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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Speichereinrichtungen und
Verfahren, insbesondere auf einen Zylinderkondensator und/oder eine
Zylinderspeichereinrichtung (OCS) und Verfahren zu deren Herstellung
unter Nutzung eines Seitenkeulenphänomens.
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Ein
dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) ist einer von
vielen typischen Speichereinrichtungen. Bei einer weit bekannten
Ausführungsform
besitzt der DRAM eine Einheitszelle einschließlich eines Transistors und
eines Kondensators. Im Vergleich zum Transistor ist der Kondensator allgemein
relativ groß.
In dieser Hinsicht wurden, um die Integration des DRAM zu verbessern,
Bemühungen,
die Größe des Kondensators
zu vermindern, wobei die Speicherkapazität beibehalten wird, durchgeführt.
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Der
DRAM wird üblicherweise
verwendet, höhere
Integration zu erlangen, als allgemein mit einem statischen Speicher
mit wahlfreiem Zugriff (SRAM) verfügbar ist. Eine DRAM-Zelle besitzt
allgemein einen Feldeffekttransistor (FET) und einen Kondensator
zum Speichern eines Binärdatenbits.
Wie in 1 gezeigt ist,
kann beispielsweise die DRAM-Zelle 100 den
Transistor 1 und den Kondensator 4 enthalten.
Der Transistor 1 ist mit einer Bitleitung 2 an
einem Source-Anschluss und mit einer Wortleitung 3 am Gate-Anschluss
des Transistors gekoppelt. Der Drain-Anschluss des Transistors 1 ist mit
einer Speicherelektrode 5 (anders bezeichnet als "untere Elektrode") des Kondensators 4 gekoppelt. Ein
dielektrisches Material 6 ist zwischen der unteren Elektrode 5 und
einer Plattenelektrode 7 (anders als "obere Elektrode" bezeichnet) angeordnet, um eine Ladung
darin zu speichern.
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Die
Leistungskenndaten einer DRAM-Zelle sind eng mit der Kapazität des Speicherzellenkondensators
verwandt. Beispielsweise werden die Niederspannungskenndaten und
die unscharfen Fehlerkenndaten der Speicherzelle verbessert, wenn
die Kapazität
des Speicherzellenkondensators ansteigt. Da jedoch Halbleiterspeichereinrichtungen
höher integriert
werden, schrumpft der horizontale Bereich, der für den Zellenkondensator verfügbar ist.
Dies tendiert dazu, dass die Kapazität durch Begrenzen des Oberflächenbereichs
der Kondensatorelektroden vermindert wird. Somit werden Verfahren
benötigt, die
Kapazität
des Speicherzellenkondensators zu steigern, wobei hohe Zellenintegration
und verlässlicher
Betrieb beibehalten wird.
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Es
wurde eine Anzahl von Verfahren vorgeschlagen, die Kapazität eines
Speicherzellenkondensators zu steigern, während hohe Speicherzellenintegration
beibehalten wird. Diese Verfahren umfassen die Verwendung eines
Dünnfilms,
um die dielektrische Schicht des Kondensators zu bilden, wobei ein Material
mit einer hohen Dielektrizitätkonstante
für die
dielektrische Schicht verwendet wird, und das Vergrößern des
effektiven Bereichs einer Kondensatorelektrode, um einen Zylinderkondensator
zu bilden und/oder durch Züchten
von halbkugelförmigen
Körnern
(HSGs) auf der Fläche
der Kondensatorelektrode. Die aktuelle Diskussion fokussiert sich
auf verschiedene Verfahren zum Bilden eines Zylinderkondensators,
die arbeiten, um die Zellenkapazität zu steigern, wobei der Elektrodenflächenbereich
in einer vertikalen bevorzugt zur einer horizontalen Richtung vergrößert wird.
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Die
Speicherkapazität
des Kondensators kann berechnet durch C = ε × A/d, wobei C eine Kondensatorspeicherfähigkeit
ist, A eine Fläche
einer Elektrode ist, und d ein Abstand zwischen zwei Elektroden
ist. Das heißt,
dass die Speicherkapazität
proportional zu einer Dielektrizitätskonstante ε einer dielektrischen
Substanz ist und der Fläche
der Elektrode, um die dielektrische Substanz zu überdecken. Außerdem ist
die Speicherkapazität
umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den beiden Elektroden.
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Folglich
können
sich Verfahren zum Verbessern der Kondensatorspeicherfähigkeit
auf das Verbessern der dielektrischen Eigenschaften der dielektrischen
Substanz und auf das Modifizieren einer geometrischen Form des Kondensators
fokussieren. Bei einem Verfahren zum Modifizieren der geometrischen
Form des Kondensators kann der Kondensator eine zylindrische Form
haben. Wenn in diesem Fall der Kondensator eine zylindrische Form
hat, ist es möglich,
die Oberfläche
der Elektrode im Kondensator zu vergrößern, wodurch die effektive
Bereichseinheit des Kondensators vermindert wird.
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Die
Herstellung eines zylindrischen Kondensators kann jedoch verschiedene
Probleme im Herstellungsprozess zur Folge haben. Beispielsweise
ist es bei einem typischen Herstellungsprozess für einen zylindrischen Kondensator
unmöglich,
eine zylindrische Form im Kondensator mit einer Maske während des
Fotoprozesses zu erlangen. Als Folge davon kann dies mehrere Prozessschritte
erforderlich machen, um die zylindrische Form des Kondensators herzustellen,
wodurch der Herstellungsprozess kompliziert wird. Außerdem kann
der oben erwähnte
Herstellungsprozess einen Nassätzprozess
aufweisen, der den Wafer beschädigen
kann. Folglich besteht eine Notwendigkeit, einen neuen Herstellungsprozess
zu entwickeln, mit dem die oben erwähnten Probleme beim Vermindern
der Größe des Kondensators überwunden
werden können.
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Ein
Verfahren zum Herstellen eines Kondensators nach dem Stand der Technik
wird wie folgt beschrieben.
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2A bis 2H sind Querschnittsansichten eines Prozesses
zum Herstellen eines zylindrischen Kondensators gemäß dem Stand
der Technik.
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Wie
in 2A gezeigt ist, ist
eine Isolationszwischenschicht 20 (welche eine oder mehrere
Isolationsschichten enthalten kann, beispielsweise USG, FSG, TEOS
und/oder Silizium-Nitrid, beispielsweise einen USG/FSG/TEOS/USG-Stapel)
auf einem Halbleitersubstrat 10 gebildet, und eine Nitridschicht 30 ist auf
der Isolationszwischenschicht 20 aufgebracht. Dann wird
die Nitridschicht 30 bemustert, um eine Bodenplattenöffnung zu
bilden, die dann als Äztstopper
oder Maske für
den folgenden Prozess verwendet wird. Das heißt, dass die Nitridschicht 30 auf
einem Bereich des Substrats verbleibt, der den zylindrischen Kondensator
nicht bildet. Dann wird ein vorher festgelegter Bereich der Isolationszwischenschicht 20 durch
Fotolithografie beseitigt, wodurch ein Kontaktloch 21 gebildet
wird. Danach wird eine leitfähige
Schicht, beispielsweise eine erste Polysiliziumschicht 40 auf
der Isolationszwischenschicht 20 aufgebracht, um das Kontaktloch 21 vollständig zu füllen.
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Wie
in 2B gezeigt ist, ist
eine Siliziumoxidschicht 50 (beispielsweise Siliziumdioxid,
beispielsweise USG oder TEOS) auf der ersten Polysiliziumschicht 40 aufgebracht,
um eine Fläche
entsprechend einem inneren Teil einer im Wesentlichen geformten
unteren Elektrode zu bilden, welche eine zylindrische Form hat.
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Gemäß 2C wird eine Fotolackschicht auf
der Siliziumoxidschicht 50 aufgebracht, und dann wird eine
Belichtung und ein Entwicklungsprozess dazu durchgeführt, wodurch
ein Fotolackmuster 60 gebildet ist, welches einen Kondensatorbereich
begrenzt.
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Wie
in 2D gezeigt ist, werden
Bereiche der Siliziumoxidschicht 50 selektiv unter Verwendung des
Fotolackschichtmusters 60 als Maske entfernt, wodurch ein
Siliziumoxidmuster 55 gebildet wird. Danach wird das Fotolackmuster 60 vollständig beseitigt.
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Gemäß 2E wird eine Schicht 70 aus
einem leitfähigen
Material (beispielsweise eine zweite Polysiliziumschicht) auf der
ersten Polysiliziumschicht 40 und dem Siliziumoxidmuster 55 (beispielsweise
durch eine übereinstimmende
Ausbringungstechnik, beispielsweise CVD) gebildet. In diesem Zeitpunkt
sind die erste und die zweite Polysiliziumschicht 40 und 70 miteinander
in den Bereichen mit Ausnahme des Siliziumoxidmusters 55 elektrisch verbunden.
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Wie
in 2F gezeigt ist, werden
die erste und die zweite Polysiliziumschicht 40 und 70 selektiv durch
anisotropisches Trockenätzen
(beispielsweise RIE oder reaktives Ionenätzen) beseitigt. Folglich verbleibt
die zweite Polysiliziumschicht 70 an einer Seitenwand des Siliziumoxidmuster 55,
und die erste Polysiliziumschicht 40 verbleibt unterhalb
des Siliziumoxidmusters 55 und der zweiten Polysiliziumschicht 70,
wodurch eine zylindrische untere Elektrode gebildet wird (beispielsweise
eine Kombination von Polysiliziumstrukturen 40 und 70).
In diesem Zeitpunkt wird der anisotropische Trockenätzprozess unter
Verwendung der Nitridschicht 30 als Ätzstopper durchgeführt.
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Wie
in 2G gezeigt ist, wird
das Siliziumoxidmuster 55 vollständig beseitigt, wobei die untere Elektrode
des zylindrischen Kondensators zurückgelassen wird. Das Siliziumoxidmuster 55 kann
durch Nassätzen
entfernt werden.
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Wie
in 2H gezeigt ist, wird
eine dielektrische Schicht 80 (beispielsweise ein Siliziumoxid,
beispielsweise TEOS-Oxid) (konform) auf der gesamten Fläche des
Substrats einschließlich
der unteren Elektrode des Kondensators aufgebracht, um das Dielektrikum
eines Kondensators zu bilden. Dann wird ein leitfähiges Material 90 für die obere
Elektrode des Kondensators (durch Überlagerungs-Ablagerung, beispielsweise
Sputtern, PVD, Aufdampfen oder CVD) auf der dielektrischen Schicht 80 gebildet.
Die obere Elektrode des Kondensators wird durch Glätten des
leitfähigen
Materials 90 fertig gestellt (d.h., durch Zurückätzen oder
Polieren), und es kann ein endgültiger
Fotolithografieschritt durchgeführt
werden, das leitfähige
Material 90 von Bereichen außerhalb der vertikalen Strukturen 70 der
unteren Elektrode des Kondensators zu beseitigen.
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Wie
in 3 gezeigt ist, kann
eine DRAM-Zelle 200 über
dem Halbleitersubstrat 210 gebildet sein. Im allgemeinen
kann das Substrat 210 ein Siliziumsubstrat sein und es
kann Transistorendiffusionsbereiche 212 und Isolationsbereiche 214 aufweisen,
wie dies durch den Stand der Technik bekannt ist. Transistor-Gate-Elektroden 220 können auf
der Substratschicht in einer normalen Weise gebildet sein, indem
ein Stapel von einer oder mehreren dielektrischen und leitfähigen Schichten
gebildet wird (beispielsweise Polysilizium oder optional Metallsilizid).
Anschließend
kann das Zwischenebenen-Dielektrikum zwischen den Schichten, welches
eine USG-Schicht 230, eine FSG-Schicht 240, eine
zweite USG-Schicht 230, eine TEOS-Schicht 260 und
eine Silizium-Nitrid-Schicht 270 enthalten kann, auf der leitfähigen Schicht
der Gate-Elektroden 220 gebildet sein. Die Silizium-Nitridschicht 270 ist
allgemein bemustert, wie oben beschrieben, um eine Bodenplattenöffnung zu
bilden, wonach dann die Schichten 230 bis 260 bemustert
werden, um über
eine Öffnung, welche
eine leitfähige
Schicht freilegt, (allgemein Wolfram-Kontakte zum Source-/Drain-Anschluss 212)
der Gate-Elektroden 220 zu bilden. Nachdem die Öffnungen
gebildet sind, kann leitfähiges
Material 280 (üblicherweise
Polysilizium) auf die Silizium-Nitridschicht 270 und innerhalb
der Öffnung
abgelagert werden. Durch Füllen
der Öffnungen
mit dem leitfähigen
Material kann eine Bodenplatte und ein leitfähiger Stecker gebildet werden,
um elektrischen Kontakt mit der darunterliegenden leitfähigen Schicht
der Gate-Elektroden 220 herzustellen. Nachdem Teile der
Polysiliziumschicht von der Oberfläche der Silizium-Nitridschicht 270 beseitigt
sind, werden die obere und die untere Elektrode des Speicherzellenkondensators 290 in
einem Mehrfachschrittprozess gebildet, wie teilweise oben beschrieben
wurde. Bei einer Alternative zu den Schritten, die mit Hilfe von 2H beschrieben wurden, kann
eine dielektrische Schicht 285 eine Überlagerung sein, die auf den
unteren Elektrodenstrukturen 40 und 70 und auf
der Nitridschicht 30 aufgebracht ist, danach geglättet und durch
Fotolithografie bemustert, um das Dielektrikum 285 innerhalb
der zylindrischen unteren Elektrode 40/70 selektiv
zu beseitigen. Dann werden ein übereinstimmendes
Kondensatordielektrikum (ähnlich dem
Dielektrikum 80, siehe 2H)
und eine weitere leitfähige
Schicht 295 aufgebracht, um einen Vor-Kondensator 290 zu
bilden. Ein Kondensator wird im Wesentlichen durch Glättung und
Entfernen der leitfähigen
Schicht 285 über
der oberen Fläche des
Kondensatordielektrikums gebildet (d.h., außerhalb der unteren Elektrode
des Kondensators), wie hier beschrieben wurde.
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Das
Verfahren zum Herstellen der unteren Elektrode des zylindrischen
Kondensators hat jedoch die folgenden Nachteile. Zunächst, wie
oben beschrieben, um die untere Elektrode des zylindrischen Kondensators
zu bilden, kann Fotolithografie mehrere Male durchgeführt werden,
wodurch die Herstellungsprozessschritte kompliziert werden und die Ausbeute
verringert wird. Außerdem
neigen die Zeit und die Kosten zur Herstellung des Kondensators
dazu, sich mit der Anzahl von Fotolithografieschritten und weiteren
Verarbeitungsschritten zu erhöhen.
Die große
Anzahl von Verarbeitungsschritten kann die Ausbeute vermindern,
wobei die Wahrscheinlichkeit auf Fehler ansteigt.
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Bei
dem Herstellungsprozessbeispiel nach dem Stand der Technik kann
außerdem
das Siliziumoxidmuster durch Nassätzen entfernt werden, wodurch
die Polysiliziumschicht oder die untere Elektrode beschädigt werden
kann. Außerdem
kann ein Nassätzmittel
des Rand des Wafers durchdringen, wodurch ein Chip auf oder in der
Nähe des
Waferrands beschädigt
wird. Daher besteht die Notwendigkeit nach einem verbesserten Verfahren
zum Bilden eines Zylinderspeicher-Zellenkondensators. Durch Reduzieren
der Anzahl von Verarbeitungsschritten kann das verbesserte Verfahren
vorteilhaft die Verarbeitungszeit und die Herstellungskosten vermindern, während die
Ausbeute erhöht
wird.
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Folglich
richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Kondensators, wobei im Wesentlichen ein oder mehrere Probleme
aufgrund von Beschränkungen
und Nachteilen des Standes der Technik vermieden werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zum Herstellen eines Kondensators und einer Zylinderspeichereinrichtung (OCS)
bereitzustellen, welche durch ein solches Verfahren hergestellt
werden kann, um vereinfachte Herstellungsprozessschritte zu realisieren,
indem eine Gesamtbelichtung mit einer Maske durchgeführt wird,
welche mehrere Löcher
hat. Bei einer Ausführungsform
verbessert die vorliegende Erfindung herkömmliche Verfahren, wobei zumindest
die Verarbeitungszeit, die Herstellungskosten vermindert werden und
möglichst
die Ausbeute gesteigert wird. Insbesondere verwendet das hier beschriebene
Verfahren eine einheitliche Phasenverschiebungsmaske (PSM) und einen
Belichtungsprozess, um einen zylinderförmigen Fotolack zu bilden,
der während
eines nachfolgenden Ätzprozesses
verwendet werden kann, um die zylinderförmige untere Elektrode der
Speichereinrichtung zu bilden.
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Zusätzliche
Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Erfindung sind teilweise in
der Beschreibung herausgestellt, welche folgt und die besonders
dem Fachmann bei Prüfung
des nachfolgenden deutlich werden und können aus der Praxis der Erfindung
erlernt werden. Die Aufgaben und weiteren Vorteile der Erfindung
können
durch die Struktur realisiert und erlangt werden, welche insbesondere
in der Beschreibung und deren Ansprüche sowie den angehängten Zeichnungen
herausgestellt wird.
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Um
diese Aufgaben und weiteren Vorteile und gemäß dem Zweck der Erfindung zu
lösen,
wie diese hier ausgeführt
und breit beschrieben ist, umfasst ein Verfahren:
Bilden einer
Isolationsschicht auf einem Halbleitersubstrat, Bilden eines Kontaktloches
in der Isolationsschicht; Bilden einer leitfähigen Schicht auf der Isolationsschicht,
um das Kontaktloch aufzufüllen; Bilden
einer Fotolackschicht auf der leitfähigen Schicht; Bilden eines
Fotolackschichtmusters in der Fotolackschicht durch Überbelichtung,
um ein Seitenkeulenphänomen
zu erzeugen; Bilden einer zylindrischen unteren Elektrode durch
Bemustern der leitfähigen
Schicht unter Verwendung des Fotolackschichtmusters als Maske; und
Bilden einer dielektrischen Schicht und einer oberen Elektrode,
die die untere Elektrode überdecken.
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In
diesem Zeitpunkt weist der Schritt zum Bilden des (ringröhrenförmigen)
Fotolackschichtmusters das Positionieren einer Maske über der
Fotolackschicht auf, wobei die Maske ein Übertragungsteil entsprechend
dem Kontaktloch hat; das Überbelichten
der Fotolackschicht gegenüber
dem Licht, welches durch die Maske läuft; und das Entwickeln der überbelichteten
Fotolackschicht. Außerdem
kann die Maske ein Halbübertragungsteil
aufweisen, über
welches ein Prozentsatz von Licht übertragen wird (beispielsweise
mit einem Lichtdurchlässigkeitsgrad
von 6% bis 15%); und ein Übertragungsteil
entsprechend dem Bereich für
das Kontaktloch, über
welches Licht mit 100% übertragen
wird (oder einen Lichtdurchlässigkeitsgrad
von 100% hat).
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Ein
Energiepegel der Überbelichtung
kann von ungefähr
vom eineinhalbfachen bis zum zweieinhalbfachen so hoch sein wie
der Energiepegel einer Belichtung zum Bemustern des Kontaktloches.
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Außerdem weist
die leitfähige
Schicht eine leitfähige
Polysiliziumschicht auf. Außerdem
umfasst der Bemusterungsprozess der leitfähigen Schicht RIE (reaktives
Ionenätzen).
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Zylinderspeichereinrichtung
bereit, wobei das Verfahren aufweist: Bilden einer ersten leitfähigen Schicht über einem
Halbleitersubstrat; Bilden einer Fotolackschicht auf der ersten
leitfähigen
Schicht; Überbelichten
der Fotolackschicht mit Strahlung, welche über eine Phasenverschiebungsmaske
läuft,
um ein Muster in der Fotolackschicht zu erzeugen, welches zumindest
eine im Wesentlichen zylinderförmige
Struktur hat; und Ätzen
von Bereichen der ersten leitfähigen
Schicht, die nicht durch die zylinderförmige Struktur überdeckt
ist, um eine untere Elektrode der Zylinderspeichereinrichtung zu
bilden.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine zylinderförmige
Speichereinrichtung, die einen Stecker in einer Dielektrikschicht
auf einem Halbleitersubstrat aufweist, wobei der Stecker ein leitfähiges Material aufweist;
und eine untere Elektrode auf der dielektrischen Schicht und in
Kontakt mit dem Stecker, wobei die untere Elektrode das leitfähige Material
aufweist und wobei Seitenwände
der unteren Elektrode eine im Wesentlichen Zylinderform aufweisen
und eine flache obere Fläche
haben.
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Es
soll verstanden sein, dass sowohl die obige allgemeine Beschreibung
als auch die folgende ausführliche
Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaft und erläuternd sind
und dazu dienen sollen, eine weitere Erläuterung der Erfindung wie beansprucht
bereitzustellen.
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Die
beiliegenden Zeichnungen, die vorgesehen sind, ein weiteres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen und die eingebunden und einen Teil dieser
Anmeldung bilden, zeigen Ausführungsformen der
Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, das Prinzip
der Erfindung zu erläutern.
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer DRAM-Zelle;
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2A bis 2H sind
Querschnittsansichten eines Prozesses zum Herstellen eines zylindrischen
Kondensators nach dem Stand der Technik;
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer DRAM-Zelle, welche gemäß einem
bekannten Halbleiterprozess gebildet ist;
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4 zeigt
ein Profilbeispiel eines Fotolacks, welches während eines Fotolithografieprozesses
unter Verwendung einer Binärmaske
gebildet wird;
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5 zeigt
ein Profilbeispiel eines Fotolacks, der während eines Fotolithografieprozesses unter
Verwendung einer Phasenverschiebungsmaske (PSM) gebildet wird;
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6 ist
eine Draufsicht einer Maske gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine grafische Darstellung zum Darstellen der Intensität von Licht,
welches durch eine Maske von 4 läuft;
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8 zeigt
Beispiele von Phasenverschiebungsqualitäten einer Fotolithografiemaske
mit einem Phasenverschiebungsmaterial;
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9 ist
eine Querschnittsansicht zum Darstellen eines simulierten Musters,
welches gebildet wird, wenn dies mit einem normalen Energiepegel
mit einer Maske von 2 belichtet wird;
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10 ist
eine Draufsicht zum Darstellen eines simulierten Musters, welches
gebildet wird, wenn dies mit einem normalen Energiepegel mit einer
Maske von 2 belichtet wird;
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11 ist
eine grafische Darstellung, welche eine Teilung in Bezug auf eine
Seitenkeulenbildung zeigt;
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12 ist
eine Querschnittsansicht zum Darstellen eines simulierten Musters,
welches gebildet wird, wenn dies mit einem übergroßen Energiepegel mit einer
Maske von 6 belichtet wird;
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13 ist
eine Draufsicht zum Darstellen eines simulierten Musters, welches
gebildet wird, wenn dies mit einem übermäßigen Energiepegel mit einer Maske
von 6 belichtet wird;
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14A ist eine Fotografie eines SEM zum Darstellen
eines ebenen Wafermusters, wenn dies mit einem übermäßigen Energiepegel mit einer
Maske von 2 belichtet und entwickelt
wird;
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14B ist eine Fotografie des SEM zum Darstellen
eines Waferquerschnittsmusters, wenn dieses mit einem übergroßen Energiepegel
mit einer Maske von 2 belichtet und
entwickelt wird; und
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15A bis 15D sind
Querschnittsansichten des Verfahrens zum Herstellen eines zylindrischen
Kondensators nach der vorliegenden Erfindung.
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Es
wird ausführlich
auf die bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bezuggenommen, von denen Beispiele in
den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind. Wenn immer möglich werden
die gleichen Bezugszeichen durchwegs in den Zeichnungen verwendet,
um die gleichen oder ähnlichen
Teile zu bezeichnen.
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Anschließend wird
ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators nach der vorliegenden Erfindung
mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Bei
dem Verfahren zum Herstellen des Kondensators nach der vorliegenden
Erfindung kann ein ringröhrenförmiges oder
zylinderförmiges
Muster (beispielsweise in einem Fotolack) unmittelbar auf dem Wafer
durch einen Fotoprozess gebildet werden, um dadurch einen vereinfachten
Herstellungsprozess zu realisieren. Außerdem, da Nassätzen nicht
durchgeführt
wird, ist es möglich,
Beschädigung in
Bezug auf den Wafer zu vermindern. Folglich kann, um unmittelbar
ein ringröhrenförmiges oder
zylinderförmiges
Muster auf dem Wafer zu bilden, man absichtlich ein Seitenkeulenphänomen während des Fotoprozesses
erzeugen, wodurch ein Fotoresistmuster, welches eine zylindrische,
kreisförmige
ringröhrenförmige Form
(in Draufsicht) hat, gebildet werden kann.
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Das
heißt,
wenn ein optimaler Pegel an Überbelichtung
mit einer Dämpfungs-PSM
(Phasenverschiebungsmaske) bei dem Fotoprozess zum Bilden eines
Kontaktloches durchgeführt
wird, kann ein zylindrisches oder ringröhrenförmiges Muster auf dem Wafer
anstelle einer Hohlform gebildet werden. Sogar, obwohl das zylindrische
oder ringröhrenförmige Muster
in der Maske nicht existiert, ist es möglich, das zylindrische oder
ringröhrenförmige Muster
auf dem Wafer zu bilden. Im Fall des zylindrischen oder ringröhrenförmigen Musters,
welches eine Dicke unterhalb von 100 nm hat, kann es sehr schwierig
sein, das Muster auf der Maske unter Verwendung eines früheren Maskenherstellungsverfahrens
zu bilden.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist es möglich,
ein zylindrisches oder ringröhrenförmiges Fotolackmuster
auf dem Wafer ohne das Seitenkeulenphänomen zu bilden oder das Problem
bei der Dämpfungs-PSM
zu erzeugen.
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Bei
der Dämpfungs-PSM
wird anstelle, die Umgebungsbereiche des gewünschten Musters durch ein Lichtschirmungs-Chromschicht
vollständig abzuschirmen,
Licht durch die Umgebungsbereiche der Maske bei einem Durchlässigkeitsgrad
von 6% bis 15% gelassen. Das übertragende
Licht hat jedoch eine entgegengesetzte Phase zu der des Lichts,
welche durch den bemusterten Bereich läuft. Wenn Licht, welches entgegengesetzte
Phasen hat, in dieser Weise verwendet wird, ist es möglich, den
Kontrast im Wafer (oder im Fotolack, der darauf aufgebracht ist),
zu verbessern.
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4 und 5 zeigen
Fotolackprofilbeispiele, die durch Verwendung einer Binärmaske (4)
und einer alternierenden Phasenverschiebungsmaske (5)
während
des Belichtungsschrittes eines Fotolithografieprozesses gebildet
werden können.
In einem Beispiel (gezeigt in 4) kann eine
Binärmaske 300 eine
Schicht aus lichtundurchlässigem
Material 310 (beispielsweise Chrom) aufweisen, welches
entweder auf oder innerhalb einer Schicht aus transparenten Material 320 (beispielsweise
Glas) gebildet oder eingebettet ist. Wenn eine Schicht aus Fotolackmaterial
dem Licht ausgesetzt ist, welches über die transparenten Bereiche
der Binärmaske 300 übertragen
wird, werden belichtete Bereiche des Fotolacks "geschrumpft", um ein Fotolackprofil 330 zu
erzeugen. Das Muster innerhalb der Binärmaske 300 kann jedoch
nicht genau auf den Fotolack 330 übertragen werden. Beispielsweise
wird die Intensität
des Lichts, welches auf eine Fläche
der Fotolackschicht übertragen
wird, als "Luftbild" bezeichnet. Wie
in 4 gezeigt ist, stellt das Luftbild, welches durch
die Binärmaske 300 erzeugt
wird, relativ niedrigen Kontrast zwischen den hellen und dunklen
Bereichen bereit. Ein derart niedriger Kontrast im Luftbild oder
im Intensitätsbild
verursacht häufig
nicht gleichförmiges
Schrumpfen und Profildeformation im nachfolgend gebildeten Fotolack 330.
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Um
die Profildeformation zu überwinden, kann
eine alternierende Phasenverschiebungsmaske 350 verwendet
werden, eine Schicht aus Fotolackmaterial 380 zu belichten,
wie in 5 gezeigt ist. Bei einem Beispiel kann die Phasenverschiebungsmaske 350 durch
Ersetzen von undurchlässigem
Material 310 durch eine Schicht aus Phasenverschiebungsmaterial 360 gebildet
werden, beispielsweise teilweise durchlässigem oder "Halbton-Film". Wenn man so verfährt, kann
die Phasenverschiebungsmaske 350 dazu verwendet werden,
den Kontrast zwischen hellen und dunklen Bereichen des Luftbilds zu
vergrößern, um
dadurch die Genauigkeit zu steigern, mit der das Maskenmuster auf
die Fotolackschicht übertragen
werden kann. Anders ausgedrückt
kann die Phasenverschiebungsmaske 350 dazu verwendet werden,
ein Fotolackprofil 380 mit im Wesentlichen wenig oder keiner
Profilverformung zu bilden.
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6 ist
eine Draufsicht einer Maske 110 gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 7 ist eine
grafische Darstellung zum Zeigen der Intensität des Lichts, welches durch eine
Maske von 6 läuft.
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Zunächst wird
eine Maske 110 nach der vorliegenden Erfindung vorbereitet,
wie in 6 gezeigt ist. Das heißt, dass die Maske 110 mit
einem halbdurchlässigen
Teil 120 und einem Übertragungsteil 130 versehen
ist. In diesem Zeitpunkt wird Licht durch das halbdurchlässige Teil 120 mit
einem Durchlässigkeitsgrad
von 6% bis 15% übertragen, und
das Licht wird mit 100% über
das Übertragungsteil 130 übertragen.
Das heißt,
dass die Maske 110 vorgesehen oder dazu dienen soll, ein
Kontaktloch zu bilden (beispielsweise für oder ähnlich dem Kontaktloch 21 in 2A–2H,
welches dem Kontaktloch 201 in 15A–D unten
entspricht). Das Übertragungsteil 130 entspricht
dem Bereich für
das Kontaktloch, und das halbdurchlässige Teil 120 entspricht
den verbleibenden Bereichen der Maske, die unmittelbar das Übertragungsteil
umgeben (beispielsweise zumindest eine Hälfte einer Kontaktlochbreite,
jedoch allgemein innerhalb von 2–5 Kontaktlochbreiten (vorzugsweise
2–3 Kontaktlochbreiten)). Die
Phasenverschiebungsmaske 110 kann daher mehrere Hochübertragungsbereiche
aufweisen, welche innerhalb einer Matrix von Reihen und Spalten angeordnet
sind. Obwohl diese im Wesentlichen als Quadrat oder Rechteck bezüglich der
Form gezeigt ist, können
die Hochübertragungsbereiche
und/oder Löcher 120 andere
Formen bei alternativen Ausführungsformen
der Erfindung aufweisen. Phasenverschiebungsmaterial (oder "Niedrigübertragungs-Material") 120 kann über oder
eingebettet sein innerhalb einer Schicht aus transparenten Material
(nicht gezeigt), beispielsweise Glas oder einem anderem Material,
welches zumindest teilweise gegenüber der Wellenlänge von
Licht optisch transparent ist, welches von einer Fotolithografie-Strahlungsenergiequelle
emittiert wird.
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Wenn
ein Belichtungsprozess mit der Maske 110 durchgeführt wird,
ist die Intensität
des Lichts, welches den Wafer erreicht, in 7 gezeigt.
Gemäß 7 ist
unter der Annahme, dass die Intensität des Lichts, welches durchläuft oder
dem Übertragungsteil 130 entspricht,
gleich "1", die Intensität des Lichts entsprechend
dem halbdurchlässigen
Teil 120, über welches
das Licht mit einem Durchlässigkeitsgrad von
6% oder 15% übertragen
wird, kann als 0,1 bis 0,5 gemäß einer
Teilung angesehen werden (oder einem Abstand von Mitte zu Mitte
zwischen benachbarten Übertragungsteilen 130).
In diesem Fall wird ein virtuelles Bild, welches auf dem Wafer durch
eine kleine Spitze gebildet wird, als Seitenkeule bezeichnet, wo
das übertragene
Licht überlappt
(oder konstruktiv stört),
um beabsichtigt den Kantrast zu verbessern. Bei dem üblichen
Prozess hat, da ein Schwellenwert eines Fotolacks PR größer ist
als ein Spitzenwert entsprechend dem halbdurchlässigen Teil 130 zwischen
den Übertragungsteilen 120 im
Allgemeinen keine Wirkung auf das tatsächliche PR-Muster.
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Allgemein
ausgedrückt
werden die kleinen Spitzenintensitäten oder "Seitenkeilen" in der grafischen Darstellung von 7 bei
der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, um zu helfen,
die gewünschten
zylinderförmigen
Strukturen innerhalb des Fotolackmaterials zu bilden, indem ausgewählte Bereiche
des Fotolackmaterials beseitigt werden, die unter den teilweisen Übertragungsbereichen 120 der PSM
liegen. Die bloße
Anwesenheit von Seitenkeulen – ein
gemeinsames Phänomen
beim üblichen
Belichtungsprozess – kann
jedoch nicht durch sich selbst notwendigerweise das gewünschte Muster
bereitstellen. Abstelle davon können
andere Faktoren, die die Teilung zwischen den mehreren Übertragungsteilen
(oder Löchern) 130 und
die Zusammensetzung/Dicke des bestimmten Phasenverschiebungsmaterials,
welches bei der PSM verwendet wird, aufweisen (jedoch nicht darauf
beschränkt sind),
eine Rolle bei der Bereitstellung des zylinderförmigen Musters im Fotolackmaterial
spielen. Beispielsweise kann die Materialzusammensetzung und/oder
Dicke des Phasenverschiebungsmaterials so gewählt werden, dass Licht, welches
durch das Phasenverschiebungsmaterial übertragen wird, bezüglich der
Phase um ungefähr
180° verschoben wird.
Wenn ungefähr
von Nichtverschiebungsbereichen beabstandet (d.h., einem der mehreren Übertragungsteile 130),
können Überlappungsbereiche (oder
konstruktiv-störende
Bereiche) von benachbarten intensiven Bildern kombiniert werden,
um Seitenkeulen zu erzeugen, welche den Intensitätsschwellenwert des Belichtungsfotolackmaterials übersteigen.
Ein solches Konzept ist in 8 gezeigt.
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9 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein simuliertes Muster zeigt, welches
gebildet wird, wenn ein Fotolack bis zu einem normalen Energiepegel
des Lichts belichtet wird, welches durch eine Maske von 6 läuft. 10 ist
eine Draufsicht, welche ein simuliertes Muster zeigt, welches gebildet wird,
wenn ein Fotolack bis zu einem normalen Energiepegel von Licht,
welches durch eine Maske von 6 läuft, gebildet
wird.
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Das
heißt,
ein Fotolack 140 wird auf einem Substrat aufgebracht, und
es wird ein normaler Belichtungsprozess und Entwicklungsprozess
darauf mit der Maske von 6 durchgeführt. Als Ergebnis wird der
Fotolack 140, welche dem Übertragungsteil 130 der
Maske entspricht, selektiv beseitigt, um dadurch ein Kontaktlochmuster 150 zu
bilden.
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Im
Fall der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine Überbelichtung
anstelle der normalen Belichtung mit der Maske von 6 durchgeführt.
-
Wenn
die Überbelichtung
unter Verwendung der Maske von 6 durchgeführt wird,
vergrößert sich
die Intensität
einer Spitze entsprechend dem Halbübertragungsteil 130 zwischen
den Übertragungsteilen 120,
so dass der Spitzenwert größer ist als
der Schwellenwert des Fotolacks PR. Folglich bildet die Überbelichtung
ein Muster auf dem Bereich des Fotolacks entsprechend dem halbdurchlässigen Teil 130 zwischen
dem Übertragungsteil 120.
In diesem Zeitpunkt ist die Überbelichtung
von ungefähr dem
eineinhalbfachen bis zu ungefähr
dem zweieinhalbfachen eines Energiepegels der normalen Belichtung.
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Dieses
Muster entspricht allgemein der gewünschten Musterform. In 7 ist
die Intensität
von Licht durch ein eindimensionales 1D-Verfahren gezeigt. Wenn
jedoch die Intensität
von Licht durch ein zweidimensionales 2D-Verfahren gezeigt ist,
kann die Seiten keule rundum das Muster in einem vorher festgelegten
Intervall beobachtet werden. Das heißt, wenn das Muster, welches
in der Maske gebildet ist, einem Kreis entspricht, wird die Seitenkeule
ebenfalls als Kreis ausgebildet, um dadurch eine ringröhrenförmige oder
zylinderförmige
Gestalt in einer Schicht aus Material auf dem halbleitförmigen Wafer zu
bilden. Außerdem
kann die Dicke der Ringröhre (oder
Zylinderwand) durch die Intensität
der Überbelichtung
und der Teilung des Musters gesteuert werden.
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11 ist
eine grafische Darstellung, welche die Teilung als Funktion der
Seitenkeulenbildung zeigt. Wie in 11 gezeigt
ist, kann eine Teilung von ungefähr
800 Manometern (nm) oder weniger die Seitenkeulenbildung bereitstellen,
die benötigt
wird, das gewünschte
Muster bei dieser Ausführungsform zu
erlangen. Jedoch können
größere oder
kleinere Mitten-zu-Mitten-Lochabstände bei anderen Ausführungsformen
der Erfindung ausreichend sein.
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12 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein simuliertes Muster zeigt, welches
gebildet wird, wenn ein Fotolack über eine Maske von 6 überbelichtet
wird. 13 ist eine Draufsicht, welche
ein simuliertes Muster zeigt, welches gebildet wird, wenn ein Fotolack über eine
Maske von 6 überbelichtet wird. 14A ist eine Fotografie von oben nach unten einer
SEM, welche ein Wafermuster zeigt, wenn ein Fotolack über eine
Maske von 6 überbelichtet und entwickelt
wird. 14B ist eine SEM-Fotografie,
welche ein Waferquerschnittsmuster zeigt, wenn ein Fotolack über eine
Maske von 6 überbelichtet und entwickelt
wird.
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Zunächst wird
ein Fotolack 140 auf einem Substrat aufgebracht und danach
wird eine Überbelichtung
und ein Entwicklungsprozess darauf durchgeführt, wodurch der Fotolack 140 entsprechend
einer Grenze zwischen dem Übertragungsteil 130 und dem
halbdurchlässigen
Teil 120 in einer kreisförmigen oder zylindrischen Form
(d.h., "Ringröhrenform") verbleibt (oder
gebildet wird), und die verbleibenden Bereiche des Fotolacks 140 beseitigt
werden. Das heißt,
bei Überbelichtung
mit einem übergroßen Energiepegel
wird die Seitenkeule durch die Musterform des Übertragungsteils 130 erzeugt,
wodurch das Fotolackmuster auf dem Wafer in einer kreisförmigen oder
ringröhrenförmigen Form
gebildet wird.
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Wie
in 14A und 14B gezeigt
ist, kann das Fotolackmuster, welches auf dem Wafer im Wesentlichen
durch Überbelichtung
gebildet wird, durch eine SEM-Fotografie geprüft werden. Das heißt, dass 14A und 14B bestätigen, dass in
aktueller Praxis ein kreisförmiges
oder ringröhrenförmiges Fotolackmuster
auf dem Wafer durch Überbelichtung
gebildet werden kann (unter Verwendung des "Seitenkeulen"-Phänomens
und/oder einer Pha senverschiebungs-Kontaktmaske), was ein zylindrisches
Muster zur Folge hat, welches im Material unterhalb des Fotolacks
gebildet wird, der nachfolgend geätzt ist.
-
14A–B
zeigen entsprechend Kopf- und Querschnittsansichten von Versuchsergebnissen, die
erhalten werden, nachdem zylinderförmige Strukturen innerhalb
des Fotolacks (PR) gebildet sind und antireflektierende Bodenüberzugsschichten
(BARC) über
einer dielektrischen Schicht (beispielsweise TEOS) gebildet sind.
Insbesondere beweisen die elektronischen Abtastmikrograf-Bilder
(SEM) von 14A–B, dass das oben erläuterte Verfahren dazu
verwendet werden kann, Strukturen innerhalb der Fotolackschicht
zu bilden (oder unmittelbar darunter), die eine im Wesentlichen
zylindrische Form und eine im Wesentlichen konstante Dicke haben. Weitere
Versuche (d.h., partiales Ätzen
von Bereichen der dielektrischen Schicht, die nicht durch den zylinderförmigen Fotolack überdeckt
sind und antireflektive Bodenüberzugsstrukturen)
zeigen, dass die zylinderförmigen
PR-Strukturen dazu verwendet werden können, eine untere Elektrode
zu bilden, deren Seitenwände
ebenfalls im Wesentlichen eine Zylinderform und eine im Wesentlichen
konstante Dicke haben.
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Wie
mit Hilfe von 12, 13, 14A und 14B erläutert wurde,
kann eine Überbelichtung,
welche unter Verwendung einer Kontaktmaske durchgeführt wird
(6, üblicherweise
verwendet, um ein Kontaktlochmuster zu bilden), ein kreisförmiges oder
ringröhrenförmiges Fotolackmuster
und eine zylindrische Struktur in dem Material (Materialien), das
unter dem Fotolackmuster liegt, bilden. Folglich ist es bei einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung möglich,
mehrere Prozessschritte auszulassen, um die Zylinderform einer Kondensatorelektrode
nach dem Stand der Technik zu bilden. Da außerdem die vorliegende Zylinderstruktur
eine ebene obere Fläche
hat (im Gegensatz zu der nach dem Stand der Technik), kann der vorliegende
Kondensator (oder die OCS-Speichereinrichtung) eine größere mechanische
Haltbarkeit, verbesserte elektrische Kenndaten (aufgrund vergrößerter Gleichförmigkeit
von physikalischen Eigenschaften am obersten Teil der zylindrischen
unteren Kondensatorelektrode) und/oder verbesserte Merkmale und/oder
Kenndaten haben. Außerdem
ist es möglich,
Schaden in Bezug auf den Wafer zu verringern, da das bevorzugte
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kein Nassätzen benötigt.
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Ein
Verfahren zum Herstellen des Kondensators nach der vorliegenden
Erfindung wird mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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15A bis 15D sind
Querschnittsansichten eines Prozessbeispiels zum Herstellen einer zylindrischen
Kondensatorelektrode nach der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 15A gezeigt ist, wird eine Isolationszwischenschicht 200 (ähnlich oder
identisch der Isolationsschicht 20 nach dem Stand der Technik)
auf einem Halbleitersubstrat 100 gebildet, und eine Ätzstoppschicht 300 (beispielsweise
ein Silizium-Nitrid) wird auf der Isolationszwischenschicht 200 aufgebracht.
Danach wird die Ätzstoppschicht 300 bemustert
und selektiv entfernt. Das heißt,
dass die Nitridschicht 300 auf dem Teil der Isolationszwischenschicht 200 verbleibt,
welches den Zylinderkondensator nicht bildet.
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Danach
wird ein vorher festgelegter Bereich der Isolationszwischenschicht 200 durch
Fotolithografie selektiv beseitigt, um dadurch das Kontaktloch 201 zu
bilden. Danach wird eine leitfähige
Schicht, beispielsweise eine erste Polysiliziumschicht 400 auf der
Isolationszwischenschicht 200 aufgebracht, um das Kontaktloch 201 vollständig aufzufüllen. Alternativ
kann die dielektrische Schicht 201 und die Ätzstoppschicht 300 überlagert
aufgebracht werden, mit einer ersten Maske (nicht gezeigt) bemustert
werden und geätzt
werden, um eine Öffnung
zu bilden, welche eine darunterliegende leitfähige Struktur freilegt (beispielsweise
Kontakte 220 von 3). Eine
zweite Maske (ebenfalls nicht gezeigt) kann dann verwendet werden,
um eine größere Öffnung (beispielsweise
für die
Bodenplatte des Zylinders) innerhalb der Ätzstoppschicht 300 zu
bilden, ähnlich
einem "dualen Damaszierung"-Verfahren, um Kupfermetallisierung zu
bilden. Durch Bilden einer größeren Öffnung in
der Ätzstoppschicht 300 als
in der dielektrischen Schicht 201 werden Seitenwandflächen der Ätzstoppschicht seitlich
von Seitenwandflächen
der dielektrischen Schicht beabstandet, wodurch Raum für die Basis
einer nachfolgend gebildeten unteren Elektrode bereitgestellt wird.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung kann die dielektrische Schicht 201 eine
dielektrische Zwischenpegelschicht (ILD) aufweisen, die beispielsweise eine
darunterliegende Bitleitung von einem nachfolgend gebildeten Kondensator
abschirmen kann. Die dielektrische Schicht 201 kann jedoch
einen anderen Zweck bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung
haben. Als solches kann die dielektrische Schicht 201 eine
oder mehrere Schichten von im Wesentlichen beliebigem dielektrischen
Material, welches durch den Stand der Technik bekannt ist, aufweisen,
beispielsweise Siliziumdioxid (SiO2), Siliziumdioxid
auf Tetraäthylorthosilikat
(TEOS), Silizium-Nitrid (SixNy),
Siliziumdioxid/Silizium-Nitrid/Silizium-Dioxid (ONO), Siliziumkarbid, siliziumreiches Oxid
(SRO), "Schwarzer
Diamant" oder SiOC-Isolator
oder Karbon-Polymere. Alternativ kann die dielektrische Schicht 201 aus
einem Permittivitäts-Dielektrikum
(niedriges-k) gebildet sein, welches allgemein durch den Stand der
Technik bekannt ist als ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante
von weniger als ungefähr
3,5. Ein Dielektrikum mit niedrigem k, welches allgemein in Verwendung
ist, von dem geglaubt wird, einen konformen Film herzustellen, ist
Siliziumdioxid, welches mit Fluor dotiert ist. In einigen Fällen kann
die dielektrische Schicht 201 nicht dotiert sein. Alternativ
kann die dielektrische Schicht 201 dotiert sein, um beispielsweise
Borphosphorsilikat- Glas (BPSG),
Phosphorsilikat-Glas (PSG) Borsilikat-Glas (BSG) oder Fluorsilikat-Glas
(FSG) zu bilden. Außerdem
kann die dielektrische Schicht 201 durch Gasphasenabscheidung
(CVD), atmosphärischen Druck-CVD
(APCVD), Niederdruck-CVD (LPCVD), plasmaverbessertem CVD (PECVD)
oder durch irgendeine andere durch den Stand der Technik bekannte
Einrichtung aufgebracht sein.
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Im
Anschluss an die Ablagerung kann die dielektrische Schicht 201 geglättet werden,
um in einigen Fällen
eine im Wesentlichen ebene obere Fläche der dielektrischen Schicht 201 bereitzustellen.
Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 201 unter Verwendung
eines Schleuder-Glas-Prozesses (SOG) oder eines Rückätzverfahrens,
beispielsweise CVD/Vorspann-Sputter-Ätzrücktechnik oder Aufopferungsschicht-Ätzen geglättet werden.
Jedoch kann gewünscht
werden, ein globales Glättungsverfahren zu
nutzen, beispielsweise chemisches mechanisches Polieren (CMP) bei
Sub-Micron-Haltbleiter-Technologien, bei denen Multi-Pegel-Zwischenverbindungssysteme
verwendet werden (dies wird bei Halbleiterspeichereinrichtung vorgefunden und/oder
verwendet). Im Anschluss an das Glätten kann die dielektrische
Schicht 201 bis zu einer Tiefe von ungefähr 3000 Å bis ungefähr 15000 Å gebildet sein,
bevorzugt zwischen ungefähr
6000 Å bis
ungefähr
12000 Å.
Jedoch können
größere oder
kleinere Tiefen der dielektrischen Schicht 201 in Abhängigkeit von
konstruktiven Ausbildungen der bestimmten Einrichtung, die zu bilden
ist, geeignet sein.
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Anschließend wird
die Ätzstoppschicht 300 über einer
oberen Fläche
der dielektrischen Schicht 20 gebildet. Im Allgemeinen
kann die Ätzstoppschicht 500 eine
oder mehrere Schichten aufweisen, die unterschiedliche Ätzkenndaten
als das leitfähige Material
haben, welches verwendet wird, um nachfolgend die leitfähige Schicht 400 zu
bilden. In einigen Fällen
kann die Ätzstoppschicht 300 eine
Einzelschicht aus Siliziumnitrid aufweisen, da dieses gut an vielen
Materialien haftet und eine relativ gute Ätzselektivität hat, verglichen
zu Polysilizium oder Siliziumdioxid. Bei einem Beispiel kann die
Siliziumnitridschicht durch Aufbringen einer Schicht aus Siliziumdioxid
(beispielsweise durch einen CVD-Prozess) gebildet sein, der in einem
nachfolgenden Verarbeitungsschritt mit Nitrid behandelt wird. Siliziumnitrid oder
Siliziumdioxynitrid können
ebenfalls durch einen CVD-Prozess unter Verwendung einer Siliziumquelle gebildet
werden, beispielsweise Silan oder Chlorsilan (SiHyCIy, wobei x und y jeweils eine ganze Zahl
von 1 bis 3 sind, so dass x + y = 4, beispielsweise Dichlorsilan
(SiCl2H2)), und
einer Stickstoffquelle, beispielsweise Stickstoff (N2),
Salpeteroxid (N2O), oder Ammoniak (NH3). Es können
jedoch eine oder mehrere Schichten anderer dielektrischer Materialien,
die durch den Stand der Technik bekannt sind, um unterschiedliche Ätzkenndaten
als die leitfähige
Schicht 400 zu haben, bei anderen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet werden.
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Im
Anschluss an die Aufbringung kann die Ätzstoppschicht 300 geglättet werden,
um in einigen Fällen
eine Ätzstoppschicht 300 mit
einer im Wesentlichen ebenen oberen Fläche bereitzustellen. Beispielsweise
kann die Ätzstoppschicht 300 unter
Verwendung von einem der oben erwähnten Glättungsverfahren geglättet werden.
In jedem Fall kann die Ätzstoppschicht 300 allgemein
bis zu einer Tiefe von ungefähr
500 Å bis
ungefähr
5000 Å gebildet
werden. Um sicherzustellen, dass die Basis der nachfolgend-gebildeten
unteren Elektrode ausreichend dick ist, wird die Ätzstoppschicht 300 vorzugsweise
bis zu einer Tiefe von ungefähr
1000 Å bis
ungefähr
3000 Å gebildet,
besonders bevorzugt von ungefähr
2000 Å bis
ungefähr
3000 Å.
Größere oder
kleinere Tiefen für die Ätzstoppschicht 300 können in
Abhängigkeit
von den Materialien, welche für
solche Schichten verwendet werden, und den Ausbildungseinzelheiten
der zylinderförmigen
Speichereinrichtung geeignet sein.
-
Nachdem
die dielektrische Schicht und die Ätzstoppschicht gebildet und
bemustert sind, wie in 15A gezeigt
ist und hier beschrieben wurde, kann eine Schicht aus leitfähigem Material 400 auf der
dielektrischen Schicht und der Ätzstoppschicht und
innerhalb der Öffnungen,
die darin gebildet sind, gebildet werden. Wie oben angemerkt kann
ein Basisbereich der unteren Elektrode dadurch gebildet werden,
dass die Öffnung,
die innerhalb der Ätzstoppschicht 300 gebildet
ist, aufgefüllt
wird. Durch Auffüllen
der Öffnung
innerhalb der dielektrischen Schicht 201 mit leitfähigem Material 400 kann
ein leitfähiger
Stecker ebenfalls gebildet werden, um eine darunterliegende leitfähige Schicht
zu kontaktieren (beispielsweise Gate-Elektroden 220 von 2). Geeignete Materialien für die leitfähige Schicht 400 können, sind
jedoch nicht darauf beschränkt,
aufweisen dotiertes oder nichtdotiertes Polysilizium und im Wesentlichen
jegliches Metall oder leitfähige
Verbindung, die eine oder mehrere Metalle aufweist, beispielsweise
Aluminium, Kobalt, Kobalt-Silit, Kupfer, Eisen, Nickel, Nickel-Eisen-Chrom, Platin,
Tantal, Tantal-Nitrid, Titan, Titan-Nitrid, Titan-Silizit, Wolfram, Wolfram-Silizid,
Molybdän-Silizid
oder eine andere Verbindung dieser Metalle. Die leitfähige Schicht 400 kann
unter Verwendung von herkömmlichen
Sputtern oder irgendeiner anderen bekannten oben beschriebenen Aufbringungstechnik
gebildet sein. Vorzugsweise weist die leitfähige Schicht 400 ein
Metall oder anderes leitfähiges
Material auf, welches durch CVD aufgebracht ist, beispielsweise
Polysilizium oder Wolfram.
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In
jedem Fall wird die leitfähige
Schicht 400 bis zu einer Tiefe gebildet, die allgemein
von einer Höhe
der nachfolgend gebildeten unteren Elektrode abhängig ist. Beispielsweise kann
die Tiefe der leitfähigen
Schicht 400 im Bereich zwischen ungefähr 2000 Å und ungefähr 10000 Å liegen, insbesondere zwischen
ungefähr
3000 Å und
ungefähr
8000 Å. Nach
Glättung
und/oder Ätzen
der leitfähigen
Schicht 400 kann die nachfolgend gebildete untere Elektrode eine
Höhe HLE
von ungefähr
2000 Å bis
ungefähr 10000 Å zeigen,
insbesondere zwischen ungefähr 3000 Å und ungefähr 8000 Å. Größere oder
kleinere Höhen
für die
untere Elektrode können
in Abhängigkeit
von einer gewünschten
Kapazität
der zylinderförmigen
Speichereinrichtung geeignet sein.
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Wie
in 15B gezeigt ist, ist eine Fotolackschicht 500 auf
der ersten Polysiliziumschicht 400 aufgebracht, und danach
wird die Maske von 6 über der Fotolackschicht 500 positioniert.
Dann wird der Überbelichtungs-
und Entwicklungsprozess darauf durchgeführt, wodurch das zylinderförmige kreisförmige oder
ringröhrenförmige Fotolackschichtmuster 500 gebildet
wird.
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In
diesem Fall kann wie oben beschrieben das Überbelichten eines Fotolacks
unter Verwendung der Maske von 6 die Seitenkeule
durch die Musterform des Übertragungsteils 130 erzeugen.
Als Ergebnis wird das kreisförmige,
zylindrische oder ringröhrenförmige Fotolackschichtmuster 500 auf dem
Bereich entsprechend der Grenze zwischen dem Übertragungsteil 130 und
dem halbdurchlässigen
Teil 120 gebildet.
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Allgemein
kann der Fotolack einen tiefen ultravioletten Fotolack, einen I-Steg-Fotolack, einen G-Steg-Fotolack
oder einen anderen Fotolack, beispielsweise einen X-Strahl-Fotolack oder einen X-Strahl-Fotolack
aufweisen. Als solches kann der Fotolack unter Verwendung der Fotolithografie
wie hier beschrieben bemustert werden, um ein Muster 500 zu
erzeugen, wie in 15B gezeigt ist und wie hier
ausführlicher
beschrieben wurde. Bei einigen Ausführungsformen kann der Fotolack
eine Schicht aus antireflektierendem Überzugsmaterial (ARC) auf dessen
Bodenfläche
aufweisen. Eine ARC-Schicht weist üblicherweise einen Polymerfilm
auf, der hoch-absorbierend und nichtbleichend bei der Wellenlänge von
Licht ist, welches verwendet wird, den Fotolack während der
Fotolithografie zu belichten. In einigen Fällen können der Fotolack oder die ARC-Schichten
durch Schleudern aufgebracht sein, oder sie können mittels Gasphasenabscheidungsverfahren
(CVD) oder Sputter-Verfahren gebildet sein. In den meisten Fällen kann
der Fotolack bis zu einer Tiefe von ungefähr 3000 Å bis ungefähr 10000 Å gebildet sein. Jedoch können größere oder
kleinere Tiefen dazu verwendet werden, den Fotolack zu bilden, der
in Abhängigkeit
von der Dicke der darunterliegenden leitfähigen Schicht und anderen Parametern
des Herstellungsprozesses zu bemustern ist.
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Um
das Fotolackmuster 500, welches in 15B gezeigt
ist, herzustellen, werden Auswahlbereiche des Fotolacks einer Strahlung
(beispielsweise ultraviolettem Licht) ausge setzt, um die Löslichkeit
dieser Bereiche zu ändern.
Nach dem Belichtungsschritt wird der Fotolack mit einer Lösung gewaschen,
der bevorzugt die Bereiche des Fotolacks mit höherer Löslichkeit entfernt. Wenn eine
ARC-Schicht enthalten ist, verhindert das Vorhandensein des antireflektierenden Überzugs
unterhalb des Fotolacks vorteilhaft, dass sich Strahlungswellen über den
Fotolack ausbreiten, damit diese nicht zurück nach oben durch den Fotolack
durch darunterliegende Materialien reflektiert werden. Es ist bekannt,
dass stehende Wellen im Fotolack durch konstruktive und zerstörende Interferenz
reflektierter und einfallender Funkwellen verursacht werden. Diese
stehenden Wellen tragen zum Auflösungsverlust
und zu Fehlern im Fotolack bei. Daher kann die Einbeziehung einer ARC-Schicht
helfen, die Fotolackprofildeformation zu verhindern, zumindest bis
zu einem gewissen Grad.
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Wie
hier beschrieben wird die Fotolackschicht mit einem Fotolithografieprozess
bemustert, wobei eine (in etwa) spezielle Maskenausbildung verwendet
wird, um das Muster 500 in der Fotolackschicht zu erzeugen.
Wie in 15B gezeigt ist, kann das Muster 500 zumindest
eine im Wesentlichen zylinderförmige
Struktur aufweisen. Es sei jedoch angemerkt, dass, obwohl lediglich
eine zylinderförmige
Struktur gezeigt ist, eine beliebige Anzahl von Strukturen innerhalb
der Fotolackschicht gemäß den konstruktiven
Spezifikationen der resultierenden Einrichtungen gebildet sein kann.
Allgemein jedoch umfasst das Muster 500 ein reguläres oder
sich wiederholendes Muster von Zylindern in einer Reihen-Spalten-Matrix.
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Bezugnehmend
auf 15C werden die freigelegten
Bereiche der ersten Polysiliziumschicht 400 selektiv in
einem Anisotropen-Trockenätzungsprozess
geätzt,
beispielsweise RIE (reaktives Ionenätzen), wobei das Fotolackmuster 500 als Ätzmaske
verwendet wird, um dadurch eine zylindrische untere Elektrode 450 zu
bilden. In diesem Zeitpunkt kann anisotropisches Trockenätzen der
ersten Polysiliziumschicht 400 unter Verwendung einer Nitridschicht
als Ätzstoppschicht 300 durchgeführt werden.
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In
einigen Fällen
kann die leitfähige
Schicht 400 durch ein Ätzmittel
geätzt
werden, welches in etwa selektiv in Bezug auf die leitfähige Schicht 400 (beispielsweise
Polysilizium) ist als die Ätzstoppschicht 300 (beispielsweise
Siliziumnitrid). Bei einem Beispiel kann die leitfähige Schicht 400 im
Wesentlichen zwei Mal so schnell wie die Ätzstoppschicht 300 geätzt werden,
wobei eine chemische Ätzzusammensetzung
ausgewählt
wird, welche ungefähr
zwei Mal so selektiv ist, in Bezug auf die Materialzusammensetzung
der leitfähigen
Schicht 400. In anderen Beispielen können chemische Ätzzusammensetzungen
zum selektiven Ätzen
der leitfähigen
Schicht 400 zumindest 5, 10 oder 50 oder mehr Mal schneller
sein als die Ätzstoppschicht 300 verwendet
werden kann. Unter Verwendung einer chemischen Ätzzusammensetzung, welche die
leitfähige
Schicht 400 selektiv ätzt,
ermöglicht
der Ätzpro zess,
dass er beendet wird, wenn eine obere Schicht der Ätzstoppschicht 300 freigelegt
ist, oder bevor irgendein signifikantes Ätzen der Schicht 300 auftritt.
Nachdem die leitfähige Schicht
geätzt
ist, um die untere Elektrode 450 zu bilden, können verbleibende
Bereiche des Fotolacks und/oder der antireflektierenden Überzugsschichten von
der Oberfläche
der unteren Elektrode beseitigt werden, wenn dies notwendig ist.
Beispielsweise kann ein Ätzverfahren,
welches in Bezug auf die Materialzusammensetzung des Fotolacks und
den antireflektierenden Überzugsschichten
selektiver ist, als gegenüber
Nitrid, Oxid oder Silizium, dazu verwendet werden, die verbleibenden
Bereiche zu entfernen.
-
Zusätzlich oder
alternativ, um chemische Ätzzusammensetzungen
auszuwählen,
kann der Ätzprozess,
der verwendet wird, die untere Elektrode 450 zu bilden, über eine
optische Endpunktermittlung beendet werden. Beispielsweise kann
ein Endpunkt des Ätzprozesses
ermittelt werden, wenn eine obere Fläche der Ätzstoppschicht 300 frei
ist. Beispiele von Verfahren, welche allgemein für die optische Endpunktermittlung
verwendet werden, umfassen die Laser-Interfermometry, das Laser-Reflexionsvermögen und
die optische Emissions-Spektroskopie.
Bei einem Beispiel kann ein optisches Emissions-Spektroskopie-Endpunktermittlungssystem
verwendet werden, um bestimmte Komponenten des Plasma, während des Ätzprozesses
erzeugt wird, zu überwachen. Einige
der optischen Emissions-Spektroskopie-Komponenten, beispielsweise die Wellenlänge von
Licht, welche durch ein oder mehrere Ätzprodukte emittiert wird,
sind für
das Material, welches geätzt
wird, spezifisch. Somit kann durch Überwachen der Wellenlänge des
Lichts, welche spezifisch für
das Material ist, welches geätzt
wird, das System ermitteln, wenn eine Schicht des Materials entfernt
wurde, um eine darunterliegende Schicht des Materials freizulegen.
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Durch
Verwendung des zylinderförmigen Musters 500,
um die leitfähige
Schicht 400 zu ätzen, kann
die untere Elektrode 450 mit Seitenwänden gebildet werden, welche
eine im Wesentlichen zylindrische Form haben (gesehen vom Kopf nach
unten) und eine im Wesentlichen konstante Dicke längs einer
vertikalen Länge
der unteren Elektrode (obwohl in einigen Fällen die Zylinderseitenwände 450 eine leichte
Verdickung an Stellen zeigen können,
die um 90° weg
voneinander längs
des Radius oder des Durchmessers der Seitenwand sind; siehe beispielsweise 13).
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Wie
in 15D gezeigt ist, ist eine dielektrische Schicht 800 auf
einer gesamten Fläche
des Halbleitersubstrats einschließlich der unteren Kondensatorelektrode 450 aufgebracht,
und danach ist ein zweites leitfähiges
Material (beispielsweise Polysilizium) auf der dielektrischen Schicht 800 aufgebracht,
um dadurch eine obere Kondensatorelektrode 900 zu bilden.
In einigen Fällen
jedoch kann die untere Elektrode 900 durch Aufbringen von
einem oder mehreren Metallen oder Metalllegierungs-Schichten gebildet
sein (beispielsweise unter diejenigen Metallen und Legierungen,
die hier irgendwo beschrieben sind). Die Materialzusammensetzung
der Schicht (Schichten), welche verwendet wird, um die obere Elektrode 900 zu
bilden, kann ähnlich
für oder
im Wesentlichen unterschiedlich von der Materialzusammensetzung
der unteren Elektrode 450 sein. Bei einer Ausführungsform
kann die obere Elektrode 900 CVD W aufweisen (mit einer
geeigneten darunterliegenden Barriere oder Stegschichten).
-
Das
Material der oberen Elektrode 900 (welches im Zylinder
aufgebracht ist, einschließlich
Silizium) wird allgemein durch eine Maske geschützt (beispielsweise von herkömmlichem
Fotolack; nicht gezeigt), während
das Material außerhalb
des Zylinders entfernt wird (allgemein durch Ätzen), um die fertiggestellte
obere Elektrode zu bilden. Bei vorgegebener Dicke der Zylinderseitenwand 450 liefert
das vorliegende Erfahren eine bestimmte Grenze zur Fehlerausrichtung
während
des Bildungsprozesses der oberen Elektrode. Man kann auch die Höhe der oberen
Elektrode 900 durch Ätzen
(üblicherweise
einen herkömmlichen
Rückätzprozess
unter Verwendung von Trockenätzen)
oder chemisch-mechanisches Polieren (CMP) reduzieren, allgemein,
bis die obere Fläche
der dielektrischen Schicht 800 (über Seitenwänden 450) frei ist.
Danach können
elektrische Verbindung zu den Elektroden in herkömmlicher Weise gebildet werden.
-
Die
dielektrische Schicht 800 kann im Wesentlichen irgendein
dielektrisches Material, welches durch den Stand der Technik bekannt
ist, aufweisen, beispielsweise Bor-Phosphor-Silikat-Glas (BPSG), nichtdotiertes
Silikat-Glas (USG), aufgeschleudertes Glas (SOG), Tetraäthylorthosilikat
(TEOS) oder eine Oxidschicht, die eines oder mehreren der folgenden Legierungen
aufweist: Silizium (Si), Stickstoff (N), Aluminium (Al), Tantal
(Ta), Barium (Ba), Strontium (Sr), Titan (Ti) und Blei (Pb). Um
die Kapazität
der Speichereinrichtung zu verbessern, kann die dielektrische Schicht 800 jedoch
ein dielektrisches Material mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante
(k) aufweisen, beispielsweise (jedoch nicht darauf beschränkt) Aluminiumoxid
(Al2O3), Tantal-Pentoxid (Ta2O5), Barium-Titanat
(BaTiO3) und Titanoxid (TiO2).
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Somit
betrifft die Erfindung auch eine zylinderförmige Speichereinrichtung,
welche einen Stecker in einer dielektrischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat
aufweist, und eine untere Elektrode auf der dielektrischen Schicht
und in Kontakt mit dem Stecker, wobei die Seitenwände der
unteren Elektrode im Wesentlichen eine zylindrische Form haben und
eine flache obere Fläche
haben. Der Stecker und die untere Elektrode sind allgemein einstückig. Anders
ausgedrückt
weisen der vorliegende Stecker und die untere Elektrode allgemein
das gleiche leitfähige
Material auf, und haben keine erkennbaren Korngrenzen zwischen ih nen.
Bei einer Ausführungsform
können
einstückige
Stecker und untere Elektroden aus Material gebildet sein, welches
in einem einzelnen Schritt aufgebracht ist (beispielsweise leitfähiges Material 400 in 15A). Alternativ kann der Stecker in einem ersten
Schritt gebildet sein, und Material für die untere Elektrode in einem
zweiten Schritt aufgebracht sein, danach kann der Stecker und das untere
Elektrodenmaterial getempert werden, so dass das Material des Steckers
und der unteren Elektrode rekristallisieren, oder dessen kristallografische Morphologie Änderungen
ausreichend sich ändern, um
jegliches erkennbare Korngrenzen zu reduzieren oder zu beseitigen,
welche längs
der Materialgrenze der unteren Elektrode des Steckers vor dem Tempern existiert
haben können.
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Wie
oben beschrieben hat das Verfahren zum Herstellen des Kondensators
nach der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile.
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Zunächst können Seitenkeulen
durch Überbelichtung
erzeugt werden, gemäß der Musterform des Übertragungsteils
einer PSM (Phasenverschiebungsmaske) zum Bemustern von Kontaktlöchern, wodurch
ein kreisförmiges,
zylindrisches oder ringröhrenförmiges Muster
gebildet wird. Danach wird die untere Elektrode des zylindrischen
Kondensators so gebildet, dass sie ein zylindrisches oder ringröhrenförmiges Muster
hat. Somit ist es möglich,
einen vereinfachten Herstellungsprozess zu realisieren und die Herstellungskosten
zu vermindern. Außerdem wird
die gesamte Herstellungszeit vermindert, wodurch die Produktivität verbessert
wird.
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Außerdem kann
bei dem Verfahren zum Herstellen des Kondensators nach der vorliegenden
Erfindung Nassätzen
vermieden werden, so dass es möglich
ist, zu verhindern, dass der Wafer beschädigt wird, wodurch die Ausbeute
verbessert wird.
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Es
wird deutlich sein, dass der Fachmann verschiedene Modifikationen
und Variationen bei der vorliegenden Erfindung ausführen kann,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Somit soll die vorliegende
Erfindung die Modifikation und Variationen dieser Erfindung abdecken,
vorausgesetzt, dass sie innerhalb des Rahmens der beigefügten Patentansprüche und
deren Äquivalente
fallen.