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Die
Erfindung betrifft einen Speicherkondensator, der z. B. in einer
Speicherzelle eines DRAM (dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff)
verwendet werden kann. Die Beschreibung betrifft weiter eine Speichervorrichtung.
Zusätzlich
betrifft die Beschreibung ein Verfahren zum Herstellen eines Speicherkondensators
als auch ein Verfahren zum Herstellen einer Speichervorrichtung.
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Speicherzellen
eines dynamischen Speichers mit wahlfreien Zugriff (DRAM) weisen
allgemein einen Speicherkondensator zum Speichern einer elektrischen
Ladung auf, welche eine zu speichernde Information kennzeichnet,
als auch einen Auswahltransistor, der mit dem Speicherkondensator verbunden
ist. Der Auswahltransistor weist ein erstes und ein zweites Source/Draingebiet,
einen die ersten und zweiten Source/Draingebiete verbindenden Kanal
als auch eine einen elektrischen Stromfluss zwischen den ersten
und zweiten Source/Draingebieten steuernde Gateelektrode auf. Der
Transistor ist gewöhnlich
wenigstens teilweise in einem Halbleitersubstrat ausgebildet. Die
Gateelektrode bildet einen Teil einer Wortleitung und diese ist
elektrisch von dem Kanal durch ein Gatedielektrikum isoliert. Durch Ansteuern
des Auswahltransistors über
die entsprechende Wortleitung wird die in dem Speicherkondensator
gespeicherte Ladung ausgelesen. Zusätzlich wird durch Ansteuern
des Auswahltransistors und Übertragen
eines Informationssignals über
eine Bitleitung eine Information in der entsprechenden Speicherzelle,
welche der spezifischen Wortleitung und Bitleitung zugeordnet ist,
gespeichert.
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Gemäß einer
Ausführung
der DRAM-Speicherzelle wird die elektrische Ladung in einem Stapelkondensator
gespeichert, der oberhalb der Oberfläche des Substrats ausgebildet
ist.
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Für zukünftige DRAM-Technologien
wäre eine
vergrößerte Zellkapazität für eine bessere
Leistungsfähigkeit
und Anwendungen mit geringer Leistung wünschenswert. Beispielsweise
kann die Zellkapazität
vergrößert werden,
indem die Höhe
des Stapelkondensators vergrößert wird.
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Eine
Speichervorrichtung weist zusätzlich
einen Unterstützungsbereich
auf, der gewöhnlich
am Rand des Speicherzellenfeldes angeordnet ist. In dem Unterstützungsbereich
sind Schaltkreise wie Decoder, Leseverstärker und Wortleitungstreiber zum
Aktivieren einer Wortleitung lokalisiert. Allgemein beinhaltet der
Peripherie-Bereich einer Speichervorrichtung Schaltkreise zum Ansteuern
von Speicherzellen und zum Lesen und Verarbeiten der aus den einzelnen
Speicherzellen erhaltenen Signale.
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Gewöhnlich ist
der Peripherie-Bereich im selben Halbleitersubstrat wie die einzelnen
Speicherzellen ausgebildet. Folglich ist ein Herstellungsprozess
wünschenswert,
bei dem die Komponenten der Speicherzelle und die des Peripherie-Bereichs gleichzeitig
ausgebildet werden können.
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Die
begleitenden Abbildungen dienen einem tieferen Verständnis der
Erfindung und stellen einen Teil dieser Beschreibung dar. Die Abbildungen
zeigen Ausführungsformen
der Erfindung und diese dienen gemeinsam mit der Beschreibung zur
Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Abbildungen sind
nicht notwendigerweise maßstabsgetreu
zueinander dargestellt. Übereinstimmende Bezugskennzeichen
kennzeichnen ähnliche
oder übereinstimmende
Teile.
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Wie
nachfolgend erläutert
wird, weist ein Speicherkondensator einen ersten Kondensatorbereich
und einen zweiten Kondensatorbereich auf. Der zweite Kondensatorbereich
ist oberhalb des ersten Kondensatorbereichs angeordnet. Dadurch
wird eine erste Richtung definiert. Die ersten und die zweiten Bereiche
weisen jeweils einen Hohlkörper
aus einem leitfähigen
Material auf. Die kombinierten Hohlkörper bilden eine erste Kondensatorelektrode.
Ein oberer Durchmesser von jedem der Hohlkörper ist größer als ein unterer Durchmesser
des Hohlkörpers,
wobei der Durchmesser senkrecht in Bezug auf die erste Richtung
bemessen ist. Der Speicherkondensator weist zusätzlich eine zweite Kondensatorelektrode und
ein dielektrisches Material auf, das zwischen den ersten und zweiten
Kondensatorelektroden angeordnet ist. Der Speicherkondensator weist
zusätzlich
ein isolierendes Material auf, das außerhalb der Hohlkörper angeordnet
ist sowie eine Schicht eines isolierenden Materials. Die Unterseite
der isolierenden Schicht ist auf Höhe der Oberseite des ersten
Kondensatorbereichs angeordnet.
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Anders
ausgedrückt
weist eine Halbleitervorrichtung einen Speicherkondensator auf,
der einen ersten Kondensatorbereich und einen zweiten Kondensatorbereich
beinhaltet. Der zweite Kondensatorbereich ist oberhalb des ersten
Kondensatorbereichs angeordnet. Dadurch wird eine erste Richtung
definiert. Die ersten und zweiten Bereiche weisen jeweils einen
Hohlkörper
aus einem leitfähigen
Material auf. Die kombinierten Hohlkörper bilden eine erste Kondensatorelektrode
aus. Ein oberer Durchmesser von jedem der Hohlkörper ist größer als ein unterer Durchmesser
des Hohlkörpers,
wobei der Durchmesser senkrecht in Bezug auf die erste Richtung
bemessen ist. Der Speicherkondensator weist zusätzlich eine zweite Kondensatorelektrode
und ein dielektrisches Material auf, das zwischen den ersten und zweiten
Kondensatorelektroden positioniert ist. Die Speichervorrichtung
weist ein isolierendes Material auf, das außerhalb der Hohlkörper angeordnet
ist als auch eine isolierende Schicht aus einem isolierenden Material.
Die Unterseite der isolierenden Schicht ist auf Höhe der Oberseite
des ersten Kondensatorbereichs angeordnet.
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Wie
nachfolgend ebenso erläutert
wird, beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Speicherkondensators
ein Bereitstellen eines Substrats mit einer Oberfläche. Eine
erste Schicht wird auf der Oberseite des Substrats bereitgestellt.
Die erste Schicht wird zur Definition einer ersten Öffnung durch
die erste Schicht geätzt.
Die erste Öffnung
wird mit einer Opferfüllung
aufgefüllt
und eine zweite Schicht wird auf der ersten Schicht bereitgestellt.
Das Verfahren beinhaltet zusätzlich
eine zweite Ätzung
einschließlich
einem Ätzen
der zweiten Schicht zur Definition einer zweiten Öffnung durch
die zweite Schicht, wobei die ersten und zweiten Öffnungen
in Kontakt zueinander sind. Die Opferfüllung wird wenigstens teilweise
entfernt. Eine erste Kondensatorelektrode wird durch Bereitstellen
einer eine Oberfläche
der ersten und zweiten Öffnung
abdeckenden Schicht angegeben. Eine dielektrische Schicht wird bereitgestellt, wobei
die dielektrische Schicht die erste Kondensatorelektrode bedeckt.
Eine zweite Kondensatorelektrode wird bereitgestellt, wobei die
zweite Kondensatorelektrode die dielektrische Schicht bedeckt. Die Opferfüllung weist
eine Liner-Schicht aus einem leitfähigen Material und eine Dummy-Füllung auf,
wobei die Dummy-Füllung
vor dem Bereitstellen der ersten Kondensatorelektrode entfernt wird
und die Liner-Schicht aufrechterhalten wird.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung;
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2A zeigt
eine Querschnittsansicht des Kondensators und der jeweiligen Kontaktstruktur
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2B zeigt
eine Querschnittsansicht eines Kondensators und der jeweiligen Kontaktstruktur
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Substrats am Anfang eines Verfahrens
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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4 bis 12 zeigen
Verfahrensschritte zum Herstellen der Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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13 zeigt
eine Querschnittsansicht des Speicherkondensators gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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14 zeigt
eine Querschnittsansicht des Substrats nach einem weiteren Prozessschritt;
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15 zeigt
eine Querschnittsansicht des Substrats nach dem Bereitstellen eines
leitfähigen Materials;
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16 bis 20 zeigen
Verfahrensschritte gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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21 bis 27 zeigen
Verfahrensschritte gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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28 zeigt
eine beispielhafte Aufsicht auf eine Speichervorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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29 zeigt
ein Flussdiagramm zur Erläuterung
einer Ausführungsform
des Verfahrens dieser Erfindung; und
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30 zeigt
ein Flussdiagramm zur Erläuterung
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens dieser Erfindung.
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In
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die
begleitenden Abbildungen genommen, die einen Teil derselben darstellen
und in denen auf anschauliche Weise bestimmte Ausführungsformen
zur Umsetzung der Erfindung erläutert werden.
In diesem Zusammenhang wird eine richtungsbezogene Terminologie
wie „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorderer", „hinterer", usw. in Bezug auf
die Ausrichtung der erläuterten
Figuren verwendet. Da Komponenten der Ausführungsformen dieser Erfindung
in einer Vielzahl verschiedener Ausrichtungen positioniert werden
können,
dient die richtungsbezogene Terminologie dem Zweck der Veranschaulichung
und ist keinesfalls beschränkend.
Es ist zu berücksichtigen,
dass weitere Ausführungsformen verwendet
werden können
und strukturelle oder logische Änderungen
erfolgen können,
ohne vom Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen. Die nachfolgende
detaillierte Beschreibung ist nicht in beschränkender Weise zu sehen und
der Schutzbereich dieser Erfindung wird durch die beigefügten Patentansprüche definiert.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Speichervorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung. Insbesondere kennzeichnet der rechte Bereich von 1 den
Speicherzellen-Array-Bereich I, wobei der linke Bereich der 1 den
Peripherie-Bereich II der Speichervorrichtung kennzeichnet. Wie
im rechten Bereich der 1 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl
von Speicherzellen wenigstens teilweise in einem Halbleitersubstrat 1 mit
einer Oberfläche 10 ausgebildet.
Beispielsweise weist jede dieser Speicherzellen einen Auswahltransistor 5 auf.
Der Auswahltransistor 5 ist in dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet.
Der Auswahltransistor 5 weist einen ersten Source/Drainbereich 51,
einen zweiten Source/Drainbereich 52 und eine Gateelektrode 53 auf. Die
Gateelektrode 53 ist vom Halbleitersubstrat 1 über das
Gatedielektrikum 57 isoliert. Die Gateelektrode 53 steuert
die Leitfähigkeit
des Kanals 55, der zwischen den ersten und zweiten Source/Draingebieten 51, 52 ausgebildet
ist. In der gezeigten Ausführungsform
ist der Wortleitungsisolator 531 oberhalb jeder der Gateelektroden 53 angeordnet,
so dass die Gateelektroden 53 vollständig vergraben sind, d. h.,
die Oberfläche
jeder der Gateelektroden 53 unterhalb der Halbleitersubstratoberfläche 10 liegt.
In der gezeigten Ausführungsform
sind zusätzlich
Isolationsstrukturen 56 bereit gestellt, um benachbarte
Speicherzellen voneinander zu isolieren. Die Speicherkondensatoren 2 jeder
der Speicherzellen sind oberhalb der Halbleiteroberfläche 10 angeordnet.
Jeder der Speicherkondensatoren 2 weist eine erste Kondensatorelektrode 21,
ein Kondensatordielektrikum 22 und eine zweite Kondensatorelektrode 23 auf.
Das Kondensatordielektrikum 22 ist zwischen den ersten
und zweiten Kondensatorelektroden angeordnet. Die ersten und zweiten
Kondensatorelektroden 21, 23 können beispielsweise aus einem
leitfähigen
Material wie einem Metall, einem Edelmetall, oder einer Metalllegierung
ausgebildet sein. Beispiele für
leitfähige
Materialien schließen Polysilizium,
TiN, TaN, TaSiN, Ru, WN und HfN ein. Die Materialien der ersten
und zweiten Kondensatorelektroden 21, 23 können übereinstimmen
oder voneinander abweichen. Das Kondensatordielektrikum 22 kann
aus einem beliebigen geeigneten dielektrischen Material aufgebaut
sein. Beispiele für das
Kondensatordielektrikum schließen
so genannte High-k-Dielektrika ein mit einer dielektrischen Konstante
von größer als
3.9. Beispielsweise können HfO2, HfSiO (Hafniumsilikate), ZrO2,
Al2O3, HfAlO, TaO
und beliebige Multischichtsysteme aus beliebigen dieser Schichten
verwendet werden.
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Wie
ebenso gezeigt ist, weist die erste Kondensatorelektrode 21 einen
ersten Kondensatorbereich 211 und einen zweiten Kondensatorbereich 212 auf.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der zweite Kondensatorbereich 212 oberhalb
des ersten Kondensatorbereichs 211 angeordnet. Die erste
Kondensatorelektrode 21 ist in Kontakt mit dem Kondensatorkontakt 24.
Der Kondensatorkontakt 24 ist über die Kondensatorkontaktsektion 58 in
Kontakt mit dem ersten Source/Drainbereich des Auswahltransistors 5.
Wie der 1 ebenso entnommen werden kann,
ist ein isolierendes Material außerhalb der ersten und zweiten
Kondensatorbereiche 211, 212 angeordnet. Das isolierende
Material kann insbesondere eine erste isolierende Schicht 71 und
eine zweite isolierende Schicht 76 aufweisen. Die ersten
und zweiten isolierenden Schichten 71, 76 können aus
denselben oder verschiedenen Materialien aufgebaut sein. Darüber hinaus
kann eine Trennungsschicht 70 zwischen den ersten und zweiten
isolierenden Schichten 71, 76 positioniert sein.
Die Trennungsschicht 70 kann beispielsweise aus einem Material
aufgebaut sein, das verschieden ist von den ersten und zweiten isolierenden
Materialien. Falls die ersten und zweiten isolierenden Schichten
beispielsweise aus Siliziumdioxid gebildet sind, kann die Trennungsschicht
aus Siliziumnitrid aufgebaut sein. Wie gezeigt ist, ist die Unterseite
der Trennungsschicht 70 auf Höhe einer Oberseite des ersten
Kondensatorbereichs 211 angeordnet.
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Der
Array-Bereich kann zusätzlich
eine isolierende Schicht 54 aufweisen, die zwischen den Kondensatorkontakten 24 und
der Halbleitersubstratoberfläche 10 angeordnet
ist. Die isolie rende Schicht 54 kann aus BPSG (Bor-Phosphor-Silikatglas)
aufgebaut sein. Beispielsweise können
in dieser Schicht wietere Verdrahtungsschichten (in dieser Darstellung
nicht gezeigt) positioniert sein. So können etwa Bitleitungen zum
Lesen/Schreiben einer in dem Speicherkondensator gespeicherten Ladung
in dieser Schicht angeordnet sein. Zusätzlich sind die Kondensatorkontakte 24 voneinander über eine
isolierende Schicht 38 isoliert, die z. B. aus Siliziumnitrid ausgebildet
sein kann.
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Der
linke Bereich von 1 zeigt den Peripherie-Bereich
II. Im Peripherie-Bereich II ist insbesondere ein Peripherie-Schaltkreis 37 zum
Steuern eines Lese- und Schreibvorgangs des Speicherzellen-Arrays
vorgesehen. Zusätzlich
sind Kontaktstrukturen im Peripherie-Bereich II bereitgestellt.
Diese Kontaktstrukturen 83 stellen eine Verbindung zwischen
dem Peripherie-Schaltkreis 37 und Verdrahtungsschichten
bereit, wobei die Verdrahtungsschichten in einer Ebene liegen, die
auf einer Höhe oberhalb
einer Oberseite des Speicherkondensators 22 angeordnet
ist. Wie im linken Teil von 1 gezeigt
ist, kann jede der Kontaktstrukturen 3 einen ersten Kontaktstrukturbereich 32 und
einen zweiten Kontaktstrukturbereich 33 aufweisen. Der
zweite Kontaktstrukturbereich 33 ist oberhalb des ersten Kontaktstrukturbereichs 32 angeordnet.
Die Kontaktstruktur 3 ist über das Unterstützungskontaktpad 31 und
die Unterstützungskontaktsektion 35 mit
dem Peripherie-Schaltkreis 37 verbunden. Das Unterstützungskontaktpad 31 kann
ein Kontaktpad oder eine Leiterbahn sein, die sich in einer beliebigen
Richtung erstreckt. Ein isolierendes Material 71, 76 ist
außerhalb
der Kontaktstruktur angeordnet. Das isolierende Material kann etwa
eine erste isolierende Schicht 71 und eine zweite isolierende
Schicht 76 auf die im Zusammenhang mit dem Array-Bereich beschriebene Art
und Weise beinhalten. Zusätzlich
kann die Trennungsschicht 70 auf einer Höhe angeordnet
sein, so dass die Unterseite der Trennungsschicht auf Höhe der Oberseite
des ersten Kontaktstrukturbereichs 32 angeordnet ist. Die
Kontaktstruktur 82 kann mit einem leitfähigen Material wie einem geeigneten
Metall, z. B. W, TiN, WN, TaN, Cu, Ta oder beliebigen Kombinationen
hieraus, aufgefüllt
sein.
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In 1 beträgt die typische
Höhe der
Kontaktstruktur 3 und des Speicherkondensators 2 näherungsweise
mehr als 2 μm,
z. B. mehr als 3 μm.
Darüber
hinaus kann ein typischer Durchmesser des Speicherkondensators 50 bis
100 nm betragen. Ein typischer Durchmesser der Kontaktstruktur 3 kann mehr
als 50 nm sein, z. B. mehr als 100 nm. Ein beispielhafter Durchmesser
der Kontaktstruktur 3 liegt bei 50 bis 150 nm. Zusätzlich kann
ein typisches Aspektverhältnis
der Tiefe zum Durchmesser des Speicherkondensators mehr als 10 betragen,
z. B. mehr als 20 oder mehr als 50, 80 oder noch mehr. Ein typisches
Aspektverhältnis
der Kontaktstrukturen kann in demselben Bereich liegen oder auch
darunter. Insbesondere kann, wie der 1 entnommen
werden kann, die Höhe
jeder der Kontaktstrukturen 3 näherungsweise gleich der Höhe jeder
der Speicherkondensatoren 2 sein.
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2A zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Speicherkondensators und der zugehörigen Kontaktstruktur 3.
Wie im rechten Bereich der 2A gezeigt
ist, weist der erste und zweite Kondensatorbereich im Array-Bereich
jeweils einen Hohlkörper
aus einem leitfähigen
Material auf. Der erste Kondensatorbereich 211 ist insbesondere
im unteren Bereich geschlossen und im oberen Bereich geöffnet. Darüber hinaus
ist der zweite Kondensatorbereich 212 im unteren Bereich
als auch im oberen Bereich geöffnet.
Der zweite Kondensatorbereich 212 liegt oberhalb des ersten
Kondensatorbereichs 211, wodurch eine erste Richtung definiert
wird. Wie gezeigt ist, ist ein oberer Durchmesser von jedem der Hohlkörper größer als
ein unterer Durchmesser des Hohlkörpers, wobei der Durchmesser
in einer in Bezug zur ersten Richtung senkrechten Richtung bemessen
ist. Auf ähnliche
Weise weist die Kontaktstruktur 3 im linken Bereich der 2A einen
ersten Kontaktstrukturbereich 32 und einen zweiten Kontaktstrukturbereich 33 auf.
Der zweite Kontaktstrukturbereich 33 ist oberhalb des ersten
Kontaktstrukturbereichs 32 angeordnet. Die ersten und zweiten
Kontaktstrukturbereiche bestehen aus einem leitfähigen Material und diese sind
als feste Bereiche gebildet. Aussparungen können in den ersten und zweiten Kontaktstrukturbereichen
ausgebildet sein. Der Durchmesser des oberen Bereichs des ersten
Kontaktstrukturbereichs ist größer als
ein unterer Durchmesser des ersten Kontaktstrukturbereichs. Zudem ist
ein oberer Durchmesser des zweiten Kontaktstrukturbereichs größer als
ein unterer Durchmesser des zweiten Kontaktstrukturbereichs, wobei
der Durchmesser in einer zur ersten Richtung senkrechten Richtung
bemessen ist.
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Somit
weisen Ausführungsformen
der Erfindung ebenso den in 2C gezeigten
Aufbau auf, wobei der Durchmesser des zweiten Kondensatorbereichs
in dessen oberem Bereich in einer Rich-tung vom ersten zum zweiten
Kondensatorbereich abnimmt. Auf ähnliche
Weise kann der Durchmesser des zweiten Kontaktstrukturbereichs in
dessen oberem Bereich in einer Richtung vom ersten zum zweiten Kondensatorbereich
abnehmen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung, welche in 2B gezeigt
ist, sind der untere Bereich von jeder der ersten Kondensatorelektroden
und die Kontaktstrukturen in einer in Bezug auf die erste Richtung
senkrechten Richtung versetzt. Insbesondere können der untere Bereich von
jeder der ersten Kondensatorelektroden 21 und die Kontaktstrukturen 3 lateral
in Bezug auf die Substratoberfläche
versetzt sein zum oberen Bereich der ersten Kondensatorelektrode 21 und
der Kontaktstruktur 3. Demnach stimmt das Zentrum P1 des unteren Bereichs der ersten Kondensatorelektrode 211 nicht
mit dem Zentrum P2 des oberen Bereichs 212 des
zweiten Kondensatorbereichs 212 überein. Zusätzlich stimmt das Zentrum D1 des ersten Kontaktstrukturbereichs 32 nicht
mit dem Zentrum D2 des zweiten Kontaktstrukturbereichs 33 überein.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen des
Verfahrens zum Ausbilden eines Kondensators sowie des Verfahrens
zum Ausbilden einer Speichervorrichtung kurz mit Bezug auf 29 und 30 erläutert. Wie
in 29 gezeigt ist, wird zum Herstellen eines Kondensators
zunächst
ein Substrat mit einer Oberfläche
bereitgestellt (S10). Das Substrat kann beispielsweise ein beschichtetes
Substrat einschließlich
eines Halbleitersubstrats und einer oder mehreren Schichten sein,
welche auf die Oberfläche des
Halbleitersubstrats abgeschieden sind. Kondensatorkontakte können beispielsweise
in der Oberfläche
des beschichteten Substrats ausgebildet sein. Dann wird eine erste
Schicht auf die Oberfläche
des Substrats abgeschieden (S11). Die erste Schicht kann beispielsweise
aus dielektrischem Material wie Siliziumoxid oder Siliziumnitrid
gebildet sein. Danach erfolgt ein Ätzschritt zur Definition einer
ersten Öffnung
durch die erste Schicht (S12). Beispielsweise kann dieser Ätzschritt
eine konisch zulaufende Ätzung
hervorrufen. Danach wird eine zweite Schicht auf der ersten Schicht
abgeschieden (S13). Die zweite Schicht kann aus einem Material sein,
das vom Material der ersten Schicht verschieden ist oder auch mit
diesem übereinstimmt.
Dann wird eine zweite Ätzung
durchgeführt.
Bei der zweiten Ätzung
wird die zweite Schicht geätzt
zur Definition einer zweiten Öffnung
durch die zweite Schicht, welche derart erfolgt, dass die ersten
und zweiten Öffnungen
in Kontakt zueinander sind (S14). Danach wird eine erste Kondensatorelektrode
angegeben durch Bereitstellen einer Schicht, die die Oberfläche der
ersten und zweiten Öffnungen
abdeckt (S15). Danach wird eine dielektrische Schicht bereitgestellt,
wobei die dielektrische Schicht die erste Kondensatorelektrode bedeckt (S16).
Danach wird eine zweite Kondensatorelektrode bereitgestellt, welche
die dielektrische Schicht bedeckt (S17).
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann die erste Öffnung
mit einer Opferfüllung
vor dem Bereitstellen der zweiten Schicht aufgefüllt werden (S18). Diese Opferfüllung wird
wenigstens teilweise vor dem Bereitstellen der ersten Kondensatorelektrode
entfernt (S19). Die Opferfüllung
kann beispielsweise eine Liner-Schicht aus einem leitfähigen Material
und einer Dummy-Füllung
aufweisen, wobei die Dummy-Füllung
vor dem Bereitstellen der ersten Kondensatorelektrode entfernt wird
und die Liner-Schicht aufrechterhalten wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
vor dem Bereitstellen einer zweiten Schicht eine dritte Schicht über der
ersten Schicht angegeben werden (S20), wobei das Material der dritten
Schicht verschieden von den Materialien der ersten und zweiten Schichten
ist und wobei eine zweite Ätzung
ein Ätzen
der dritten Schicht beinhaltet. Ebenso kann die dritte Schicht nach
dem Auffüllen
der ersten Öffnung mit
einer Opferfüllung
bereitgestellt werden (S18).
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Wie
in 30 gezeigt ist, beinhaltet eine Ausführungsform
zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ein Bereitstellen eines
Vorrichtungssubstrats mit einer Oberfläche, wobei das Vorrichtungssubstrat ein
Halbleitersubstrat beinhaltet (S10). Das Vorrichtungssubstrat kann
ein Halbleitersubstrat mit einer oder mehreren isolierenden oder
dielektrischen Schichten, die auf eine Oberfläche abgeschieden sind, aufweisen.
Eine Mehrzahl von Auswahltransistoren ist in dem Array-Bereich bereitgestellt,
wobei jeder dieser Auswahltransistoren wenigstens teilweise im Halbleitersubstrat
ausgebildet ist (S30). Zudem ist ein Peripherie-Schaltkreis in dem
Peripherie-Bereich bereitgestellt, wobei der Peripherie-Be reich
wenigstens teilweise im Halbleitersubstrat ausgebildet ist (S40).
Zusätzlich
sind Kondensatorkontakte im Array-Bereich benachbart zur Vorrichtungssubstratoberfläche bereitgestellt
(S31). In dem Peripherie-Bereich sind Unterstützungskontaktpads benachbart zur
Vorrichtungssubstratoberfläche
bereitgestellt (S41). Diese Schritte können beispielsweise gleichzeitig
oder in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Danach wird eine
erste Schicht auf der Oberfläche
des Vorrichtungssubstrats bereitgestellt (S11). Die erste Schicht
wird zur Definition erster Öffnungen
durch die erste Schicht geätzt,
wobei ein Teil der ersten Öffnungen
in Kontakt mit den Kondensatorkontakten ist und ein Teil der ersten Öffnungen
ist auch in Kontakt mit den Unterstützungskontaktpads (S12). In
einem späteren
Prozessschritt wird eine zweite Schicht über der ersten Schicht bereitgestellt (S13).
Die zweiten Kontaktöffnungen
werden in der zweiten Schicht im Array-Bereich definiert, wobei
die zweiten Öffnungen
in Kontakt mit den ersten Öffnungen
sind (S32). Zudem werden zweite Öffnungen
in der zweiten Schicht im Peripherie-Bereich definiert, wobei die
zweiten Öffnungen
in Kontakt mit den ersten Öffnungen
sind (S42). Diese Schritte des Definierens der zweiten Öffnungen
können
beispielsweise gleichzeitig über
einen gemeinsamen Ätzschritt
erfolgen oder auch in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.
Die ersten Kondensatorelektroden werden durch Angeben einer eine
Oberfläche
der ersten und zweiten Öffnungen
im Array-Bereich bedeckenden Schicht bereitgestellt (S15). Zusätzlich wird
eine dielektrische Schicht bereitgestellt, die die ersten Kondensatorelektroden
im Array-Bereich bedeckt (S16). Danach werden zweite Kondensatorelektroden
bereitgestellt, wobei die zweiten Kondensatorelektroden die dielektrische
Schicht bedecken (S17). Zusätzlich
wird eine Kontaktfüllung
im Peripherie-Bereich angegeben, wodurch Unterstützungskontakte bereitgestellt
werden (S43).
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
die ersten Öffnungen
mit einer Opferfüllung
vor dem Bereitstellen der zweiten Schicht aufgefüllt werden (S18). Zusätzlich kann
das Verfahren zusätzlich
vor dem Bereitstellen der zweiten Schicht ein Bereitstellen einer
dritten Schicht über
der ersten Schicht beinhalten (S20), wobei das Material der dritten
Schicht verschieden von den Materialien der ersten und zweiten Schichten
ist und wobei die zweite Ätzung
ein Ätzen
der dritten Schicht beinhaltet. Die dritte Schicht kann beispielsweise
nach dem Auffüllen
der ersten Öffnungen
mit einer Opferfüllung
bereitgestellt werden (S18).
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Nachfolgend
wird das Verfahren zum Herstellen einer wie in 1 und 2 jeweils gezeigten Speichervorrichtung
detaillierter erläutert.
Allgemein können
zum Strukturieren von Materialschichten fotolithografische Verfahren
verwendet werden, bei denen ein geeignetes Fotolackmaterial bereitgestellt wird.
Das Fotolackmaterial wird fotolithografisch unter Verwendung einer
geeigneten Fotomaske strukturiert. Die strukturierte Fotomaske kann
als Maske während
nachfolgender Prozessschritte verwendet werden. Beispielsweise kann
auf herkömmliche
Weise eine Hartmaskenschicht oder eine Schicht aus einem geeigneten
Material wie Siliziumnitrid, Polysilizium oder Kohlenstoff über der
zu strukturierenden Materialschicht bereitgestellt werden. Die Hartmaskenschicht
wird fotolithografisch unter Verwendung von z. B. einem Ätzprozess
strukturiert. Unter Verwendung der strukturierten Hartmaskenschicht
als Ätzmaske
wird die Materialschicht strukturiert.
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Am
Anfang des Verfahrens dieser Erfindung wird zunächst ein Halbleitersubstrat 1 wie
ein Siliziumsubstrat, z. B. ein p-dotiertes Siliziumsubstrat 1, bereitgestellt.
Wie in 3 gezeigt ist, wird ein wie in 1 gezeigter
Array-Schaltkreis 59 angegeben. Dennoch kann, wie einem
Fachmann offensichtlich ist, ein beliebiger weiterer Array-Schaltkreis
be reitgestellt werden, der sich zur Umsetzung der Funktionen eines
Lese- und Schreibvorgangs eignet. Zusätzlich können verschiedene Kontaktstrukturen
und isolierende Schichten auf dem Halbleitersubstrat 1 bereitgestellt
werden. Die Kondensatorkontakte 24 dienen einem elektrischen
Kontakt zwischen der ersten Kondensatorelektrode (in dieser Abbildung
nicht dargestellt) und dem Array-Schaltkreis 59. Beispielsweise können zusätzliche
Kondensatorkontaktsektionen 58 bereitgestellt werden, um
die Kondensatorkontakte 24 mit dem Array-Schaltkreis 59 zu
verbinden. Zudem können
die Kondensatorkontakte voneinander über eine isolierende Schicht 38 wie
eine Siliziumnitridschicht isoliert werden. Eine Bor-Phosphorglas (BPSG)-Schicht 54 kann
zwischen dem Halbleitersubstrat 1 und der Siliziumnitridschicht 38 bereitgestellt
werden. Zusätzlich
kann eine weitere Siliziumnitridschicht 72 auf dem Siliziumnitrid-Liner 38 angeordnet
werden. Diese zusätzliche
Siliziumnitridschicht 72 kann als Ätzstoppschicht wirken.
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Nachfolgend
wird die Oberfläche 12 dieses strukturierten
Substrats als Substratoberfläche
definiert, auf die die Prozessschritte anzuwenden sind. Auf ähnliche
Weise kann im Peripherie-Bereich II der Peripherie-Schaltkreis 37 im
Halbleitersubstrat 1 ausgebildet werden. Auf der Halbleitersubstratoberfläche 10 kann
die BPSG-Schicht 54 angeordnet werden. Unterstützungskontaktpads
werden auf der Oberfläche
der BPSG-Schicht 54 ausgebildet und voneinander über die
Siliziumnitridschicht 38 isoliert. Die Unterstützungskontaktpads
können
als lokale Pads implementiert werden oder diese können als Leitungen
ausgebildet werden, die sich in einer beliebigen Richtung erstrecken.
Die Unterstützungskontaktpads
sind mit einem Peripherie-Schaltkreis über Unterstützungskontaktsektionen 35 verbunden.
Auf der Siliziumnitridschicht 38 kann eine weitere Siliziumnitridschicht 72 angeordnet
werden.
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Zur
Ausführung
des Verfahrens dieser Erfindung wird zunächst eine isolierende Schicht
wie eine Siliziumoxidschicht 71 mit Hilfe eines bekannten
Verfahrens abgeschieden. Die Siliziumoxidschicht 71 kann
beispielsweise mit PECVD (Plasma-unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung)
unter Verwendung von z. B. Silanoxid als Ausgangsmaterial abgeschieden
werden. Die Siliziumoxidschicht kann eine Dicke von näherungsweise
mehr als 750 nm oder mehr als 1 μm,
z. B. mehr als 1.5 μm
oder mehr als 2 μm
aufweisen. Die resultierende Struktur ist in 3 gezeigt.
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Wie
in 3 gezeigt ist, wird nun die erste Siliziumoxidschicht 71 auf
der Oberfläche 12 des
beschichteten Substrats 11 angeordnet. Danach werden, wie
in 4 gezeigt ist, erste Kondensatoröffnungen 74 im
Array-Bereich definiert, wobei erste Kontaktöffnungen 73 im Peripherie-Bereich
definiert werden. Die Öffnungen
können
fotolithografisch durch optionales Auftragen eines Hartmaskenmaterials
gefolgt von einem geeigneten Fotolackmaterial auf der Oberfläche der
Siliziumoxidschicht 71 definiert werden. Öffnungen
werden im Fotolackmaterial mit Hilfe einer Fotomaske definiert.
Nach einem entsprechenden Entwicklungsprozess werden die Öffnungen
im Fotolackmaterial definiert, wobei die verbleibenden Bereiche
des Fotolackmaterials während eines
nachfolgenden Ätzschrittes
als Maske wirken. Das Ätzen
der Siliziumoxidschicht 71 kann beispielsweise über eine
Trockenätzung
wie RIE (reaktives Ionenätzen)
erfolgen. Damit werden, wie in 4 gezeigt
ist, erste Kondensatoröffnungen 74 in
der Siliziumoxidschicht 71 ausgebildet, wobei die ersten
Kondensatoröffnungen 74 in
Kontakt mit den Kondensatorkontakten 24 sind. Zusätzlich werden
im PeripherieBereich erste Kontaktöffnungen 73 ausgebildet, wobei
die ersten Kontaktöffnungen 73 in
Kontakt mit den Unterstützungskontaktpads 31 sind.
Diese Ätzung
kann beispielsweise als konisch zulaufende Ätzung, d. h. getaperte Ätzung, durchgeführt werden, so
dass dadurch der obere Durch messer der ersten Kondensatoröffnungen 74 und
der ersten Kontaktöffnungen 73 größer ist
als deren unterer Durchmesser.
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Danach
können
die geätzten Öffnungen 74, 73 mit
einem Opfermaterial 75 aufgefüllt werden. Das Opfermaterial
kann aus beliebigen chemischen Verbindungen ausgewählt werden,
die sich nach den nächsten
Prozessschritten leicht entfernen lassen. Insbesondere sollte das
Opfermaterial ein Material sein, das Temperaturen von z. B. mehr
als 400°C
widerstehen kann, so dass eine noch folgende Abscheidung des isolierenden
Materials überstanden wird.
Beispiele für
das Material der Opferfüllung schließen Polysilizium,
SiGe oder ein organisches Polymermaterial ein, das Temperaturen
von 450°C standhält. Die
Opferfüllung
kann ebenso leitfähige Materialien
wie Metalle umfassen. Beispielsweise kann die Opferfüllung eine
Liner-Schicht 751 sowie eine leitfähige Füllung 75 aufweisen,
welche zur Ausbildung der Kontaktstrukturen im Peripherie-Bereich herangezogen
werden können.
Beispielsweise kann die Liner-Schicht 751 aus TiN oder
WN gewählt
sein, gefolgt von einer Metallfüllung
aus Wolfram. Nach dem Bereitstellen der Opferfüllung 75 wird ein
CMP (chemisches mechanisches Polieren) durchgeführt, um eine glatte Oberfläche zu erzielen.
Die resultierende Struktur ist in 5 gezeigt.
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Wie
dargestellt ist, ist die erste Kondensatoröffnung 74 mit einem
geeigneten Liner-Material 751 und einer Opferfüllung 75 aufgefüllt. Zusätzlich sind dieselben
Materialien im Peripherie-Bereich bereitgestellt. Wie gezeigt ist,
ist die erste Kontaktöffnung 73 mit
einem Liner 751 und einer Opferfüllung 75 aufgefüllt.
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Im
nächsten
Schritt kann optional eine Trennungsschicht 70 bereitgestellt
werden. Die Trennungsschicht 70 kann beispielsweise aus
Siliziumnitrid bestehen. Dennoch können beliebige weitere Materialien
genutzt werden. Jedoch ist es von Vorteil, ein Material zu wählen, das
verschieden ist von dem Material der Siliziumnitridschicht 71 und
das selektiv in Bezug auf diese Schicht geätzt werden kann. Danach wird
eine zweite Siliziumoxidschicht 76 auf der Oberfläche der
Siliziumnitridschicht 70 abgeschieden. Die zweite Siliziumdioxidschicht 76 kann
eine Dicke von mehr als 500 nm, z. B. mehr als 750 nm oder 1 μm, oder beispielsweise
auch mehr 1.5 μm oder
noch mehr aufweisen. Zusätzlich
kann die zweite Siliziumdioxidschicht 76 auf dieselbe wie
oben beschriebene Weise abgeschieden werden. Die resultierende Struktur
ist in 6 gezeigt. Wie gezeigt ist, ist die Siliziumnitridschicht 70 auf
der ersten Siliziumoxidschicht 71 abgeschieden, gefolgt
von der zweiten Siliziumoxidschicht 76. Im Rahmen dieser
Erfindung kann die zweite Schicht 76 aus einem Material gebildet
sein, das von demjenigen der ersten Schicht 71 verschieden
ist.
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Während der
nächsten
Schritte wird der Peripherie-Bereich von einer Fotolackschicht bedeckt, so
dass die nachfolgenden Prozessschritte lediglich im Array-Bereich
durchgeführt
werden. Dies kann durch Bereitstellen einer Fotolackschicht und
Strukturieren der Fotolackschicht mit Hilfe einer geeigneten Fotomaske
erzielt werden. Die Fotomaske kann beispielsweise ein Muster aufweisen,
so dass das belichtete und entwickelte Fotolackmaterial den Peripherie-Bereich
bedeckt. Zusätzlich
können
im Array-Bereich zweite Kondensatoröffnungen definiert werden.
Dann werden die zweiten Kondensatoröffnungen 77 in der
Siliziumnitridschicht 70 und einer zweiten Siliziumoxidschicht 76 ausgebildet.
Diese Ätzung
kann beispielsweise einen ersten selektiven Ätzschritt beinhalten, der Siliziumoxid
selektiv zu Siliziumnitrid ätzt,
gefolgt von einem zweiten Ätzschritt zum Ätzen des
Siliziumnitridmaterials. Trockenätzschritte
wie reaktives Ionenätzen
können
zum Ätzen der
zweiten Kondensatoröffnung 77 herangezogen werden.
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Diese Ätzung kann
unter Einsatz einer Hartmaske, wie oben erläutert, durchgeführt werden.
Beispielsweise kann auch diese Ätzung
eine konisch zulaufende Ätzung
sein. Folglich kann ein oberer Durchmesser der zweiten Kondensatoröffnungen größer sein
als der untere Durchmesser der zweiten Kondensatoröffnungen 77.
Die zweiten Kondensatoröffnungen 77 werden
in Kontakt mit den ersten Kondensatoröffnungen 74 ausgebildet.
Dennoch kann die Position der ersten Kondensatoröffnungen 74 lateral
in Bezug auf die zweiten Kondensatoröffnungen 77 versetzt
sein. Falls auf die Siliziumnitridschicht 70 verzichtet
wird, kann die Ätzung
als zeitgesteuerter Ätzschritt
durchgeführt
werden, um auf dem oberen Bereich der ersten Kondensatoröffnung 74 zu
enden. Dann werden die verbleibenden Bereiche der Fotolackschicht
entfernt. Die resultierende Struktur ist in 7 gezeigt,
der die zweiten Kondensatoröffnungen 77 entnommen
werden können.
Die Opferfüllung 75 wird
aus den kombinierten ersten und zweiten Kondensatoröffnungen
entfernt. Falls die Opferfüllung
eine Liner-Schicht und eine Metallfüllung aufweist, kann die Metallfüllung vollständig aus
der ersten Kondensatoröffnung 74 entfernt
werden, so dass die Liner-Schicht 751 in der ersten Kondensatoröffnung 74 verbleibt.
Die resultierende Struktur ist in 8 gezeigt.
Wie der 8 entnommen werden kann, ist
eine Liner-Schicht 751 in der ersten Kondensatoröffnung 74 vorgesehen,
wobei die Oberfläche
der zweiten Kondensatoröffnung 77 freiliegt.
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Danach
wird das die erste Kondensatorelektrode 21 ausbildende
Material abgeschieden. Beispielsweise kann TiN, TaN, TaSiN, Ru oder
WN als Material für
die erste Kondensatorelektrode gewählt werden. Falls eine Liner-Schicht 751 bereits
die Oberflächen
der ersten Kondensatoröffnung 74 bedeckt,
wird die erste Kondensatorelektrode 21 im ersten Kondensatorbereich 211 eine
größere Dicke
aufweisen. Dadurch wird der Widerstand der ersten Kondensatorelektrode
reduziert. Die erste Kondensatorelektrode weist zusätzlich einen
zweiten Kondensatorbereich 212 auf, der oberhalb des ersten Kondensatorbereichs 211 angeordnet
ist. Die resultierende Struktur ist in 9 gezeigt.
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Danach
wird das leitfähige
Material der ersten Kondensatorelektrode von der Oberfläche 761 der
zweiten Siliziumoxidschicht 76 entfernt. Dies kann beispielsweise über einen
besonderen reaktiven Ionenätzprozess
erfolgen, durch den lediglich diejenigen horizontalen Bereiche der
Metallschicht entfernt werden, die auf der zweiten Schicht 76 angeordnet
sind. Alternativ hierzu können
die Kondensatoröffnungen 74 und 77 mit
einem Opfermaterial gefüllt
werden, gefolgt von einem CMP-Schritt zum Entfernen der horizontalen
Bereiche der die erste Kondensatorelektrode darstellenden Metallschicht.
Danach wird das Opfermaterial aus den ersten und zweiten Kondensatoröffnungen 74, 77 entfernt.
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Die
resultierende Struktur ist in 10 gezeigt.
Wie der Figur entnommen werden kann, bedeckt die erste Kondensatorelektrode 21 nun
die Oberfläche
der ersten und zweiten Kondensatoröffnungen, wobei die horizontale
Oberfläche 761 der zweiten
Siliziumoxidschicht 76 unbedeckt verbleibt.
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Danach
wird ein dielektrisches Material mit herkömmlichen Verfahren abgeschieden.
Wie oben erwähnt
ist, können
Hafniumoxid, Hafniumsilikat (HfSiO), Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid,
Hafniumaluminiumoxid und ein beliebiges Multischichtsystem aus beliebigen
der obigen Materialien als Kondensatordielektrikum genutzt werden.
Folglich ist das Kondensatordielektrikum 22, wie in 11 gezeigt
ist, auf der horizontalen Oberfläche 761 der
zweiten Siliziumoxidschicht als auch auf der ersten Kondensatorelektrode 21 ausgebildet.
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Danach
wird das Material für
die zweite Kondensatorelektrode 23 abgeschieden. Dies kann
beispielsweise durch ein erstes Abscheiden einer Liner-Schicht aus
z. B. TiN und einem leitfähigen
Material aus Wolfram geschehen. Danach wird eine Siliziumnitridabdeckungsschicht 78 abgeschieden.
Die resultierende Struktur ist in 12 gezeigt.
Wie der Figur entnommen werden kann, ist die Oberfläche 761 der
zweiten Siliziumoxidschicht 76 nun mit dem Kondensatordielektrikum 22,
der zweiten Kondensatorelektrode 23 und der Siliziumnitridschicht 78 bedeckt. Darüber hinaus
sind die ersten und zweiten Kondensatoröffnungen 74, 77 mit
dem Material der zweiten Kondensatorelektrode 23 aufgefüllt. Wie
zusätzlich dem
linken Bereich von 12 entnommen werden kann, sind
im Peripherie-Bereich die dielektrische Schicht 22, das
die zweite Kondensatorelektrode 23 darstellende Material
und die Siliziumnitridschicht 78 auf der zweiten Siliziumoxidschicht 76 angeordnet.
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13 zeigt
eine Modifikation des Array-Bereichs, falls die zweite Siliziumoxidschicht 76 nach dem
in 10 gezeigten Schritt entfernt wird. Genauer gesagt
wird, ausgehend von der in 10 gezeigten
Struktur, zunächst
ein Siliziumoxidätzschritt durchgeführt, um
die zweite Siliziumoxidschicht 76 zu entfernen. Folglich
wird die erste Kondensatorelektrode 21 aus der resultierenden
Oberfläche
der Struktur herausragen. Danach wird das Kondensatordielektrikum 22 abgeschieden,
gefolgt von einem Schritt zum Abscheiden der zweiten Kondensatorelektrode 23.
Dadurch werden die ersten und zweiten Kondensatoröffnungen 74, 77 mit
einem die zweite Kondensatorelektrode darstellenden Material aufgefüllt. Zusätzlich liegen
die horizontalen Bereiche der zweiten Kondensatorelektrode 23 und
das Kondensatordielektrikum direkt benachbart zur Siliziumnitridschicht 70.
Danach wird eine Siliziumoxidschicht 79 abgeschieden, gefolgt
von einem CMP-Schritt zur Erzielung einer glatten Oberfläche. Dann
wird die Siliziumnitridschicht 78 abgeschieden. Die resultierende Struktur
ist in 13 gezeigt.
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Wie
der 13 entnommen werden kann, ist die Kondensatorkapazität aufgrund
der vergrößerten Oberfläche der
Kondensatorelektroden 21, 23 vergrößert. Wie
in 13 gezeigt ist, liegt das Kondensatordielektrikum 22 benachbart
zur inneren Oberfläche
der ersten Kondensatorelektrode 21. Zusätzlich liegt das Kondensatordielektrikum 22 benachbart
zur äußeren Oberfläche des
oberen Bereichs der ersten Kondensatorelektrode. Zusätzlich erstreckt
sich die zweite Kondensatorelektrode 23 im zweiten Kondensatorbereich 212 entlang
der äußeren Oberfläche der ersten
Kondensatorelektrode 21. Ein horizontaler Bereich der zweiten
Kondensatorelektrode 23 und das Kondensatordielektrikum 22 sind
unterhalb der Oberfläche
der Siliziumoxidschicht 79 angeordnet.
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Danach
wird der Unterstützungskontakt 3 im Peripherie-Bereich
fertig gestellt und es wird ein Plattenkontakt im Array-Bereich
angegeben. Dazu wird zunächst
ein Teil des im Peripherie-Bereich II vorhandenen Schichtstapels
entfernt. Genauer gesagt werden das Kondensatordielektrikum 22,
die zweite Kondensatorelektrode 23 und die Siliziumnitridschicht 78 aus
dem Peripherie-Bereich entfernt. Danach wird eine weitere Siliziumoxidschicht 80 abgeschieden, gefolgt
von einem CMP-Schritt
zur Erzielung einer glatten Oberfläche. Dann erfolgt ein weiterer
lithografischer Schritt zur Definition von Öffnungen 81 im Array-Bereich
sowie Öffnungen 82 im
Peripherie-Bereich.
Insbesondere werden die Öffnungen 81 im
Array-Bereich die Plattenkontakte bereitstellen. Ein Ätzen der
zweiten Kontaktöffnungen
kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein oberer Durchmesser
der zweiten Kontaktöffnungen 82 größer ist
als der untere Durchmesser der zweiten Kontaktöffnung. Zusätzlich kann die zweite Kontaktöffnung lateral
in Bezug auf die erste Kontaktöffnung 73 versetzt
sein. Beispielsweise kann dieser Ätzschritt auf der Siliziumnitridschicht 78 enden.
Danach kann der selektive Ätzschritt
des Siliziumnitrids durchgeführt
werden, so dass die Öffnungen 81 in
Kontakt mit der zweiten Kondensatorelektrode 23 sind und
die zweite Kontaktöffnung 82 in
Kontakt mit der ersten Kontaktöffnung
im Peripherie-Bereich ist. Die resultierende Struktur ist in 14 gezeigt.
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Danach
kann eine ein leitfähiges
Material beinhaltende Kontaktfüllung 87 bereitgestellt
werden, um die Plattenkontaktöffnung 81 und
die zweite Kontaktöffnung 82 zu
füllen.
Hierzu kann eine geeignete Liner-Schicht wie ein TiN-Liner abgeschieden
werden, gefolgt von einer Wolfram-Füllung. Danach wird ein CMP-Schritt
durchgeführt,
um eine glatte Oberfläche
zu erzielen. Die resultierende Struktur ist in 15 gezeigt.
Wie der Figur entnommen werden kann, sind Plattenkontakte 811 im
Array-Bereich bereitgestellt, wobei die Kontaktstrukturen 3 im
Peripherie-Bereich II fertig gestellt sind. Jeder der Unterstützungskontakte 3 kann
einen ersten Kontaktstrukturbereich 32 und einen zweiten
Kontaktstrukturbereich 33 aufweisen, wobei der zweite Kontaktstrukturbereich 33 oberhalb
des ersten Kontaktstrukturbereichs 32 angeordnet ist. In
der fertig gestellten Speichervorrichtung werden die Plattenkontakte 811 genutzt,
um die zweite Kondensatorelektrode 23 auf einem bestimmen
Potenzial zu halten.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung werden die zweiten Kondensatoröffnungen 77 gleichzeitig
mit der zweiten Kontaktöffnung 82 im Peripherie-Bereich
ausgebildet. Hierzu wird ausgehend von der in 6 gezeigten
Struktur ein fotolithografischer Schritt ausgeführt, um ein Fotolackmaterial
bei Verwendung einer Maske mit Öffnungen
im Array-Bereich als auch im Peripherie-Bereich zu belichten. Demnach
werden zweite Kondensatoröffnungen 77 im
Fotolackmaterial definiert und gleichzeitig werden zweite Kontaktöffnungen 82 im
Fotolackmaterial im Peripherie-Bereich II definiert. Danach erfolgt
ein Ätzschritt,
der den im Zusammenhang mit 7 beschriebenen Ätzschritten ähnelt. Insbesondere
kann die Ätzung
einen ersten selektiven Ätzschritt
zum Ätzen
von Siliziumoxid und einen zweiten selektiven Ätzschritt zum Ätzen von
Siliziumnitridmaterial aufweisen. Die resultierende Struktur ist
in 16 gezeigt.
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Wie
in 16 gezeigt ist, sind nun die zweiten Kondensatoröffnungen 77 in
Kontakt mit den ersten Kondensatoröffnungen 74 und im
Peripherie-Bereich sind die zweiten Kontaktöffnungen 82 in Kontakt
mit den ersten Kontaktöffnungen 73.
Danach wird die Opferfüllung
aus dem Peripherie-Bereich und dem Array-Bereich entfernt. Genauer
gesagt kann im Falle, dass die Opferfüllung 75 eine Liner-Schicht 751 und
eine geeignete Füllung
aufweist, ebenso lediglich das Material der geeigneten Füllung entfernt
werden, wodurch die Liner-Schicht an den Seitenwänden der ersten Kondensatoröffnungen 74 und
der ersten Kontaktöffnung 73 verbleibt.
Danach wird das Material der ersten Kondensatorelektrode abgeschieden.
Dann wird das Material der ersten Kondensatorelektrode 21 von
der horizontalen Oberfläche 761 der
zweiten Siliziumoxidschicht 76 im Array-Bereich I und im
Peripherie-Bereich II entfernt. Dies kann beispielsweise auf die
im Zusammenhang mit 9 beschriebene Weise erfolgen.
Nach dem Entfernen der ersten Kondensatorelektrode 21 von der
horizontalen Oberfläche 761 wird
ein dielektrisches Material 22 abgeschieden. Dadurch wird
die in 17 gezeigte Struktur erhalten.
Wie gezeigt ist, liegt nun das Material der ersten Kondensatorelektrode
im Array-Bereich
I als auch im Peripherie-Bereich II vor. Zusätzlich ist die dielektrische
Schicht 85 im Peripherie-Bereich als auch im Array-Bereich
vorhanden.
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Im
nächsten
Schritt wird der Array-Bereich mit einer geeigneten Lackschicht 86 bedeckt.
Beispiele für
die Lackschicht 86 schließen Materialien wie ein Fotolackmaterial
ein. Danach erfolgt ein fotolithografischer Schritt zur Bedeckung
des Array-Bereichs mit einer Blockmaske, wobei der Peripherie-Be reich
freigelegt verbleibt. Dann erfolgt ein Ätzschritt zum Entfernen des
dielektrischen Materials 85 aus dem Peripherie-Bereich. Dadurch
kann die in 18 gezeigte Struktur erzielt
werden. Wie der 18 entnommen werden kann, ist
der Array-Bereich I mit einer Lackschicht 86 bedeckt, wobei
im Peripherie-Bereich II lediglich das die erste Kondensatorelektrode
im Array-Bereich darstellende Material, z. B. die TiN-Schicht 84,
vorliegt.
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Im
nächsten
Schritt wird das Lackmaterial 86 aus dem Array-Bereich entfernt
und das die zweite Kondensatorelektrode ausbildende Material abgeschieden.
Dies kann beispielsweise durch Abscheiden eines TiN-Liners, gefolgt
von einer Wolfram-Füllung geschehen.
Ein weiterer Lithografieschritt wird zur Entfernung des oberen Bereichs
der Wolfram-Füllung 23 aus
dem Peripherie-Bereich durchgeführt.
Dadurch wird die in 19 gezeigte Struktur erzielt.
Wie der 19 entnommen werden kann, ist nun
die gesamte Oberfläche
des Array-Bereichs I mit der die zweite Kondensatorelektrode darstellenden Wolfram-Schicht bedeckt.
Zusätzlich
weist der Unterstützungskontakt 3 im
Peripherie-Bereich II nun eine Kontaktfüllung 87 auf, wobei
die Kontaktfüllung
in Kontakt mit der TiN-Schicht 84 und dem Unterstützungskontaktpad 31 ist.
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Danach
wird die Struktur durch Abscheiden einer weiteren Siliziumoxidschicht 80 fertig
gestellt. Ein CMP-Schritt erfolgt zur Erzielung einer glatten Oberfläche. Dann
wird ein Fotolithografieschritt durchgeführt, um Öffnungen im Peripherie-Bereich zu
erhalten, wobei die Öffnungen
in Kontakt mit der in 19 gezeigten Kontaktfüllung 87 sind.
Zusätzlich werden
die Öffnungen
im Array-Bereich zur Kontaktierung der zweiten Kondensatorelektrode 23 ausgebildet.
Ein leitfähiges
Material wird in diese Öffnungen
eingebracht. Hierzu kann beispielsweise ein Liner-Material abgeschieden
werden, gefolgt von einer Wolfram-Füllung und einem CMP-Schritt.
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Folglich
wird die in 20 gezeigte Struktur erzielt.
Wie der Figur entnommen werden kann, sind im Array-Bereich Plattenkontakte 811 aus
leitfähigem Material
bereitgestellt, wobei die Plattenkontakte 811 in Kontakt
mit der zweiten Kondensatorelektrode sind. Zusätzlich sind im Peripherie-Bereich
Unterstützungskontakte 3 durch
Bereitstellen von Kontaktstöpseln 83 angegeben,
die in Kontakt mit der Kontaktfüllung 87 sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird der Array-Bereich ausgehend von der in 5 gezeigten
Struktur mit einem Fotolackmaterial bedeckt. Dies kann beispielsweise
durch Auftragen eines Fotolackmaterials und Durchführen eines
Fotolithografieschrittes unter Verwendung einer Blockmaske erfolgen.
Folglich ist der Array-Bereich mit einem Fotolackmaterial bedeckt,
wobei der Peripherie-Bereich unbedeckt verbleibt. Im Peripherie-Bereich
wird die Opferfüllung 75,
welche in die Kontaktöffnungen 73 gefüllt ist,
entfernt und durch eine Kontaktfüllung 87 ersetzt.
Die resultierende Struktur ist in 21 gezeigt.
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Wie
dargestellt ist, liegt nun eine Opferfüllung 75 im Array-Bereich I vor. Optional
kann der Liner 751 auf der Oberfläche der ersten Kondensatoröffnung 74 bereitgestellt
werden. Im Peripherie-Bereich II ist eine Kontaktfüllung 87 in
der ersten Kontaktöffnung 73 bereitgestellt.
Danach kann eine Trennungsschicht, die beispielsweise aus Siliziumnitrid 70 hergestellt
ist, bereitgestellt werden, gefolgt von einer zweiten Siliziumoxidschicht 76.
Die Trennungsschicht 70 kann beispielsweise eine Dicke
von 50 bis 100 nm aufweisen, wobei die zweite Siliziumoxidschicht 76 eine
Dicke von wenigstens 800 nm, vorzugsweise mehr als 1 μm oder noch
mehr aufweist. Die resultierende Struktur ist in 22 gezeigt.
Die in 22 gezeigte Struktur ist recht ähnlich zu
der in 5 gezeigten Struktur, wobei die Opferfüllung im umgebenden
Bereich durch die leitfähige
Füllung 87 ersetzt
ist.
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Danach
werden die zweiten Kondensatoröffnungen 77 im
Array-Bereich bereitgestellt,
während der
Peripherie-Bereich unverändert
verbleibt. Dies kann durch Verwenden einer geeigneten Fotomaske zum
Belichten eines Fotolackmaterials erzielt werden (nicht gezeigt).
Nach Definition der Öffnungen 77 im Fotolackmaterial
wird ein Ätzschritt
durchgeführt
zur Ätzung
der zweiten Kondensatoröffnungen 77.
Diese Ätzung
kann dem mit Bezug auf 7 beschriebenen Ätzschritt ähnlich sein.
Die resultierende Struktur ist in 23 gezeigt.
Wie in 23 dargestellt ist, sind im
Array-Bereich I nun zweite Kondensatoröffnungen 77 ausgebildet,
die in Kontakt zu den ersten Kondensatoröffnungen 74 sind.
Der Peripherie-Bereich verbleibt unverändert, so dass auf eine Darstellung
desselben der Einfachheit halber verzichtet wird. Danach wird das
Opfermaterial aus dem Array-Bereich entfernt. Falls die Opferfüllung ebenso eine
Liner-Schicht 751 beinhaltet, die direkt in Kontakt mit
der ersten Kondensatoröffnung
ist, verbleibt diese Liner-Öffnung
wie in 24 gezeigt. Wie der 24 entnommen
werden kann, ist die Oberfläche der
ersten Kondensatoröffnung 74 nun
mit der Liner-Schicht 751 bedeckt.
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Danach
wird das die erste Kondensatorelektrode bildende Material abgeschieden.
Falls beispielsweise eine Liner-Schicht 751 die
erste Kondensatoröffnung 74 bedeckt,
weist ein erster Kondensatorbereich 211 eine größere Dicke
auf als der zweite Kondensatorbereich 212. Die resultierende
Struktur ist in 25 gezeigt.
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Danach
werden die Bereiche der die horizontale Oberfläche 761 der zweiten
Siliziumoxidschicht 76 bedeckenden ersten Kondensatorelektrode 21 auf ähnliche
Weise wie in 10 entfernt. Danach werden die
die dielektrische Schicht 22 und die zweite Kondensatorelektrode 23 bildenden
Materialien auf ähnliche
Weise wie oben bereitgestellt. Dann wird eine Siliziumnitridschicht 78 auf
die wie oben beschriebene selbe Weise abgeschieden. Danach wird eine
Blockmaske auf dem Array-Bereich bereitgestellt, wobei der Peripherie-Bereich
unbedeckt verbleibt. Die Siliziumnitridschicht 78, das
Material der zweiten Kodensatorelektrode 23 und das Material des
Kondensatordielektrikums 22 werden aus dem Peripherie-Bereich
entfernt. Danach wird eine Siliziumoxidschicht 80 auf der
resultierenden Oberfläche bereitgestellt.
Dann werden die Schritte, welche im Zusammenhang mit 14 beschrieben
wurden, zur Definition der Plattenkontaktöffnungen 81 und der zweiten
Kontaktöffnungen 82 durchgeführt. Beispielsweise
wird ein lithografischer Prozess zur Definition der Plattenkontaktöffnungen 81 im
Array-Bereich und der zweiten Kontaktöffnungen 82 im Peripherie-Bereich
durchgeführt.
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Die
resultierende Struktur ist in 26 gezeigt.
Wie gezeigt ist, sind im Array-Bereich I Plattenkontaktöffnungen 81 bereitgestellt,
die in Kontakt mit der zweiten Kondensatorelektrode 23 sind.
Zusätzlich
sind im Peripherie-Bereich II zweite Kontaktöffnungen 82 bereitgestellt,
die in Kontakt zur Kontaktfüllung 87 sind,
die in die ersten Kontaktöffnungen 73 gefüllt ist.
Danach wird ein leitfähiges
Material in den Plattenkontaktöffnungen 81 und
den zweiten Kontaktöffnungen 82 bereitgestellt.
Dies kann beispielsweise durch Bereitstellen einer Liner-Schicht
wie einem TiN-Liner, gefolgt von einem Schritt zum Abscheiden einer
Wolfram-Füllung,
erfolgen. Dann wird ein CMP-Schritt durchgeführt zur Erzielung einer glatten Oberfläche. Somit
wird die in 27 gezeigte Struktur erhalten.
Wie gezeigt ist, sind nun im Array-Bereich Plattenkontakte 811 bereitgestellt,
die in Kontakt mit der zweiten Kondensatorelektrode 23 sind. Zusätzlich sind
im Peripherie-Bereich Unterstützungskontakte 3 fertig
gestellt, wobei jeder der Unterstützungskontakte einen ersten
Kontakt strukturbereich 32 und einen zweiten Kontaktstrukturbereich 33 aufweist.
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28 zeigt
eine beispielhafte Aufsicht auf eine Speichervorrichtung, die ein
Speicherzellen-Array I und einen Peripherie-Bereich II aufweist.
Das Speicherzellen-Array I weist eine Mehrzahl von Speicherzellen 6 auf,
wobei jede der Speicherzellen einen Speicherzellenkondensator 2 und
einen Auswahltransistor 5 beinhaltet. Der Speicherkondensator weist
erste und zweite Kondensatorelektroden 21, 23 auf,
wobei die erste Kondensatorelektrode 21 in Kontakt mit
einem ersten Source/Draingebiet 51 des Auswahltransistors 5 ist.
Ein Kanal ist zwischen den ersten und zweiten Source/Draingebieten 51, 52 ausgebildet
und eine Gateelektrode 53 steuert die Leitfähigkeit
des Kanals. Die Gateelektrode 53 ist von dem Kanal durch
eine Gateisolationsschicht 57 isoliert. Durch Ansteuern
des Auswahltransistors 54 über eine zugehörige Wortleitung 63 wird
die in dem Speicherkondensator 2 gespeicherte Information
auf eine entsprechende Bitleitung 64 ausgelesen. Das in 28 gezeigte
Layout entspricht dem so genannten Folded Bitline Layout. Jedoch
kann diese Erfindung auf ein beliebiges Speicherzellen-Layout übertragen
werden.
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Der
Unterstützungsbereich
II betrifft einen Bereich am Rand des Speicherzellen-Arrays, in
dem unterstützende
Schaltkreise wie Decoder, Leseverstärker 61 und eine Wortleitung 362 zur
Aktivierung einer Wortleitung lokalisiert sind. Allgemein beinhaltet
der umgebende Bereich einer Speichervorrichtung Schaltkreise zum
Ansteuern der Speicherzellen sowie zum Lesen und Verarbeiten der
von den einzelnen Speicherzellen empfangenen Signale.