Als
nächstes
wird, wie in 6 dargestellt, ein Dünnschichtstapel 30 auf
der in 5 gezeigten Struktur gebildet. Gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht der Dünnschichtstapel 30 aus
einer Schicht aus Oxid 32, einer zweiten Schicht aus Polysilicium 34 und
einer Schicht aus SiGe 36. Die Schicht aus Oxid 32 wird
unter Verwendung eines herkömmlichen
Depositionsprozesses gebildet, wie CVD, oder alternativ kann die
Oxidschicht 32 durch einen herkömmlichen thermischen Aufwachsprozess
gebildet werden. Die Dicke der Oxidschicht kann variieren, typischerweise
weist die Oxidschicht 32 des Dünnschichtstapels 30 jedoch
eine Dicke von etwa 50 Å (5 nm)
bis etwa 200 Å (20
nm) auf.
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Die
Polysiliciumschicht 34 des Dünnschichtstapels 30 wird
unter Verwendung des gleichen oder eines anderen Depositionsprozesses
wie jenem gebildet, der bei der Bildung der ersten Polysiliciumschicht 14 verwendet
wird. Die Dicke der Polysiliciumschicht 34 kann variieren,
die zweite Polysiliciumschicht 34 des Dünnschichtstapels 30 weist
jedoch typischerweise eine Dicke von etwa 100 Å (10 nm) bis etwa 1.000 Å (100 nm)
auf.
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Die
SiGe-Schicht 36 des Dünnschichtstapels 30,
die auch bei der Bildung des SiGe-Basisbereichs des Bipolartransistorbereichs
(nicht gezeigt) benutzt wird, wird unter Verwendung eines herkömmlichen Depositionsprozesses
gebildet, der folgende Prozesse beinhaltet, jedoch nicht darauf
beschränkt
ist: chemische Gasphasenabscheidung im Ultrahochvakuum (UHVCVD),
Molekularstrahlepitaxie (MBE), schnelle thermische chemische Gasphasenabscheidung
(RTCVD) sowie plasmaunterstützte
chemische Gasphasenabscheidung (PECVD). Es sei erwähnt, dass
die SiGe-Dicke variieren kann und somit nicht auf einen spezifischen
Dickenbereich beschränkt
ist. Jeder der zuvor erwähnten
Depositionsprozesse, die bei der Bildung der SiGe-Schicht benutzt
werden, beinhaltet die Verwendung herkömmlicher Bedingungen, die dem
Fachmann allgemein bekannt sind. Die Bedingungen können in
Abhängigkeit
vom Typ des bei der Bildung der SiGe-Schicht verwendeten Depositionsprozesses
variieren.
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Nach
der Bildung des Dünnschichtstapels 30 über der
freiliegenden unteren Elektrode werden die SiGe-Schicht 36 und
die zweite Polysiliciumschicht 34 einem Ionenimplantationsprozess
unterworfen, wobei Ionen eines zweiten Leitfähigkeitstyps 38, der sich
von dem ersten unterscheidet, in die Schichten 36 und 34 implantiert
werden. Speziell wird der zuvor erwähnte zweite Ionenimplantationsschritt
in einer herkömmlichen
Ionenimplantationsvorrichtung ausgeführt, die in der Lage ist, bei
herkömmlichen
Implantationsenergien zu arbeiten. Die Konzentration des in diesem
Implantationsschritt verwendeten Dotierstoffions, d.h. die Dotierung
der Schichten 36 und 34, kann variieren und ist
von dem Typ des in die erste Polysiliciumschicht implantierten Dotierstoffs
abhängig.
Dieser Schritt zur Bildung der dotierten Schicht 40 ist
in 7 gezeigt. Es sei erwähnt, dass die dotierte Schicht 40 eine
Kombination der SiGe-Schicht 36 und des zweiten Polysiliciums 34 ist. Außerdem dient
die dotierte Schicht 40 als die obere Elektrode des Poly-Poly-Kondensators.
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Nach
der Dotierung der SiGe- und der zweiten Polysiliciumschicht mit
Ionen eines zweiten Leitfähigkeitstyps
wird die dotierte Schicht 40 (d.h. die dotierte SiGe- und
die dotierte zweite Polysiliciumschicht) herkömmlichen Lithographie- und Ätzprozessen
unterworfen, die in der Lage sind, die dotierte SiGe- und zweite
Polysiliciumschicht zu der oberen Elektrode 40 zu strukturieren,
wobei die in 8 gezeigte Struktur gebildet
wird. Es ist zu erwähnen, dass
während
des Ätzens
der dotierten SiGe- und zweiten Polysiliciumschicht auch einiges
der darunterliegenden Oxidschicht geätzt werden kann.
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Nach
diesem Schritt kann die obere Elektrode, d.h. die dotierte Schicht 40,
optional einem weiteren Ionenimplantationsprozess unterzogen werden, wobei
zusätzliche
zweite Ionen in die obere Elektrode implantiert werden. Es sei erwähnt, dass
dieser optionale zusätzliche
Implantationsschritt Source- und Drainbereiche (in den Zeichnungen
nicht gezeigt) in dem CMOS-Bauelementbereich bildet. 9 zeigt die
Struktur, nachdem die freiliegenden Oberflächen der oberen Elektrode einem
herkömmlichen
Salicidierungsprozess unterzogen wurden, wobei ein Salicidbereich 42 darin
gebildet wird. Der Salicidierungsprozess wird unter Verwendung von
herkömmlichen Tempertemperaturen
und -zeiten ausgeführt,
die dem Fachmann allgemein bekannt sind.
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Die 10 bis 11 zeigen
zusätzliche Prozessschritte,
die vor dem Durchführen
des Salicidierungsprozesses verwendet werden können. Speziell zeigt 10 die
Struktur von 9, die eine strukturierte schützende Nitridschicht 44 beinhaltet, die
auf horizontalen Oberflächen
des Poly-Poly-Kondensators ausgebildet ist. Die strukturierte schützende Schicht
wird durch einen herkömmlichen
Depositionsprozess gebildet, gefolgt von Lithographie und Ätzen. 11 zeigt
die Struktur nach Durchführen des
vorstehend erwähnten
Salicidierungsprozesses.
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Die 12 bis 19 zeigen
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der die zweite Nitridschicht 18 über die
verschiedenen Prozessschritte hinweg in der Struktur verbleibt.
Dies resultiert in einem Poly-Poly-Kondensatorbauelement für hohe Spannungen.
Speziell sind die bei der Bildung der in den 12 bis 15 gezeigten Strukturen
verwendeten Prozessschritte identisch mit jenen in den 1 bis 4 oben
gezeigten. Anstelle des Ätzens
der Nitridschicht, wie in 5 gezeigt,
wird die Nitridschicht in dieser Ausführungsform nicht geätzt, und
der Dünnschichtstapel 30 wird darauf
unter Verwendung der vorstehend erwähnten Prozessschritte gebildet,
um so die in 16 gezeigte Struktur bereitzustellen.
Die 17 bis 19 sind
identisch mit den 7 bis 9 mit der
Ausnahme, dass der Poly-Poly-Kondensator
die zweite Nitridschicht 18 darin beinhaltet.
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Die 20 bis 21 zeigen
einen optionalen Schritt der zweiten Ausführungsform, bei dem eine strukturierte
schützende
Nitridschicht verwendet wird.