DE10237345A1

DE10237345A1 - Prozeßablauf für Opferkragenverfahren mit vertikaler Nitridmaske

Info

Publication number: DE10237345A1
Application number: DE10237345A
Authority: DE
Inventors: Helmut Horst Tews
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2001-08-15
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2003-05-08
Also published as: US6534376B2; US20030036241A1

Abstract

Ein Prozeßablauf zur Ausbildung eines Opferkragens (132) in einem tiefen Graben (113) einer Halbleiterspeicherzelle. Eine Nitridlinerschicht (120) wird über einem Substrat (111) abgeschieden. Eine dünne Polysiliziumschicht (122) wird über der Nitridlinerschicht (120) abgeschieden, und es entsteht eine Oxidschicht (124). Ein Resist (116) wird in den Gräben (113) abgeschieden und zurückgeätzt. Der obere Teil der Oxidschicht (124) wird entfernt, und der Resist (116) wird aus den Gräben (113) entfernt. Der Wafer (100) wird einem Nitrierungsprozeß unterzogen, damit über freiliegenden Teilen der Polysiliziumschicht (122) eine Nitridschicht (128) ausgebildet wird. Die Oxidschicht (124) und die Polysiliziumschicht (124) werden vom Boden der Gräben (113) entfernt. Die Nitridlinerschicht (120) wird vom Boden der Gräben (113) entfernt. Die Polysiliziumschicht (122) wird von der Oberseite der Gräben (113) entfernt, damit in der Oberseite der durch die Nitridlinerschicht (120) gebildeten Gräben (113) ein Opferkragen (132) zurückbleibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Fertigung integrierter Schaltungen (ICs) und insbesondere die Herstellung von Speicher-ICs.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Halbleiterbauelemente werden in verschiedenen elektronischen Anwendungen verwendet, wie zum Beispiel PCs und Mobilfunktelefonen. Ein in elektronischen Systemen zum Speichern von Daten häufig verwendetes Halbleiterprodukt ist ein Halbleiterspeicher, und eine übliche Art von Halbleiterspeicher ist ein dynamischer Direktzugriffsspeicher (DRAM).
Ein DRAM enthält in der Regel Millionen oder Milliarden von matrixartig angeordneten einzelnen DRAM-Zellen, wobei jede Zelle ein Datenbit speichert. Eine DRAM- Speicherzelle enthält in der Regel einen Zugriffs-Feldeffekttransistor (FET) und einen Speicherkondensator. Der Zugriffs-FET ermöglicht die Übertragung von Datenladungen zum und vom Speicherkondensator während der Lese- und Schreibvorgänge. Außerdem werden die Datenladungen im Speicherkondensator periodisch während eines Auffrischvorgangs aufgefrischt.
DRAM-Speicherkondensatoren werden in der Regel durch Ätzen tiefer Gräben in einem Halbleitersubstrat und Abscheiden mehrerer Schichten aus leitenden und isolierenden Materialien ausgebildet, um einen Speicherkondensator zu erzeugen, der zum Speichern von Daten geeignet ist, die durch eine Eins oder Null dargestellt werden. DRAM-Designs nach dem Stand der Technik umfassen in der Regel einen Zugriffs-FET, der in einer über und neben dem Speicherkondensator angeordneten, später abgeschiedenen Schicht angeordnet ist.
In der Halbleiterindustrie geht der Trend allgemein dahin, die Größe von auf integrierten Schaltungen befindlichen Halbleiterbauelementen zu verringern. Die Miniaturisierung wird allgemein benötigt, um die steigende Dichte von für die heutigen Halbleiterprodukte notwendigen Schaltungen unterzubringen. Bei neueren DRAM- Designs wird der Zugriffs-FET direkt über dem Speicherkondensator angeordnet, was manchmal als ein vertikaler DRAM bezeichnet wird, was Platz einspart und dazu führt, daß mehr DRAM-Zellen auf einem einzigen Chip angeordnet werden können.
Ein als Opferkragen bekanntes Element ist eine Opferkomponente, die während der Herstellung eines DRAM vorübergehend am oberen Teil von tiefen Speicherzellengräben angeordnet wird. Ein Opferkragen wird zum Schutz der Seitenwand im oberen Bereich des Grabens verwendet. In diesem Bereich sind der vertikale FET und das vergrabene Brückengebiet untergebracht, das die Speicherzelle in dem fertiggestellten DRAM-Bauelement an den Zugriffs-FET koppelt. Der Bereich erstreckt sich von der Oberfläche zu dem als vergrabene Platte bezeichneten hochdotierten Bereich.
Während ein Opferkragen angeordnet ist, werden am unteren Teil eines tiefen Grabens verschiedene Prozeßschritte ausgeführt, wie etwa die Verbreiterung des tiefen Grabens unter dem Opferkragen, was oftmals als Flaschenätzung bezeichnet wird, und die unterschiedliche Dotierung des Substrats im tiefen Graben. Ein Opferkragen wird später im Herstellungsprozeß in der Regel durch permanentere Isolierkragen ersetzt.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Als ein Opferkragen mit einer vertikalen thermischen Nitridmaske mit einer größeren Dicke als Opferkragen des Stands der Technik mit einer vertikalen thermischen Nitridmaske führen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu technischen Vorteilen. Die Nitridlinerschicht, die den Opferkragen bildet, wird in einem Abscheidungsschritt wie etwa einem CVD-Prozeß (Chemische Dampfabscheidung) abgeschieden, so daß die Dicke des abgeschiedenen Opferkragens gut gesteuert wird und mit der erwünschten Dicke erzielt werden kann.
Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements offenbart, das einen in einem Substrat ausgebildeten tiefen Graben enthält, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Abscheiden einer Nitridlinerschicht über dem tiefen Graben, Abscheiden einer Halbleiterschicht über der Nitridlinerschicht und Ausbilden einer ersten Oxidschicht über einem unteren Teil der Halbleiterschicht, so daß ein oberer Teil der Halbleiterschicht freiliegt. Das Verfahren beinhaltet das Ausbilden einer Nitridschicht über dem freiliegenden oberen Teil der Halbleiterschicht, Entfernen der ersten Oxidschicht, wodurch der untere Teil der Halbleiterschicht freigelegt bleibt, Entfernen der freigelegten Halbleiterschicht, wodurch ein unterer Teil der Nitridlinerschicht freigelegt bleibt, und Entfernen des freigelegten unteren Nitridlinerschichtteils und der Nitridschicht vom oberen Teil.
Außerdem wird ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleiterspeicherzelle offenbart, das folgendes umfaßt: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats, Ausbilden eines Grabens im Substrat und Abscheiden einer Nitridlinerschicht über dem Substrat. Eine Halbleiterschicht wird über der Nitridlinerschicht abgeschieden, eine Oxidschicht wird über der Halbleiterschicht ausgebildet. Bei einem nächsten Schritt wird der Graben mit Resist gefüllt. Der Resist wird vom oberen Teil des Grabens entfernt, damit ein unterer Teil des Resist im Graben bleibt, wodurch ein Teil der ersten Oxidschicht freigelegt bleibt. Der freigelegte erste Oxidschichtteil wird entfernt, so daß ein Teil der Halbleiterschicht freigelegt bleibt. Der Resist im unteren Grabenteil wird entfernt, damit ein Teil der ersten Oxidschicht freigelegt bleibt. Eine Nitridschicht wird über dem freigelegten Halbleiterschichtteil ausgebildet, und der freigelegte erste Oxidschichtteil wird entfernt, wodurch ein unterer Teil der Halbleiterschicht freigelegt bleibt. Der freigelegte untere Halbleiterschichtteil wird entfernt, wodurch ein unterer Teil der Nitridlinerschicht freigelegt bleibt. Der freigelegte untere Nitridlinerschichtteil und die Nitridschicht im oberen Teil des Grabens werden entfernt.
Es wird weiter ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem Substrat offenbart, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Ausbilden einer ersten Schicht aus einem ersten Material über dem Substrat, Ausbilden einer zweiten Schicht aus einem zweiten Material über der ersten Schicht, Ausbilden einer dritten Schicht aus einem dritten Material über einem Teil der zweiten Schicht, so daß ein Teil der zweiten Schicht freiliegt, und Ausbilden einer vierten Schicht aus dem ersten Material über dem freigelegten Teil der zweiten Schicht. Das Verfahren beinhaltet: Entfernen der dritten Schicht, wodurch ein Teil der zweiten Schicht freigelegt bleibt, Entfernen der freigelegten zweiten Schicht, wobei ein Teil der ersten Schicht freigelegt bleibt, und Entfernen des freigelegten unteren ersten Schichtteils und der vierten Schicht.
Zu Vorteilen von Ausführungsformen der Erfindung zählt, daß die Dicke eines Opferkragens in einem größeren Ausmaß als im Stand der Technik gesteuert werden kann. Mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein großer Bereich von Opferkragendicken erzielt werden. Ein Halbleiterwafer, der den dickeren Opferkragen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet, kann ohne Beschädigung oder Entfernen des Opferkragens möglicherweise weiter verarbeitet werden, wie etwa mit mehreren Reinigungsschritten und Gasphasendotierschritten. Da Teile des Substrats in den Gräben während des Entfernens der über dem Opferkragen angeordneten Halbleiterschicht entfernt werden können, sind möglicherweise weniger nachfolgende Flaschenätzschritte erforderlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen Merkmale von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann man bei Betrachtung der folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstehen. Es zeigen darin:
Fig. 1-4 Querschnittsansichten eines Herstellungsprozesses zum Ausbilden eines Opferkragens in einem tiefen Graben einer DRAM-Zelle gemäß einem Prozeß des Stands der Technik und
Fig. 5-11 Querschnittsansichten eines Herstellungsprozeßflusses für die Ausbildung eines Opferkragens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Übereinstimmende Zahlen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich auf übereinstimmende Teile, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Figuren dienen dazu, die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen zu verdeutlichen, und sie sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Auf eine Beschreibung eines Prozesses des Stands der Technik zum Ausbilden eines Opferkragens in einem tiefen Graben folgt eine Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und einiger Vorteile davon. In jeder Figur ist ein Querschnitt durch eine Speicherzelle gezeigt, obwohl viele andere Speicherzellen und Komponenten von Speicherzellen in den gezeigten Halbleiterbauelementen vorhanden sein können.
Die Fig. 1-4 zeigen Querschnittsansichten eines Halbleiterwafers 10 mit einer DRAM-Speicherzelle in verschiedenen Stufen der Herstellung gemäß einem Verfahren des Stands der Technik. In Fig. 1 ist ein Substrat 11 vorgesehen, das aus einem Halbleitermaterial, z. B. Silizium, besteht. Ein Padnitrid 12 wird über dem Substrat 11 aufgebracht. Tiefe Gräben 13 werden, wie gezeigt, beispielsweise unter Verwendung herkömmlicher Lithographietechniken im Padnitrid 12 und im Substrat 11 ausgebildet. Die tiefen Gräben 13 können ein hohes Seitenverhältnis aufweisen, beispielsweise kann die Grabentiefe wesentlich größer sein als die Breite. Die Gräben 13 weisen bei Betrachtung von der Oberseite des Wafers 10 aus einen ovale Form auf, obwohl sie beispielsweise auch andere Formen aufweisen können. Die Gräben 13 können mehrere µm tief und mehrere hundert nm bis unter 100 nm breit sein, um ein Beispiel zu nennen.
Bei einem Oxidationsschritt wird der Wafer 10 Sauerstoff ausgesetzt, um eine Oxidschicht 14 zu bilden, die beispielsweise etwa 50 Å Siliziumdioxid umfassen kann. Ein Resist 16 wird über dem Wafer 10 abgeschieden, und der Resist 16 wird bis auf eine Tiefe von etwa 1 µm unter die obere Oberfläche des Substrats 11 zurückgeätzt, wie in Fig. 1 gezeigt.
Die Oxidschicht 14 wird geätzt, um sie vom oberen Teil des Grabens 13 zu entfernen, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Resist 16 im Boden des Grabens 13 schützt die Oxidschicht 14 im unteren Grabenteil während des Ätzschritts, und die Oxidschicht 14 bleibt im Bodenteil des Grabens 13.
Der Resist 16 wird wie in Fig. 3 gezeigt aus dem Graben 13 entfernt. Der Wafer 10 wird einem Nitrierungsprozeß unterzogen, um eine dünne thermische Nitridschicht 18 über dem freiliegenden Substrat 11 am oberen Teil des Grabens 13 auszubilden. Bei dem Nitrierungsprozeß wird der Wafer 10 zur Ausbildung einer dünnen Nitridschicht 18 bei einer hohen Temperatur Ammoniak (NH₃) ausgesetzt. Das freiliegende Siliziumsubstrat 11 bildet schneller eine Nitridschicht 18 als die Oxidschicht 14. Der Nitrierungsprozeß kann gestoppt werden, bevor die Oxidschicht 14 beginnt, über ihrer Oberseite eine Nitridschicht 18 auszubilden, so daß nur die freiliegenden Teile des Substrats 11 auf den Gräben 13 nitriert werden.
Die Oxidschicht 14 wird vom Boden des Grabens 13 selektiv entfernt, damit die in Fig. 4 gezeigte Struktur zurückbleibt, bei der eine Nitridschicht 18 über den Seitenwänden des Grabens 13 an der Oberseite des Grabens 13 angeordnet ist. Die Nitridschicht 18 kann beim Bearbeiten des Grabens als Opferkragen wirken.
Bei dem in den Fig. 1-4 gezeigten DRAM-Herstellungsprozeß des Stands der Technik existiert ein Problem dahingehend, daß die Nitridschicht 18 extrem dünn ist und beispielsweise nur etwa 15 Å Siliziumnitrid umfaßt. Eine derart dünne Nitridschicht 18 weist keine ausreichende Dicke auf, um den mehreren Reinigungs- und Ätzprozessen standzuhalten, denen der Wafer 10 im Herstellungsprozeß ausgesetzt werden muß. Der dünne Opferkragen 18 kann möglicherweise während dieser Reinigungs- und Ätzprozesse weggeätzt werden und nicht weiter als Schutzschicht für den oberen Teil des Grabens 13 fungieren. Zudem ist der dünne Opferkragen 18 nicht von ausreichender Dicke, um ein großes Prozeßfenster für eine Flaschenätzung zu gestatten - einen Prozeß, in dem der untere Durchmesser des Grabens 13 vergrößert wird, um die Kapazität der Speicherzelle im tiefen Graben 13 zu vergrößern. Außerdem weist der dünne Opferkragen 18 keine ausreichende Dicke auf, um der Gasphasendotierung des unteren Teils der Gräben 13 in darauffolgenden Bearbeitungsschritten des Grabens 13 standzuhalten. Während der Gasphasendotierung muß der Opferkragen eine Maskierschicht liefern, die für das Eindringen der Dotierungssubstanz eine ausreichende Barriere darstellt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielen technische Vorteile in Form eines Prozeßablaufs für die Herstellung eines Halbleiterbauelements, indem ein Opferkragen mit einer größeren Dicke als Opferkragen des Stands der Technik ausgebildet wird, wodurch sie dafür ausgelegt sind, mehreren Reinigungs- und Ätzprozessen im Herstellungsfluß standzuhalten, ohne daß der Opferkragen entfernt oder beschädigt wird. Die Gasphasendotierung des Substrats in einem Graben kann auch durch die Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Als nächstes wird ein Prozeßfluß zur Ausbildung eines Opferkragens gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in Fig. 5 gezeigt wird ein Substrat 111 bereitgestellt. Das Substrat 111 umfaßt in der Regel ein Halbleitermaterial, wie etwa einkristallines Silizium, und es kann andere leitende Schichten oder andere Halbleiterelemente, beispielsweise Transistoren oder Dioden, enthalten. Das Substrat 111 kann aber auch Verbundhalbleiter wie z. B. GaAs, InP, Si/Ge, SiC umfassen.
Ein Padnitrid 112 wird über dem Substrat 111 abgeschieden. Das Padnitrid 112 kann beispielsweise ein mit einer Dicke von 100-300 nm abgeschiedenes Siliziumnitrid und alternativ andere Nitride umfassen. Der Wafer 100 wird unter Verwendung herkömmlicher lithographischer Techniken strukturiert und geätzt, damit im Substrat 11 und im Padnitrid 112, wie in Fig. 5 gezeigt, tiefe Gräben 113 ausgebildet werden. Die tiefen Gräben 113 können 10 µm tief sein und einen Durchmesser von 100 nm aufweisen, obwohl diese Parameter eine Funktion der Grundregeln für das jeweilige hergestellte Bauelement sind.
Zum Bedecken des Padnitrids 112 und des Substrats 111 in den tiefen Gräben 113 wird über dem Wafer 100 eine Nitridlinerschicht 120 abgeschieden oder ausgebildet. Die Nitridlinerschicht 120 umfaßt bevorzugt mit einer Dicke von 50-150 Å abgeschiedenes Siliziumnitrid oder Si₃N₄. Die Nitridlinerschicht 120 kann alternativ beispielsweise andere Nitride umfassen.
Über der Nitridlinerschicht 120 wird eine dünne Halbleiterschicht 122 abgeschieden oder ausgebildet. Die Halbleiterschicht 122 umfaßt vorzugsweise zum Beispiel 50-200 Å aus Polysilizium. Alternativ können beispielsweise für das Material der Halbleiterschicht 122 andere Halbleitermaterialien wie etwa Ge oder SiGe verwendet werden.
Eine erste Oxidschicht 124 wird über der Halbleiterschicht 122 ausgebildet. Die erste Oxidschicht 124 umfaßt bevorzugt ein in einem Bereich von 20-100 Å ausgebildetes Oxid wie etwa Siliziumdioxid. Die erste Oxidschicht 124 kann aber auch beispielsweise andere Oxide umfassen. Die Oxidschicht 124 wird bevorzugt in einem thermischen Oxidationsprozeß ausgebildet, obwohl sie alternativ beispielsweise abgeschieden werden kann.
Ein Resist 116 wird über dem Wafer 100 abgeschieden und derart geätzt, daß er, wie in Fig. 5 gezeigt, um beispielsweise 1 µm unter die Oberseite des Substrats 111 ausgenommen ist. Das Entfernen des oberen Teils des Resists 116 erfolgt bevorzugt durch eine chemische Trockenätzung (CDE), die so ausgelegt ist, daß sie an der ersten Oxidschicht 124 stoppt. Der obere Teil des Resists 116 kann aber auch unter Verwendung anderer Ätztechniken und anderer Ätzchemien entfernt werden.
Nicht vom Resist 116 bedeckte, freiliegende Teile der ersten Oxidschicht 124 werden beispielsweise, wie in Fig. 6 gezeigt, in einem Ätzprozeß entfernt, wodurch ein Teil der ersten Oxidschicht im Boden der Gräben 113 zurückbleibt. Der Ätzprozeß der ersten Oxidschicht 124 kann selektiv zum Material der Halbleiterschicht 122 sein und beispielsweise ein naßchemisches Ätzen umfassen.
Der in den Gräben 113 zurückbleibende Resist 116 wird beispielsweise unter Verwendung einer CDE selektiv zum Halbleiterschichtmaterial 122 und zur ersten Oxidschicht 124 entfernt, zum Beispiel abgelöst.
Vor dem Entfernen des Resists 116 kann über den freiliegenden Teilen der Halbleiterschicht 122 eine in Fig. 6 in Umrissen gezeigte wahlweise zweite Oxidschicht 126 abgeschieden oder ausgebildet werden. Die wahlweise zweite Oxidschicht 126 kann das Entfernen des Resists vom Grabenboden erleichtern. Die zweite Oxidschicht 126 ist bevorzugt dünner als die erste Oxidschicht 124. So kann die zweite Oxidschicht 126 beispielsweise etwa 5 Å bis 20 Å dick sein. Die zweite Oxidschicht 126 kann ein dünnes Plasmaoxid oder alternativ andere Oxide, wie etwa beispielsweise ein Ozonoxid, umfassen. Die zweite Oxidschicht 126 wird bevorzugt entfernt, nachdem der Resist 116 von den Gräben 133 entfernt worden ist. Die zweite Oxidschicht 126 kann beispielsweise in einem Reinigungsschritt entfernt werden.
Zur Ausbildung einer thermischen Nitridschicht 128 über freiliegenden Teilen der Halbleiterschicht 122 wird der Wafer 100, wie in Fig. 7 gezeigt, einem Nitrierungsprozeß unterzogen. Bevorzugt umfaßt der Nitrierungsprozeß, den Wafer 100 einer stickstoffhaltigen Chemikalie wie etwa NH₃ auszusetzen. Da es zwischen der Nitrierung der Halbleiterschicht 122 und der Nitrierung der ersten Oxidschicht 124 eine zeitliche Verzögerung gibt, umfaßt die Nitridschicht 128 eine sehr dünne Schicht aus Nitrid, zum Beispiel etwa 15 Å Siliziumnitrid. Die Nitridschicht 128 wird nur über der Halbleiterschicht 122 aufgewachsen, und insbesondere wird Nitrid gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nicht über der ersten Oxidschicht 124 aufgewachsen.
Um die erste Oxidschicht 124 vom Boden der Gräben 113 zu entfernen, wird, wie in Fig. 8 gezeigt, der Wafer 100 einem Oxidätzprozeß unterzogen. Die Ätzung der ersten Oxidschicht 124 umfaßt bevorzugt eine Oxidätzung selektiv zu Nitrid, so daß die Nitridschicht 128 vom Oxidätzprozeß nicht beeinflußt wird.
Dann wird der Wafer 100 einem Ätzprozeß unterzogen, um die Halbleiterschicht 122 vom Boden der Gräben 113 zu entfernen, wie in Fig. 9 gezeigt. Falls die Halbleiterschicht 122 beispielsweise Polysilizium umfaßt, wird eine Polysiliziumätzung vorgenommen.
Als nächstes wird der Wafer 100 einem Nitridätzprozeß unterzogen, der bevorzugt selektiv zum Halbleitermaterial 122 ist, wie in Fig. 10 gezeigt. Durch den Nitridätzprozeß wird die dünne Nitridschicht 128 von der Oberseite des Wafers und den Seiten des oberen Teils der Gräben 113 entfernt. Dieser Nitridätzprozeß entfernt außerdem vorteilhafterweise die Nitridlinerschicht 120 im unteren Teil des Grabens 113.
Der Wafer 100 wird einer Halbleitermaterialätzung unterzogen, damit die Halbleiterschicht 122 entfernt wird, die in vorausgegangenen Herstellungsschritten als Maske für die Nitridlinerschicht 120 diente (in Fig. 11 gezeigt). Diese Halbleitermaterialätzung kann vorteilhafterweise auch als eine Flaschenätzung oder eine Teilflaschenätzung fungieren, da während des Ätzprozesses auch Teile 130 des Substrats 111 im unteren Teil der Gräben 113 entfernt werden können. Das Entfernen von Teilen 130 des Substrats 111 in den Gräben 113 ist vorteilhaft, da gemäß einer Ausführungsform der Erfindung möglicherweise weniger spätere Flaschenätzschritte erforderlich sind.
Die in Fig. 11 gezeigte verbleibende Struktur umfaßt einen Opferkragen 132, der in den oberen inneren Gebieten der Gräben 113 angeordnet ist und durch die im oberen Teil der Gräben 113 verbleibende Nitridlinerschicht 120 ausgebildet wird. Der Opferkragen 132 schützt das obere Gebiet der Gräben 113. Am unteren Teil des Grabens 113 können vor dem Entfernen des Opferkragens 132 als Vorbereitung für spätere Verarbeitungsschritte zusätzliche Flaschenätzschritte und Dotierprozesse durchgeführt werden. Zusätzlich zu Flaschenätzschritten kann am Boden der Gräben 113 beispielsweise eine Buried- Plate-Dotierung vorgenommen werden.
Wenngleich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier in erster Linie unter Bezugnahme auf DRAM-Bauelemente beschrieben worden sind, so finden sie auch eine nützliche Anwendung beispielsweise bei ferroelektrischen Direktzugriffsspeicherbauelementen (FRAM- Bauelementen) und anderen Halbleiterbauelementen.
Die als für die verschiedenen Schichten 120, 122, 124, 128 bevorzugt beschriebenen Materialien können alternativ andere Materialien umfassen. So können die Nitridlinerschicht 120 und die Nitridschicht 128 beispielsweise Oxide oder Halbleitermaterialien umfassen. Die Halbleiterschicht 122 kann alternativ beispielsweise Oxide oder Nitride umfassen. Die erste Oxidschicht 124 kann alternativ beispielsweise Nitride oder Halbleitermaterialien umfassen. Bevorzugt umfassen die Nitridschicht 128 und die Nitridlinerschicht 120 das gleiche Material, so daß die Schicht 128 und die Schicht 120 mit den gleichen Chemien und Ätzschritten geätzt werden können.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern im Vergleich zu Opferkragentechniken des Stands der Technik mehrere Vorteile. Zu den Vorteilen zählt, daß die Dicke des Opferkragens 132 zu einem größeren Ausmaß als im Stand der Technik gesteuert werden kann. Mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein großer Bereich von Dicken des Opferkragens 132 erzielt werden. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Nitridlinerschicht 120 mit so gut wie jeder Dicke abgeschieden werden. Der Opferkragen 132 umfaßt somit eine ausreichende Dicke, um den Deckkragen der Gräben 113 während einer Flaschenätzung zu schützen. Der Opferkragen ist außerdem ausreichend dick, um den Gasphasendotierschritten widerstehen zu können, die zum Dotieren des unteren Teils der Gräben 113 verwendet werden.
Mit dem eine größere Dicke aufweisenden Opferkragen 132 ist gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung außerdem das Reinigen des Halbleiterwafers 100 mit einer Vielzahl von Reinigungsschritten kein Problem. Da Teile 130 des Substrats 111 in den Gräben 113 während des Entfernens der über dem Opferkragen 132 angeordneten Halbleiterschicht 122 entfernt werden können, sind möglicherweise weniger spätere Flaschenätzschritte erforderlich.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, soll diese Beschreibung keine Einschränkung darstellen. Zahlreiche Modifikationen bei Kombinationen der Ausführungsbeispiele sowie andere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich für den Fachmann bei Bezugnahme auf die Beschreibung. Außerdem kann die Reihenfolge der Prozeßschritte vom Durchschnittsfachmann umgeordnet werden, aber immer noch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Daher sollen die beigefügten Ansprüche solche Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen. Außerdem soll der Schutzbereich der Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Zusammensetzung der Stoffe, der Mittel, Verfahren und Schritte, wie sie in der Patentschrift beschrieben werden, beschränkt sein. Dementsprechend sollen die beigefügten Ansprüche in ihrem Schutzumfang solche Prozesse, Maschinen, Herstellungsweisen, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte einschließen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, das mindestens einen tiefen Graben mit einem in einem Substrat ausgebildeten oberen Teil umfaßt, wobei das Verfahren umfaßt:
Abscheiden einer Nitridlinerschicht über dem tiefen Graben;
Abscheiden einer Halbleiterschicht über der Nitridlinerschicht;
Ausbilden einer ersten Oxidschicht über einem unteren Teil der Halbleiterschicht, so daß ein oberer Teil der Halbleiterschicht freiliegt;
Ausbilden einer Nitridschicht über dem freiliegenden oberen Teil der Halbleiterschicht;
Entfernen der ersten Oxidschicht, wodurch der untere Teil der Halbleiterschicht freigelegt bleibt;
Entfernen der freigelegten Halbleiterschicht, wodurch ein unterer Teil der Nitridlinerschicht freigelegt bleibt, und
Entfernen des freigelegten unteren Teils der Nitridlinerschicht und der Nitridschicht im oberen Teil des Grabens.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin umfaßt:
Entfernen der Halbleiterschicht, wodurch ein oberer Teil der Nitridlinerschicht im Graben zurückbleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Teil des Substrats beim Entfernen der Halbleiterschicht entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden der ersten Oxidschicht folgendes umfaßt:
Ausbilden eines ersten Oxidmaterials über der Halbleiterschicht;
Abscheiden von Resist über der ersten Oxidschicht;
Entfernen eines oberen Teils des Resists, um einen unteren Teil des Resists im Graben zurückzulassen, wodurch ein Teil des ersten Oxidmaterials freigelegt bleibt;
Entfernen des freigelegten Teils des ersten Oxidmaterials, um eine erste Oxidschicht am Boden des Grabens zurückzulassen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin umfaßt:
Ausbilden einer zweiten Oxidschicht über den freiliegenden Teilen der Halbleiterschicht und
Entfernen der zweiten Oxidschicht nach dem Entfernen des Resists.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterschicht Polysilizium, die Nitridlinerschicht Si₃N₄ und die erste Oxidschicht SiO₂ umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei dem Abscheiden der Nitridlinerschicht 50-150 Å SiN abgeschieden werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen der ersten Oxidschicht einen Ätzprozeß selektiv zur Nitridlinerschicht umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen des freigelegten unteren Nitridlinerschichtteils und der Nitridschicht einen Ätzprozeß selektiv zur Halbleiterschicht umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin umfaßt:
Erweitern des unteren Teils des Grabens, wobei der obere Teil der Nitridlinerschicht den oberen Teil des Grabens maskiert.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterbauelement einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM) umfaßt.

12. Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterbauelements, umfassend:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats;
Ausbilden eines Grabens im Substrat;
Abscheiden einer Nitridlinerschicht über dem Substrat;
Abscheiden einer Halbleiterschicht über der Nitridlinerschicht;
Ausbilden einer ersten Oxidschicht über der Halbleiterschicht;
Abscheiden einer Resistschicht über der ersten Oxidschicht;
Entfernen eines oberen Teils der Resistschicht, um einen unteren Teil der Resistschicht im Graben zurückzulassen, wodurch ein Teil der ersten Oxidschicht freigelegt bleibt;
Entfernen des freigelegten Teils der ersten Oxidschicht, um einen Teil der Halbleiterschicht freigelegt zu lassen;
Entfernen des Grabenbodenteils der Resistschicht, um einen Teil der ersten Oxidschicht freigelegt zu lassen;
Ausbilden einer Nitridschicht über dem freigelegten Teil der Halbleiterschicht;
Entfernen des freigelegten ersten Teils der Oxidschicht, wodurch ein unterer Teil der Halbleiterschicht freigelegt bleibt;
Entfernen des freigelegten unteren Teils der Halbleiterschicht, wodurch ein unterer Teil der Nitridlinerschicht freigelegt bleibt, und
Entfernen des freigelegten unteren Teils der Nitridlinerschicht und der Nitridschicht.

13. Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin umfaßt:
Entfernen der Halbleiterschicht, wodurch ein oberer Teil der Nitridlinerschicht im Graben zurückbleibt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Teil des Substrats beim Entfernen der Halbleiterschicht entfernt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin umfaßt:
Abscheiden einer zweiten Oxidschicht über freigelegten Teilen der Halbleiterschicht nach dem Entfernen des freigelegten ersten Teils der Oxidschicht und
Entfernen der zweiten Oxidschicht nach dem Entfernen des Teils der Resistschicht im Graben.

16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Halbleiterschicht aus Polysilizium, die Nitridlinerschicht aus Si₃N₄ und die erste Oxidschicht aus SiO₂ besteht.

17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei bei dem Abscheiden der Nitridlinerschicht 50-150 Å SiN abgeschieden werden.

18. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Entfernen des oberen Resistschichtteils einen chemischen Trockenätzprozeß umfaßt, der so ausgelegt ist, daß er an der ersten Oxidschicht stoppt.

19. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Entfernen der ersten Oxidschicht einen Ätzprozeß selektiv zur Halbleiterschicht umfaßt, wobei das Entfernen des unteren Teils der Resistschicht im Graben einen Ätzprozeß selektiv zur Halbleiterschicht und zur ersten Oxidschicht umfaßt und wobei das Entfernen des freigelegten ersten Teils der Oxidschicht einen Ätzprozeß selektiv zur Nitridlinerschicht umfaßt.

20. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Entfernen des freigelegten unteren Teils der Nitridlinerschicht und der Nitridschicht einen Ätzprozeß selektiv zur Halbleiterschicht und zum Substrat umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend ein Ätzen des Substrats im Graben, wobei der obere Teil der Nitridlinerschicht den oberen Grabenteil maskiert.

22. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Halbleiterbauelement eine Speicherzelle umfaßt.

23. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Nitridschicht nach dem Entfernen der Resistschicht ausgebildet wird.

24. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem Substrat, wobei das Verfahren umfaßt:
Ausbilden einer ersten Schicht aus einem ersten Material über dem Substrat;
Ausbilden einer zweiten Schicht aus einem zweiten Material über der ersten Schicht;
Ausbilden einer dritten Schicht aus einem dritten Material über einem Teil der zweiten Schicht, so daß ein Teil der zweiten Schicht freiliegt;
Ausbilden einer vierten Schicht aus dem ersten Material über dem freigelegten Teil der zweiten Schicht;
Entfernen der dritten Schicht, wodurch ein Teil der zweiten Schicht freigelegt bleibt;
Entfernen der freigelegten zweiten Schicht, wobei ein Teil der ersten Schicht freigelegt bleibt; und
Entfernen des freigelegten ersten Schichtteils und der vierten Schicht.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Halbleiterbauelement mehrere im Substrat ausgebildete tiefe Gräben enthält.

26. Verfahren nach Anspruch 25, weiterhin mit dem Entfernen der zweiten Schicht, wodurch ein oberer Teil der ersten Schicht im Graben zurückbleibt.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Halbleiterbauelementsubstrat aus dem zweiten Material besteht, wobei ein Teil des Substrats beim Entfernen der zweiten Schicht entfernt wird.