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Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht
den Vorteil der Priorität
aus der früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. P2003-030795, eingereicht am 7.
Februar 2003; von welcher der gesamte Inhalt hierin durch Bezugnahme
enthalten ist.
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung
mit Grabenkondensatoren und ein Verfahren zum Herstellen der Grabenkondensatoren.
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2. Beschreibung des zugehörigen Standes
der Technik
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In letzter Zeit sind Halbleitervorrichtungen als
Speichervorrichtung für
eine Informationsverarbeitungsvorrichtung entwickelt worden. Da
die Halbleitervorrichtung keine mechanisch angetriebenen Komponenten
bzw. Bauteile hat, hat die Halbleitervorrichtung eine hohe Immunität gegen
mechanische Stöße und eine
Zugriffsfähigkeit
hoher Geschwindigkeit. Solche Halbleitervorrichtungen enthalten
Speicherzellen. Die Speicherzellen sind durch jüngste Entwicklungen auf dem
Gebiet der Halbleitertechnologie kleiner gemacht worden, und zwar
insbesondere durch die Schrumpfungs-Entwicklungsregel. Das Schrumpfen
der Speicherzellen ist erforderlich geworden, um hochintegrierte
Halbleitervorrichtungen hoher Dichte zu schaffen. Durch Verwenden
der feinen Verarbeitung bezüglich
der besonderen Größe der Zellen
sind Probleme verursacht worden, die zu Speicher-Speicherungseigenschaften
der Speicherzellen gehören.
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In einem dynamischen Direktzugriffsspeicher
(DRAM) der Halbleitervorrichtung enthalten die Speicherzellen einen
MOS(Metalloxidhalbleiter-)Transistor und einen Speicherkondensator,
der in Reihe zum MOS-Transistor geschaltet ist. In einem DRAM hat
das Schrumpfen der Speicherzellen die Neigung, den Bereich zu reduzieren,
und eine erniedrigte Kapazität
des Kondensators. Es hat eine Möglichkeit
gegeben, dass die erniedrigte Kapazität Probleme erzeugt, bei welchen
in den Speicherzellen gespeicherte Daten fehlerhaft gelesen werden,
und ein Softwarefehler kann auftreten, der dann veranlasst wird,
wenn die in den Speicherzellen gespeicherten Daten durch Alphastrahlen
beschädigt
werden.
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Zum Lösen der obigen Probleme ist
es wichtig, die Kapazität
des Kondensators selbst bei einem Schrumpfen der Speicherzelle nicht
zu reduzieren. Um die Speicherkapazität des Kondensators nicht zu reduzieren,
ist ein Graben, in welchem ein Kondensator ausgebildet ist, tiefer
geätzt
worden, um den Bereich des Kondensators zu erhöhen. Jedoch ist es bei der
gegenwärtigen
Herstellungstechnologie schwierig geworden, den Graben tiefer zu ätzen. Darüber hinaus
ist die Dicke des Isolierfilms des Kondensators dünner gemacht
worden, um die erforderliche Speicherkapazität beizubehalten. Jedoch ist
es bei der gegenwärtigen
Herstellungstechnologie auch schwierig geworden, die Dicke des Isolierfilms
dünner
zu machen. Es sind zwei Ansätze
vorgeschlagen worden, wodurch die Speicherkapazität nicht
reduziert wird: ein erster Ansatz, durch welchen ein Graben als
Flaschentypgraben ausgebildet wird; und ein zweiter Ansatz, durch
welchen eine Plattenelektrode durch Dotieren unter einer Dampfphasendiffusion ausgebildet
wird. Jedoch hat es Fälle
gegeben, in welchen andere Speichercharakteristiken der Speicherzellen
durch Verwenden der obigen Verfahren verschlechtert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
enthält
eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung enthält ein Halbleitersubstrat
mit einem ersten Leitfähigkeitstyp
und mit einer Seitenwand und einer Bodenfläche, die von der Seitenwand umgeben
ist, eine Plattenelektrode mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp,
der unterschiedlich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, wobei die
Plattenelektrode von der Bodenfläche
zur Seitenwand im Halbleitersubstrat vorgesehen ist, einen Kondensator-Isolierfilm,
der an der Bodenfläche
und der Seitenwand vorgesehen ist, einen Kragen-Oxidfilm, der an
der Seitenwand vorgesehen ist, wobei ein ringförmiges unteres Ende des Kragen-Oxidfilms
in Kontakt mit dem Kondensator-Isolierfilm ist und der Kragen-Oxidfilm
in Kontakt mit der Plattenelektrode ist, eine Speicherelektrode, die
an der Plattenelektrode und dem Kondensator-Isolierfilm vorgesehen
ist, wobei eine Höhe
einer oberen Oberfläche
der Speicherelektrode höher
als eine Höhe
eines oberen Endes des Kragen-Oxidfilms ist, eine Kondensator-Extraktionselektrode,
die am oberen Ende des Kragen-Oxidfilms und an der oberen Oberfläche der
Speicherelektrode vorgesehen ist, wobei die Kondensator-Extraktionselektrode elektrisch
an die Speicherelektrode angeschlossen ist und in Kontakt mit einem
oberen Teil der Seitenwand ist, und einen vergrabenen Brückenbereich, der
innerhalb des Halbleitersubstrats einschließlich des oberen Teils der
Seitenwand vorgesehen ist, wobei der vergrabene Brückenbereich
in Kontakt mit dem Kragen-Oxidfilm ist und elektrisch an die Kondensator-Extraktionselektrode
angeschlossen ist, wobei der vergrabene Brückenbereich den zweiten Leitfähigkeitstyp
hat.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung enthält
ein Verfahren zum Herstellen eines Grabenkondensators gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren zum Herstellen eines Grabenkondensators
enthält
ein Ausbilden eines Grabens auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats
mit einem ersten Leitfähigkeitstyp,
ein Ausbilden eines ersten Isolierfilms an einer Seitenwand des
Grabens, ein Ablagern eines Halbleiterfilms im Graben auf dem ersten
Isolierfilm, ein Ätzen
des ersten Isolierfilms und des in einem oberen Teil des Kragens
angeordneten Halbleiterfilms, ein Ablagern eines zweiten Isolierfilms
an einer freigelegten Seitenwand des Grabens, ein Ätzen des
Halbleiterfilms, ein Ätzen
des ersten Isolierfilms, ein Ausbilden einer Plattenelektrode eines
zweiten Leitfähigkeitstyps,
der unterschiedlich vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, an der freigelegten
Seitenwand des Kragens durch ein Dampfphasen-Diffusionsverfahren,
ein Ausbilden eines Kondensator-Isolierfilms an der Plattenelektrode und
ein Vergraben einer Speicherelektrode im Kondensator-Isolierfilm
und im zweiten Isolierfilm innerhalb des Grabens.
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1 ist
ein Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2A–2T sind Querschnitte zum
Erklären von
Schritten zum Ausführen
eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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3 ist
eine Kurve, die eine Beziehung zwischen einer Ätzrate von Silizium-Germanium
und einem Molteil von Germanium darstellt;
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4 ist
eine Kurve, die eine Beziehung zwischen einer Kapazität eines
Grabenkondensators und einer Spannung einer Speicherelektrode in
der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
darstellt;
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5 ist
ein Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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6A–6C sind Querschnitte zum
Erklären von
Schritten zum Ausführen
eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es ist zu beachten, dass dieselben oder ähnliche Bezugszeichen auf dieselben
oder ähnliche
Teile und Elemente in den gesamten Zeichnungen angewendet werden und
die Beschreibung derselben oder von ähnlichen Teilen und Elementen
weggelassen oder vereinfacht sein wird.
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(Verschlechterung bezüglich Datenhaltecharakteristiken
von Speicherzellen)
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Es sind zwei Ansätze durchgeführt worden, durch
welche die Kapazität
nicht reduziert wird. Jedoch ist gezeigt worden, dass die Speicherzellenkapazität in einigen
Fällen
reduziert wird und andere Haltecharakteristiken verschlechtert werden,
wenn die obigen Ansätze
verwendet werden.
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Es ist nun klar, dass eine Verschlechterung bezüglich der
Speicher-Speicherungscharakteristiken durch einen Defekt in einem
vergrabenen Brückenbereich
erzeugt wird, welcher elektrisch an eine Speicherelektrode des Kondensators
angeschlossen ist, und einem Drainbereich eines Transistors beim Übergang
zwischen dem vergrabenen Brückenbereich
und dem Halbleitersubstrat. Aufgrund dieses Defekts wird ein Übergangs-Leckstrom
durch den im vergrabenen Brückenbereich
erzeugten Defekt erhöht.
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Der Kondensator enthält einen
Kragen-Oxidfilm, der die Plattenelektrode und die Speicherelektrode
trennt. Es ist bestimmt worden, dass ein Grund für eine Erzeugung des Defekts
im vergrabenen Brückenbereich
darin besteht, dass eine normale Spannung an den Kragen-Oxidfilm
in Bezug auf die Seitenwand des Kragens eine Kompressionsspannung ist.
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Ein Kragen-Isolierfilm wird durch
ein thermisches Oxidationsverfahren einer Lokaloxidation eines Silizium(LOCOS
= Local Oxidation of Silicon)-Kragens aufgewachsen. Da der obige
Kragen-Oxidfilm vor einer Ausbildung des Kondensators ausgebildet
wird, können
die obigen zwei Verfahren verwendet werden, d.h. das Verfahren,
durch welches der Graben als Flaschentypgraben ausgebildet wird;
und das Verfahren, durch welches die Plattenelektrode durch Dotieren
unter einer Dampfphasendiffusion ausgebildet wird.
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Wenn der Kragen-Oxidfilm durch das
thermische Oxidationsverfahren aufgewachsen wird, wird die Seitenwand
des Grabens oxidiert. Das Volumen des durch Oxidation aufgewachsenen
Kragen-Oxidfilms ist größer als
das Volumen des bei der Oxidation verwendeten Halbleitersubstrats.
Darüber
hinaus ist das Volumen des Kragen-Oxidfilms, der im Graben aufwachsen
kann, kleiner als dasjenige des thermisch oxidierten Films, der
auf einer flachen Oberfläche
des Halbleitersubstrats aufwachsen kann. Dadurch wird eine Kompressionsspannung
innerhalb des Kragen-Oxidfilms erzeugt. Es ist bestimmt worden,
dass eine Kompressionsspannung vom Kragen-Oxidfilm zum vergrabenen
Brückenbereich
erzeugt wird. Im vergrabenen Brückenbereich
wird durch die obige Spannung ein Defekt erzeugt.
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Dann ist bestimmt worden, dass die
Spannung vom Kragen-Oxidfilm zum vergrabenen Brückenbereich verhindert werden
sollte, um eine Erzeugung des Defekts zu verhindern. Das bedeutet,
dass die Kompressionsspannung nicht innerhalb des Kragen-Oxidfilms erzeugt
werden sollte.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Speicherzellen.
Jede der Speicherzellen umfasst den Kondensator und den MOS-Transistor,
wie es in 1 gezeigt
ist. Jede Speicherzelle ist von einer anderen durch einen Isolierbereich 21 dazwischen
isoliert.
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Der Speicherkondensator ist in einem
Graben aus einem p-Typ-Silizium-(Si)-Substrat 1 angeordnet.
Der Speicherkondensator enthält
eine Plattenelektrode 12, einen Kondensator-Isolierfilm 13,
einen Kragen-Oxidfilm 11, eine Speicherelektrode 15, eine
Kondensator-Extraktionselektrode 19 und einen vergrabenen
Brückenbereich 17.
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Die Plattenelektrode 12 mit
der Bodenfläche und
der Seitenwand des Grabens ist innerhalb des Siliziumsubstrats 1 vorgesehen.
Die Plattenelektrode 12 hat eine Leitfähigkeit vom n-Typ. Der Kondensator-Isolierfilm 13 ist
von der Bodenfläche
zum oberen Teil der Seitenwand vorgesehen. Der Kondensator-Isolierfilm 13 ist
auf der Plattenelektrode 12 vorgesehen.
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Der Kragen-Oxidfilm 11 ist über der
Seitenwand des Grabens vorgesehen, d.h. am oberen Teil des Grabens.
Das ringförmige
untere Ende des Kragen-Oxidfilms 11 ist in Kontakt mit
dem Kondensator-Isolierfilm 13. Der Kragen-Oxidfilm 11 ist
auch in Kontakt mit der Plattenelektrode 12. Eine normale Spannung
am Kragen-Oxidfilm 11 in Bezug auf die Seitenwand des Grabens
ist eine Zugspannung. Der Kragen-Oxidfilm 11 ist an der
Seitenwand des Grabens vorzugsweise durch ein chemisches Dampfablagerungs-(CVD-)Verfahren
abgelagert.
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Die Speicherelektrode 15 ist
an dem Kondensator-Isolierfilm 13 vorgesehen. Die Höhe der oberen
Oberfläche
der Speicherelektrode 15 ist höher als diejenige des oberen
Endes des Kragen-Oxidfilms 11. Die Schnittstelle zwischen
der Speicherelektrode 15 und der Extraktionselektrode 19 stimmt
nicht mit einer Ebene überein,
auf welcher das untere Ende des Kragen-Oxidfilms 11 ein äußerer Rand
bzw. eine Außenkante
ist. In der Speicherelektrode 15 ist die Breite an der
Seitenwand in Kontakt mit dem Kondensator-Isolierfilm 13 größer als diejenige
an der Seitenwand in Kontakt mit dem Kragen-Oxidfilm 11.
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Die Kondensator-Extraktionselektrode 19 ist am
oberen Ende des Kragen-Oxidfilms 11 und an der oberen Oberfläche der
Speicherelektrode 15 vorgesehen. Die Kondensator-Extraktionselektrode 19 ist elektrisch
an die Speicherelektrode 15 angeschlossen. Die Kondensator-Extraktionselektrode 19 ist
in Kontakt mit der oberen Oberfläche
der Seitenwand des Kragens. Der vergrabene Brückenbereich 17 ist innerhalb
des Siliziumsubstrats 1 einschließlich der oberen Oberfläche der
Seitenwand des Grabens vorgesehen. Der vergrabene Brückenbereich 17 ist
in Kontakt mit dem Kragen-Oxidfilm 11 und ist elektrisch an
die Kondensator-Extraktionselektrode 19 angeschlossen.
Der vergrabene Brückenbereich 17 hat eine
Leitfähigkeit
vom n-Typ.
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Der MOS-Transistor ist in der Nachbarschaft des
Grabens im Siliziumsubstrat 1 angeordnet. Der MOS-Transistor
umfasst einen Drainbereich 26, einen Gate-Isolierfilm 22,
eine Gate-Elektrode 23 und einen
Sourcebereich 25.
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Der Drainbereich 26 ist
innerhalb des Siliziumsubstrats 1 einschließlich der
oberen Oberfläche des
Substrats 1 vorgesehen. Der Drainbereich 26 ist elektrisch
an den vergrabenen Brückenbereich 17 angeschlossen.
Der Drainbereich 26 hat eine n-Typ-Leitfähigkeit.
Der Gate-Isolierfilm 22 ist auf der oberen Oberfläche des
Siliziumsubstrats 1 vorgesehen. Die Gate-Elektrode 23 ist
auf dem Gate-Isolierfilm 22 und über dem Drainbereich 26 vorgesehen. Der
Sourcebereich 25 ist unter dem Gate-Isolierfilm 22,
unter der Gate-Elektrode 23 und getrennt vom Drainbereich 26 innerhalb
des Siliziumsubstrats 1 einschließlich der oberen Oberfläche des
Substrats 1 vorgesehen. Der Sourcebereich 25 hat
eine n-Typ-Leitfähigkeit.
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Zusätzlich enthält die Halbleitervorrichtung einen
Kontaktstecker 30, der auf dem Sourcebereich 25 vorgesehen ist,
und eine Bitleitung 31, die elektrisch an den Sourcebereich 25 angeschlossen
ist. Die Bitleitung 31 ist auf einem Zwischenpegelisolator 29 vorgesehen.
Die Gate-Elektrode 23 und der Kontaktstecker 30 sind
voneinander mit einem Siliziumnitridfilm 24 und Seitenwänden 27, 28 isoliert.
Der Isolationsbereich 21 ist auf der Kondensator-Extraktionselektrode 19 vorgesehen.
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In Bezug auf die Halbleitervorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
werden im Wesentlichen keine Defekte im vergrabenen Brückenbereich 17 erzeugt,
weil die normale Spannung an dem Kragen-Oxidfilm 11 in
Bezug auf die Seitenwand des Grabens keine Kompressionsspannung
ist. Während es
möglich
ist, dass keine Spannung von irgendeinem Typ induziert wird, kann
es Fälle
geben, in welchen nur ein kleines Ausmaß einer Zugspannung induziert
wird. Hier ist es offensichtlich, dass selbst dann, wenn eine normale
Spannung eine Kompressionsspannung ist, die Spannung so klein sein
kann, dass kein Defekt erzeugt wird. Zum Reduzieren der Intensität der normalen
Spannung und zum weiteren Machen der Spannung zu einer Zugspannung
ist nur erforderlich, dass der Kragen-Oxidfilm 11 an der
Seitenwand des Grabens vorgesehen wird, und zwar nicht durch das
thermische Oxidationsverfahren, sondern durch eine chemische Dampfablagerung, wie
es oben beschrieben ist.
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Darüber hinaus existiert in Bezug
auf die Speicherelektrode 15 keine Schnittstelle mit einer Ebene,
an welcher das untere Ende des Kragen-Oxidfilms 11 ein äußerer Rand
ist. Dadurch ist es offensichtlich, dass die Speicherelektrode 15 zu
einer Zeit mit Bereichen in Kontakt mit dem Kondensator-Isolierfilm 13 und
dem Kragen-Oxidfilm 11 ausgebildet wird. Ein natürlicher
Oxidationsfilm wird nicht auf der Oberfläche des Bereichs in Kontakt
mit dem Kondensator-Isolierfilm 13 ausgebildet und ein
natürlicher
Oxidationsfilm wird nicht an der Schnittstelle zwischen dem Bereich
in Kontakt mit dem Kondensator-Isolierfilm 13 und dem Bereich
in Kontakt mit dem Kragen-Oxidfilm 11 ausgebildet. Dadurch
kann ein parasitärer
Widerstand des Speicherkondensators reduziert werden.
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Weiterhin können die Schreib- und Lesegeschwindigkeiten
von Daten in den Speicherzellen erhöht werden.
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Wie es oben erklärt ist, kann die Halbleitervorrichtung,
bei welcher die Datenhaltecharakteristiken nicht verschlechtert
sind, selbst bei einem Schrumpfen der Speicherzellen zur Verfügung gestellt
werden.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen
der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erklärt.
Das Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung enthält ein Verfahren
zum Ausbilden eines Grabenkondensators. Zuallererst wird das Verfahren
zum Ausbilden des Grabenkondensators ausgeführt.
- (a)
Ein thermisch oxidierter Film 2 wird auf dem p-Typ-Siliziumsubstrat 1 aufgewachsen.
Ein Siliziumnitridfilm 3 und ein Siliziumoxidfilm 4 werden auf
dem thermisch oxidierten Film 2 durch das CVD-Verfahren
abgelagert. Wie es in 2A gezeigt
ist, wird unter Verwendung einer Fotolithografietechnik ein Graben 5 bei
einer Position ausgebildet, bei welcher ein Grabenkondensator ausgebildet
wird.
- (b) Wie es in 2B gezeigt
ist, wird ein anisotropes Ätzen
des Siliziumsubstrats 1 zum Ausbilden eines Grabens 6 unter
Verwendung des thermisch oxidierten Films 2, des Siliziumnitridfilms 3 und des
Siliziumoxidfilms 4 als Maske ausgeführt.
- (c) Ein Siliziumnitridfilm 7 wird an den Seitenwänden der
Gräben 5, 6 und
am Siliziumoxidfilm 4 durch das CVD-Verfahren abgelagert.
Die Filmdicke des Siliziumnitridfilms 7 wurde auf 5 nm
eingestellt. Wie es in 2C gezeigt
ist, wird ein Teil eines Silizium-Germanium-(SiGe-)Films 9 in
den Gräben 5, 6 als
vergrabene Dummyschicht zur Aberlagerung des Kragen-Oxidfilms durch das CVD-Verfahren
vergraben. Ein weiterer Teil des Silizium-Germanium-Films 9 wird
auf dem Siliziumnitridfilm 7 über dem Siliziumoxidfilm 4 ausgebildet.
Wenn der Silizium-Germanium-Film 9 abgelagert wurde, wurden
Monosilan (SiH4) und Monogerman (GeH4) als Quellengas bzw. Ursprungsgas verwendet.
Die Flussraten von Monosilan und Monogerman bei der Ausbildung waren jeweils
250 sccm und 500 sccm. Der Ablagerungsdruck in einem Reaktor war
133 Pa. Die Ablagerungstemperatur für das Siliziumsubstrat 1 war
bei der Ausbildung 450 Grad Celsius.
- (d) Wie es in 2D gezeigt
ist, wird der obere Teil des Silizium-Germanium-Films 9 durch
ein chemisches Trockenätz(CDE-)Verfahren
geätzt und
wird der Silizium-Germanium-Film 9 nur im unteren Teil
des Grabens 6 gelassen. Wie es in 2E gezeigt ist, wird der freigelegte
Siliziumnitridfilm 7 geätzt
und entfernt.
- (e) Wie es in 2F gezeigt
ist, wird ein Siliziumoxidfilm 11 für einen Kragen-Oxidfilm an
den freigelegten Seitenwänden
der Gräben 5, 6 durch das
CVD-Verfahren abgelagert. Darüber
hinaus wurde auch der Siliziumoxidfilm 11 auf dem Siliziumoxidfilm 4 abgelagert.
Der Siliziumoxidfilm 11 war ein TEOS-Oxidfilm, und die
Filmdicke des Films 11 wurde auf 20 nm eingestellt. Ein
Niederdruck-CVD-(LPCVD-)Verfahren kann verwendet werden, um eine
normale Spannung an dem Kragen-Oxidfilm 11 in
Bezug auf die Seitenwand des Grabens 6 derart einzustellen,
dass sie eine Zugspannung ist. Die durch das LPCVD-Verfahren erzeugte
Spannung ist kleiner als diejenige, die durch das Oxidationsverfahren
erzeugt wird. Darüber
hinaus kann eine Steuerung der Spannung durch Ändern der Ablagerungstemperatur
erreicht werden.
- (f) Wie es in 2G gezeigt
ist, wird der Kragen-Oxidfilm 11, der an der Bodenfläche des
Grabens 6 und am Siliziumoxidfilm 4 abgelagert
ist, durch ein anisotropes Ätzen
unter einem reaktiven Ionenätzen
(RIE) geätzt
und entfernt. Der Kragen-Oxidfilm 11 bleibt nur an den
Seitenwänden
der Gräben 5, 6.
Der Silizium-Germanium-Film 9 wird freigelegt.
- (g) Wie es in 2H gezeigt
ist, wird der Silizium-Germanium-Film 9,
der im unteren Teil des Grabens 6 zurückbleibt, mit einem Ätzmittel
einschließlich
einer Wasserstoffperoxidlösung
(H2O2) geätzt. Wie
es in 3 gezeigt ist,
kann ein größerer Molteil
von Germanium (Ge) in Silizium-Germanium veranlassen, dass sich
die Ätzrate
erhöht.
Andererseits scheint es so zu sein, dass das Siliziumsubstrat 1,
der Siliziumoxidfilm 4, der Siliziumoxidfilm 11 und
der Siliziumnitridfilm 7 im Wesentlichen nicht durch ein Ätzmittel
einschließlich
einer Wasserstoffperoxidlösung
geätzt
werden. Dadurch kann der Silizium-Germanium-Film 9 durch
Verwenden eines Ätzmittels
einschließlich der
Wasserstoffperoxidlösung
ohne Ätzen
des Siliziumsubstrats 1, des Siliziumoxidfilms 4,
des Siliziumoxidfilms 11 und des Siliziumnitridfilms 7 entfernt
werden. Hier ist, wie es in 3 gezeigt ist,
die Neigung der Ätzrate
bei einem Molteil von Germanium von weniger als 50% kleiner als
diejenige in dem Fall, in welchem der Molteil gleich oder größer als
50 ist. Dadurch kann die Ätzrate von
Silizium-Germanium auf einfache Weise durch Bereitstellen des Molteils
von Germanium gleich oder größer als
50% erhöht
werden. Wie es in 2I gezeigt
ist, wird der Siliziumnitridfilm 7 durch Ätzen entfernt.
- (h) Wie es in 2J gezeigt
ist, wird die Seitenwand des Grabens 6 mit einer verdünnten Wasserstoffluorid-Salpetersäuremischung
(HF-HNO3) unter Verwendung des Kragen-Oxidfilms 11 als Maske
geätzt.
Wie es in 2K gezeigt
ist, wird eine n-Typ-Diffusionsschicht, die die Plattenelektrode
12 wird, an der freigelegten Seitenwand des Grabens 5 durch
eine Dampfphasendiffusion ausgebildet. Wie es in 2L gezeigt ist, wird der Kondensator-Isolierfilm 13 auf
der Plattenelektrode 12 ausgebildet. Ein Oxynitrid-Siliziumfilm
wurde als der Kondensator-Isolierfilm 13 ausgebildet.
- (i) Wie es in 2M gezeigt
ist, werden n-Typ-Polysiliziumsäulen in
den Gräben 5, 6 auf
dem Kondensator-Isolierfilm 13 und
dem Graben-Oxidfilm 11 als die Speicherelektrode 15 vergraben.
Ein n-Typ-Siliziumfilm 14 wird auf dem Siliziumoxidfilm 4 ausgebildet.
Eine Leerstelle 16 wird in der Speicherelektrode 15 erzeugt.
Dadurch wird eine Ausbildung des Grabenkondensators mit der Plattenelektrode 12 und
der Speicherelektrode 15 als Anschlüsse beendet.
- (j) Das Substrat wird bis zu der Höhe der oberen Oberfläche des
Siliziumnitridfilms 3 rückgeätzt, wie
es in 2N gezeigt ist.
Wie es in 2O gezeigt
ist, wird der obere Teil der Speicherelektrode 15 so geätzt, dass
die Höhe
der oberen Oberfläche
der Speicherelektrode 15 niedriger als diejenige der Oberfläche des
Siliziumsubstrats 1 ist. Wie es in 2P gezeigt ist, wird das obere Ende des
Kragen-Oxidfilms 11 so
geätzt,
dass die Höhe des
oberen Endes des Kragen-Oxidfilms 11 niedriger als diejenige
der oberen Oberfläche
der Speicherelektrode 15 ist. Das Siliziumsubstrat 1 wird
zur Seitenwand des Grabens 6 freigelegt. N-Typ-Diffusionsschichten,
die die vergrabenen Brückenbereiche 17, 18 werden,
werden auf dem durch das Dampfphasendiffusionsverfahren freigelegten
Siliziumsubstrat 1 ausgebildet. Wie es in 2Q gezeigt ist, wird die Kondensator-Extraktionselektrode 19 in
Kontakt mit der Speicherelektrode 15 und dem vergrabenen
Brückenbereich 17
im Graben 6 durch Ablagern und Rückätzen eines n-Typ-Polysiliziumfilms
vergraben. Dadurch wird eine Ausbildung eines Grabenkondensators mit
der Kondensator-Extraktionselektrode 19 und der
Plattenelektrode 12 als Anschlüsse beendet. Der gesamte Kragenkondensator,
der ausgebildet worden ist, wird bei einer niedrigeren Position
als derjenigen der Oberfläche
des Siliziumsubstrats 1 angeordnet.
- (k) Zusätzlich
wird ein Graben 20 auf dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet,
wie es in 2R gezeigt.
Ein Silizium-Isolierfilm
wird auf dem Substrat 1 abgelagert, und der Isolationsbereich 21 wird auf
dem Substrat 1 nach einem Rückätzen ausgebildet, wie es in 2S gezeigt ist. Der Siliziumoxidfilm 2 wird
geätzt,
um einen Siliziumoxidfilm, der der Gate-Isolierfilm 22 wird,
auf dem freigelegten Siliziumsubstrat 1 auszubilden. Ein
n-Typ-Polysiliziumfilm 23 und ein Siliziumnitridfilm 24 werden
auf dem Substrat 1 abgelagert, um die Filme 23, 24 in
ein Muster der Gate-Elektrode 23 zu ätzen. Eine
Ionenimplantation wird unter Verwendung des Siliziumnitridfilms 24 als
Maske durchgeführt,
um den Drainbereich 26 und den Sourcebereich 25 auszubilden.
Dadurch wird eine Ausbildung des MOS-Transistors beendet.
- (l) Wie es in 2T gezeigt
ist, wird ein Siliziumnitridfilm, der zu den Seitenwänden 27, 28 wird, an
den Seitenwänden
des n-Typ-Polysiliziumfilms 23 und des Siliziumnitridfilms 24 ausgebildet.
Der Schichten-Isolierfilm 29 wird auf dem MOS-Transistor
und dem Isolationsbereich 21 ausgebildet. Ein Kontaktloch
wird an dem Sourcebereich 25 geöffnet. Ein Kontaktstecker 30 wird
im Kontaktloch vergraben. Wie es in 1 gezeigt
ist, wird eine Bitleitung 31 auf dem Schichten-Isolierfilm 29 und
dem Kontaktstecker 30 ausgebildet. Dadurch wird eine Ausbildung
einer Halbleitervorrichtung mit dem Grabenkondensator beendet. Das
Verfahren zum Ausbilden des Grabenkondensators ist zur Verfügung gestellt,
wobei eine Verschlechterung bezüglich
der Speicher-Speicherungscharakteristiken selbst unter einer Verarbeitung
einer feineren Linie der Speicherzellen verhindert wird.
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Das Dampfphasendiffusionsverfahren
kann auf eine Störstellendiffusion
in der Seitenwand des Grabens 6 zum Ausbilden der Plattenelektrode 12 beim
Verwenden des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
angewendet werden. Dadurch kann eine Diffusionsschicht mit einer
höheren
Konzentration von Störstellen
im Vergleich mit derjenigen eines Festphasendiffusionsverfahrens
unter Verwendung von herkömmlichen
Arsen-Silikatglas (AsSG) ausgebildet werden. Eine effektive Filmdicke
des Kondensator-Isolierfilms 13 kann reduziert werden.
Die Kapazität
des Grabenkondensators kann um einen Faktor von 1,5 erhöht werden,
wie es in 4 gezeigt
ist. Darüber
hinaus kann die Herstellungszeit der Halbleitervorrichtung erniedrigt
werden, weil das Festphasendiffusionsverfahren, welches eine längere Verarbeitungszeit
erfordert, weggelassen werden kann.
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Darüber hinaus ist es bei herkömmlichen Verfahren
erforderlich gewesen, ein Vergraben und ein Ätzen zweimal zu wiederholen,
um die Speicherelektrode 15 im Graben 6 auszubilden.
Dadurch ist eine Schnittstelle des natürlichen Oxidationsfilms erzeugt
worden, die die Speicherelektrode 15 in zwei Abschnitte
unterteilt. Beim Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
werden ein Vergraben und ein Ätzen nur
einmal ausgeführt,
um die Speicherelektrode 15 auszubilden. Demgemäß gibt es
keine Schnittstelle aus dem natürlichen
Oxidationsfilm, welche die Speicherelektrode 15 unterteilt.
Ein elektrischer Widerstand der Speicherelektrode 15 kann
beim ersten Ausführungsbeispiel
im Vergleich mit demjenigen eines herkömmlichen Beispiels erniedrigt
werden.
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(Varianten des ersten
Ausführungsbeispiels)
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Beim ersten Ausführungsbeispiel ist Silizium-Germanium
im Graben 6 vergraben worden, um das Silizium-Germanium
mit der Wasserstoffperoxidlösung
nach einem Ausbilden des Kragen-Oxidfilms 11 zu
entfernen. Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel
beschränkt.
Anstelle vom Silizium-Germanium
kann amorphes Silizium (Si) verwendet werden. Eine vermischte Lösung aus
Hydrofluorsäure-Salpetersäure-Essigsäure kann
als Ätzmittel des
amorphen Siliziums verwendet werden. Darüber hinaus kann das amorphe
Silizium mit einem chlorhaltigen Gas, wie beispielsweise Chlor-Trifluorid (CIF3) und Hydrochlorsäure (HCl) geätzt werden.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel wird der Halbleiterfilm,
wie beispielsweise ein Silizium-Germanium-Film und ein amorpher
Siliziumfilm, ausgebildet und wird der Kragen-Oxidfilm 11 ausgebildet, und
zwar unter Verwendung des Halbleiterfilms als Dummy-Speicherelektrode.
Dann wird der Halbleiterfilm unter Verwendung des Kragen-Oxidfilms 11 als Maske
entfernt. Der Halbleiterfilm wird verwendet, weil ein selektives Ätzen des
Siliziumoxidfilms und des Siliziumnitridfilms ausgeführt werden
kann und der Halbleiterfilm bei den Ablagerungstemperaturen des
Siliziumoxidfilms und des Siliziumnitridfilms stabil existiert.
Hier ist es weiterhin vorteilhaft, dass ein Ätzmittel existiert, was gleich
dem Fall des Silizium-Germaniums ist, so dass ein selektives Ätzen des Halbleiterfilms
und des Siliziumsubstrats 1 durchgeführt werden kann.
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Die Halbleitervorrichtung einschließlich der Speicherzellen
können
ein DRAM sein, oder ein System-LSI, bei welchem ein DRAM als eine
Megazelle installiert ist.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Eine Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung hat einen strukturell anderen Kondensator
gegenüber
demjenigen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der 1, wie es in 5 gezeigt ist. Die Halbleitervorrichtung
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
hat Unregelmäßigkeiten
an der Bodenfläche
und an der Seite eines Grabens eines Siliziumsubstrats 1.
Ein unregelmäßiger Siliziumfilm 32 ist
auf der Oberfläche
einer Plattenelektrode 12 vorgesehen. Ein hemisphärischer gekrümmter (HSG
= hemispherical grained) Polysiliziumfilm, ein rauer Polysiliziumfilm
und ähnliches wurden
für den
unregelmäßigen Siliziumfilm 32 verwendet.
Ein Kondensator-Isolierfilm 33 ist auf dem unregelmäßigen Siliziumfilm 32 vorgesehen.
Die Filmdicke des Kondensator-Isolierfilms ist ausreichend dünner im
Vergleich mit dem Unterschied zwischen den höchsten und niedrigsten Stellen
auf dem unregelmäßigen Siliziumfilm 32.
Eine Speicherelektrode 35 ist auf der Oberfläche des
Kondensator-Isolierfilms 33 vorgesehen.
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Dadurch kann der Oberflächenbereich,
auf welchem der Kondensator-Isolierfilm 33 in Kontakt mit
dem unregelmäßigen Silizium 32 ist,
im Vergleich mit einem Fall erhöht
werden, in welchem der Siliziumfilm 32 nicht unregelmäßig ist.
Darüber
hinaus kann der Oberflächenbereich,
auf welchem der Kondensator-Isolierfilm 33 in Kontakt mit
der Speicherelektrode 35 ist, im Vergleich mit einem Fall
erhöht werden,
in welchem der Siliziumfilm 32 nicht unregelmäßig ist.
Die Kapazität
eines Grabenkondensators kann im Vergleich mit derjenigen des Grabenkondensators
C der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
weiter erhöht
werden.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen
der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung erklärt.
Das Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
enthält
das Verfahren zum Ausbilden des Grabenkondensators C. Das Verfahren
zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
und dasjenige gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
sind voneinander bezüglich
des Verfahrens zum Ausbilden des Grabenkondensators C unterschiedlich.
Folglich wird das Verfahren zum Ausbilden des Grabenkondensators
C erklärt
werden.
- (a) Zuallererst wird das Verfahren
zum Ausbilden des Grabenkondensators C gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
bis zum Schritt der 2I ausgeführt.
- (b) Dann wird der unregelmäßige Siliziumfilm 32 auf
der Oberfläche
des freigelegten Siliziumsubstrats 1 innerhalb eines Grabens 6 ausgebildet,
wie es in 6A gezeigt
ist. Der HSG-Polysiliziumfilm oder der raue Polysiliziumfilm wird
auf der Oberfläche
des freigelegten Siliziumsubstrats 1 durch ein selektives
CVD-Verfahren abgelagert.
- (c) Wie es in 6B gezeigt
ist, wird ein Dotierungsmittel in den unregelmäßigen Siliziumfilm 32 und
das Siliziumsubstrat 1 durch das Dampfphasendiffusionsverfahren
unter Verwendung eines Kragen-Oxidfilms 11 als Maske diffundiert.
Eine n-Typ-Diffusionsschicht wird auf dem unregelmäßigen Siliziumfilm 32 ausgebildet.
Eine n-Typ-Diffusionsschicht,
die die Plattenelektrode 12 wird, wird auf dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet.
Der Kondensator-Isolierfilm 33 wird
auf dem unregelmäßigen Siliziumfilm 32,
dem Kragen-Oxidfilm 11 und einem Siliziumoxidfilm 4 ausgebildet.
Ein Siliziumnitridfilm wird durch das CVD-Verfahren ausgebildet und wird oxidiert,
um einen gestapelten Film aus Siliziumoxid/Siliziumnitrid als Kondensator-Isolierfilm 13 auszubilden.
- (d) Eine n-Polysiliziumsäule
wird als die Speicherelektrode 35 in den Gräben 5, 6 auf
dem Kondensator-Isolierfilm 33 vergraben, wie es in 6C gezeigt ist. Ein n-Typ-Siliziumfilm 34 wird
auf dem Kondensator-Isolierfilm 33 über dem Siliziumoxidfilm 4 ausgebildet.
Eine Leerstelle 36 wird in der Speicherelektrode 35 erzeugt.
Dadurch wird eine Ausbildung des Grabenkondensators mit der Plattenelektrode 12 und
der Speicherelektrode 35 als Anschlüsse beendet.
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Nachfolgende Schritte für das Verfahren
zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
werden ab dem Schritt der 2N für das Verfahren
zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
ausgeführt.
Dadurch wird eine Ausbildung des Grabenkondensators mit einer Kondensator-Extraktionselektrode 19 und
der Plattenelektrode 12 als Anschlüsse beendet und wird eine Ausbildung der
Halbleitervorrichtung mit einem MOS-Transistor und dem Grabenkondensator,
wie er in 5 gezeigt ist,
beendet.
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Die Erfindung ist nicht auf die obigen
ersten und zweiten Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Obwohl die obigen Erklärungen
für die
Verwendung des Siliziumsubstrats 1 galten, ist es nur erforderlich, dass
das Siliziumsubstrat 1 ein Halbleitersubstrat ist. Das
Halbleitersubstrat kann eine Siliziumschicht aus einem Substrat
mit Silizium auf einem Isolator (SOI = Silicon On Insulator) oder
ein Silizium-Germanium-(SiGe-)Mischkristall,
ein Silizium-Germanium-Carbid-(SiGeC-)Mischkristall
und ähnliches
sein. Die Erfindung kann durch verschiedene Modifikationen ausgeführt werden,
ohne von den Stellen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die vorliegende Erfindung kann in
anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne vom Sinngehalt
oder von wesentlichen Eigenschaften von ihr abzuweichen. Die Ausführungsbeispiele
sind daher bezüglich
aller Aspekte als illustrativ und nicht als beschränkend zu
betrachten, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung eher
durch die beigefügten
Ansprüche
als durch die vorangehende Beschreibung gezeigt ist und alle Änderungen,
die in die Bedeutung und den Bereich einer Äquivalenz der Ansprüche gelangen,
sollen daher darin umfasst sein.