DE10337561B4

DE10337561B4 - Herstellungsverfahren für ein DRAM mit verbessertem Leckstromverhalten

Info

Publication number: DE10337561B4
Application number: DE10337561A
Authority: DE
Inventors: Jonathan-Philip Davis; Stephen Rusinko
Original assignee: Infineon Technologies Richmond LP
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2023-08-15
Also published as: DE10337561A1; US6818534B2; US20040031992A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichervorrichtung mit folgenden Schritten:
Vorsehen eines Substrats (500);
Formen eines Grabens (501) in dem Substrat (500), wobei der Graben (501) Seitenwände aufweist;
Formen einer ersten Schicht (502) aus Polysilizium in einem Bodenabschnitt des Grabens (501);
Formen eines dotierten Kragens (503) an den Seitenwänden des Grabens (501) oberhalb der ersten Schicht (502) aus Polysilizium,
Formen einer zweiten Schicht (504) aus Polysilizium in einem zweiten Bodenabschnitt des Grabens (501) und oberhalb der ersten Schicht (502) aus Polysilizium,
Entfernen eines oberen Bereichs des dotierten Kragens (503),
Formen einer dritten dotierten Polysiliziumschicht (505) in einem dritten Bodenbereich des Grabens (501), wobei die dritte Polysiliziumschicht (505) in Kontakt mit einem oberen Bereich des Kragens (503) und einer oberen Oberflächeder zweiten Schicht (504) steht;
Bilden eines Isolationsbereichs (507) in einem Bereich des Substrats (500), wobei der Isolationsbereich (507) den Graben (501) bedeckt;...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Leckstromeigenschaften von Graben-DRAM's.
Die DE 199 44 011 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators in einem Substrat. Ein oberer Bereich eines Grabens weist einen Isolationsgraben auf. Der untere Bereich wird mit einer dielektrischen Schicht verkleidet. Der gesamte Graben wird mit einer leitenden Grabenfüllung aufgefüllt. Ein Isolationsgraben wird oberhalb des Grabens und teilweise in dem Graben gebildet.
Die DE 199 57 123 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer DRAM Zellanordnung. In einem oberen Teil eines Grabens sind die Seitenwände durch eine Isolatorschicht begrenzt. An einer Seite des Grabens ist die Isolatorschicht zum Ausbilden einer Shallow Trench Isolation verbreitert. An der gegenüberliegenden Seite bildet die seitliche Isolationsschicht einen Kragen. Der Graben ist mit dotiertem Polysilizium gefüllt. Durch Ausdiffusion des Dotierstoffs wird ein vergrabener Kontakt gebildet.
In Graben-DRAM's ist das Haltevermögen elektrischer Ladung in einem Zellkondensator im Wesentlichen eine Funktion verschiedener Leckstrommechanismen. Diese Mechanismen enthalten beispielsweise einen Sub-STI-Leckstrom und einen Umkehr- Vorspannungs-Leckstrom am Übergang des vergrabenen Kontakts.
Mit Bezug auf 1 verwendet die BEST (BuriEd-Strap = vergrabener Anschluss)-Zelle ein Kragenoxid 101 in einem oberen Bereich des Grabens zum Isolieren des Kondensators 103, einen Zugangstransistor an der Silizium(Si)-Oberfläche nahe einem vergrabenen Anschluss 107 und eine Wortleitung 105. 2 zeigt eine Detailansicht des Bereichs nahe dem vergrabenen Anschluss 107.
Mit Bezug auf 2 schafft Arsen-dotiertes Polysilizium 201 den n+-Übergang des vergrabenen Kontakts 107 durch Ausdiffusion von Arsen in ein kristallines Silizium. Nach der Ausdiffusion hilft der p-Dotierstoff bei der Bildung eines abrupteren Übergangs mit verbesserten Umkehrspannungs-Leckstromverhalten. Jedoch kann sich ein schwachdotierter Bereich 203 an der Oberseite des Kragenoxids 101 unter dem Übergang des vergrabenen Kontakts 107 bilden. Somit kann die Topologie es schwierig machen, diesen Bereich zu dotieren, was das Umkehrspannungs-Leckstromverhalten der Vorrichtung kompromittiert.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterspeichervorrichtung mit verbessertem Haltevermögen über ein verbessertes Umkehrspannungs-Leckstromverhalten zu schaffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichervorrichtung umfasst die Schritte des Vorsehens eines Substrats, des Bildens eines Grabens in dem Substrat, wobei der Graben Seitenwände aufweist, und des Bildens einer ersten Schicht aus Polysilizium in einem Bodenabschnitt des Grabens. Das Verfahren umfasst weiterhin die Schritte des Bildens eines dotierten Kragens an den Seitenwänden des Grabens oberhalb der ersten Polysiliziumschicht, des Bildens einer zweiten Polysiliziumschicht in einem zweiten Bodenbereich des Grabens und oberhalb der ersten Polysiliziumschicht, sowie des Entfernens eines oberen Bereichs des dotierten Kragens. Das Verfahren sieht ferner das Formen einer dritten dotierten Polysiliziumschicht in einem dritten Bodenabschnitt des Kragens vor, wobei die dritte Polysiliziumschicht in Kontakt mit einem oberen Bereich des Kragens und einer oberen Oberfläche der zweiten Polysiliziumschicht steht, das Formen eines Isolationsbereichs in einem Bereich des Substrats, wobei der Isolationsbereich den Graben verde ckelt, und das Ausdiffundieren von Dotierstoffen aus der dritten Polysiliziumschicht und dem Kragen in das Substrat.
Das Verfahren umfasst gemäß einer Weiterbildung weiterhin den Schritt des Planarisierens der Oberfläche des Substrats nach der Bildung des Isolationsbereichs, wobei das Substrat eine Siliziumschicht und eine Topnitridschicht umfasst.
Gemäß noch einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet die Ausdiffusion von dotierten Stoffen aus der dritten Polysiliziumschicht einen Übergang eines vergrabenen Kontakts, und die Ausdiffusion der Dotierstoffe aus dem Kragen bildet einen Kanalstopp.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 ein Diagramm einer Graben-DRAM-Zelle mit vergrabenem Anschluss;
2 ein Diagramm des Übergangs des vergrabenen Anschlusses von 1;
3 ein Diagramm des Übergangs des vergrabenen Anschlusses;
4 einen Fließplan eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5a bis 5f Diagramme eines Zellkondensators an verschiedenen Punkten unter Bezugnahme auf 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein dynamischer Graben-Zufallszugriffsspeicher (DRAM) umfasst einen dotierten Oxidkragen, der beispielsweise aus einem Bor-Silikat-Glas (BSG) gebildet ist. Der Oxidkragen kann beispielsweise unter Verwendung eines p-dotierten Oxids, beispielsweise SiO₂, gebildet werden. Eine Ausdiffusion der p-Dotierstoffe kann einen Kanalstopp unter einer flachen Grabenisolation (STI = shallow-tranch isolation) bilden und die Dotierung der p-Seite eines Übergangs eines vergrabenen Anschlusses erhöhen, was den Übergang abrupter gestaltet.
Mit Bezug auf 3 kann der Sub-STI-Bereich erkannt werden, der ein p-dotiertes Kragenoxid 301 zum Dotieren eines Bereichs 303 aus Silizium unter dem Übergang des vergrabenen Anschlusses 305 aufweist. Der Bereich bildet einen eingelassenen Kanalstopp 303 mit einem erhöhten Pegel von p-Dotierstoffen. Die Grenze zwischen dem Übergang des vergrabenen Kontakts 305 und dem Kanalstopp 303 ist abrupter als in Vorrichtungen ohne einen Kanalstopp. Die verbesserte Grenze schafft ein verbessertes Umkehrspannungs-Leckstromverhalten.
Der Dotierstoffpegel in dem DRAM-Kragenfilm 301 muss signifikant sein, um eine ausreichende Ausdiffusion in das Siliziumsubstrat zu erzeugen. In dem Falle von BSG können etwa 6 Gewichtsprozent Bor verwendet werden. Jedoch können hohe Grade an Dotierung in unstabilen und/oder sehr schnellen Ätzraten des Films resultieren.
Mit Bezug auf 4 kann ein Zellkondensator im Schritt 401 mit Polysilizium gefüllt werden und geätzt zu werden, um das Polysilizium einzusenken. Die Einsenkung kann etwa 1 μm tief sein. Im Schritt 402 kann eine BSG-Schicht über der Vorrich tung beispielsweise durch Oxidabscheidung abgeschieden werden. Eine Oxidätzung kann im Schritt 403 angewendet werden, um das GSB von der Oberfläche der Vorrichtung zu entfernen. Im Schritt 404 kann eine zweite Polysiliziumschicht in der Einsenkung abgeschieden und wiederum eingesenkt werden. Die Einsenkung kann etwa 0,2 μm tief sein. Der BSG-Graben kann beispielsweise durch Flusssäure (HF) geätzt werden, um einen Bereich zu entfernen, der nahe oder oberhalb des zweiten Polysiliziums freigelegt ist. Eine dritte Polysiliziumschicht kann im Schritt 405 abgeschieden und geätzt werden, um unterhalb einer Nitridschicht an der Oberfläche der Vorrichtung eingesenkt zu werden. Die Vorrichtung kann strukturiert und geätzt werden, um einen flachen Grabenisolationsbereich (STI) zu schaffen. Der STI kann im Schritt 406 mit einem Oxid gefüllt werden und zur Oberfläche der Vorrichtung planarisiert werden.
Mit Bezug auf 5a bis 5f wird ein Zellkondensatorgraben 501 in einem Substrat 500, wie z.B. Silizium, gebildet. Das Polysilizium 502 kann in den Bodenabschnitt des Grabens abgeschieden werden. Eine BSG-Schicht 503 kann beispielsweise durch Oxidabscheidung abgeschieden werden. Das BSG 503 kann von der Oberfläche der Vorrichtung und dem Boden des Grabens entfernt werden, um einen Kragen zu bilden. Eine zweite Polysiliziumschicht 404 kann in dem Graben abgeschieden werden. Der Graben 503 kann geätzt werden, um einen Bereich zu entfernen, der nahe oder oberhalb des zweiten Polysiliziums 504 freigelegt ist. Eine dritte Polysiliziumschicht 505 kann abgeschieden und geätzt werden, um unterhalb einer Nitridschicht 506 an der Oberfläche der Vorrichtung eingesenkt zu werden, wobei das Substrat 500 weiterhin die Nitridschicht 506 umfasst. Der STI-Bereich 507 kann in dem Substrat gebildet werden. Das STI kann mit einem Oxid gefüllt werden und zur Oberfläche der Vorrichtung planarisiert werden. Der Bereich des vergrabenen Anschlusses 508 und der Kanalstoppbereich 509 werden durch Ausdiffusion von Dotierstoffen in das Substrat gebildet. Die Dotierstoffe können beispielsweise Arsen für den vergrabenen Anschluss und Bor für den Kanalstopp sein. Die Hinzufügung des Kanalstopps verbessert das Umkehrspannungs-Leckstromverhalten in dem Zellkondensator.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichervorrichtung mit folgenden Schritten: Vorsehen eines Substrats (500); Formen eines Grabens (501) in dem Substrat (500), wobei der Graben (501) Seitenwände aufweist; Formen einer ersten Schicht (502) aus Polysilizium in einem Bodenabschnitt des Grabens (501); Formen eines dotierten Kragens (503) an den Seitenwänden des Grabens (501) oberhalb der ersten Schicht (502) aus Polysilizium, Formen einer zweiten Schicht (504) aus Polysilizium in einem zweiten Bodenabschnitt des Grabens (501) und oberhalb der ersten Schicht (502) aus Polysilizium, Entfernen eines oberen Bereichs des dotierten Kragens (503), Formen einer dritten dotierten Polysiliziumschicht (505) in einem dritten Bodenbereich des Grabens (501), wobei die dritte Polysiliziumschicht (505) in Kontakt mit einem oberen Bereich des Kragens (503) und einer oberen Oberflächeder zweiten Schicht (504) steht; Bilden eines Isolationsbereichs (507) in einem Bereich des Substrats (500), wobei der Isolationsbereich (507) den Graben (501) bedeckt; Ausdiffundieren von dotierten Stoffen aus der dritten Polysiliziumschicht (505) und dem Kragen (503) in das Substrat (500).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Planarisierens der Oberfläche des Substrats (500) nach der Bildung des Isolationsbereichs (507), wobei das Substrat (500) eine Siliziumschicht und eine Decknitridschicht (506) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausdiffusion von Dotierstoffen aus der dritten Schicht (505) aus Polysilizium einen Übergang (508) eines vergrabenen Anschlusses bildet und die Ausdiffusion von Dotierstoffen aus dem Kragen (503) einen Kanalstopp (509) bildet.