DE10334841B4 - A manufacturing method for a trench capacitor with an insulation collar, which is electrically connected on one side to a substrate via a buried contact, in particular for a semiconductor memory cell - Google Patents

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Abstract

Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen (10; 10a, 10b) in einem Substrat (1), der über einen vergrabenen Kontakt (15a, 15b; 20') einseitig mit dem Substrat (1) elektrisch verbundenen ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle mit einem in dem Substrat (1) vorgesehenen und über den vergrabenen Kontakt (15a, 15b) angeschlossenen planaren Auswahltransistor, mit den Schritten:
Vorsehen von einem Graben (5) in dem Substrat (1) unter Verwendung einer Hartmaske (2, 3) mit einer entsprechenden Maskenöffnung;
Vorsehen von einem Kondensatordielektikum (30) im Graben (5) und dem Isolationskragen (10) im Graben (5);
Vorsehen einer elektrisch leitenden Füllung (20) im Graben (5); Zurückätzen der Oberseite der Hartmaske (2, 3), so dass die elektrisch leitende Füllung (20) über die Oberseite der zurückgeätzten Hartmaske (2, 3) übersteht;
isotropes Rückätzen des über die Oberseite der Hartmaske (2, 3) überstehenden Teils der elektrisch leitenden Füllung (20) um eine vorbestimmte Dicke;
Bilden einer Maske...
A manufacturing method for a trench capacitor having an insulation collar (10; 10a, 10b) in a substrate (1) which is electrically connected on one side to the substrate (1) via a buried contact (15a, 15b; 20 '), in particular for a semiconductor memory cell having a planar selection transistor provided in the substrate (1) and connected via the buried contact (15a, 15b), comprising the steps of:
Providing a trench (5) in the substrate (1) using a hard mask (2, 3) with a corresponding mask opening;
Providing a capacitor dielectic (30) in the trench (5) and the isolation collar (10) in the trench (5);
Providing an electrically conductive filling (20) in the trench (5); Etching back the top of the hard mask (2, 3) so that the electrically conductive filling (20) projects over the top of the etched back mask (2, 3);
isotropically back etching the part of the electrically conductive filling (20) projecting beyond the upper side of the hard mask (2, 3) by a predetermined thickness;
Forming a mask ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen, der über einen vergrabenen Kontakt einseitig mit einem Substrat elektrisch verbunden ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelleproduction method for one Trench capacitor with an insulation collar that is buried over a Contact is unilaterally electrically connected to a substrate, in particular for one Semiconductor memory cell

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen, der über einen vergrabenen Kontakt einseitig mit einem Substrat elektrisch verbunden ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle.The The present invention relates to a manufacturing method for a Trench capacitor with an insulation collar over one buried contact on one side electrically connected to a substrate is, in particular for a semiconductor memory cell.

Die US 2001/00 42 880 A1, die DE 102 15 666 A1 , die EP 12 96 369 A1 und die US 6,498,061 B2 offenbaren ein derartiges Herstellungsverfahren.The US 2001/00 42 880 A1, the DE 102 15 666 A1 , the EP 12 96 369 A1 and the US 6,498,061 B2 disclose such a manufacturing method.

Obwohl prinzipiell auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf integrierte Speicherschaltungen in Silizium-Technologie erläutert.Even though in principle be applicable to any integrated circuits the present invention and its underlying problem in relating to integrated memory circuits in silicon technology explained.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Halbleiterspeicherzelle mit einem Grabenkondensator und einem damit verbundenen planaren Auswahltransistor. 1 shows a schematic sectional view of a semiconductor memory cell with a trench capacitor and a planar selection transistor connected thereto.

In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Silizium-Halbleitersubstrat. Vorgesehen in dem Halbleitersubstrat 1 sind Grabenkondensatoren GK1, GK2, welche Gräben G1, G2 aufweisen, deren elektrisch leitende Füllungen 20a, 20b erste Kondensatorelektroden bilden. Die leitenden Füllungen 20a, 20b sind im unteren und mittleren Grabenbereich durch ein Dielektrikum 30a, 30b gegenüber dem Halbleitersubstrat 1 isoliert, welches seinerseits die zweiten Kondensatorelektroden bildet (ggf. in Form einer nicht gezeigten Buried Plate).In 1 denotes reference numeral 1 a silicon semiconductor substrate. Provided in the semiconductor substrate 1 are trench capacitors GK1, GK2, which have trenches G1, G2, their electrically conductive fillings 20a . 20b form first capacitor electrodes. The conductive fillings 20a . 20b are in the lower and middle trench area through a dielectric 30a . 30b opposite to the semiconductor substrate 1 isolated, which in turn forms the second capacitor electrodes (possibly in the form of a buried plate, not shown).

Im mittleren und oberen Bereich der Gräben G1, G2 sind umlaufende Isolationskrägen 10a, 10b vorgesehen, oberhalb derer vergrabene Kontakte 15a, 15b angebracht sind, die mit den leitenden Füllungen 20a, 20b und dem angrenzenden Halbleitersubstrat 1 in elektrischem Kontakt stehen. Die vergrabenen Kontakte 15a, 15b sind nur einseitig an das Halbleitersubstrat 1 angeschlossen (vgl. 2a, b). Isolationsgebiete 16a, 16b isolieren die andere Substratseite gegenüber den vergrabenen Kontakten 15a, 15b bzw. isolieren die vergrabenen Kontakte 15a, 15b zur Oberseite der Gräben G1, G2 hin.In the middle and upper area of the trenches G1, G2 are circumferential insulation collars 10a . 10b provided, above which buried contacts 15a . 15b attached to the conductive fillings 20a . 20b and the adjacent semiconductor substrate 1 to be in electrical contact. The buried contacts 15a . 15b are only one-sided to the semiconductor substrate 1 connected (cf. 2a , b). isolation regions 16a . 16b isolate the other substrate side from the buried contacts 15a . 15b or isolate the buried contacts 15a . 15b towards the top of the trenches G1, G2.

Dies ermöglicht eine sehr hohe Packungsdichte der Grabenkondensatoren GK1, GK2 und der dazu gehörigen Auswahltransistoren, welche nunmehr erläutert werden. Dabei wird hauptsächlich Bezug genommen auf den Auswahltransistor, der zum Grabenkondensator GK2 gehört, da von benachbarten Auswahltransistoren lediglich das Drain-Gebiet D1 bzw. das Source-Gebiet S3 eingezeichnet ist. Der zum Grabenkondensator GK2 gehörige Auswahltransistor weist ein Source-Gebiet S2, ein Kanalgebiet K2 und ein Drain-Gebiet D2 auf. Das Source-Gebiet S2 ist über einen Bitleitungskontakt BLK mit einer oberhalb einer Isolationsschicht I angeordneten (nicht gezeigten) Bit-Leitung verbunden. Das Drain-Gebiet D2 ist einseitig an den vergrabenen Kontakt 15b angeschlossen. Oberhalb des Kanalgebiets K2 läuft eine Wortleitung WL2, die einen Gate-Stapel GS2 und einen diesen umgebenden Gate-Isolator GI2 aufweist. Die Wortleitung WL2 ist für den Auswahltransistor des Grabenkondensators GK2 eine aktive Wortleitung.This allows a very high packing density of the trench capacitors GK1, GK2 and the associated selection transistors, which will now be explained. In this case, reference is mainly made to the selection transistor belonging to the trench capacitor GK2, since only the drain region D1 and the source region S3 are shown in adjacent selection transistors. The selection transistor belonging to the trench capacitor GK2 has a source region S2, a channel region K2 and a drain region D2. The source region S2 is connected via a bit line contact BLK to a bit line arranged above an insulation layer I (not shown). The drain region D2 is on one side to the buried contact 15b connected. Above the channel region K2 runs a word line WL2, which has a gate stack GS2 and a gate insulator GI2 surrounding it. The word line WL2 is an active word line for the selection transistor of the trench capacitor GK2.

Parallel benachbart zur Wortleitung WL2 verlaufen Wortleitungen WL1 bestehend aus Gate-Stapel GS1 und Gate-Isolator GI1 und Wortleitung WL3 bestehend aus Gate-Stapel GS3 und Gate-Isolator GI3, welche für den Auswahltransistor des Grabenkondensators GK2 passive Wortleitungen sind. Diese Wortleitungen WL1, WL3 dienen zur Ansteuerung von Auswahltransistoren, die in der dritten Dimension gegenüber der gezeigten Schnittdarstellung verschoben sind.Parallel adjacent to the word line WL2 run word lines WL1 consisting consisting of gate stack GS1 and gate insulator GI1 and word line WL3 from gate stack GS3 and gate insulator GI3, which for the selection transistor of the trench capacitor GK2 passive word lines are. These word lines WL1, WL3 serve to drive selection transistors, in the third dimension compared to the sectional view shown are shifted.

Ersichtlich aus 1 ist die Tatsache, dass diese Art des einseitigen Anschlusses des vergrabenen Kontakts eine unmittelbare Nebeneinanderanordnung der Gräben und der benachbarten Source-Gebiete bzw. Drain-Gebiete betreffender Auswahl transistoren ermöglicht. Dadurch kann die Länge einer Speicherzelle lediglich 4 F und die Breite lediglich 2 F betragen, wobei F die minimale technologisch realisierbare Längeneinheit ist (vgl. 2a, b).Obviously out 1 is the fact that this type of single-ended connection of the buried contact enables a direct juxtaposition of the trenches and the adjacent source regions or drain regions of the selection transistors. As a result, the length of a memory cell can only be 4 F and the width only 2 F, where F is the minimum technologically realizable unit of length (cf. 2a , b).

2A zeigt eine Draufsicht auf ein Speicherzellenfeld mit Speicherzellen gemäß 1 in einer ersten Anordnungsmöglichkeit. 2A shows a plan view of a memory cell array with memory cells according to 1 in a first arrangement possibility.

Bezugszeichen DT in 2A bezeichnet Gräben, welche zeilenweise mit einer Periode von 4 F zueinander angeordnet sind und spaltenweise mit einer Periode von 2 F. Benachbarte Zeilen sind um 2 F gegeneinander verschoben. UC in 2A bezeichnet die Fläche einer Einheitszelle, welcher 4 F × 2 F = 8 F2 beträgt. STI bezeichnet Isolationsgräben, welche in Zeilenrichtung in einem Abstand von 1 F zueinander angeordnet sind und benachbarte aktive Gebiete gegeneinander isolieren. Ebenfalls mit einem Abstand von 1 F zueinander verlaufen Bit-Leitungen BL in Zeilenrichtung, wohingegen die Wortleitungen in Spaltenrichtung mit einem Abstand von 1 F zueinander verlaufen. Bei diesem Anordnungsbeispiel haben alle Gräben DT auf der linken Seite einen Kontaktbereich KS des vergrabenen Kontakts zum Substrat und einen Isolationsbereich IS auf der rechten Seite (Gebiete 15a, b bzw. 16a, b in 1).Reference DT in FIG 2A denotes trenches which are arranged line by line with a period of 4 F to each other and column by column with a period of 2 F. Adjacent lines are shifted by 2 F against each other. UC in 2A denotes the area of a unit cell which is 4 F × 2 F = 8 F 2 . STI denotes isolation trenches, which are arranged in the row direction at a distance of 1 F to each other and isolate adjacent active areas against each other. Also at a distance of 1 F each other run bit lines BL in the row direction, whereas the word lines in the column direction at a distance of 1 F to each other. In this arrangement example, all the trenches DT on the left side have a contact area KS of the buried contact for Substrate and an isolation area IS on the right side (areas 15a , b or 16a , b in 1 ).

2B zeigt eine Draufsicht auf ein Speicherzellenfeld mit Speicherzellen gemäß 1 in einer zweiten Anordnungsmöglichkeit. 2 B shows a plan view of a memory cell array with memory cells according to 1 in a second arrangement possibility.

Bei dieser zweiten Anordnungsmöglichkeit haben die Zeilen von Gräben alternierende Anschlussgebiete bzw. Isolationsgebiete der vergrabenen Kontakte. So sind in der untersten Reihe von 2B die vergrabenen Kontakte jeweils auf der linken Seite mit einem Kontaktbereich KS1 und auf der rechten Seite mit einem Isolationsbereich IS1 versehen. Hingegen sind in der darüberliegenden Reihe alle Gräben DT auf der linken Seite mit jedem Isolationsbereich IS2 und auf der rechten Seite mit einem Kontaktbereich KS2 versehen. Diese Anordnung ist in Spaltenrichtung alternierend.In this second arrangement possibility, the rows of trenches have alternating terminal regions or isolation regions of the buried contacts. So are in the bottom row of 2 B the buried contacts are each provided on the left side with a contact area KS1 and on the right side with an isolation area IS1. On the other hand, in the overlying row all trenches DT on the left side are provided with each isolation area IS2 and on the right side with a contact area KS2. This arrangement is alternating in the column direction.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches und sicheres Herstellungsverfahren für einen derartigen einseitig angeschlossenen Grabenkondensator anzugeben.The Object of the present invention is a simple and safe manufacturing method for such a one-sided specify connected trench capacitor.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Herstellungsverfahren gelöst.According to the invention this Task by the production method specified in claim 1 solved.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen insbesondere darin, dass es eine genaue Definition des Anschlussgebietes bzw. des komplementären Isolationsgebietes beim jeweiligen vergrabenen Kontakt des Grabenkondensators ermöglicht.The Advantages of the method according to the invention lie in particular in the fact that there is a precise definition of the connection area or the complementary one Isolation area at the respective buried contact of the trench capacitor allows.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen Herstellungsverfahrens.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of in claim 1 specified production method.

Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung wird die Maske durch folgende Schritte gebildet:
Vorsehen eines Siliziumnitridliners über der Hartmaske und dem gefüllten Graben mit der überstehenden Füllung;
Vorsehen eines Siliziumliners über dem Siliziumnitridliner;
Durchführen mindestens einer schrägen Implantation in den Siliziumliner, wobei ein Bereich des Siliziumliners über der leitenden Füllung abgeschattet bleibt und die Ätzrate des implantierten Bereichs des Siliziumliners für einen vorbestimmten Ätzprozess herabgesetzt wird;
selektives Entfernen des abgeschatteten Bereichs durch den Ätzprozess;
Aufoxidieren des implantierten Bereichs des Siliziumliners; und
selektives Entfernen des Siliziumnitridliners unter dem entfernten abgeschatteten Bereich zum Freilegen des sich bis zum Rand erstreckenden freigelassenen Bereichs der elektrisch leitenden Füllung.
According to a preferred development, the mask is formed by the following steps:
Providing a silicon nitride liner over the hardmask and the filled trench with the overhanging filling;
Providing a silicon liner over the silicon nitride liner;
Performing at least one oblique implantation into the silicon liner, wherein a portion of the silicon liner remains shadowed over the conductive fill and the etch rate of the implanted region of the silicon liner is decreased for a predetermined etch process;
selectively removing the shadowed area by the etching process;
Oxidizing the implanted region of the silicon liner; and
selectively removing the silicon nitride liner under the removed shadowed area to expose the recessed area of the electrically conductive fill which extends to the edge.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Maske durch folgende Schritte gebildet:
Vorsehen eines Siliziumnitridliners über der Hartmaske und dem gefüllten Graben;
Vorsehen eines Siliziumliners über dem Siliziumnitridliner;
Durchführen mindestens einer schrägen Implantation in den Siliziumliner, wobei ein Bereich des Siliziumliners über der leitenden Füllung abgeschattet bleibt und die Ätzrate des implantierten Bereichs des Siliziumliners für einen vorbestimmten Ätzprozess herabgesetzt wird;
selektives Entfernen des abgeschatteten Bereichs durch den Ätzprozess;
selektives Entfernen des Siliziumnitridliners unter dem entfernten abgeschatteten Bereich;
selektives Entfernen des implantierten Bereichs des Siliziumliners;
Aufoxidieren des freigelegten sich bis zum Rand erstreckenden Bereichs der elektrisch leitenden Füllung zum Bilden eines Oxidbereichs; und
selektives Entfernen des restlichen Siliziumnitridliners zum Freilegen des sich bis zum Rand erstreckenden freigelassenen Bereichs der elektrisch leitenden Füllung.
According to a further preferred development, the mask is formed by the following steps:
Providing a silicon nitride liner over the hardmask and the filled trench;
Providing a silicon liner over the silicon nitride liner;
Performing at least one oblique implantation into the silicon liner, wherein a portion of the silicon liner remains shadowed over the conductive fill and the etch rate of the implanted region of the silicon liner is decreased for a predetermined etch process;
selectively removing the shadowed area by the etching process;
selectively removing the silicon nitride liner under the removed shadowed area;
selectively removing the implanted region of the silicon liner;
Oxidizing the exposed edge-extending portion of the electrically conductive fill to form an oxide region; and
selectively removing the remaining silicon nitride liner to expose the recessed region of the electrically conductive fill that extends to the edge.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Maske durch folgende Schritte gebildet:
Durchführen mindestens einer schrägen Implantation in den über die Oberseite der Hartmaske überstehenden Teils der elektrisch leitenden Füllung, wobei ein Bereich des über die Oberseite der Hartmaske überstehenden Teils der leitenden Füllung abgeschattet bleibt und die Oxidationsrate des implantierten Bereichs des über die Oberseite der Hartmaske überstehenden Teils der leitenden Füllung für einen vorbestimmten Oxidationsprozess herabgesetzt wird; und
selektives Aufoxidieren des freigelegten sich bis zum Rand erstreckenden Bereichs der elektrisch leitenden Füllung zum Bilden eines Oxidbereichs unter Freilassen des sich bis zum Rand erstreckenden Bereichs der elektrisch leitenden Füllung.
According to a further preferred development, the mask is formed by the following steps:
Performing at least one oblique implantation in the portion of the electrically conductive filling projecting beyond the top of the hardmask, wherein a portion of the portion of the conductive filling projecting beyond the top of the hardmask remains shadowed and the oxidation rate of the implanted portion of the portion of the implant overhanging the top of the hardmask reduced conductive filling for a predetermined oxidation process; and
selectively oxidizing the exposed edge-extending portion of the electrically conductive fill to form an oxide region, leaving the edge-extending portion of the electrically conductive fill free.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden in der oder den Implantationen Bor oder borhaltige Ionen implantiert.According to one Another preferred embodiment is in the implant or the Boron or boron-containing ions implanted.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden in der Implantation Stickkstoff-Ionen implantiert.According to one Another preferred development implanted nitrogen in the implantation nitrogen ions.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Halbleiterspeicherzelle mit einem Grabenkondensator und einem damit verbundenen planaren Auswahltransistor; 1 a schematic sectional view of a semiconductor memory cell with a trench capacitor and a planar selection transistor connected thereto;

2A, B eine jeweilige Draufsicht auf ein Speicherzellenfeld mit Speicherzellen gemäß 1 in einer ersten und zweiten Anordnungsmöglichkeit; 2A , B is a respective plan view of a memory cell array with memory cells according to 1 in a first and second arrangement possibility;

3A–F schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3A -F schematic representations of successive process stages of a manufacturing process as a first embodiment of the present invention;

4A–E schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 4A -E schematic representations of successive process stages of a manufacturing process as a second embodiment of the present invention; and

5A, B schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5A , B are schematic representations of successive process stages of a manufacturing process as a third embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Ingredients.

Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen wird aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Schilderung der Herstellung der planaren Auswahltransistoren verzichtet und lediglich die Bildung des einseitig angeschlossenen vergrabenen Kontakts des Grabenkondensators ausführlich erörtert. Die Schritte der Herstellung der planaren Auswahltransistoren sind, falls nicht ausdrücklich anders erwähnt, dieselben wie beim Stand der Technik.at The embodiments described below are for the sake of clarity to a description of the fabrication of the planar select transistors omitted and only the formation of the unilaterally connected buried contact of the trench capacitor discussed in detail. The steps of manufacture the planar select transistors are the same unless otherwise stated as in the prior art.

3A–F sind schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3A -F are schematic representations of successive process stages of a manufacturing process as an embodiment of the present invention.

In 3A bezeichnet Bezugszeichen 5 einen Graben, der im Silizium-Halbleitersubstrat 1 vorgesehen ist. Auf der Oberseite OS des Halbleitersubstrats 1 vorgesehen ist eine Hart maske bestehend aus einer Pad-Oxid-Schicht 2 und einer Pad-Nitrid-Schicht 3. Im Graben 5 ist ein Dielektrikum 30 beispielsweise aus Siliziumnitrid vorgesehen, das eine elektrisch leitende Füllung 20 gegenüber dem umgebenden Halbleitersubstrat 1 isoliert. Im oberen und mittleren Bereich des Grabens 5 ist ein umlaufender, ins Substrat 10 eingelassener Isolationskragen 10 vorgesehen. Ein beispielhaftes Material für den Isolationskragen 10 ist Siliziumoxid und für die elektrisch leitende Füllung 20 Polysilizium. Doch sind auch selbstverständlich andere Materialkombinationen vorstellbar.In 3A denotes reference numeral 5 a trench formed in the silicon semiconductor substrate 1 is provided. On the upper side OS of the semiconductor substrate 1 provided is a hard mask consisting of a pad oxide layer 2 and a pad nitride layer 3 , In the ditch 5 is a dielectric 30 For example, provided from silicon nitride, which is an electrically conductive filling 20 opposite the surrounding semiconductor substrate 1 isolated. In the upper and middle area of the ditch 5 is a circumferential, into the substrate 10 taken in isolation collar 10 intended. An exemplary material for the insulation collar 10 is silica and for the electrically conductive filling 20 Polysilicon. But of course, other material combinations are conceivable.

Wie in 3A dargestellt, ist das Kondensatordielektrikum 30 im gesamten Graben 5 vorgesehen. Die leitende Polysiliziumfüllung 20 steht gegenüber dem umgebenden Padnitrid 3 um ca. 50 bis 400 nm über, was sich entweder durch ein Anätzen des Padnitrids 3 oder ein Entfernen einer zuvor über dem Padnitrid vorgesehenen weiteren Hartmaske erreichen lässt.As in 3A is the capacitor dielectric 30 in the entire trench 5 intended. The conductive polysilicon filling 20 is opposite the surrounding pad nitride 3 about 50 to 400 nm above, resulting either in an etching of the pad nitride 3 or removal of a previously provided over the pad nitride further hard mask can be achieved.

Im Anschluss an den in 3A gezeigten Prozesszustand erfolgt zunächst ein isotropes Rückätzen der leitenden Polysiliziumfüllung 20 im Bereich, wo sie über das Padnitrid 3 übersteht.Following the in 3A shown process state is initially an isotropic etching back of the conductive polysilicon filling 20 in the area where they are above the padnitride 3 survives.

Mit Bezug auf 3B wird über der resultierenden Struktur zunächst ein Siliziumnitridliner 40 gebildet und darüber ein weiterer Liner aus amorphem Silizium 50 abgeschieden.Regarding 3B At first, a silicon nitride liner is formed over the resulting structure 40 formed and about another liner of amorphous silicon 50 deposited.

Daran anschließend erfolgen eine erste und eine zweite schräge Implantation I1, I2 von Borionen in dem Siliziumliner 50, wobei ein Bereich 50a abgeschattet bleibt, um über dem späteren vergrabenen Kontaktbereich eine Maskenöffnung zu definieren.Subsequently, a first and a second oblique implantation I1, I2 of boron ions take place in the silicon liner 50 , being an area 50a remains shadowed to define a mask opening over the later buried contact area.

Mit Bezug auf 3C erfolgt dann ein selektives Ätzen des abgeschatteten Bereichs 50a mit NH4OH, da die Implantationen I1 bzw. I2 die Ätzrate des übrigen Siliziumliners 50 stark herabgesetzt worden ist.Regarding 3C Then, a selective etching of the shaded area 50a with NH 4 OH, since the implantations I1 and I2, the etch rate of the remaining silicon liner 50 has been greatly reduced.

In einem darauffolgenden Prozessschritt wird der verbleibende Siliziumliner 50 zu einem oxidierten Siliziumliner 50' oxiciert, was schließlich zum in 3C gezeigten Prozesszustand führt.In a subsequent process step, the remaining silicon liner 50 to an oxidized silicon liner 50 ' oxiciert, what finally to in 3C shown process state leads.

Mit Bezug auf 3D wird der Siliziumliner 40 im Bereich, wo zuvor der nicht implantierte Siliziumliner 50a entfernt worden war, ebenfalls entfernt. Dann erfolgt eine Ätzung der leitenden Füllung 20 bis unterhalb der Oberseite des Isolationskragens 10. Dadurch wird das Kondensatordielektrikum 30 im späteren Anschlussbereich des vergraben Kontakts freigelegt.Regarding 3D becomes the silicon liner 40 in the area where previously the non-implanted silicon liner 50a removed, also removed. Then, an etching of the conductive filling takes place 20 to below the top of the insulation collar 10 , This will cause the capacitor dielectric 30 exposed in the later terminal area of the buried contact.

Mit Bezug auf 3E werden dann der oxidierte Siliziumliner 50' und der verbleibende Siliziumnitridliner 40 sowie das Kondensatordielektrikum 30 im freigelegten Bereich durch eine jeweilige Ätzung selektiv entfernt, um den späteren Anschlussbereich des vergrabenen Kontakts freizulegen. Hierbei kann die SiO2-Ätzmaske mitentfernt werden oder aber in einem folgenden Prozessschritt separat entfernt werden.Regarding 3E then become the oxidized silicon liner 50 ' and the remaining silicon nitride liner 40 and the capacitor dielectric 30 selectively removed in the exposed area by a respective etch to expose the later terminal area of the buried contact. In this case, the SiO 2 etching mask can also be removed or else removed separately in a subsequent process step.

Schließlich erfolgt mit Bezug auf 3F eine Abscheidung von einer weiteren leitenden Füllung 20' aus Polysilizium, wodurch auf der linken Seite von 3F der Anschlussbereich KS fertig gestellt wird, der dem Isolationsbereich IS gegenüberliegt.Finally, with reference to 3F a deposit of another conductive filling 20 ' made of polysilicon, which on the left side of 3F the connection area KS is completed, which is opposite to the isolation area IS.

In weiteren an sich bekannten Prozessschritten kann dann die Füllung 20, 20' chemisch mechanisch zurückpoliert werden und bis unterhalb der Oberseite des Substrats eingesenkt werden, woraufhin schließlich der Graben mit einem nicht gezeigten Isolationsdeckel aus Siliziumoxid verschlossen werden kann.In further known per se process steps then the filling 20 . 20 ' be polished back mechanically chemically and be sunk below the top of the substrate, whereupon finally the trench can be closed with an insulating lid made of silicon oxide, not shown.

4A–E sind schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4A -E are schematic representations of successive process stages of a manufacturing process as a second embodiment of the present invention.

Der in 4A gezeigte Prozesszustand entspricht dem Prozesszustand gemäß 3B, wobei eine schräge Implantation I1 von Borionen durchgeführt wird, so dass der abgeschattete Bereich 50a nicht dem späteren Anschlussbereich sondern dem späteren Isolationsbereich entspricht.The in 4A Process state shown corresponds to the process state according to 3B in which an oblique implantation I1 of boron ions is carried out so that the shaded area 50a does not correspond to the later connection area but the later isolation area.

Gemäß 4B erfolgt nach der Implantation I1 das selektive Ätzen des abgeschatteten Bereichs 50a des Liners 50 und anschließend das Entfernen des Siliziumnitridliners 40 in dem vom Siliziumliner 50 freigelegten Bereich, was schließlich zum in 4B gezeigten Prozesszustand führt.According to 4B After implantation I1, the selective etching of the shaded area takes place 50a of the liner 50 and then removing the silicon nitride liner 40 in the from the silicon liner 50 uncovered area, eventually leading to in 4B shown process state leads.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wird allerdings der Siliziumliner 50 nicht oxidiert. Vielmehr wird der Siliziumliner 50 mit Bezug auf 4C durch ein Ätzprozess, der auf dem Siliziumnitridliner 40 stoppt, entfernt und anschließend der freiliegende Bereich der leitenden Polysiliziumfüllung 20 selektiv oxidiert, um einen Oxidbereich 70 als Maske darauf auszubilden.In this second embodiment, however, the silicon liner 50 not oxidized. Rather, the silicon liner 50 regarding 4C through an etching process that takes place on the silicon nitride liner 40 stops, and then removes the exposed portion of the conductive polysilicon fill 20 selectively oxidized to an oxide region 70 as a mask on it.

Mit Bezug auf 4D wird dann der Siliziunnitridliner 40 selektiv entfernt und anschließend die leitende Polysiliziumfüllung 20 bis unterhalb der Oberseite des Isolationskragens 10 unter Verwendung des Oxidbereichs 70 als Maske geätzt, um das Kondensatordielektrikum 30 im späteren Anschlussbereich freizulegen.Regarding 4D then becomes the silicon nitride liner 40 selectively removed and then the conductive polysilicon filling 20 to below the top of the insulation collar 10 using the oxide region 70 etched as a mask to the capacitor dielectric 30 to expose later in the connection area.

Wie in 4E gezeigt, wird danach der Oxidbereich 70 durch eine Ätzung entfernt und eine weitere leitende Füllung 20' aus Polysilizium aufgebracht. Somit entsteht wie in 4E gezeigt, der Anschlussbereich KS des vergrabenen Kontakts, der dem Isolationsbereich IS gegenüberliegt.As in 4E after that, the oxide area becomes thereafter 70 removed by an etch and another conductive filling 20 ' made of polysilicon applied. Thus arises as in 4E shown, the terminal region KS of the buried contact, which is opposite to the isolation region IS.

Die weiteren möglichen Prozessschritte, die nicht dargestellt sind, entsprechen denen, die mit Bezug auf die erste Ausführungsform bereits erläutert worden sind.The other possible Process steps that are not shown correspond to those with reference to the first embodiment already explained are.

5A, B sind schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5A , B are schematic representations of successive process stages of a manufacturing process as a third embodiment of the present invention.

Der in 5A gezeigte Prozesszustand entspricht dem Prozesszustand gemäß 3B nach dem Zurückätzen der leitenden Füllung 25 aber vor der Abscheidung der Liner 40 bzw. 50.The in 5A Process state shown corresponds to the process state according to 3B after etching back the conductive filling 25 but before the deposition of the liner 40 respectively. 50 ,

Vielmehr wird bei dieser dritten Ausführungsform eine Implantation I3 von Stickstoffionen direkt in den rückgeätzten oberen Bereich der leitenden Polysiliziumfüllung 20 durchgeführt. Die Stickstoffionen hemmen des Oxidationsvermögen des implantierten Bereichs der leitenden Füllung 20. Aufgrund der Tatsache, dass die Implantation schräg ausgeführt wird, bleibt jedoch ein Bereich AS der leitenden Füllung abgeschattet. In diesem Bereich AS ist das Oxidationsvermögen ungemindert.Rather, in this third embodiment, an implantation of nitrogen ions I3 directly into the etched-back upper portion of the conductive polysilicon fill 20 carried out. The nitrogen ions inhibit the oxidizing ability of the implanted region of the conductive filling 20 , However, due to the fact that the implantation is performed obliquely, a region AS of the conductive filling remains shaded. In this area AS, the oxidation capacity is undiminished.

Dies macht man sich gemäß 5B dadurch zunutze, dass dort selektiv ein Oxidbereich 70 aufgewachsen wird, wohingegen der implantierte Bereich der leitenden Polysiliziumfüllung gar nicht oder nur marginal oxidiert wird.This is done according to 5B thereby exploiting that there selectively a oxide region 70 is grown, whereas the implanted region of the conductive polysilicon filling is not or only marginally oxidized.

Die sich an 5B anschließenden Prozessschritte der dritten Ausführungsform entsprechen denjenigen gemäß 4C bis E nach Entfernen des Siliziumliners 40 in 4C.The on 5B subsequent process steps of the third embodiment correspond to those according to 4C to E after removing the silicon liner 40 in 4C ,

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Even though the present invention above based on a preferred embodiment It is not limited to this, but in many ways and modifiable.

Insbesondere ist die Auswahl der Schichtmaterialien nur beispielhaft und kann in vielerlei Art variiert werden.Especially the choice of the layer materials is only exemplary and can be varied in many ways.

Auch ist die Erfindung nicht auf den ins Substrat eingelassenen Isolationskragen beschränkt, sondern auch für konventio nelle auf die Grabenwand aufgesetzte Isolationskrägen anwendbar.Also the invention is not limited to the insulating collar embedded in the substrate limited, but also for conventionally applicable to the trench wall patch insulation collars applicable.

11
Si-HalbleitersubstratSi semiconductor substrate
OSOS
Oberseitetop
22
Padoxidpad oxide
33
Padnitridpad nitride
55
Grabendig
4040
leitender Epitaxiebereichsenior epitaxial
10, 10a, 10b10 10a, 10b
Isolationskrageninsulation collar
20, 20a, 20b20 20a, 20b
leitende Füllung (z.B. Polysilizium)senior filling (e.g., polysilicon)
15a, 15b15a, 15b
vergrabener Kontaktburied Contact
16a, 16b16a, 16b
IsolationsbereichQuarantine
G1, G2G1, G2
Grabendig
GK1, GK2GK 1, GK2
Grabenkondensatorgrave capacitor
30, 30a, 30b30 30a, 30b
Kondensatordielektrikumcapacitor
S1, S2, S3S1, S2, S3
Sourcegebietsource region
D1, D2D1, D2
Draingebietdrain region
K2K2
Kanalgebietchannel region
WL, WL1, WL2, WL3WL WL1, WL2, WL3
Wortleitungwordline
GS1, GS2, GS3GS1, GS2, GS3
Gatestapelgate stack
GI1, GI2, GI3GI1, GI2, GI3
Gateisolatorgate insulator
II
Isolationsschichtinsulation layer
FF
minimale Längeneinheitminimum unit of length
BLKBLK
Bitleitungskontaktbit line
BLBL
Bitleitungbit
DTDT
Grabendig
AAAA
aktives Gebietactive area
STISTI
Isolationsgebiet (Shallow Trench Isolation)isolation region (Shallow trench isolation)
UCUC
Fläche EinheitszelleArea unit cell
KS, KS1, KS2KS, KS1, KS2
Kontaktbereichcontact area
IS, IS1, IS2IS, IS1, IS2
IsolationsbereichQuarantine
4040
Siliziumnitridlinersilicon nitride liner
5050
Siliziumlinersilicon liner
I1, I2, I3I1, I2, I3
Implantationimplantation
50a50a
abgeschatteter Bereich von 50 shadowed area of 50
ASAS
abgeschatteter Bereich bei I3 shaded area at I3

Claims (6)

Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen (10; 10a, 10b) in einem Substrat (1), der über einen vergrabenen Kontakt (15a, 15b; 20') einseitig mit dem Substrat (1) elektrisch verbundenen ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle mit einem in dem Substrat (1) vorgesehenen und über den vergrabenen Kontakt (15a, 15b) angeschlossenen planaren Auswahltransistor, mit den Schritten: Vorsehen von einem Graben (5) in dem Substrat (1) unter Verwendung einer Hartmaske (2, 3) mit einer entsprechenden Maskenöffnung; Vorsehen von einem Kondensatordielektikum (30) im Graben (5) und dem Isolationskragen (10) im Graben (5); Vorsehen einer elektrisch leitenden Füllung (20) im Graben (5); Zurückätzen der Oberseite der Hartmaske (2, 3), so dass die elektrisch leitende Füllung (20) über die Oberseite der zurückgeätzten Hartmaske (2, 3) übersteht; isotropes Rückätzen des über die Oberseite der Hartmaske (2, 3) überstehenden Teils der elektrisch leitenden Füllung (20) um eine vorbestimmte Dicke; Bilden einer Maske über dem rückgeätzten über die Oberseite der Hartmaske (2, 3) überstehenden Teil der elektrisch leitenden Füllung (20), welche einen sich bis zum Rand erstreckenden Bereich der elektrisch leitenden Füllung (20) freilässt; Entfernen der elektrisch leitenden Füllung (20) unter Verwendung der Maske bis unterhalb der Oberseite des Isolationskragens (10) unter Freilegen des Dielektrikums (30) im späteren Anschlussbereich (KS); Entfernen des freigelegten Dielektrikums (30) im späteren Anschlussbereich (KS) und der Maske; und Auffüllen des Grabens (5) mit einer weiteren elektrisch leitenden Füllung (20') zum Bilden des vergrabenen Kontakts.Manufacturing method for a trench capacitor with an insulation collar ( 10 ; 10a . 10b ) in a substrate ( 1 ), who has a buried contact ( 15a . 15b ; 20 ' ) on one side with the substrate ( 1 ) is electrically connected, in particular for a semiconductor memory cell with a in the substrate ( 1 ) and via the buried contact ( 15a . 15b ) connected planar selection transistor, comprising the steps of: providing a trench ( 5 ) in the substrate ( 1 ) using a hard mask ( 2 . 3 ) with a corresponding mask opening; Providing a capacitor dielectrics ( 30 ) in the ditch ( 5 ) and the insulation collar ( 10 ) in the ditch ( 5 ); Providing an electrically conductive filling ( 20 ) in the ditch ( 5 ); Etching back the top of the hard mask ( 2 . 3 ), so that the electrically conductive filling ( 20 ) over the top of the etched back mask ( 2 . 3 ) survives; isotropic re-etching of the over the top of the hard mask ( 2 . 3 ) projecting part of the electrically conductive filling ( 20 ) by a predetermined thickness; Forming a mask over the etched back over the top of the hardmask ( 2 . 3 ) projecting part of the electrically conductive filling ( 20 ) which extends up to the edge of the electrically conductive filling ( 20 ) leaves; Removing the electrically conductive filling ( 20 ) using the mask to below the top of the insulation collar ( 10 ) exposing the dielectric ( 30 ) in the later connection area (KS); Remove the exposed dielectric ( 30 ) in the later connection area (KS) and the mask; and filling the trench ( 5 ) with another electrically conductive filling ( 20 ' ) to make the buried contact. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske durch folgende Schritte gebildet wird: Vorsehen eines Siliziumnitridliners (40) über der Hartmaske (2, 3) und dem gefüllten Graben (5) mit der überstehenden Füllung; Vorsehen eines Siliziumliners (50) über dem Siliziumnitridliner (40); Durchführen mindestens einer schrägen Implantation (I1, I2) in den Siliziumliner (50), wobei ein Bereich (50a) des Siliziumliners (50) über der leitenden Füllung (20) abgeschattet bleibt und die Ätzrate des implantierten Bereichs des Siliziumliners (50) für einen vorbestimmten Ätzprozess herabgesetzt wird; selektives Entfernen des abgeschatteten Bereichs (50a) durch den Ätzprozess; Aufoxidieren des implantierten Bereichs des Siliziumliners (50); und selektives Entfernen des Siliziumnitridliners (40) unter dem entfernten abgeschatteten Bereich (50a) zum Freilegen des sich bis zum Rand erstreckenden freigelassenen Bereichs der elektrisch leitenden Füllung (20).Method according to claim 1, characterized in that the mask is formed by the following steps: providing a silicon nitride liner ( 40 ) over the hard mask ( 2 . 3 ) and the filled trench ( 5 ) with the overflowing filling; Providing a silicon liner ( 50 ) over the silicon nitride liner ( 40 ); Performing at least one oblique implantation (I1, I2) in the silicon liner ( 50 ), where one area ( 50a ) of the silicon liner ( 50 ) over the conductive filling ( 20 ) and the etch rate of the implanted region of the silicon liner ( 50 ) is lowered for a predetermined etching process; selectively removing the shaded area ( 50a ) by the etching process; Oxidizing the implanted region of the silicon liner ( 50 ); and selective removal of the silicon nitride liner ( 40 ) under the removed shaded area ( 50a ) to expose the recessed area of the electrically conductive filling ( 20 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske durch folgende Schritte gebildet wird: Vorsehen eines Siliziumnitridliners (40) über der Hartmaske (2, 3) und dem gefüllten Graben (5); Vorsehen eines Siliziumliners (50) über dem Siliziumnitridliner (40); Durchführen mindestens einer schrägen Implantation (I1) in den Siliziumliner (50), wobei ein Bereich (50a) des Siliziumliners (50) über der leitenden Füllung (20) abgeschattet bleibt und die Ätzrate des implantierten Bereichs des Siliziumliners (50) für einen vorbestimmten Ätzprozess herabgesetzt wird; selektives Entfernen des abgeschatteten Bereichs (50a) durch den Ätzprozess; Entfernen des Siliziumnitridliners (40) unter dem entfernten abgeschatteten Bereich (50a); selektives Entfernen des implantierten Bereichs des Siliziumliners (50); Aufoxidieren des freigelegten sich bis zum Rand erstreckenden Bereichs der elektrisch leitenden Füllung (20) zum Bilden eines Oxidbereichs (70); und selektives Entfernen des restlichen Siliziumnitridliners (40) zum Freilegen des sich bis zum Rand erstreckenden freigelassenen Bereichs der elektrisch leitenden Füllung (20).Method according to claim 1, characterized in that the mask is formed by the following steps: providing a silicon nitride liner ( 40 ) over the hard mask ( 2 . 3 ) and the filled trench ( 5 ); Providing a silicon liner ( 50 ) over the silicon nitride liner ( 40 ); Performing at least one oblique implantation (I1) in the silicon liner ( 50 ), where one area ( 50a ) of the silicon liner ( 50 ) over the conductive filling ( 20 ) and the etch rate of the implanted region of the silicon liner ( 50 ) is lowered for a predetermined etching process; selectively removing the shaded area ( 50a ) by the etching process; Removing the silicon nitride liner ( 40 ) under the removed shaded area ( 50a ); selective removal of the implanted region of the silicon liner ( 50 ); Oxidizing the exposed to the edge extending portion of the electrically conductive filling ( 20 ) for forming an oxide region ( 70 ); and selectively removing the remaining silicon nitride liner ( 40 ) to expose the recessed area of the electrically conductive filling ( 20 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske durch folgende Schritte gebildet wird: Durchführen mindestens einer schrägen Implantation (I3) in den über die Oberseite der Hartmaske (2, 3) überstehenden Teils der elektrisch leitenden Füllung (20), wobei ein Bereich (AS) des über die Oberseite der Hartmaske (2, 3) überstehenden Teils der leitenden Füllung (20) abgeschattet bleibt und die Oxidationsrate des implantierten Bereichs des über die Oberseite der Hartmaske (2, 3) überstehenden Teils der leitenden Füllung (20) für einen vorbestimmten Oxidationsprozess herabgesetzt wird; und selektives Aufoxidieren des freigelegten sich bis zum Rand erstreckenden Bereichs der elektrisch leitenden Füllung (20) zum Bilden eines Oxidbereichs (70) unter Freilassen des sich bis zum Rand erstreckenden Bereichs der elektrisch leitenden Füllung (20).Method according to claim 1, characterized in that the mask is formed by the following steps: performing at least one oblique implantation (I3) in the over the top of the hard mask ( 2 . 3 ) projecting part of the electrically conductive filling ( 20 ), wherein an area (AS) of the over the top of the hard mask ( 2 . 3 ) projecting part of the conductive filling ( 20 ) and the oxidation rate of the implanted region of the over the top of the hard mask ( 2 . 3 ) projecting part of the conductive filling ( 20 ) is lowered for a predetermined oxidation process; and selectively oxidizing the exposed to the edge-extending portion of the electrically conductive filling ( 20 ) for forming an oxide region ( 70 ) leaving the edge-extending region of the electrically conductive filling ( 20 ). Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der oder den Implantationen (I1, I2) Bor oder borhaltige Ionen implantiert werden.Method according to claim 2 or 3, characterized that in the implant or the implantations (I1, I2) boron or boron-containing Ions are implanted. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Implantation (I3) Stickkstoff-Ionen implantiert werden.Method according to claim 4, characterized in that that in the implantation (I3) nitrogen-nitrogen ions are implanted.
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