DE10211544C1

DE10211544C1 - Verfahren zur Herstellung einer Kondensatorelektrode eines Grabenkondensators aus flüssiger Phase

Info

Publication number: DE10211544C1
Application number: DE10211544A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schneegans; Wolfgang Jaeger; Michael Rogalli
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2022-03-16
Also published as: US20030181037A1; US6790737B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Metallschichten auf Oberflächen von Halbleitersubstraten. Dabei wird eine Vorläuferverbindung des abzuscheidenden Metalls auf der Halbleiteroberfläche in fluider Phase aufgebracht und anschließend zersetzt. Das Verfahren ermöglicht die Füllung von Gräben mit hohem Aspektverhältnis, wobei die Ausbildung von Hohlräumen wirksam unterdrückt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Metall schichten auf Halbleitersubstraten.

Der wirtschaftliche Erfolg in der Halbleiterindustrie wird wesentlich von einer weiteren Reduzierung der minimalen Strukturgröße beeinflusst, die sich auf einem Mikrochip dar stellen lässt. Eine Reduzierung der minimalen Strukturgröße ermöglicht eine Erhöhung der Integrationsdichte der elektro nischen Bauelemente, wie Transistoren oder Kondensatoren auf dem Mikrochip und damit eine Steigerung der Rechengeschwin digkeit von Prozessoren sowie eine Steigerung der Speicherka pazität von Speicherbausteinen. Um den Flächenbedarf der Bau elemente auf der Chipoberfläche gering zu halten, nutzt man bei Kondensatoren auch die Tiefe des Substrats. Dazu wird zu nächst ein Graben in einen Wafer eingebracht. Anschließend wird eine Bottomelektrode erzeugt, indem beispielsweise die Bereiche des Wafers, welche sich an die Wandung des Grabens anschließen, zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit do tiert werden. Auf die Bottomelektrode wird dann eine dünne Schicht eines Dielektrikums aufgebracht. Zuletzt wird der Graben mit einem elektrisch leitfähigen Material aufgefüllt, um eine Gegenelektrode zu erhalten. Diese Elektrode wird auch als Topelektrode bezeichnet. Durch diese Anordnung von Elekt roden und Dielektrikum wird der Kondensator quasi gefaltet. Bei gleich bleibend großen Elektrodenflächen, also gleicher Kapazität, kann dadurch die laterale Ausdehnung des Kondensa tors auf der Chipoberfläche minimiert werden. Derartige Kon densatoren werden auch als "Deep-Trench"-Kondensatoren be zeichnet.

In Speicherchips entspricht der geladene bzw. der entladene Zustand des Kondensators den beiden binären Zuständen 0 bzw. 1. Um den Ladungszustand des Kondensators und damit die im Kondensator gespeicherte Information sicher bestimmen zu kön nen, muss dieser eine bestimmte minimale Kapazität aufweisen. Sinkt die Kapazität bzw. bei teilentladenem Kondensator die Ladung unter diesen Grenzwert, verschwindet das Signal im Rauschen, das heißt die Information über den Ladungszustand des Kondensators geht verloren. Nach dem Beschreiben entlädt sich der Kondensator durch Leckströme, welche einen Ladungs ausgleich zwischen den beiden Elektroden des Kondensators be wirken. Mit abnehmenden Abmessungen nehmen die Leckströme zu, da Tunneleffekte an Bedeutung gewinnen. Um einem durch die Entladung des Kondensators verursachten Informationsverlust entgegenzuwirken, wird der Ladungszustand des Kondensators in regelmäßigen Abständen überprüft und gegebenenfalls aufge frischt, das heißt ein teilweise entladener Kondensator wird wieder bis zu seinem ursprünglichen Zustand aufgeladen. Die sen sogenannten "Refreshing"-Zeiten sind jedoch technische Grenzen gesetzt, das heißt sie können nicht beliebig verkürzt werden. In der Periode der Refreshing-Zeit darf die Ladung des Kondensators daher nur so weit abnehmen, dass noch eine sichere Bestimmung des Ladungszustandes möglich ist. Bei ei nem gegebenen Leckstrom muss der Kondensator zu Beginn der Refreshing-Zeit daher eine bestimmte minimale Ladung aufwei sen, so dass zum Ende der Refreshing-Zeit der Ladungszustand noch ausreichend hoch über dem Rauschen liegt, um die im Kon densator gespeicherte Information sicher auslesen zu können. Um auch bei fortschreitender Miniaturisierung eine ausrei chende Kapazität der Kondensatoren bei niedrigen Leckströmen erreichen zu können, werden eine Vielzahl von Lösungsansätzen verfolgt. So wird beispielsweise die Oberfläche der Elektro den mit einer Struktur versehen, um bei abnehmender Länge und Breite der Elektroden deren Oberfläche möglichst groß zu ge stalten. Ferner werden neue Materialien verwendet. So ver sucht man, das bisher als Dielektrikum verwendete Siliziumdi oxid durch Materialien mit höherer Dielektrizitätskonstante zu ersetzen.

Als Elektrodenmaterial wird gegenwärtig Polysilizium zum Füllen des Grabens verwendet. Mit weiterer Miniaturisierung, das heißt geringerem Durchmesser des Grabens, nimmt die Schichtdicke des leitenden Materials ab, so dass die elekt rische Leitfähigkeit des Polysiliziums nicht mehr ausrei chend ist, um die erforderliche Ladung zur Verfügung zu stellen.

Um einem Kapazitätsverlust der Kondensatoren bei fortschrei tender Miniaturisierung zu begegnen, werden anstelle der ge genwärtig verwendeten Elektroden aus dotiertem Polysilizium Elektroden aus Metallen mit höherer elektrischer Leitfähig keit entwickelt, beispielsweise Platin oder Wolfram. Dadurch können Verarmungszonen in den Elektroden unterdrückt werden und somit dünnere Elektroden hergestellt werden, durch wel che dennoch die erforderliche Ladungsdichte auf den Elektro den zur Verfügung gestellt wird.

In der US 5 905 279 wird ein Grabenkondensator beschrieben, bei welchem neben Polysilizium noch weitere elektrisch leit fähige Materialien, wie WSi, TiSi, W oder Ti zum Füllen der Gräben verwendet werden.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Ab scheidung von Metallschichten vorgeschlagen worden. EP 11 58 073 A1 beschreibt ein Verfahren in dem auf der Oberfläche des Substrats eine Metallschicht abgeschieden wird, indem eine Organometallverbindung in einer nichtwässrigen Lösung redu ziert wird. Damit werden dünne Metallschichten wie Liner in Kontaktlöchern erzeugt.

EP 11 07 298 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Metallschicht. Im ersten Schritt des Verfahrens gemäß EP 11 07 298 A2 wird eine Lösung aus ultrafeinen Metallparti keln, die mit einer organischen Verbindung beschichtet sind hergestellt, diese Lösung dann mit einem Substrat in Kontakt gebracht, das Lösungsmittel verdampft und die so erhaltene Schicht dann zersetzt. Auch damit werden tiefe Kontaktlöcher oder Gräben gefüllt.

JP 09-148248 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Metallschicht, indem WF₆ auf ein Substrat auskonden siert und durch einen Laser bestrahlt wird, so dass WF₆ mit anwesendem Wasserstoff reagiert. Dadurch wird W in einer dünnen Schicht auf dem Substrat ausgeschieden. Da dieses Verfahren einen Laserstrahl verwendet, ist das Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren nicht geeignet.

US 5,953,629 beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer dün nen Metallschicht unter Verwendung einer Metallpulverdisper sion in einem organischen Lösungsmittel wobei die Partikel größe der dispergierten Metallpartikel zwischen 0,001 Mikro meter und 0,1 Mikrometer liegt. Die Dispersion gemäß US 5,953,629 wird in eine Ausnehmungen gebracht, das Lösungsmit tel wird verdampft und die Metallpartikel werden eingesin tert.

DE 100 34 003 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Grabenelektrode wobei zum Abscheiden eines als Elekt rode dienenden Metallfilmes die üblichen Verfahren ALCVD und ALD verwendet werden.

EP 10 73 115 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung ei nes DRAMs mit Krägen im Graben, und das Aufschleudern eines Spin-On-Glas-Filmes in den Gräben als flüssigen Vorläufer film.

Grabenkondensatoren weisen ein sehr hohes Aspektverhältnis von meist mehr als 60 auf. Als Aspektverhältnis wird das Verhältnis der Ausdehnung des Kondensators in seiner longi tudinalen Richtung, also in die Tiefe des Substrats, zum Durchmesser der Öffnung des Kondensators an der Oberfläche des Substrats bezeichnet. Das hohe Aspektverhältnis führt zu Schwierigkeiten beim Aufbau des Grabenkondensators. Ein Gra ben, der für den Aufbau eines Grabenkondensators in den Wa fer eingebracht wird, besitzt einerseits eine sehr kleine Öffnung an der Substratoberfläche, durch welche Stoffe in den Graben transportiert werden können, um dort abgeschieden zu werden, andererseits jedoch eine sehr große Ausdehnung in die Tiefe des Substrats, wobei das abzuscheidende Material bis zum Grund des Grabens vordringen soll. Bei der Abscheidung von Schichten im Graben, beispielsweise zur Erzeugung eines zwi schen Bottom- und Topelektrode angeordneten Dielektrikums, soll die Schichtdichte im gesamten Graben möglichst gleichmä ßig sein. Zur Herstellung solcher Schichten sind nur wenige Verfahren geeignet. Meist erfolgt die Abscheidung mit Hilfe eines CVD- (CVD = Chemical Vapor Deposition) oder eines ALD- Verfahrens (ALD = Atomic Layer Deposition). Dabei werden gas förmige Vorstufen verwendet, die an der Substratoberfläche zu den gewünschten Verbindungen umgesetzt werden. Beim CVD- Verfahren befinden sich die Reaktanden gleichzeitig im Gas raum über dem Substrat. Das abzuscheidende Material wird durch Umsetzung der Reaktanden auf der Substratoberfläche niedergeschlagen. Mit diesem Verfahren lassen sich in ver gleichsweise kurzen Zeiten dickere Schichten erzeugen, wobei jedoch Schwankungen in der Schichtdicke in Kauf genommen wer den müssen, die beispielsweise durch Strömungseffekte verur sacht werden. Beim ALD-Verfahren erfolgt ein Aufbau der Schichten durch die Abscheidung einzelner Lagen der verschie denen Reaktanden. Im Gasraum über dem Substrat befindet sich also immer nur ein Reaktand, der sich in einer monomolekula ren Schicht auf dem Substrat niederschlägt. Anschließend wird überschüssiger Reaktand aus dem Gasraum entfernt, beispiels weise durch Abpumpen oder Spülen mit einem Inertgas, ehe dann ein weiterer Reaktand in den Gasraum über dem Substrat einge führt wird. Der weitere Reaktand setzt sich mit dem zuvor als monomolekulare Schicht auf dem Substrat gebundenen Reaktions partner um und bildet ebenfalls eine monomolekulare Schicht. Dies ermöglicht die Herstellung von sehr gleichmäßigen Schichten mit einer definierten Schichtdicke. Sowohl CVD- wie auch ALD-Verfahren erfordern gasförmige Reaktanden. Ferner müssen die Reaktanden einerseits ausreichend reaktiv sein, um in vertretbaren Prozesszeiten eine Schicht erzeugen zu kön nen, andererseits müssen die Reaktanden auch ausreichend sta bil sein, um sich nicht bereits vor der Abscheidung zu zer setzen. Im Fall des ALD-Verfahrens muss der Reaktand eine mo nomolekulare Schicht bilden können, die bis zur Abscheidung des weiteren Reaktionspartners stabil bleibt. Die Auswahl der Reaktanden wird dadurch stark eingeschränkt. Für eine größere Anzahl an Metallen stehen derartige Vorläuferverbindungen nicht zur Verbindung. Ferner dürfen die Reaktionsprodukte, die bei der Reaktion der Reaktanden freigesetzt werden, das Substrat nicht angreifen. So wird beispielsweise bei der Her stellung dünner Wolframschichten auf einem Siliziumsubstrat WF₆ als gasförmige Vorläuferverbindung verwendet, wobei bei der Umsetzung zum Wolframmetall Fluor freigesetzt wird, wel ches das Silizium des Substrats angreift. Um eine Zerstörung des Substrats durch das freiwerdende Fluor zurückzudrängen, muss daher vor der Abscheidung der Wolframschicht eine Diffu sionssperrschicht aufgebracht werden, die zum Beispiel aus TiN besteht. Diese Diffusionssperrschichten werden in eigenen PVD-Anlagen (PVD = Physical Vapor Deposition) aufgebracht. Dies erfordert einen zusätzlichen Produktionsschritt bei der Herstellung der Mikrochips, was die Herstellungszeit verlän gert und auch wegen des apparativen Aufwands unter Kostenge sichtspunkten nachteilig ist.

Werden die oben beschriebenen CVD- und ALD-Verfahren zum Auf füllen von Grabenkondensatoren zur Erzeugung einer Gegen elektrode bzw. auch zum Auffüllen von Kontaktlöchern in Halb leiterschaltungen verwendet, bilden sich im Inneren der Elek trode bzw. des Kontakts entlang der Achse Hohlräume aus. Die se Schwierigkeit tritt insbesondere bei CVD-Verfahren auf. Bei den oben beschriebenen Verfahren erfolgt ein Wachstum der Schicht an allen Innenflächen des Grabens annähernd gleichmä ßig. Dadurch verringert sich der Innenraum im Zuge der fort schreitenden Schichtbildung zu einem Kanal. CVD-Verfahren zeigen leicht erhöhte Abscheideraten an den Oberkanten der Gräben bzw. der Kontaktlöcher. Dadurch verschließen die wach senden Schichten an den Oberkanten die darunter liegenden Hohlräume in den Gräben bzw. den Kontaktlöchern und eine vollständige Auffüllung durch eine weitere Abscheidung unter bleibt an diesen Stellen. Das Ergebnis sind geschlossene, bisweilen schlauchartige Hohlräume, bzw. auch offene Kanäle. Dies führt zu einer Reihe von Schwierigkeiten bei der weite ren Bearbeitung der abgeschiedenen Metallschichten. Bei der Herstellung von Grabenkondensatoren wird beispielsweise die Metallfüllung im oberen Bereich des Grabens zunächst durch anisotropes Ätzen wieder entfernt, um anschließend einen iso lierenden Kragen (collar) zu erzeugen. Dadurch werden die im Inneren der Metallfüllung vorhandenen Hohlräume geöffnet, so dass eine genaue Endpunktbestimmung des Ätzschritts nicht möglich ist. Ferner wird beim Ätzen keine ebene Fläche auf der Oberseite der Metallfüllung erhalten, sondern es bildet sich durch den im Inneren der Metallfüllung vorhandenen Kanal eine trichterförmige Struktur aus.

Beim CVD-Verfahren wird die Metallschicht nicht nur in den Gräben sondern gleichmäßig auf allen Oberflächen des Wafers abgeschieden. Das überschüssige Material auf der Waferober seite wird nach der Abscheidung durch ein CMP-Verfahren (Che mical Mechanical Polishing) wieder abgetragen. Dabei können im Inneren der abgeschiedenen Metallschicht angeordnete Hohl räume geöffnet werden, in welche dann Poliermittel eindringen kann, dessen Komponenten in nachfolgenden Metallabscheidungen als Kontaminationsquelle wirken.

Die oben geschilderten Schwierigkeiten treten bei ALD-Ver fahren in geringerem Ausmaß auf, da hier eine sehr gleichmä ßige Abscheidung der Schichten erfolgt. Allerdings ist das Schichtwachstum bei ALD-Verfahren im Vergleich zu üblichen CVD-Verfahren sehr gering, was die Fertigung verlangsamt und als Konsequenz zu einer Erhöhung der Kosten führt. Auch mit ALD-Verfahren lässt sich die Schwierigkeit einer Kanalbildung entlang der Achse der Metallfüllung von Gräben oder Kontakt löchern nicht beseitigen, da auch hier durch das Schicht wachstum eine allmähliche Verengung des Grabeninnenraums er folgt. Ferner muss in Abhängigkeit von den verwendeten Vor läuferverbindungen auch bei ALD-Verfahren zunächst eine Dif fusionssperre in den Graben eingebracht werden, um bei spielsweise bei der Herstellung von Wolframfüllungen eine Schädigung des Substrats durch aus WF₆ freiwerdendem Fluor zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Her stellung einer Kondensatorelektrode eines Grabenkondensators in einem in eine Oberfläche eines Halbleiterwafers einge brachten Graben zur Verfügung zu stellen, welches innerhalb kurzer Prozesszeiten durchgeführt werden kann, und welches auch das fehlerfreie Füllen von Gräben mit hohem Aspektver hältnis ermöglicht, wobei insbesondere die Ausbildung von Hohlräumen vermieden werden soll.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung einer Kondensatorelektrode eines Grabenkondensators in einem in eine Oberfläche eines Halbleiterwafers eingebrachten Gra ben, bei dem

a) in den Graben zumindest eine Vorläuferverbindung zumin dest eines Metalls in fluider Phase eingebracht wird,
b) sodann die zumindest eine Vorläuferverbindung zu einer Metallschicht zersetzt wird,
c) die Metallschicht im oberen Bereich des Grabens zurück geätzt wird,
d) die so freigelegten Wände des Grabens in dessen oberem Bereich mit einer Isolierschicht ausgekleidet werden, und
e) die Schritte (a) und (b) im oberen Bereich des Grabens wiederholt werden.

Im Gegensatz zu den bisher üblichen CVD- und ALD-Verfahren liegt die Vorläuferverbindung nicht gasförmig an der Ober fläche des Substrats vor, um dann in einer chemischen Reak tion in fester Form niedergeschlagen zu werden, sondern wird in fluider Phase, also als Flüssigkeit auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats aufgebracht. Aus der flüssigen Phase wird dann in einem zweiten Schritt durch Zersetzung der Vor läuferverbindung eine Metallschicht erzeugt. Wird die Me tallschicht in Gräben erzeugt, werden diese zunächst zumin dest teilweise mit der fluiden Phase der Vorläuferverbindung gefüllt, und die Vorläuferverbindung anschließend zum Metall zersetzt. Da durch wächst das Metall nicht mehr schichtweise auf allen Flächen des Grabens auf, sondern scheidet sich gleichmäßig im gesamten Volumen des Grabens ab, sodass keine Kanalbildung entlang der Achse des Grabens mehr eintritt. Die Zersetzung lässt sich beispielsweise in der Weise steuern, dass die Zer setzung am unteren Ende des Grabens beginnt und sich allmäh lich in Richtung der Grabenöffnung fortsetzt. Dies kann bei spielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Temperaturgra dient entlang der Längsachse des Grabens erzeugt wird und die Temperatur während der Zersetzung entlang der Achse kontinu ierlich erhöht wird. Die Zone, in welcher die Zersetzungstem peratur erreicht wird, durchläuft den Graben dann von unten nach oben.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können Metall schichten erzeugt werden, welche aus nur einem Metall beste hen, beispielsweise Wolfram. Es ist aber auch möglich, Schichten zu erzeugen, welche verschiedene Metalle umfassen. Die verschiedenen Metalle können dabei sowohl eine gemeinsame Phase ausbilden, also in Form einer Legierung vorliegen, es ist aber auch möglich, die Metalle schichtweise abzuscheiden, so dass die Metalle getrennt in verschiedenen Lagen vorlie gen.

Ein sequentielles Erzeugen der Metallschicht ist insbesondere beim Füllen von Gräben mit sehr hohem Aspektverhältnis von mehr als 30, insbesondere mehr als 60 vorteilhaft, da auf diese Weise eine sehr gleichmäßige Metallfüllung erhalten werden kann. Dabei wird zunächst im unteren Abschnitt des Grabens die Vorläuferverbindung in fluider Form eingefüllt und anschließend zersetzt, so dass sich im unteren Bereich eine Metallfüllung ausbildet. Auf diese Metallfüllung wird anschließend erneut die Vorläuferverbindung in fluider Form aufgebracht und zersetzt. Auf diese Weise kann der Graben schrittweise von unten nach oben aufgefüllt werden, so dass die Ausbildung von Fehlstellen, insbesondere Hohlräumen, weitgehend zurückgedrängt bzw. ganz vermieden werden kann.

Das Metall kann in der Vorläuferverbindung an sich in belie biger Oxidationsstufe vorliegen, sofern sich die Vorläufer verbindung unzersetzt in fluider Form auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats aufbringen lässt. Liegt das Metall in der Vorläuferverbindung in oxidierter Form vor, muss zur Zerset zung der Vorläuferverbindung ein entsprechendes Reduktions mittel zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise Wasser stoff. Um jedoch Kontaminationen durch das Reduktionsmittel oder Nebenprodukte zu vermeiden, enthält die Vorläuferverbin dung das Metall bevorzugt in der Oxidationsstufe 0. Das Me tall liegt dann bereits in der gewünschten Oxidationsstufe vor, so dass die Notwendigkeit eines Reduktionsmittels ent fällt. Die Zersetzung der Vorläuferverbindung erfolgt bevor zugt thermisch. Dazu wird die Vorläuferverbindung bei einer ersten Temperatur, die unterhalb der Zersetzungstemperatur der Vorläuferverbindung liegt, auf der Oberfläche des Halb leitersubstrats aufgebracht. Die Temperatur, bei welcher die Vorläuferverbindung aufgebracht wird, liegt bevorzugt zumin dest 10°C unterhalb der Zersetzungstemperatur. Um die Vor läuferverbindung bei einer bestimmten Temperatur in flüssiger Form abzuscheiden, kann z. B. der Druck entsprechend einge stellt werden. Ebenso sollte der Druck so gewählt sein, dass die Vorläuferverbindung bei der Zersetzungstemperatur noch in flüssiger Form vorliegt, also nicht siedet. Anschließend wird das Halbleitersubstrat erwärmt, so dass eine kontrollierte Zersetzung der Vorläuferverbindung eintritt. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Vorläuferverbindungen, in wel chen das Metall bereits in der Oxidationsstufe 0 enthalten ist. Auf diese Weise lässt sich das Metall in hochreiner Form darstellen. Bevorzugt wird die Vorläuferverbindung dabei so ausgewählt, dass bei ihrer Zersetzung neben dem Metall nur gasförmige Produkte entstehen, welche sich leicht aus der sich bildenden Metallschicht abführen lassen.

Neben einer thermischen Zersetzung ist eine Zersetzung der Vorläuferverbindung beispielsweise auch durch eine Druckbe handlung möglich. Dies wäre beispielsweise möglich, wenn die in flüssiger Form vorliegende Vorläuferverbindung mit Hilfe von Wasserstoffgas zersetzt werden soll. Für die Zersetzung wird der Druck erniedrigt, wobei die Temperatur konstant gehalten werden kann.

Wie bereits weiter oben erläutert, ist es für die Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich, dass die Vorläuferverbindung zunächst in fluider Form auf dem Substrat vorliegt. Dazu kann die Vorläuferverbindung beispielsweise in einem inerten Lösungsmittel gelöst auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats aufgebracht werden. Prinzipiell ist zwar eine Zersetzung der Vorläuferverbindung aus der Lösung mög lich. Bevorzugt sollte das inerte Lösungsmittel jedoch einen ausreichend niedrigen Siedepunkt aufweisen, so dass es sich leicht durch Erwärmen oder bei vermindertem Druck verdampfen lässt. Geeignet sind beispielsweise Fluorkohlenwasserstoffe oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe.

Bevorzugt wird die Vorläuferverbindung in kondensierter Form auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats aufgebracht. In diesem Fall liegt die Vorläuferverbindung bereits in reiner Form vor, so dass die Gefahr einer Kontamination durch das Lösungsmittel oder durch aus dem Lösungsmittel entstehende Nebenprodukte verringert werden kann. Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Vorläuferverbindung unter den Prozessbedingungen auch in reiner Form in fluider Phase bereitgestellt werden kann. Ggf. können beispielsweise Druck und Temperatur so gewählt werden, dass die Vorläuferverbindung in flüssiger Form vorliegt.

Die flüssige Phase der Vorläuferverbindung kann mit üblichen Verfahren auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats aufge bracht werden, beispielsweise durch Aufsprühen oder Tauchver fahren. Besonders bevorzugt wird die fluide Phase der Vorläu ferverbindung in einem Spin-on-Verfahren auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats aufgebracht. Dabei wird zunächst die Vorläuferverbindung in fluider Phase auf die Substratoberflä che aufgebracht. Anschließend wird überschüssige Vorläufer verbindung durch eine schnelle Rotation des Halbleitersub strats, beispielsweise eines Siliziumwafers, abgeschleudert.

Besonders bevorzugt wird die Vorläuferverbindung jedoch di rekt auf dem Halbleitersubstrat auskondensiert. Dazu wird die Vorläuferverbindung in gasförmiger Form der Gasphase über dem Halbleitersubstrat zugeführt, in welcher dazu bevorzugt eine Temperatur eingestellt wird, die über dem Siedepunkt der Vor läuferverbindung liegt. Die Vorläuferverbindung wird dann auf dem Halbleitersubstrat auskondensiert, das dazu auf eine Tem peratur gekühlt wird, welche unterhalb des Kondensationspunk tes der Vorläuferverbindung liegt. Der im Gasraum herrschende Druck wird dabei so eingestellt, dass die Vorläuferverbindung bei einer Temperatur in die Gasphase überführt werden kann, welche möglichst weit unterhalb des Zersetzungspunktes der Vorläuferverbindung liegt. Der Wafer wird auf eine entspre chend niedrige Temperatur gekühlt, so dass die Vorläuferver bindung auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats in fluider Form auskondensiert. Überschüssige flüssige Vorläuferverbin dung kann, wie oben beschrieben, durch Abschleudern entfernt werden.

Um auch in Gräben mit einem sehr hohen Aspektverhältnis eine zuverlässige Füllung des Grabens mit der flüssigen Vorläufer verbindung erreichen zu können, wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Tempera turgradient senkrecht zur Öffnung der Gräben im Halbleiter substrat erzeugt. Bei dieser Ausführungsform weist der Graben also an seinem unteren Abschluss eine tiefere Temperatur auf als in den zur Öffnung des Grabens benachbarten Abschnitten. Dadurch erfolgt eine Kondensation der Vorläuferverbindung zu nächst in den unteren Abschnitten des Grabens, so dass der Graben von unten nach oben mit der Vorläuferverbindung ausge füllt wird. Bei einer anschließenden thermischen Zersetzung der Vorläuferverbindung wird der Temperaturgradient in der Weise eingestellt, dass die Temperatur in den unteren Ab schnitten des Grabens höher gewählt ist als in den Abschnit ten, welche der Öffnung des Grabens benachbart sind. Ein sol cher Temperaturgradient lässt sich beispielsweise erzeugen, indem das Halbleitersubstrat auf einem Substratträger ange ordnet wird, welcher gekühlt bzw. beheizt werden kann und die Temperatur in der Gasphase über dem Halbleitersubstrat ent sprechend dem gewünschten Temperaturgradienten eingestellt wird.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Vorläuferverbindungen bevorzugt solche Verbindungen ver wendet, welche sich leicht thermisch zersetzen lassen, ohne dass nicht-kontrollierbare Reaktionen, zum Beispiel eine Me tall-Carbid-Bildung ablaufen. Bevorzugt werden daher als Vor läuferverbindungen Metallkomplexe verwendet, mit zumindest einem Metallatom und an das Metallatom gebundenen Liganden. Die Bindungsstärke zwischen zentralem Metallatom und den das Zentralatom umgebenden Liganden sollte dabei gering sein. Als Ligand eignen sich insbesondere Verbindungen mit π-Elektro nen, welche über eine π-Bindung an das Zentralatom gebunden sind. Geeignete Liganden sind beispielsweise Kohlenmonoxid, Olefine, zum Beispiel Ethen, oder Cycloolefine, zum Beispiel Cyclopentadien. Die Vorläuferverbindung kann dabei nur eine Sorte von Liganden umfassen und beispielsweise als Metallcar bonyl vorliegen. Es sind jedoch auch Verbindungen mit ge mischten Liganden geeignet, in welchen beispielsweise ein Teil der CO-Liganden eines Metallcarbonyls durch Cyclopenta dienylgruppen ersetzt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich an sich für die Herstellung von Schichten aus beliebigen Metallen durchfüh ren. Die Metalle müssen lediglich Vorläuferverbindungen aus bilden können, welche sich in flüssiger Phase auf das Halb leitersubstrat aufbringen lassen, und welche sich leicht zu dem gewünschten Metall zersetzen lassen. Besonders bevorzugte Metalle sind Wolfram, Molybdän, Nickel und Titan. Diese Me talle bilden Metallkomplexe aus, die sich leicht thermisch zersetzen lassen, zum Beispiel Metallcarbonyle oder Metall cyclopentadienylverbindungen. Die thermische Zersetzung von W(CO)₆ verläuft gemäß folgender Gleichung:

Die bei der thermischen Zersetzung der Vorläuferverbindung entstehenden gasförmigen Nebenprodukte lassen sich leicht ab führen und, sofern sie, wie Kohlenmonoxid, giftig sind, mit üblichen Gaswäschen problemlos in unschädliche Verbindungen (z. B. CO₂) umwandeln und entsorgen.

Die entstehenden Nebenprodukte sind im Allgemeinen chemisch wenig reaktiv, so dass Diffusionssperrschichten zur Vermei dung einer Zerstörung des Substrats in diesem Fall nicht er forderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung homogener Metallschichten auch in Gräben mit hohem Aspektverhältnis. Bevorzugt sind daher in das Halblei tersubstrat Gräben eingebracht, die zur Seite der Substrat oberseite geöffnet sind, so dass Wände der Gräben Teil der Substratoberfläche sind. Die Gräben weisen dabei bevorzugt ein Aspektverhältnis von mehr als 30, insbesondere bevorzugt mehr als 60 auf. Die Gräben dienen insbesondere zur Herstel lung von Grabenkondensatoren sowie zur Herstellung von Kon takten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine ein fache Verfahrenstechnik zur Bildung hochreiner Metalle in Gräben für Grabenkondensatoren sowie Kontaktlöchern aus. Im Gegensatz zu CVD-Verfahren sind keine komplizierten Vakuuman lagen notwendig, die eine komplizierte Gas-, Vakuum- und Tem peratur-Regeltechnik erfordern. Insbesondere bei der Herstel lung von Gegenelektroden in Deep-Trench-Kondensatoren ent fällt zum Beispiel die aufwändige Schichttechnik alternieren der As- bzw. Poly-Silizium-Schichten, um elektrisch leitfähi ges Elektrodenmaterial zu generieren. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass sich die Füllungen von Kontaktlöchern bzw. Gräben für Deep-Trench-Kondensatoren ohne störende Ausbildung von Hohlräumen durchführen lässt. Da im Allgemeinen keine Diffusionssperrschicht benötigt wird, ergibt sich ein kürzerer Durchlauf in der Fertigungssequenz und damit ein geringerer Fertigungsaufwand. Die mit dem er findungsgemäßen Verfahren hergestellten Kontakte bzw. Deep- Trench-Kondensatoren zeichnen sich wegen der fehlenden Aus bildung von Hohlräumen in der Metallschicht durch eine höhere Prozesssicherheit aus.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen dabei im einzelnen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung üblicher Arbeits schritte bei der Herstellung eines Deep-Trench- Kondensators, wobei die Füllung des Grabens mit einem konventionellen CVD-Verfahren erfolgt;

Fig. 2 eine elektronenmikroskopische Aufnahme von po lierten Schnitten durch einen Siliziumwafer, in welchem mit Polysilizium gefüllte Gräben einge bracht sind;

Fig. 3 eine schematische Darstellung verschiedener Pro zessschritte bei der Herstellung eines Deep- Trench-Kondensators, wobei das erfindungsgemäße Verfahren zum Füllen der Gräben verwendet wird;

Fig. 4 eine schematische Darstellung üblicher Arbeitsschritte beim Füllen eines Kontaktlochs, wobei das Kon taktloch mit einem konventionellen CVD-Verfahren gefüllt wird;

Fig. 5 eine fotografische Aufnahme eines polierten Schnitts durch einen Siliziumwafer, welcher einen elektrischen Kontakt umfasst, der nach einem konventionellen CVD- Verfahren hergestellt wurde;

Fig. 6 eine schematische Darstellung von Arbeitsschrit ten zur Herstellung eines elektrischen Kontakts, wobei das erfindungsgemäße Verfahren zum Füllen des Kontaktlochs verwendet wurde.

Fig. 1 zeigt verschiedene Arbeitsschritte bei der Herstellung eines Deep-Trench-Kondensators, wobei die Herstellung der Topelektrode des Kondensators durch konventionelle CVD- Verfahren erfolgt. Zur Erzeugung der Gräben wird zunächst in einer Sauerstoffatmosphäre ein Siliziumwafer an seiner Ober fläche oxidiert, um eine dünne Oxidschicht mit einer Stärke von etwa 5 nm zu erzeugen. Durch die Oxidation werden zum ei nen Spannungen im Wafer abgebaut und zum anderen eine Haft schicht für weitere Schichten bereitgestellt. Auf die Oxid schicht wird anschließend mit einem CVD-Verfahren eine ca. 200 nm starke Nitridschicht abgeschieden. Für die Strukturie rung der Nitridschicht und die Definition der Öffnung des Grabenkondensators wird nun zunächst eine Schicht aus einem Hartmaskenmaterial auf dem Wafer abgeschieden, beispielsweise ein Borsilikatglas. Anschließend wird ein Fotolack aufgetra gen, mit Hilfe einer Maske abschnittsweise belichtet und mit einem Entwickler entwickelt, um Öffnungen mit einem Durchmes ser von ca. 100 nm für die Gräben des Kondensators zu defi nieren. Die Öffnungen werden nun mit einem fluorhaltigen Plasma in die Schicht der Hartmaske übertragen, wobei gleich zeitig auch die entsprechenden Bereiche der Nitridschicht ab getragen werden. Nach Entfernung der Fotolackschicht, zum Beispiel durch Veraschen, werden mit einem weiteren Fluorkoh lenwasserstoffplasma die Gräben bis zu einer Tiefe von ca. 8 µm in dem Siliziumwafer eingeätzt. Abschließend wird die Hartmaske beispielsweise mit Flusssäure entfernt. Der Silizi umwafer weist nun Gräben auf, deren Wandung aus dem Silizium des Wafers gebildet ist. Zur weiteren Verarbeitung wird auf der Wandung der Gräben zunächst wieder eine dünne, ca. 10 nm dicke Oxidschicht erzeugt, indem das freiliegende Silizium thermisch mit Sauerstoff oxidiert wird. Man gelangt so zu ei ner Anordnung wie sie in Fig. 1A dargestellt ist. Fig. 1A zeigt einen Schnitt durch einen als Halbleitersubstrat 1 wir kenden Siliziumwafer. In das Halbleitersubstrat 1 sind zwei Gräben 2 eingebracht, welche zur Substratoberfläche hin ge öffnet sind. An seiner Oberseite ist das Halbleitersubstrat 1 mit einer dünnen Oxidschicht 3 und einer auf dieser angeord neten Nitridschicht 4 bedeckt. Die Innenwandung der Gräben 2 ist einer dünnen Oxidschicht 5 ausgekleidet, welche im fer tiggestellten Kondensator das die Elektroden isolierende Di elektrikum bildet. Anschließend wird Polysilizium auf dem Halbleitersubstrat 1 abgeschieden, so dass die Gräben 2 voll ständig mit Polysilizium 6 ausgefüllt sind. Das Polysilizium wird mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden, wobei als re aktive Vorläuferverbindung Silan (SiH₄) verwendet wird. Das Wachstum des Polysiliziums 6 erfolgt ausgehend von den Wan dungen der Gräben 2, so dass sich der freie Raum im Inneren der Gräben 2 mit fortschreitendem Wachstum der Polysilizium schicht verengt. Da die Abscheidungsrate an der Oberkante der Gräben 2 geringfügig höher ist als in den unteren Abschnitten der Gräben 2, wird gegen Ende der Polysiliziumabscheidung der Innenraum der Gräben 2 mit Polysilizium verschlossen und es bilden sich schlauchartige Hohlräume 7 aus. Bei weiterer Ab scheidung von Polysilizium schlägt sich dieses nur noch auf der Oberseite des Wafers nieder, während in den Hohlräumen 7 kein Silizium mehr abgeschieden wird. Zum Ende der Abschei dung des Polysiliziums wird ein Zustand erhalten, wie er in Fig. 1B dargestellt ist. Die Gräben 2 sind mit Polysilizium 6 ausgefüllt, wobei sich entlang der Achse der Gräben 2 ein schlauchartiger Hohlraum 7 gebildet hat. Das Polysilizium 6 wird im nächsten Schritt anisotrop zurückgeätzt, wobei das Silizium an der Oberseite des Halbleitersubstrats 1 sowie in den oberen Abschnitten der Gräben 2 entfernt wird. Es wird ein in Fig. 1C dargestellter Zustand erhalten. Durch die an isotrope Rückätzung sind die schlauchförmigen Hohlräume 7 ge öffnet worden, wobei sich am oberen Ende der Füllung aus Po lysilizium 6 ein trichterförmiger Abschluss 8 ausgebildet hat. Durch den Hohlraum 7 erfolgt beim anisotropen Ätzen kein gleichmäßiger Materialabtrag, so dass keine ebene Fläche an der oberen Seite der Füllungen aus Polysilizium 6 erhalten werden kann. Aus diesem Grund kann auch der Endpunkt der Rückätzung nicht genau bestimmt werden.

In Fig. 2A ist eine fotografische Aufnahme eines polierten Bruchs durch einen Siliziumwafer wiedergegeben, welcher dem in Fig. 1C dargestellten Zustand entspricht. Auf der Aufnahme ist deutlich der schlauchförmige Hohlraum 7 sowie der trich terförmige Abschluss 8 der Füllung aus Polysilizium 6 zu er kennen.

Im nächsten Arbeitsschritt wird im oberen, durch das Rückät zen freigelegten Abschnitt der Gräben 2 zunächst die dünne Oxidschicht 5 entfernt und anschließend in einem CVD-Verfah ren eine Nitridschicht 9 im freigelegten Abschnitt der Gräben 2 abgeschieden. Die Nitridschicht 9 kleidet, wie in Fig. 1D dargestellt, die Innenflächen der freigelegten Abschnitte der Gräben 2 aus. Zur Herstellung eines isolierenden Kragens wird die Nitridschicht 9 nun in den unteren Abschnitten wieder an isotrop weggeätzt, um den oberen Abschluss der Füllung aus Polysilizium 6 wieder freizulegen. Wegen der schrägen Flächen des trichterförmigen Abschlusses 8 können dabei jedoch noch Reste der Nitridschicht 9 auf dem Polysilizium 6 verbleiben, was später in der fertig gestellten Topelektrode zu einem er höhten Kontaktwiderstand innerhalb des Elektrodenmaterials führt. Durch das anisotrope Rückätzen der Nitridschicht wer den, wie in Fig. 1E dargestellt, die schlauchförmigen Hohl räume 7 und der trichterförmige Abschluss 8 der Füllung aus Polysilizium 6 wieder freigelegt. Abschließend wird der mit der Nitridschicht 9 ausgekleidete Abschnitt der Gräben 2 mit Polysilizium aufgefüllt und man gelangt zu einem Zustand, wie er in Fig. 1F dargestellt ist. Auf der Füllung aus Polysili zium 6 ist eine weitere Füllung aus Polysilizium 10 abge schieden, wobei sich erneut ein schlauchförmiger Hohlraum 11 ausgebildet hat. Die Füllung aus Polysilizium 10 weist wegen des trichterförmigen Abschlusses 8 an ihrem unteren Ende eine keilartige Form auf, welche in den schlauchförmigen Hohlraum 7 hineinragt. Auf dem trichterförmigen Abschluss 8 verbliebe ne Reste der Nitridschicht 9 führen zu einem erhöhten elekt rischen Widerstand zwischen den Füllungen 6 und 10 aus Poly silizium.

Fig. 2B zeigt eine fotografische Aufnahme eines polierten Bruchs durch einen Siliziumwafer, welcher dem in Fig. 1F dar gestellten Zustand entspricht. Es sind deutlich die Hohlräume 7 bzw. 11 in den Füllungen 6 und 10 aus Polysilizium zu er kennen. Die obere Füllung 10 aus Polysilizium ragt pfeilför mig in den Hohlraum 7 der unteren Polysiliziumfüllungen 6 hinein. Die obere Polysiliziumfüllung 10 wird seitlich von einem Kragen aus einer Nitridschicht 9 begrenzt, dessen Aus läufer sich bis in den Grenzbereich zwischen oberer Polysili ziumfüllung 10 und unterer Polysiliziumfüllung 6 erstrecken und eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes zwischen den beiden Füllungen 6, 11 bewirken.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Aus bildung von Hohlräumen 7 und 11 vermieden werden. Der schema tische Ablauf der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt. Zunächst werden, wie oben be schrieben, Gräben in einem Siliziumwafer erzeugt, so dass man zu dem in Fig. 1A dargestellten Zustand gelangt. Erfindungs gemäß wird nun in die Gräben 2 eine Vorläuferverbindung der abzuscheidenden Metallschicht einkondensiert, beispielsweise W(CO)₆. Dazu wird der Siliziumwafer gekühlt, so dass die Grä ben 2 mit flüssigem Wolframhexacarbonyl gefüllt werden. Über schüssiges Wolframhexacarbonyl, das sich auf der Oberseite des Wafers niedergeschlagen hat, kann beispielsweise durch Abschleudern entfernt werden. Bei Gräben 2 mit einem sehr ho hen Aspektverhältnis werden die Gräben nicht vollständig ge füllt, sondern es wird nur im unteren Abschnitt der Gräben 2 die Vorläuferverbindung auskondensiert und anschließend durch Erwärmen des Wafers thermisch zersetzt, so dass sich metalli sches Wolfram abscheidet und gasförmiges Kohlenmonoxid aus den Gräben 2 entweicht. Nach Ausbildung eines ersten Ab schnitts aus Wolframmetall wird erneut Wolframhexacarbonyl in die Gräben 2 einkondensiert und anschließend thermisch zer setzt. Bei Gräben mit einer Tiefe von ca. 8 µm und einem Öff nungsdurchmesser von ca. 100 nm erfordert die Abscheidung des Wolframmetalls ca. 10 Zyklen, um die Gräben 2 vollständig auszufüllen. Nach abgeschlossener Abscheidung des Wolframme talls wird ein Zustand erhalten, wie er in Fig. 3A schema tisch dargestellt ist. Die in das Halbleitersubstrat 1 einge brachten Gräben 2 sind vollständig mit Wolframmetall 12 auf gefüllt, wobei sich in der Schicht des Wolframmetalls 12 kei ne Hohlräume ausgebildet haben. Anschließend erfolgt, wie oben beschrieben, ein isotropes Rückätzen des Wolframmetalls, beispielsweise mit einem Plasma, welches aus einem Gasgemisch aus CF₄ und O₂ erzeugt wird. Da im Wolframmetall 12 jedoch keine Hohlräume ausgebildet sind, kann der obere Abschluss der Wolframfüllung der Gräben 2 annähernd parallel zurückver setzt werden, so dass sich, wie in Fig. 3B dargestellt, eine ebene Fläche 13 ausbildet, welche senkrecht zur Längsachse der Gräben 2 verläuft. Es erfolgt nun analog der bei Fig. 1B beschriebenen Verfahren die Abscheidung einer Nitridschicht 9, welche, wie in Fig. 3C dargestellt, die Flächen des frei gelegten Abschnittes der Gräben 2 auskleidet. Wegen der ebe nen Fläche 13, welche den oberen Abschluss der Wolframfüllung 12 bildet, lässt sich der darauf abgeschiedene Abschnitt der Nitridschicht 9 ohne weiteres isotrop zurückätzen, so dass die Fläche 13 der Wolframfüllung 12 erneut freigelegt wird. Abschließend wird erneut flüssiges Wolframhexacarbonyl in den freiliegenden Abschnitt der Gräben 2 einkondensiert und ther misch zersetzt, so dass der in Fig. 3D dargestellte Zustand erreicht wird. Es hat sich eine durchgängige Wolframfüllung 12 ausgebildet, die im oberen Abschnitt von einem Kragen aus der Nitridschicht 9 begrenzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ferner hervorra gend zum Füllen von Kontaktlöchern. Anhand von Fig. 4 wird zunächst der Ablauf bei Verwendung eines konventionellen CVD- Verfahrens erläutert. In Fig. 4A ist ein Halbleitersubstrat 1 dargestellt, in welches ein Halbleiterbauelement 14 integ riert ist, zu welchem eine durch das Dielektrikum 15 reichen de elektrische Verbindung hergestellt werden soll. Dazu ist eine Kontaktöffnung 17 in das Dielektrikum 15 eingebracht, welche bis zum Halbleiterbauelement 14 reicht. Um eine Zer störung des Halbleiterbauelements 14 und des Dielektrikums 15 zu verhindern, wird zunächst eine Diffusionssperrschicht 16 aus Titannitrid abgeschieden. Es wird nun eine Füllung aus Wolframsilizid erzeugt, wozu aus der Gasphase WF₆ und Silan (SiH₄) zugeführt wird. Die Vorläuferverbindungen reagieren miteinander und scheiden sich als Wolframsilizid gleichmäßig auf der Oberfläche ab. Die Schichtdicke des Wolframsilizids nimmt allmählich zu, so dass sich der freie Raum der Kontakt öffnung 17 allmählich verengt. Durch graduelle Unterschiede in der Abscheidegeschwindigkeit verschließt sich zum Ende der Abscheidung der Wolframsilizidschicht 18 der verbleibende In nenraum der Kontaktöffnung 17 und es bildet sich ein schlauchartiger Hohlraum 19 aus (Fig. 4b).

Fig. 5A zeigt eine fotografische Aufnahme eines polierten Bruchs durch einen Siliziumwafer, welche der Darstellung aus Fig. 4B entspricht. Es ist deutlich die Wolframsilizidschicht 18 zu erkennen, wobei sich im Abschnitt der Kontaktöffnung 17 ein Hohlraum 19 ausgebildet hat.

Die auf der Oberseite des Dielektrikums 15 abgeschiedene Wolframsilizidschicht wird abschließend in einem CMP-Schritt abgetragen. Dabei wird, wie in Fig. 4C dargestellt, der schlauchförmige Hohlraum 19 erneut geöffnet. Der Hohlraum 19 kann Verunreinigungen aufnehmen, die beispielsweise aus dem Poliermittel herrühren können. In weiteren Produktionsschrit ten können diese Verunreinigungen dann zu einer Zerstörung des elektrischen Halbleiterelements führen.

Die Ausbildung eines Hohlraums kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wirksam vermieden werden. Der Ablauf ist schema tisch in Fig. 6 dargestellt. Analog Fig. 4A ist in Fig. 6A ein Halbleitersubstrat 1 dargestellt, in welches ein Halblei terbauelement 14 integriert ist. Auf dem Halbleitersubstrat 1 ist ein Dielektrikum 15 angeordnet, in welches eine Kontakt öffnung 17 eingebracht ist, die sich zum Halbleiterbauelement 14 erstreckt. Im Gegensatz zum oben beschriebenen CVD-Verfah ren werden beim erfindungsgemäßen Verfahren keine aggressiven Chemikalien verwendet, so dass auf die Abscheidung einer Dif fusionssperrschicht verzichtet werden kann. In die Kontakt öffnung 17 wird die Vorläuferverbindung des abzuscheidenden Metalls, zum Beispiel Wolframhexacarbonyl, einkondensiert und anschließend thermisch zersetzt. Man erhält einen Zustand, wie er in Fig. 6B dargestellt ist. Die Kontaktöffnung 17 ist vollständig mit reinem Wolframmetall 20 ausgefüllt, wobei sich keine Hohlräume ausgebildet haben. Beim abschließenden CMP-Schritt können daher keine Kontaminationen in den Kontakt 20 eindringen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Kondensatorelektrode eines Grabenkondensators in einem in eine Oberfläche eines Halblei terwafers (1) eingebrachten Graben (2), bei dem:

a) in den Graben (2) zumindest eine Vorläuferverbindung zu mindest eines Metalls in fluider Phase eingebracht wird,
b) sodann die zumindest eine Vorläuferverbindung zu einer Metallschicht (12) zersetzt wird,
c) die Metallschicht (12) im oberen Bereich des Grabens (2) zurückgeätzt wird,
d) die so freigelegten Wände des Grabens (2) in dessen obe rem Bereich mit einer Isolierschicht (9) ausgekleidet werden, und
e) die Schritte (a) und (b) im oberen Bereich des Grabens (2) wiederholt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht (12) sequentiell erzeugt wird, indem zunächst die Schritte (a) und (b) mehrmals aufeinander folgend wiederholt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorläuferver bindung das Metall in der Oxidationsstufe 0 enthält.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zersetzung der zumindest einen Vorläuferverbindung ther misch oder durch ein Reduktionsmittel erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorläuferverbindung als Lösung gelöst in einem Lösungs mittel in den Graben (2) eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vor läuferverbindung in kondensierter Form in den Graben (2) ein gebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vor läuferverbindung aus der Gasphase in dem Graben (2) auskon densiert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche des Halbleiterwafers (1) zum Auskondensieren der Vorläuferverbindung auf eine Temperatur gekühlt wird, die unter der Temperatur der Gasphase über dem Halbleiterwafer (1) liegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Graben (2) zur Seite der Waferoberfläche geöffnet ist, so dass Wände des Grabens, Teile der Waferoberfläche bilden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Halbleiterwafer (1) ein Temperaturgradient senkrecht zur Öffnung des Grabens (2) erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorläuferverbindung ein Metallkomplex ist, mit zumindest einem Metallatom und an das Metallatom gebundenen Liganden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist aus Wolfram, Molybdän, Nickel und Titan.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Liganden ausgewählt sind aus der Gruppe, die gebildet ist aus Kohlenmonoxid, Cycloolefinen, Olefinen.