DE10320029A1

DE10320029A1 - Grabenfüllung mit niedrigem spezifischem Widerstand zur Verwendung in DRAM- und eDRAM-Speichern

Info

Publication number: DE10320029A1
Application number: DE10320029A
Authority: DE
Inventors: Matthias Goldbach; Manfred Hauf; Raiarao Jammy; Irene Mcstay; Jean-Marc Rousseau; Uwe Schroeder; Dirk Schumann; Harald Seidl; Bernhard Sell; Joseph F Shepard; Helmut Tews
Original assignee: Infineon Technologies AG; International Business Machines Corp
Current assignee: Qimonda AG; International Business Machines Corp
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2003-12-04
Also published as: US6620724B1

Abstract

Die Erfindung betrifft Halbleiterbauelemente, die tiefe Gräben umfassen, in die ein Füllmaterial mit geringem spezifischen Widerstand eingebracht wird, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Halbleiterbauelemente.

Description

Hintergrund der Erfindung

Halbleiterbauelemente werden in verschiedenartigen Geräten für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt. Ein für die Verwendung als Speicher bedeutendes Halbleiterbauelement ist der dynamische Halbleiterspeicher mit wahlfreiem Zugriff (dynamic random access memory - DRAM). DRAM-Speicher werden weithin als Speicherelemente in Computern verwendet. Eine einfache DRAM-Speicherzelle kann einen Kondensator und einen Transistor enthalten, die in einem Halbleitersubstrat ausgebildet wurden. Der Kondensator speichert Daten in der Form von Ladung. Mithilfe des Transistors können die Daten aufgefrischt, aus dem Kondensator ausgelesen oder in den Kondensator geschrieben werden. Durch Verringern der Oberfläche des Kondensators oder des Transistors kann eine höhere Anzahl von DRAM-Speicherzellen auf einem Speicherchip Platz finden. Eine höhere Anzahl von DRAM-Speicherzellen hat wiederum eine größere Speicherkapazität des Speicherchips zur Folge.
Ein Verfahren zum Verringern der Oberfläche einer DRAM- Speicherzelle besteht im vertikalen Aufbau der Bauelemente (d. h. die einzelnen Bauelemente des Halbleiterbausteins sind in einzelnen oder mehreren Schichten davon ausgebildet). Um einen solchen vertikalen Aufbau zu erreichen, kann beispielsweise ein Graben in einem Halbleitersubstrat ausgebildet werden. Auf den Seitenwänden des Grabens kann z. B. eine dünne dielektrische Schicht aufgebracht werden. Auf der dielektrischen Schicht kann sodann Polysilizium abgeschieden werden und als eine der Kondensatorelektroden dienen. Durch Entfernen eines Teils des Polysiliziums in einem Ätzverfahren kann eine Vertiefung ausgebildet werden, in welche dann leitende, halbleitende und/oder isolierende Schichten eingebracht werden. Das Ätzen des Polysiliziums sowie das Abscheiden von neuem Material kann so lange wiederholt werden, bis das gewünschte Bauelement ausgebildet ist.
Verringert man die Oberfläche der Speicherzelle und erhöht man die Dichte des DRAM-Speichers, so kann die Fläche des Grabens, in dem die Kondensatoren ausgebildet werden, verringert werden. Gräben werden häufig mit dotiertem Silizium (Si) und anderen Halbleitermaterialien (d. h. Füllmaterialien) aufgefüllt, die so Teil des Kondensators werden. Beispielsweise kann eine Speicherzelle in einem 4 Mbyte-DRAM-Speicherchip eine Grabenfläche von etwa 11,3 µm² umfassen. In einem 256 Mbyte-DRAM-Speicherchip kann die Grabenfläche der Speicherzelle etwa 0,6 µm² betragen. Analog dazu kann eine Speicherzelle, die in einem 1 Gbyte-DRAM-Speicherchip eingesetzt wird, eine Grabenfläche von etwa 0,32 µm² aufweisen. Daher verringert sich üblicherweise - wenn auch nicht immer - die Grabenfläche mit zunehmender Speicherkapazität des DRAM- Speichers.
Um die verringerte Oberfläche einer DRAM-Speicherzelle auszugleichen, können die Gräben im Substrat relativ tief ausgebildet werden, z. B. mit einer Tiefe von 4 bis 8 µm unter die Substratoberfläche. Verglichen mit einem flacheren und gleichzeitig breiterem Graben, kann somit die Gesamtfläche des Grabens gleich bleiben oder sogar gesteigert werden.
Bei tieferen Gräben spricht man in der Regel von einem hohen Aspektverhältnis. Das "Aspektverhältnis" ist das Verhältnis zwischen der Grabentiefe und der Breite der oberen Grabenöffnung. Beispielsweise können Speicherzellen in einem 256 Mbyte-DRAM-Speicherchip Grabenkondensatoren mit einem Aspektverhältnis zwischen 10 : 1 und 20 : 1 umfassen. Dies bedeutet, dass die Höhe der Grabenwände ein Zehn- bis Zwanzigfaches der Breite der Grabenöffnung beträgt. In DRAM-Speicherchips mit höherer Dichte, wie z. B. in Speicherchips von 1 Gbyte und mehr, kann sich das Aspektverhältnis eines Grabens im Bereich von 40 : 1 bis 60 : 1 oder höher bewegen. Bei solch hohen Aspektverhältnissen sind die Gräben in der Regel sehr schmal. Solche sehr schmalen Gräben beeinträchtigen nicht nur die Dicke des Füllmaterials im Kondensator, sondern auch die Art und Weise, mit der das Füllmaterial in den Graben eingebracht wird.
Kapazität und spezifischer Widerstand sind wichtige Parameter für den Betrieb einer Speicherzelle. Beispielsweise kann es der Fall sein, dass die Kapazität der Speicherzelle über einem bestimmten Wert bleiben muss, damit die Speicherzelle Ladung effektiv speichern kann. Insbesondere kann eine Kapazität von etwa 25 fF für den Betrieb der Speicherzelle notwendig sein. Fällt die Kapazität erheblich unter diesen Wert ab, so kann es sein, dass sich die Speicherzelle zu schnell entlädt und es zum Verlust der gespeicherten Daten kommt.
Damit der Kondensator Ladung effektiv aufnehmen kann, muss der spezifische Widerstand so niedrig wie möglich sein. Vorzugsweise beträgt der spezifische Widerstand weniger als 5000 µΩ.cm. In Gräben mit niedrigem Aspektverhältnis können etwa 100 nm dicke Schichten des Füllmaterials auf der allgemein als Knotendielektrikum bezeichneten dielektrischen Schicht, die die Grabenwände bedeckt, unter Beibehaltung des spezifischen Widerstands von 5000 µΩ.cm aufgebracht werden. Bei den hohen Aspektverhältnissen von DRAM-Speichern mit hoher Dichte sind jedoch viel dünnere Füllschichten mit geringeren spezifischen Widerstandswerten erforderlich.
Ein Erhöhen der Dotierkonzentration des Füllmaterials bewirkt eine Verringerung des spezifischen Widerstands. Ein Verfahren zur Dotierung von Si besteht darin, eine Si-Schicht auf das die Grabenwände bedeckende Knotendielektrikum aufzubringen, und anschließend eine Schicht mit einer Dotiersubstanz auf der Si-Schicht abzuscheiden. Die Dotiersubstanz kann durch Erwärmen oder durch Ausheilen der beiden Schichten in die Si- Schicht diffundiert werden. Dies kann beispielsweise in einem späteren Verfahrensschritt beim Ausbilden einer Elektrode in der DRAM-Speicherzelle geschehen. Eine Schwierigkeit bei dem Aufbringen von Schichten in Gräben mit hohem Aspektverhältnis besteht darin, dass die dünnen Schichten unter Beibehaltung eines geeigneten Widerstandswerts auf die Grabenwände aufgebracht werden müssen. Aus diesem Grund besteht ein Bedürfnis nach verbesserten Kondensatorfüllmaterialien, die sehr dünn ausgebildet werden können. Darüber hinaus besteht ein Bedürfnis nach verbesserten Verfahren zum Einbringen von Füllmaterialen, die eine hohe Konzentration an gleichmäßig verteilten Dotierungen aufweisen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein Füllmaterial zur Verfügung, dessen spezifischer Widerstand sich für den Einsatz in einem Kondensator eignet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Halbleiterbauelement beschrieben, das ein Halbleitersubstrat, einen Transistor und einen in dem Substrat ausgebildeten Kondensator umfasst. Der Kondensator ist elektrisch an den Transistor angeschlossen und umfasst einen Graben, der durch Seitenwände einer bestimmten Tiefe und durch eine obere Öffnung einer bestimmten Breite festgelegt ist. Ein Teil der Grabenwände ist mit einem dielektrischen Material bedeckt, auf dem wiederum eine Schicht aus Füllmaterial aufgebracht ist. Das Füllmaterial umfasst ein Halbleiter-Basismaterial sowie eine Dotierung, und sein spezifischer Widerstand beträgt weniger als 5000 µΩ.cm.
Das Verhältnis der Höhe der Grabenwände zur Breite der Grabenöffnung bestimmt das Aspektverhältnis des Grabens. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt das Aspektverhältnis mindestens 20 : 1. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Grabenwände zwischen 4 und 8 µm tief und das Aspektverhältnis liegt zwischen 40 : 1 und 60 : 1.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Dotierstoff aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus As, Sb und P besteht. Ebenso kann das Halbleiter-Basismaterial aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus Si und SiGe besteht. Die Dotierkonzentration beträgt vorzugsweise mindestens 1 × 10¹⁷ Atome/cm³.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ausbilden eines Grabens in einem Halbleitersubstrat. Der Graben ist durch Seitenwände einer bestimmten Tiefe und durch eine obere Öffnung einer bestimmten Breite festgelegt. Die Grabenwände können im Wesentlichen mit einem dielektrischen Material bedeckt sein. Auf dem dielektrischen Material wird ein Füllmaterial mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 5000 µΩ.cm aufgebracht. Dies geschieht vorzugsweise durch Leiten eines ersten Gases zusammen mit einem zweiten Gas über den Graben bei ausgewählten Temperatur- und Druckwerten. Dabei enthält das erste Gas ein Basismaterial und das zweite Gas einen Dotierstoff. Das gemeinsame Beströmen mit dem ersten und dem zweiten Gas bewirkt eine in-situ-Dotierung des Basismaterials.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die ausgewählte Temperatur zwischen 400 und 700°C und vorzugsweise zwischen 500 und 600°C. Zudem beträgt der ausgewählte Druck vorzugsweise zwischen 100 und 1000 Torr.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann einen weiteren Schritt umfassen, in dem eine relativ niedrige Temperatur in der Nähe der Oberfläche des Halbleitersubstrats und eine relativ hohe Temperatur in der Nähe der Bodenfläche des Halbleitersubstrats eingesetzt wird. Der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und der Bodenfläche verringert die Bildung sogenannter Brotlaiber ("bread loafs") und verbessert die Gleichmäßigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Basismaterial Si und das erste Gas wird aus einer Gruppe ausgewählt, die aus SiH4, Si2H6, TCS, DCS oder HDS besteht.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das Füllmaterial durch Abscheiden einer Basisschicht auf dem dielektrischen Material gebildet. Die Basisschicht ist vorzugsweise weniger als 50 nm dick. Die Basisschicht wird anschließend mit einem einen Dotierstoff enthaltenden Gas bei einer zweiten Temperatur und einem zweiten Druck durchdrungen, bis die Basisschicht mit dem Dotierstoff beschichtet ist.
Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren das Ausbilden der Basisschicht und das Durchdringen der Basisschicht ein- bis fünfmal wiederholt. In einem weiteren Beispiel umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Ausbilden einer Deckschicht auf dem Füllmaterial. Die Deckschicht minimiert die Ausdiffusion der Dotierung.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Halbleitersubstrat einem Ausheilverfahren unterzogen, so dass die Dotierung in die Basisschicht diffundiert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die zweite Temperatur zwischen 500 und 650°C und der zweite Druck zwischen 50 mTorr und 760 mTorr.
In dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements kann das Füllmaterial außerdem durch Aufbringen einer Basisschicht auf dem dielektrischen Material und Diffundieren eines Dotierstoffs in die Basisschicht bei einer zweiten Temperatur und einem zweiten Druck hergestellt werden. Die Basisschicht kann dabei weniger als 50 nm dick sein.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die erste Temperatur zwischen 500 und 650°C und der erste Druck zwischen 50 und 760 mTorr. In einem weiteren Ausführungsbeispiel liegt die zweite Temperatur zwischen 850 und 1100°C und der zweite Druck zwischen 1 und 100 Torr.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements wird ein erstes Füllmaterial auf einem dielektrischen Material in einem unteren Bereich des Grabens ausgebildet und ein zweites Füllmaterial wird in einem oberen Bereich des Grabens eingebracht. Das erste Füllmaterial enthält eine leichten Dotierstoff, während das zweite Füllmaterial einen schweren Dotierstoff aufweist. Der schwere Dotierstoff verringert ein Diffundieren des leichten Dotierstoffs aus dem Graben. Die Kombination des ersten und des zweiten Füllmaterials weist einen spezifischen Widerstand von weniger als 5000 µΩ.cm auf.
In einem Ausführungsbeispiel wird das erste Füllmaterial durch gemeinsames Leiten eines ersten Basisgases und eines zweiten Dotiergases bei einer ersten ausgewählten Temperatur und einem ersten ausgewählten Druck gemeinsam über dem Graben ausgebildet. Das erste Basisgas enthält ein erstes Basismaterial und das erste Dotiergas enthält den leichten Dotierstoff. Ein gemeinsames Beströmen mit dem ersten Basisgas und dem ersten Dotiergas bewirkt eine in-situ-Dotierung des ersten Basismaterials. Analog dazu werden zum Ausbilden des zweiten Füllmaterials ein zweites Basisgas und ein zweites Dotiergas bei einer zweiten ausgewählten Temperatur und einem zweiten ausgewählten Druck gemeinsam über den Graben geleitet. Das zweite Basisgas enthält ein zweites Basismaterial und das zweite Dotiergas umfasst den schweren Dotierstoff. Ein gemeinsames Beströmen mit dem zweiten Basisgas und dem zweiten Dotiergas bewirkt eine in-situ-Dotierung des zweiten Basismaterials.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt das Ausbilden des ersten Füllmaterials durch Abscheiden einer ersten Basisschicht auf dem dielektrischen Material und Durchdringen der ersten Basisschicht mit einem ersten, den leichten Dotierstoff enthaltenden Dotiergas bei einer ersten ausgewählten Temperatur und einem ersten ausgewählten Druck bis die erste Basisschicht mit dem leichten Dotierstoff beschichtet ist. Das Ausbilden des zweiten Füllmaterials erfolgt durch Abscheiden einer zweiten Basisschicht auf dem ersten Füllmaterial und durch Durchdringen der zweiten Basisschicht mit einem zweiten Dotiergas, welches den schweren Dotierstoff enthält, bei einer zweiten ausgewählten Temperatur und einem zweiten ausgewählten Druck, bis die zweite Basisschicht mit dem schweren Dotierstoff beschichtet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das erste Füllmaterial durch Aufbringen einer ersten Basisschicht auf dem dielektrischen Material und Diffundieren des leichten Dotierstoff in die erste Basisschicht bei einer ersten ausgewählten Temperatur und einem ersten ausgewählten Druck ausgebildet. Das zweite Füllmaterial wird durch Aufbringen einer zweiten Basisschicht auf dem ersten Füllmaterial und Diffundieren des schweren Dotierstoffs in die zweite Basisschicht bei einer zweiten ausgewählten Temperatur und einem zweiten ausgewählten Druck hergestellt. Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin das Herstellen einer Deckschicht auf dem zweiten Füllmaterial, sowie das Ausheilen des Halbleitersubstrats zur Diffusion der leichten und schweren Dotierstoffe. In einem Ausführungsbeispiel weist der leichte Dotierstoff P und der schwere Dotierstoff As auf. In einem weiteren Beispiel weist der leichte Dotierstoff P und der schwere Dotierstoff Sb auf.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement und die Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements stellen Füllmaterialen zur Verfügung, die hohe Dotierkonzentrationen unter Beibehaltung des gewünschten spezifischen Widerstandswerts aufweisen. Dünne Schichten des Füllmaterials können in Gräben mit hohen Aspektverhältnissen verwendet werden, wodurch die Dichte des DRAM-Speichers auf einem Halbleiterchip erhöht werden kann. Die vorliegende Erfindung kann auch zum Ausbilden von Stapelstrukturen verwendet werden (d. h. von Strukturen, die anstatt in Gräben im Halbleitersubstrat auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats hergestellt werden). Beispielsweise kann ein Stapelkondensator aufgebaut werden, dessen Füllmaterial einen geringen spezifischen Widerstand aufweist. Die vorgenannten Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der bevorzugten Ausführungsformen und der beigefügten Zeichnungen genauer erläutert.

Kurze Figurenbeschreibung

Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt eines Halbleitersubstrats mit einem Graben während eines Verfahrensschritts beim Herstellen eines Halbleiterbauelements.
Fig. 2 zeigt in einem schematischen Querschnitt das Ergebnis eines weiteren Verfahrensschritt beim Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Fig. 3 zeigt in einem schematischen Querschnitt einen Schritt in einem weiteren Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Fig. 4 zeigt in einem schematischen Querschnitt das Ergebnis eines weiteren Verfahrensschritts beim Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Fig. 5 zeigt in einem schematischen Querschnitt einen Schritt in einem weiteren Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Fig. 6 zeigt in einem schematischen Querschnitt das Ergebnis eines zusätzlichen Verfahrensschritts beim Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Fig. 7A bis 7C zeigen in schematischen Querschnitten das Ergebnis von zusätzlichen Verfahrensschritten beim Herstellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.

Detaillierte Beschreibung

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird ein Grabenkondensator hergestellt, der ein aus in-situdotiertem Si bestehendes Füllmaterial mit einem geringen, spezifischen Widerstand aufweist. Die im folgenden beschriebenen Materialien und Verfahren können bei verschiedenartigen Substraten eingesetzt werden, beispielsweise Si, Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) und Siliziumcarbid (SiC).
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Grabens 14 in einem Halbleitersubstrat 12 während eines Schritts des Verfahrens zum Herstellen eines Kondensators 10. Die Seitenwände 16 das Grabens 14 sind mit einem Knotendielektrikum 18 bedeckt. Das Knotendielektrikum 18 kann beispielsweise eine Oxid-Haftschicht wie z. B. Siliziumdioxid (SiO₂) sein. Die Oxid-Haftschicht kann durch bekannte Verfahren, wie z. B. dem CVD-Verfahren (chemical vapor deposition) oder durch thermische Oxidation, aufgebracht werden. Das Knotendielektrikum 18 trennt die beiden Platten oder Elektroden des Kondensators. Eine Platte wird von dem Substrat 12 gebildet. Die andere Platte ist das im Inneren des Grabens über dem Knotendielektrikum 18 aufgebrachte Füllmaterial. Oberhalb des Grabens 14 sind auf beiden Seiten Nitrid- Kontaktschichten 20 aufgebracht, die in weiteren Verfahrensschritten zur Herstellung des Kondensators 10 Verwendung finden. Nach Ausbilden des Grabens 14 in dem Halbleitersubstrat 12 und Aufbringen des Knotendielektrikums 18 auf den Grabenwänden 16, wird ein Füllmaterial auf das Knotendielektrikum 18 aufgetragen.
Fig. 2 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt bei der Herstellung des Kondensators 10 nach Aufbringen eines in-situdotierten Füllmaterials 22 auf dem Knotendielektrikum 18. Das Füllmaterial 22 füllt im Wesentlichen den Graben 14 aus und bedeckt die Öffnung des Grabens 14, sowie Teile der Nitridkontaktschicht 20. Beim Einbringen des Füllmaterials 22 kann eine Naht 24 auftreten.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Gemisch aus Silan- (SiH₄) und Arsenwasserstoffgasen (AsH₃) bei einer bestimmten Abscheidungstemperatur gleichzeitig über den Graben 14 geleitet. Dieses Gemisch hat die Bildung eines Füllmaterials 22 zur Folge, das eine in-situ mit Arsen (As) dotierte Siliziumbasis enthält. Alternativ können anstatt SiH₄ andere Sienthaltende Gase verwendet werden, wie z. B. Disilan (Si₂H₆), Trichlorsilan (TCS), Dichlorsilan (DCS) und Hexadichlorsilan (HDS). Ein Vorteil bei der Verwendung von Si₂H₆, TCS, DCS oder HDS besteht darin, dass in diesen Verbindungen die Bindung zwischen Si und den anderen Elementen im Gas schwächer ist als die Bindung zwischen Si und H₄ im Silan. Durch die schwächere Bindung löst sich das Si leichter von den anderen Elementen, was die Gleichmäßigkeit bei der in-situ-Dotierung erhöht.
In einem Beispiel beträgt die Temperatur bei der in-situ- Abscheidung zwischen 400°C und 700°C. Der Bereich ist nicht genau festgelegt und die Temperatur kann etwas niedriger oder höher sein. Die Abscheidungstemperatur liegt vorzugsweise zwischen 500°C und 600°C. Wird an der Bodenfläche des Halbleitersubstrats 12 mehr Wärme als an der Oberfläche aufgebracht, so kann die Gleichmäßigkeit (Gleichmäßigkeit der Dotierung) verbessert und die Anhäufung von überschüssigem Material an der Grabenöffnung (sogenannte Brotlaiber oder "bread loafs") verringert werden. Weitere Informationen zum Thema "bread loafing" ist in einer verwandten Anmeldung mit der US-Anmeldenummer 10/075,152 mit dem Titel "RTCVD Process and Reactor for Improved Conformality and Step Coverage" enthalten, die am 14. Februar 2002 von Chakravarti u. a. eingereicht wurde, und auf die in der vorliegenden Anmeldung als Teil der vorliegenden Anmeldung Bezug genommen wird.
Das Beströmen des Grabens mit SiH₄- und AsH₃-Gas kann beim einem Druckbereich zwischen 100 bis 1000 Torr stattfinden. Dieser Druckbereich ist, ebenso wie der Temperaturbereich, nicht genau festgelegt und kann entweder etwas niedriger oder etwas höher sein. Bei diesem Druckbereich wird die Gleichmäßigkeit der As-Dotierung im Silizium erhöht und die Bildung von Brotlaibern verringert. Die Kombination von Temperatur und Druck kann eine As-Konzentration im Silizium zur Folge haben, die zwischen 1 × 10¹⁷ und 5 × 10²¹ Atomen/cm³ liegt.
Anstelle von As können andere Dotierstoffe für die in-situ- Dotierung verwendet werden, wie z. B. Antimon (Sb) oder Phosphor (P). As, Sb und P haben unterschiedliche Dichten, jedoch kann die Verwendung von Sb oder P anstelle von As zu einer Dotierkonzentration von mehr als 5 × 10²¹ Atomen/cm³ führen. Die Verfahrensbedingungen sind für P und Sb ähnlich wie die für As.
In einem weiteren Beispiel eines bevorzugten Verfahrens wird zu den bei der in-situ-Dotierung über den Graben 14 geleiteten SiH₄- und AsH₃-Gasen Germaniumwasserstoffgas (GeH₄) hinzugefügt. Durch Hinzufügen von GeH₄ während dieses Verfahrensschritts bei der Herstellung des Kondensators 10 entsteht ein Füllmaterial 22 mit einer As-dotierten Silizium-Germanium- (SiGe)-Basis. Wie im vorhergehenden Beispiel der vorliegenden Ausführungsform, können auch hier Si₂H₆-, TCS-, DCS- oder HDS-Gase anstelle von SiH₄ verwendet werden. Ebenso kann As durch andere Dotierstoffe, wie z. B. Sb oder P ersetzt werden. Vorzugsweise wird eine amorphe Si-Schicht auf dem Knotendielektrikum 18 in dem Graben 14 ausgebildet, bevor eine erste SiGe-Schicht aufgebracht wird. Die amorphe Si-Schicht verbessert die Gleichmäßigkeit und kann durch herkömmliche Verfahren, z. B. dem CVD-Verfahren, hergestellt werden. Die amorphe Si-Schicht ist vorzugsweise weniger als 4 nm dick. Es wird darauf hingewiesen, dass für die erfindungsgemäßen Ausführungsformen auch andere Siliziumarten, wie z. B. Polysilizium, verwendet werden können.
Die Abscheidungstemperatur bei der beispielhaften in-situ- Dotierung von SiGe mit As liegt zwischen 450°C und 950°C. Die Temperatur sollte unter 950°C gehalten werden, da dies der Schmelzpunkt von Ge ist. Die Abscheidungstemperatur liegt vorzugsweise zwischen 500°C und 600°C. Der Druck liegt, wie im vorhergehenden Beispiel, zwischen 100 und 1000 Torr. Durch Hinzufügen von Ge zur Si-Basis bei dieser Temperatur-Druck- Kombination kann sich die Dotierkonzentration im Füllmaterial 22 erhöhen. Genauer ausgedrückt beträgt die As-Konzentration im SiGe-Füllmaterial zwischen 1 × 10¹⁷ und 1 × 10²² Atome/cm³. Bei der Verwendung von Sb und P ergeben sich ähnliche Konzentrationswerte.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Grabenkondensator ausgebildet, der ein eine Schicht aus Basismaterial und eine Dotierstoffschicht umfassendes Füllmaterial mit einem geringen, spezifischen Widerstand enthält. Nach Ausbilden des Grabens 14 in dem Substrat 12 gemäß Fig. 1 und nach Aufbringen des Knotendielektrikums 18 auf den Grabenwänden 16, wird eine Basisschicht 26 auf dem Knotendielektrikum 18, wie in Fig. 3 gezeigt, ausgebildet. In einem Ausführungsbeispiel besteht die Basisschicht aus Si. Das Si ist vorzugsweise amorphes, durch einen Abscheidungsprozess gebildetes Si. Die Basisschicht 26 des amorphen Si liegt zwischen 5 bis 50 nm. Die Abscheidungstemperatur liegt zwischen etwa 500°C und 620°C und vorzugsweise zwischen 525°C und 550°C. Der Druck liegt vorzugsweise zwischen 150 und 760 mTorr.
In einem nächsten Verfahrensschritt des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die Basisschicht 26 mit einem Dotierstoff durchdrungen. Der Dotierstoff kann As, Sb, P, oder eine andere Substanz sein. Beim Verwenden von As wird die Basisschicht durchdrungen, indem sie z. B. einem verdünnten AsH₃- oder Wasserstoff-(H₂)-Gas ausgesetzt wird.
Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt und zeigt einen Dotierstoff 28, der nach dem Durchdringen auf der Si- Basisschicht 26 gebildet wird. Das Durchdringen ist ein selbstbegrenzender Vorgang, der einen Dotierstoff von nur wenigen Atomschichten Dicke erzeugt. Das Durchdringen findet bei einer Temperatur zwischen 500°C und 650°C und einem Druck von 50 bis 760 mTorr statt. Der Vorgang des Durchdringens kann alternativ mit anderen Dotierstoffen, z. B. Sb oder P, durchgeführt werden. Das auf diese Weise mittels Durchdringen erzeugte Füllmaterial weist einen spezifischen Widerstand auf, der kleiner als 5000 µΩ.cm ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird anstelle des Durchdringens der Dotierstoff 28 (As, Sb oder P) in die aus Si bestehende Basisschicht 26 diffundiert. Fig. 5 zeigt das Füllmaterial nach der Diffusion des Dotierstoffs 28 in die Basisschicht 26. Die Diffusion wird bei höheren Temperaturen und Druckwerten durchgeführt als das Durchdringen, so dass der Dotierstoff tatsächlich in die Basisschicht 26 eindringt, die in diesem Fall aus amorphem Si besteht. Beispielsweise erfolgt die Diffusion von As vorzugsweise, indem die aus Si bestehende Basisschicht 26 bei einer Temperatur zwischen 850°C und 1000°C und einem Druck zwischen 1 bis 100 Torr einem AsH₃-Gas ausgesetzt wird. Wird P als Dotierstoff verwendet so sind die Temperatur- und Druckwerte dieselben wie bei As. Wird Sb eingesetzt, ist der Druck derselbe, jedoch liegt der Temperaturbereich zwischen 1000°C und 1100°C.
Das auf diese Weise durch Diffusion erzeugte Füllmaterial weist einen spezifischen Widerstand auf, der kleiner als 5000 µΩ.cm ist. Unabhängig davon, ob Durchdringen oder Diffusion eingesetzt wird, umfasst das resultierende Füllmaterial eine Basisschicht 26, sowie einen Dotierstoff 28 und ist weniger als ca. 50 nm dick. Vorzugsweise bewegt sich die Dicke des Füllmaterials im Bereich von 15 nm. Obwohl das Aspektverhältnis des Grabens 14 60 : 1 oder mehr beträgt, können daher zusätzliche Schichten aus Füllmaterial in dem Graben 14 ausgebildet werden.
Fig. 6 zeigt einen schematischen Querschnitt nach Ausbilden einer zweiten Basisschicht 30 auf der ersten Schicht aus Füllmaterial. Das Aufbringen zusätzlicher Basisschichten 30 oder Dotierstoffschichten 28 kann ein- bis fünfmal wiederholt werden, bzw. bis kein Füllmaterial mehr in den Graben 14 passt. Vorzugsweise werden insgesamt jeweils drei Basisschichten 26, 20 und Dotierstoffschichten 28 im Graben 14 (entweder durch Durchdringen oder durch Diffusion) ausgebildet. Wie oben beschrieben können Si₂H₆, TCS, DCS, HDS oder andere siliziumhaltige Gase anstelle von SiH₄ verwendet werden.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Ausführungsform wird GeH₄-Gas den über den Graben 14 geleiteten SiH₄- und AsH₃-Gasen zugefügt. Wie in den vorhergehenden Beispielen können auch hier andere Si-haltige Gase und/oder Dotierstoffe eingesetzt werden. Dieses Beispiel kann auch im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 6 erläutert werden. Entsprechend einem Verfahrensschritt bei der Herstellung des Kondensators 10 in dem Substrat 12, der ein SiGe umfassendes Füllmaterial enthält, zeigt Fig. 3 eine aus SiGe bestehende Basisschicht 26, die auf das Knotendielektrikum 18 abgeschieden wird. Wahlweise wird vor dem Aufbringen einer ersten, aus SiGe bestehenden Basisschicht 26 eine amorphe Si-Schicht auf das Dielektrikum 18 aufgetragen. Die amorphe Si-Schicht kann mittels CVD- Verfahren oder durch andere wohlbekannte Verfahren aufgebracht werden. Vorzugsweise ist die amorphe Si-Schicht weniger als 4 nm dick. Die SiGe-Basisschicht kann zwischen 5 und 50 nm dick sein, vorzugsweise etwa 15 nm. Die Abscheidungstemperatur liegt zwischen 450°C bis 950°C und vorzugsweise zwischen 500°C und 600°C. Der für die Abscheidung von SiGe verwendete Druck ist ebenso hoch wie der für Si eingesetzte Druck.
Der Dotierstoff 28, z. B. As, P oder Sb, kann in die SiGe- Basisschicht 26 entweder durch Durchdringen (Fig. 4) oder Diffusion (Fig. 5) eingebracht werden, wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben wurde. Fig. 4 zeigt einen Graben mit einem auf den Grabenwänden 16 aufgebrachten Knotendielektrikum 18. Auf dem Knotendielektrikum 18 wird eine aus SiGe bestehende Basisschicht 26 aufgebracht. Nach Ausbilden der SiGe-Basisschicht 26 kann ein Dotierstoff 28 aus As, Sb oder P wie vorhergehend beschrieben entweder mittels Durchdringen oder mittels Diffusion eingebracht werden. Wie auch in einer anderen Ausführungsform hat das Hinzufügen von Ge zum Si eine erhöhte Dotierkonzentration zur Folge. Die Konzentration des aus As (oder Sb oder P) bestehenden Dotierstoffs 28 im SiGe-Materials beträgt sowohl beim Durchdringen, als auch bei der Diffusion zwischen 1 × 10¹⁷ und 1 × 10²² Atome pro cm³.
Als Teil des Füllmaterials können zusätzliche SiGe-Schichten eingesetzt werden. Fig. 6 zeigt einen Grabenkondensator 10 nach Ausbilden einer zweiten SiGe-Basisschicht 30 auf der entweder durch Durchdringen oder Diffusion ausgebildeten Dotierschicht 28. Zusätzliche Basisschichten 30 und Dotierschichten 28 können ein- bis fünfmal, oder bis der Graben 14 aufgefüllt ist, hinzugefügt werden. Vorzugsweise werden in dem Graben 14 insgesamt je drei SiGe-Basisschichten 26 und 30 und Dotierschichten 28 ausgebildet. Wie oben erläutert können Si₂H₆, TCS, DCS oder HDS oder andere siliziumhaltige Gase anstelle von SiH₄ zum Ausbilden der SiGe-Basisschicht(en) 26, 30 verwendet werden.
Jede der Dotierschichten 28 kann aus einem anderen Material bestehen. Vorzugsweise besteht jede der Dotierschichten 28 aus demselben Material. In einem Beispiel, bei dem das Füllmaterial drei SiGe-Basisschichten 26, 30 und drei Dotierschichten 28 umfasst, besteht der erste Dotierstoff aus P, der zweite Dotierstoff aus As und der dritte Dotierstoff aus Sb. Alternativ können andere Dotierstoffkombinationen verwendet werden. Auch die Basisschichten 26, 30 können aus anderen Materialien ausgebildet sein. Eine Basisschicht 26, 30 kann aus Si oder SiGe bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform zeigen die Fig. 7A bis 7C in schematischen Querschnitten die Herstellung eines Kondensators 40, der ein Füllmaterial mit einer Kombination aus leichten und schweren Dotierstoffen enthält. Insbesondere Fig. 7A zeigt einen in einem Halbleitersubstrat 32 während eines Verfahrensschritts beim Herstellen des Kondensators 40 ausgebildeten Graben 38. Die Seitenwände 42 des Grabens 38 sind mit einem Knotendielektrikum 44 beschichtet. Oberhalb des Grabens 38 sind auf beiden Seiten Nitrid-Kontaktschichten 36 aufgebracht, die in weiteren Verfahrensschritten zur Herstellung des Kondensators 34 Verwendung finden. Basisschichten 46, 50 und eine leichte Dotierung 48 können, wie in Zusammenhang mit Fig. 6 (in der die Basisschichten 46, 50 Si umfassen) beschrieben, in dem Graben 38 ausgebildet werden. Der leichte Dotierstoff ist vorzugsweise P. Wie Fig. 7A zeigt, wurden die Basisschichten 46, 50 und die leichte Dotierung 48 im Graben 38 abgetragen. Dies kann mithilfe eines Trockenätzverfahrens, z. B. durch Reaktives Ionenätzen (reactive ion etching - RIE), ausgeführt werden. Vorzugsweise wird in dieser Phase des Herstellungsprozesses beim Abtragen eine Tiefe von 1 bis 2 µm unterhalb der Substratoberfläche 32 angestrebt.
Fig. 7B zeigt einen weiteren Verfahrensschritt, in dem ein Kragen 52 auf dem freiliegenden Knotendielektrikum 44 in einem oberen Teil des Grabens 38 ausgebildet wird. Der Kragen 52 ist vorzugsweise aus Oxid ausgebildet. Der Kragen 52 kann durch Abscheiden von SiO₂ im oberen Teil des Grabens 38 und durch ein anschließendes anisotropisches Ätzverfahren zum Entfernen von unerwünschtem SiO₂ hergestellt werden. Der Kragen dient zur Isolation des Kondensators 40, indem er die Bildung vertikaler parasitärer Transistoren zwischen dem Kondensator 40 und anderen Bereichen des Halbleitersubstrats 32 verhindert.
Nach Ausbilden des Kragens 52 wird der obere Teil des Grabens mit zusätzlichen Schichten des Basismaterials 56, 60 und einem schweren Dotierstoff 58 aufgefüllt, wie Fig. 7C zeigt. Der schwere Dotierstoff kann beispielsweise As oder Sb aufweisen. Der schwere Dotierstoff 58 verringert die Diffusion des leichten Dotierstoffs 48 aus dem Graben 38, während der leichte Dotierstoff 48 die Leitfähigkeit des Füllmaterials verbessert.
Wahlweise kann oberhalb des Grabens 38 (oder, im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen, oberhalb des Grabens 14) eine Deckschicht (nicht gezeigt) aufgebracht werden. Die Deckschicht kann entweder den Graben 38 füllen, wenn dieser noch nicht voll ist, oder den Graben 38 lediglich bedecken, wenn dieser bereits voll ist. Die Deckschicht erfüllt zwei Aufgaben: Zum einen dient sie der Sicherheit. Einige der zur Herstellung des Kondensators 40 verwendeten Materialien, wie z. B. As, sind toxisch. Die Deckschicht schützt Personen, die die Halbleiterscheiben mit dem Halbleitersubstrat 32 bearbeiten, vor dem Kontakt mit As. Darüber hinaus dient die Deckschicht als Barriere, die verhindert, dass die Dotierungen 48, 58 in zusätzliche Schichten des Kondensators 40 diffundieren, die beispielsweise in weiteren Verfahrensschritten zur Herstellung einer DRAM-Speicherzelle ausgebildet werden. Die Deckschicht besteht vorzugsweise aus undotiertem, amorphem Silizium oder Polysilizium und wird mittels herkömmlicher Verfahren, z. B. mittels CVD-Verfahren, hergestellt. Nach dem Aufbringen der Deckschicht kann die Halbleiterscheibe mit dem Halbleitersubstrat 32 einem Ausheilverfahren unterworfen werden, um die Dotierungen 48, 58 weiter in die Basisschichten 46, 50, 56, 60 zu diffundieren.
Obwohl die Erfindung anhand einzelner Ausführungsformen gezeigt wurde, dienen diese lediglich dazu, das Grundprinzip und die Anwendungsweise der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Es können folglich verschiedenste Modifikationen an den hier gezeigten Ausführungsformen durchgeführt und andere Anordnungen ausgearbeitet werden, ohne über Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen festgelegt sind, hinauszugehen.

Claims

1. Halbleiterbauelement umfassend:

a) ein Halbleitersubstrat (12, 32);

b) einen in dem Halbleitersubstrat (12, 32) ausgebildeten Transistor; und

c) einen in dem Halbleitersubstrat (12, 32) ausgebildeten Kondensator (10, 34, 40), der elektrisch an den Transistor angeschlossen ist, wobei der Kondensator (10, 34, 40) einen Graben (14, 38) umfasst, der durch Seitenwände (16, 42) einer bestimmten Tiefe und durch eine obere Öffnung einer bestimmten Breite festgelegt ist,
ein einen Teil der Grabenwände (16, 42) bedeckendes dielektrisches Material (18, 44),
sowie eine auf dem dielektrischen Material (18, 44) aufgebrachte Schicht aus Füllmaterial (22), wobei das Füllmaterial (22) ein Halbleiter-Basismaterial (26) und eine Dotierung (28) aufweist und der spezifische Widerstand des Füllmaterials (22) kleiner als 5000 µΩ.cm ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei das Aspektverhältnis der Grabenwände (16, 42) zur Breite der oberen Öffnung mindestens 20 : 1 beträgt.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, wobei die Tiefe der Seitenwände (16, 42) zwischen 4 und 8 µm liegt und das Aspektverhältnis des Grabens (14, 38) zwischen 40 : 1 und 60 : 1 liegt.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Füllschicht (22) weniger als 50 nm dick ist.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, wobei die Füllschicht (22) zwischen 5 und 15 nm dick ist.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Dotierung (28) eine Konzentration von mindestens 1 × 10¹⁷ Atomen/cm³ hat.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei die Dotierkonzentration zwischen 1 × 10¹⁷ und 1 × 10²² Atome/cm³ beträgt.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der Dotierstoff (28) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus As, Sb und P besteht.

9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei das Basismaterial (26) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Si und SiGe besteht.

10. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, umfassend:

a) Ausbilden eines Grabens (14, 38) in einem Halbleitersubstrat (12, 32), wobei der Graben (14, 38) Seitenwände (16, 42) umfasst, die eine bestimmte Grabentiefe und eine obere Öffnung mit einer bestimmten Grabenbreite festlegen, wobei die Seitenwände (16, 42) im Wesentlichen mit einem dielektrischen Material (18, 44) bedeckt sind; und

b) Aufbringen eines Füllmaterials (22) mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 5000 µΩ.cm auf das dielektrische Material (18, 44) im Graben (14, 38) durch Leiten eines ersten Gases zusammen mit einem zweiten Gas über den Graben bei ausgewählten Temperatur- und Druckwerten, wobei das erste Gas ein Basismaterial (26) und das zweite Gas einen Dotierstoff (28) enthält, wodurch das gemeinsame Beströmen mit dem ersten und zweiten Gas eine insitu-Dotierung des Basismaterials (26) bewirkt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verhältnis der Grabentiefe zur Grabenbreite ein Aspektverhältnis von mindestens 20 : 1 bestimmt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die ausgewählte Temperatur zwischen 400 und 700°C liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die ausgewählte Temperatur zwischen 500 und 600°C liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der ausgewählte Druck zwischen 100 und 1000 Torr liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine relativ niedrige Temperatur in der Nähe der Oberfläche des Halbleitersubstrats (12, 32) und eine relativ hohe Temperatur in der Nähe der Bodenfläche des Halbleitersubstrats (12, 32) eingesetzt wird, wobei der Temperaturunterschied zwischen der relativ niedrigen und der relativ hohen Temperatur die Bildung von Defekten, insbesondere Brotlaiber ("bread loafs") verringert und die Gleichmäßigkeit verbessert.

16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Dotierstoff (28) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus As, Sb und P besteht.

17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Basismaterial (26) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Si und SiGe besteht.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Basismaterial (26) Si ist und das erste, Si enthaltende Gas aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus SiH₄, Si₂H₆, TCS, DCS und HDS besteht.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Dotierstoff (28) As und das zweite Gas AsH₃ ist, und wobei das Abscheiden des ersten und des zweiten Gases das Füllmaterial (22) aus Si bildet, die As in einer Dotierkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 5 × 10²¹ Atome/cm³ enthält.

20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Basismaterial (26) SiGe, der Dotierstoff (28) As und das zweite Gas AsH₃ ist, und wobei das Leiten des ersten und des zweiten Gases das Füllmaterial (22) aus SiGe bildet, die eine As- Dotierung mit einer Dotierkonzentration zwischen 1 × 10¹⁷ und 1 × 10²² Atome/cm³ enthält.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das erste Gas GeH₄ enthält.

22. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, umfassend:

a) Ausbilden eines Grabens (14, 38) in einem Halbleitersubstrat (12, 32), wobei der Graben (14, 38) Seitenwände (16, 42) aufweist, die eine bestimmte Grabentiefe und eine obere Öffnung mit einer bestimmten Grabenbreite festlegen, wobei die Grabenwände (16, 42) im Wesentlichen mit einem dielektrischen Material (18, 44) bedeckt sind; und

b) Aufbringen eines Füllmaterials (22) mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 5000 µΩ.cm auf das dielektrische Material (18, 44) bei einer ersten Temperatur und einem ersten Druck, wobei das Füllmaterial (22) durch Aufbringen einer Basisschicht (26) auf dem dielektrischen Material (18, 44) gebildet wird, deren Dicke kleiner als 50 nm ist und

c) Durchdringen der Basisschicht (26) mit einem einen Dotierstoff (28) enthaltenden Gas bei einer zweiten Temperatur und einem zweiten Druck, bis die Basisschicht (26) mit dem Dotierstoff beschichtet ist.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verhältnis der Grabentiefe zur Grabenbreite ein Aspektverhältnis von mindestens 20 : 1 bestimmt.

24. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Dotierstoff (28) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus As, Sb und P besteht.

25. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Basisschicht (26) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus amorphem Si und SiGe besteht.

26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Basisschicht (26) SiGe ist und vor dem Ausbilden von SiGe eine erste Schicht aus amorphem Si auf das dielektrische Material (18, 44) aufgebracht wird.

27. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Ausbilden der Basisschicht (26) und das Durchdringen der Basisschicht (26) ein- bis fünfmal wiederholt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 22, wobei über dem Füllmaterial eine Deckschicht ausgebildet wird, wobei die Deckschicht die Ausdiffusion der Dotierung minimiert.

29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Deckschicht aus Si besteht.

30. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Halbleitersubstrat (12, 32) einem Ausheilverfahren unterzogen wird, so dass die Dotierung in die Basisschicht (26) diffundiert.

31. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die zweite Temperatur zwischen 500 und 650°C und der zweite Druck zwischen 50 mTorr und 760 mTorr liegt.

32. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, umfassend:

a) Ausbilden eines Grabens (14, 38) in einem Halbleitersubstrat (12, 32), wobei der Graben (14, 38) Seitenwände (16, 42) aufweist, die eine bestimmte Grabentiefe und eine obere Öffnung mit einer bestimmten Grabenbreite festlegen, wobei die Grabenwände im Wesentlichen mit einem dielektrischen Material (18, 44) bedeckt sind; und

b) Aufbringen einer Füllschicht (22) mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 5000 µΩ.cm auf das dielektrische Material (18, 44) bei einer ersten Temperatur und bei einem ersten Druck, wobei das Füllmaterial durch Aufbringen einer weniger als 50 nm dicken Basisschicht (26) gebildet wird; und

c) Diffundieren eines Dotierstoffes (28) in die Basisschicht (26) bei einer zweiten Temperatur und einem zweiten Druck.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Dotierstoff (28) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus As, Sb und P besteht.

34. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Basisschicht (26) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Si und SiGe besteht.

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Basisschicht (26) aus SiGe gebildet ist vor dem Ausbilden von SiGe eine erste Schicht aus amorphem Si auf das Dielektrikum (18, 44) aufgebracht wird.

36. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die zweite Temperatur zwischen 850 und 1100°C und der zweite Druck zwischen 1 und 100 Torr liegt.

37. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die erste Temperatur zwischen 500 und 650°C und der erste Druck zwischen 50 mTorr und 760 mTorr liegt.

38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die erste Temperatur zwischen 525 und 550°C liegt und die Basisschicht (26) 15 nm dick ist.

39. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Ausbilden und Durchdringen der Basisschicht (26) ein- bis fünfmal wiederholt wird.

40. Verfahren nach Anspruch 32, wobei eine Deckschicht auf dem Füllmaterial (22) ausgebildet wird und wobei die Decksicht die Ausdiffusion der Dotierung minimiert.

41. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, umfassend:

a) Ausbilden eines Grabens (14, 38) in einem Halbleitersubstrat (12, 32), wobei der Graben (14, 38) Seitenwände (16, 42) aufweist, die eine Grabentiefe und eine obere Öffnung mit einer Grabenbreite festlegen, wobei die Grabenwände (16, 42) im Wesentlichen mit einem dielektrischen Material (18, 44) bedeckt sind;

b) Aufbringen eines ersten Füllmaterial (22), das einen leichten Dotierstoff (48) enthält, auf dem dielektrischen Material (18, 44) in einem unteren Bereich des Grabens (14, 38); und

c) Aufbringen eines zweiten Füllmaterials (22) mit einem schweren Dotierstoff (58) in einem oberen Bereich des Grabens, wobei das zweite Füllmaterial ein Diffundieren des leichten Dotierstoffes (48) aus dem Graben (14, 38) verringert und die Kombination des ersten und des zweiten Füllmaterials einen spezifischen Widerstand von weniger als 5000 µΩ.cm beträgt.

42. Verfahren nach Anspruch 41, wobei:
zum Ausbilden des ersten Füllmaterials ein erstes Basisgas und ein zweites Dotiergas bei einer ersten ausgewählten Temperatur und einem ersten ausgewählten Druck gemeinsam über den Graben (14, 38) geleitet werden, wobei das erste Basisgas ein erstes Basismaterial und das erste Dotiergas den leichten Dotierstoff (48) enthält, und wobei ein gemeinsames Beströmen mit dem ersten Basisgas und dem ersten Dotiergas eine in-situ-Dotierung der ersten Basisschicht bewirkt; und wobei
zum Ausbilden des zweiten Füllmaterials ein zweites Basisgas und ein zweites Dotiergas bei einer zweiten ausgewählten Temperatur und einem zweiten ausgewählten Druck gemeinsam über den Graben (14, 38) geleitet werden, wobei das zweite Basisgas ein zweites Basismaterial und das zweite Dotiergas den schweren Dotierstoff (58) enthält, und wobei ein gemeinsames Beströmen mit dem zweiten Basisgas und dem zweiten Dotiergas eine in-situ- Dotierung der zweiten Basisschicht bewirkt.

43. Verfahren nach Anspruch 41, wobei
zum Ausbilden des ersten Füllmaterials bei einer ersten ausgewählten Temperatur und einem ersten ausgewählten Druck eine erste Basisschicht auf das dielektrische Material aufgebracht wird und die erste Basisschicht mit einem ersten Dotiergas, das den leichten Dotierstoff (48) enthält, durchdrungen wird, bis die erste Basisschicht mit dem leichten Dotierstoff (48) beschichtet ist; und wobei
zum Ausbilden des zweiten Füllmaterials bei einer zweiten ausgewählten Temperatur und einem zweiten ausgewählten Druck eine zweite Basisschicht auf dem ersten Füllmaterial aufgebracht wird und die zweite Basisschicht mit einem zweiten Dotiergas, das den schweren Dotierstoff (58) enthält, durchdrungen wird, bis die zweite Basisschicht mit dem schweren Dotierstoff (58) beschichtet ist.

44. Verfahren nach Anspruch 41, wobei
zum Ausbilden des ersten Füllmaterials bei einer ersten ausgewählten Temperatur und einem ersten ausgewählten Druck eine erste Basisschicht auf dem dielektrischen Material aufgebracht wird und der leichte Dotierstoff (48) in die erste Basisschicht diffundiert wird; und wobei
zum Ausbilden des zweiten Füllmaterials bei einer zweiten ausgewählten Temperatur und einem zweiten ausgewählten Druck eine zweite Basisschicht auf dem ersten Füllmaterial aufgebracht und der schwere Dotierstoff (58) in die zweite Basisschicht diffundiert wird.

45. Verfahren nach Anspruch 41, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt
eine Deckschicht auf dem zweiten Füllmaterial ausgebildet wird; und
das Halbleitersubstrat zur Diffusion der leichten und schweren Dotierstoffe (48, 58) einem Ausheilverfahren unterzogen wird.

46. Verfahren nach Anspruch 41, wobei der leichte Dotierstoff (48) P und der schwere Dotierstoff (58) As aufweist.

47. Verfahren nach Anspruch 41, wobei der leichte Dotierstoff (48) P und der schwere Dotierstoff (58) Sb aufweist.

48. Halbleiterbauelement umfassend:

a) ein Halbleitersubstrat (12, 32);

b) einen als Teil eines Stapels auf dem Halbleitersubstrat (12, 32) ausgebildeten Transistor; und

c) einen als Teil des Stapels auf dem Halbleitersubstrat (12, 32) ausgebildeten Kondensator (10, 34, 40), der elektrisch an den Transistor angeschlossen ist, wobei der Kondensator (10, 34, 40) Seitenwände (16, 42) mit einer bestimmten Tiefe und eine obere Öffnung mit einer bestimmten Breite hat, und wobei der Kondensator (10, 34, 40) an einem Ende der Seitenwände (16, 42) positioniert ist, wobei auf Teilen der Seitenwände (16, 42) dielektrisches Material (18, 44), sowie ein auf das dielektrische Material (18, 44) aufgebrachtes Füllmaterial (22) aufgebracht ist, wobei das Füllmaterial (22) ein Halbleiter-Basismaterial (26) und eine Dotierung (28) umfasst und der spezifische Widerstand des Füllmaterials (22) weniger als 5000 µΩ.cm beträgt.