DE10337858B4 - Grabenkondensator und Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators - Google Patents

Grabenkondensator und Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators (1) in einem Halbleitersubstrat (10), bei dem
– in das Halbleitersubstrat (10) ein Lochgraben (2) von einer Substratoberfläche (11) her eingebracht und in an den Lochgraben (2) anschließenden Abschnitten des Halbleitersubstrats (10) eine Außenelektrode vorgesehen wird, und
– der Lochgraben (2) in einem in das Halbleitersubstrat (10) hineinreichenden aktiven Bereich (13) mit einer Dielektrikumsschicht (5) und in einem zwischen der Substratoberfläche (11) und dem aktiven Bereich (13) angeordneten Kragenbereich (12) mit einer Isolationsschicht (7) ausgekleidet wird, wobei
– der Lochgraben (2) im aktiven Bereich (13) flaschenartig erweitert wird,
– im aktiven Bereich auf der Dielektrikumsschicht (5) eine Trennschicht (6) vorgesehen wird und
– im Lochgraben (2) eine sich über den Kragenbereich (12) und den aktiven Bereich (13) erstreckende Innenelektrode (3) aus einem Metall oder einer Metallverbindung vorgesehen wird, wobei die Innenelektrode (3) den Lochgraben (2) im aktiven Bereich (13) bis...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators in einem Halbleitersubstrat, bei dem in das Halbleitersubstrat ein Lochgraben von einer Substratoberfläche her eingebracht und in an den Lochgraben anschließenden Abschnitten des Halbleitersubstrats eine Außenelektrode vorgesehen wird, und bei dem der Lochgraben in einem in das Halbleitersubstrat hineinreichenden aktiven Bereich mit einer Dielektrikumsschicht und in einem zwischen der Substratoberfläche und dem aktiven Bereich angeordneten Kragenbereich mit einer Isolationsschicht ausgekleidet wird. Außerdem betrifft die Erfindung einen Grabenkondensator, der an einem in einem Halbleitersubstrat eingebrachten Lochgraben orientiert ist, wobei der Lochgraben einen in das Halbleitersubstrat hineinreichenden aktiven Bereich und einen zwischen einer Substratoberfläche und dem aktiven Bereich angeordneten Kragenbereich aufweist, in an den Lochgraben anschließenden Abschnitten im aktiven Bereich des Halbleitersubstrats eine Außenelektrode vorgesehen ist, der Lochgraben im aktiven Bereich mit einer Dielektrikumsschicht und im Kragenbereich abschnittsweise mit einer Isolationsschicht ausgekleidet ist, und im Inneren des Lochgrabens eine mindestens abschnittsweise aus einem Metall oder einer Metallverbindung bestehende Innenelektrode vorgesehen ist.
  • Ein Hauptanliegen bei der Herstellung von Halbleiterschaltungseinrichtungen wie beispielsweise von DRAM (Dynamic Random Access Memory)- Speichereinrichtungen ist die Steigerung der Integrationsdichte. Dabei wird versucht, die Anzahl pro Flächeneinheit in einem Halbleitersubstrat auszubildender Schaltelemente oder Speicherzellen zu steigern, um möglichst kleine, kompakte und leistungsfähige Schaltungen, insbesondere Halbleiterspeicher, erreichen zu können.
  • Bei vielen Halbleiterschaltungseinrichtungen sind Kondensatorstrukturen notwendig, beispielsweise in einer DRAM-Speichereinrichtung, die aus über Adressierungsleitungen miteinander verbundenen Speicherzellen besteht. Eine DRAM-Speicherzelle enthält üblicherweise einen mit einem Auswahltransistor verbundenen Speicherkondensator, der eine digitale Information in Form eines Ladungszustandes speichert. Die Speicherkondensatoren werden oft in Form von Grabenkondensatoren, die in einem Lochgraben in einem Halbleitersubstrat ausgebildet werden, vorgesehen. Üblicherweise wird zur Ausbildung eines Grabenkondensators ein Lochgraben von einer Substratoberfläche her in das Halbleitersubstrat hineingeätzt. Entweder während oder nach der Ätzung des Lochgrabens wird in einem an die Substratoberfläche angrenzenden Bereich des Lochgrabens, hier als Kragenbereich bezeichnet, ein Oxidkragen gebildet, durch den ein Ausbilden eines parasitären Feldeffekttransistors unterdrückt wird. Die Außenelektrode eines solchen Grabenkondensators wird üblicherweise durch eine Eindiffussion von Arsen in das Halbleitersubstrat erzeugt. Alternativ wird als Außenelektrode eine vergrabene dotierte Schicht, bei Verwendung eines p-Substrats eine n+Schicht, die als 'buried plate' bezeichnet wird, vorgesehen. In dem Lochgraben werden unterhalb des Kragenbereiches das Speicherdielektrikum und auf das Speicherdielektrikum eine als Gegenelektrode ausgebildete Innenelektrode abgeschieden. Die Innenelektrode besteht in der Regel aus einem polykristallinen Halbleitermaterial, das einen nach dem Abscheiden des Speicherdielektrikums verbleibenden Hohlraum ausfüllt. Im Kragenbereich wird die Innenelektrode abschnittsweise zurückgeätzt und über einen Anschlussbereich, der üblicherweise als ein im Halbleitersubstrat vergrabenes dotiertes Gebiet ausgebildet wird, an den zugeordneten Auswahltransistor der DRAM-Speicherzelle angeschlossen. Bei einer Verwendung des Grabenkondensators in einer DRAM-Speicherzelle wird in der Innenelektrode die Ladung gespeichert.
  • Von großem Interesse ist es, den ohmschen Widerstand der Innenelektrode des Grabenkondensators zu erniedrigen und zwar insbesondere, wenn der Grabenkondensator zur Herstellung einer Halbleiterspeichereinrichtung verwendet wird. Gegenwärtig besteht die Innenelektrode aus dotiertem Polysilizium, welches einen Widerstand in einem Bereich unterhalb von 1000 × 10–6 Ohm/cm aufweist. Da der Widerstand von der Querschnittsfläche eines Leiters abhängt, führt eine weitere Miniaturisierung der Grabenkondensatorstruktur und damit auch der Innenelektrode zu einem sehr hohen ohmschen Widerstand der Innenelektrode und der Zuleitung zum elektrisch aktiven Abschnitt der Innenelektrode unterhalb des Kragenbereichs.
  • Vorschläge, die Innenelektrode aus einem niederohmigen Material, wie beispielsweise Metall oder Metallverbindungen, vorzusehen, haben den Nachteil, dass ein direkter Kontakt zwischen dem Metall und dem Speicherdielektrikum zu chemischen Reaktionen führt, die das Dielektrikum schädigen. Bislang wird daher üblicherweise lediglich der Kragenbereich des Lochgrabens mit einem Metall aufgefüllt und der aktive, das Speicherdielektrikum enthaltene Bereich des Grabenkondensators wird weiterhin mit einer Polysiliziumfüllung versehen.
  • Im einzelnen ist in US 5,905,279 ein Grabenkondensator beschrieben, bei dem in einem aktiven Bereich eine dielektrische Schicht aus beispielsweise Wolframsilizid oder Titansilizid vorgesehen ist. Eine Innenelektrode grenzt an diese dielektrische Schicht an und besteht aus polykristallinem Silizium. Im Kragenbereich ist eine Isolationsschicht aus Siliziumdioxid angebracht, und leitendes Material in diesem Kragenbereich dient zur Kontaktierung der Innenelektrode.
  • Weiterhin beschreibt die DE 101 28 326 C1 einen Grabenkondensator, bei dem sich eine dielektrische Schicht und eine polykristalline Trennschicht sowohl über einen aktiven Bereich als auch über einen Kragenbereich eines Lochgrabens erstrecken. Eine Innenelektrode wird hier durch eine Schichtenfolge aus einer polykristallinen Siliziumschicht und Metallschichten gebildet und füllt Randbereiche des Grabens aus.
  • Schließlich ist aus der DE 199 47 053 C1 ein Grabenkondensator bekannt, der ähnlich strukturiert wie der Grabenkondensator der DE 101 28 326 C2 ist. Eine Barrierenschicht besteht hier aus Wolframnitrid und/oder Titannitrid und grenzt an eine Innenelektrode aus Wolframnitird über der gesamten Grabentiefe an.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondenstors mit einer aus einem niederohmigen Material bestehenden Innenelektrode zur Verfügung zu stellen; außerdem soll ein Grabenkondensator mit niederohmiger Innenelektrode zur Verfügung gestellt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Grabenkondensator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators in einem Halbleitersubstrat zur Verfügung gestellt, bei dem in das Halbleitersubstrat von einer Substratoberfläche her ein Lochgraben eingebracht wird und in an den Lochgraben anschließenden Abschnitten des Halbleitersubstrats eine Außenelektrode vorgesehen wird. Der Lochgraben wird in einem in das Halbleitersubstrat hineinreichenden aktiven Bereich mit einer Dielektrikumsschicht und in einem zwischen der Substratoberfläche und dem aktiven Bereich angeordneten Kragenbereich mit einer Isolationsschicht ausgekleidet. Erfindungsgemäß wird auf der Dielektrikumsschicht eine Trennschicht vorgesehen, und im Lochgraben wird eine sich über den Kragenbereich und den aktiven Bereich erstreckende Innenelektrode aus einem Metall oder einer Metallverbindung vorgesehen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht auf der Dielektrikumsschicht, die die Innenelektrode und die Außenelektrode des Grabenkondensators voneinander trennt, eine Trennschicht vor. Diese Trennschicht wird als eine Barriereschicht vorgesehen, die eine schädigende Wechselwirkung zwischen der Innenelektrode und der Dielektrikumsschicht hemmt. Eine das Dielektrikum schädigende Wechselwirkung ist beispielsweise eine chemische Reaktion des Metalls mit dem Oxid des Dielektrikums. Durch das Vorsehen der Trennschicht ist es möglich, die Innenelektrode sowohl im aktiven Bereich als auch im Kragenbereich des Grabenkondensators aus einem Metall oder einer Metallverbindung vorzusehen, ohne dass das Dielektrikum durch eine chemische Reaktion mit dem Metall, durch Restrukturierungsvorgänge, oder durch mechanische Spannungen im Metall beeinträchtigt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es in einfacher Weise durch das Vorsehen der Trennschicht, die bevorzugt mittels eines Standard-CVD (Chemical Vapor Deposition)- Prozesses aufgebracht wird, das Einbringen einer niederohmigen Innenelektrode aus Metall oder einer Metallverbindung ermöglicht. Bei diesem Verfahren wird der elektrische Widerstand ähnlich stark reduziert wie bei einer reinen Metallfüllung des Lochgrabens ohne Trennschicht. Durch die Trennschicht, die eine räumliche Trennung zwischen dem Dielektrikum und dem Metall bewirkt, befindet sich das Metall nicht in direktem Kontakt zum Dielektrikum und beeinflusst die Qualität des Dielektrikums nicht. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist die einfache Integrierbarkeit der für das Aufbringen der Trennschicht notwendigen Prozessschritte in bestehende Prozessabläufe. Das Verfahren ist kompatibel zu den unterschiedlichen Prozessierungen für einen Anschluss der Innenelektrode an einen zugeordneten Auswahltransistor, etwa einer ein- oder doppelseitigen Buried Strap Formierung aus Metall oder Poly-Silizium. Eine niederohmige Innenelektrode bietet den Vorteil einer schnelleren Zugriffszeit, wodurch die Leistungsfähigkeit von Halbleiterspeichereinrichtungen deutlich erhöht wird. Ein weiterer Vorteil eines Grabenkondensators mit einer niederohmigen Innenelektrode ist eine bessere Skalierbarkeit des Grabenkondensators, die bis weit unterhalb von minimalen Strukturgrößen von 100 nm möglich ist und dabei einen niedrigen Zuleitungswiderstand zur Kapazität gewährleistet.
  • Vorzugsweise wird die Innenelektrode im Kragenbereich auf der Isolationsschicht und im aktiven Bereich auf der Trennschicht vorgesehen.
  • In vorteilhafter Weise wird der Lochgraben im aktiven Bereich flaschenartig erweitert. Der Vorteil einer flaschenartigen Erweiterung des Lochgrabens im aktiven Bereich besteht darin, dass eine Kapazität, die proportional zur Elektrodenfläche ist, dadurch erhöht werden kann. Außerdem vereinfacht sich mit einer flaschenartigen Erweiterung des Lochgrabens die erfindungsgemäße Prozessführung, weil das Aufbringen der Trennschicht durch den geringeren Durchmesser des Kragenbereichs im Vergleich zum aktiven Bereich zu einem selbstjustierenden Prozess wird.
  • Vorzugsweise wird die flaschenartige Erweiterung des Lochgrabens im aktiven Bereich mittels eines Nassätzprozesses vorgenommen.
  • In vorteilhafter Weise wird ein Material für die Trennschicht mindestens im Kragenbereich und im aktiven Bereich des Lochgrabens konform abgeschieden und das Material aus dem Kragenbereich wieder entfernt. Der konforme Abscheideprozess kann beispielsweise ein Standard – CVD (Chemical Vapor Deposition)- Prozess sein. Ein solcher Prozess zum Aufbringen der Trennschicht ist ein quasi selbstjustierender Prozess. Im aktiven Bereich wird solange Material konform abgeschieden, bis der Kragenbereich komplett mit Material gefüllt ist. Da der Kragenbereich schneller zuwächst als der aktive Bereich, insbesondere wenn der aktive Bereich flaschenartig erweitert wurde, wird der aktive Bereich nicht vollständig gefüllt. Es bildet sich im aktiven Bereich eine Schicht mit einer bestimmten Dicke und ein Hohlraum aus. Das Material wird aus dem Kragenbereich mittels eines isotropen Ätzprozesses, der selektiv zur Isolationsschicht erfolgt, wieder entfernt.
  • Vorzugsweise wird die Trennschicht mit einer Dicke im Bereich von 5 nm bis 100 nm vorgesehen. Bei einer Dicke in diesem Bereich ist gewährleistet, dass zwischen dem Metall der Innenelektrode und der Dielektrikumsschicht keine Wechselwirkungen stattfinden. Wie bereits oben ausgeführt, hängt die Dicke der Trennschicht unter anderem von den Abmessungen des Lochgrabens ab, etwa vom Verhältnis eines Durchmessers des Kragenbereiches zum Durchmesser des aktiven Bereiches.
  • Vorzugsweise wird als Material für die Trennschicht dotiertes polykristallines oder amorphes Silizium vorgesehen. Beispielsweise mit Phosphor oder Arsen dotiertes polykristallines oder amorphes Silizium lässt sich in einfacher Weise auf die Dielektrikumsschicht aufbringen und hat die Eigenschaft, das Dielektrikum schädigende Wechselwirkungen zu unterbinden.
  • Vorzugsweise wird das Material der Innenelektrode sowohl im Kragenbereich als auch im aktiven Bereich konform abgeschieden.
  • Die Innenelektrode wird mittels eines isotropen Trocken- oder Nassätzprozesses im oberen Bereich abschnittsweise zurückgeätzt. Das Zurückätzen der Innenelektrode im Kragenbereich ist zweckmäßig um Raum für eine Struktur zur Kontaktierung der Innenelektrode zu schaffen.
  • Ein erfindungsgemäßer Grabenkondensator ist an einem in einem Halbleitersubstrat eingebrachten Lochgraben orientiert. Der Lochgraben weist einen in das Halbleitersubstrat reichenden aktiven Bereich und einen zwischen einer Substratoberfläche und dem aktiven Bereich angeordneten Kragenbereich auf. In an den Lochgraben anschließenden Abschnitten des Halbleitersub strats ist eine Außenelektrode vorgesehen. Der Lochgraben ist im aktiven Bereich mit einer Dielektrikumsschicht und im Kragenbereich mit einer Isolationsschicht ausgekleidet. Im Inneren des Lochgrabens ist eine abschnittsweise aus einem Metall oder einer Metallverbindung bestehende Innenelektrode vorgesehen. Erfindungsgemäß ist zwischen der Dielektrikumsschicht und der Innenelektrode eine Trennschicht vorgesehen. Dabei ist die Innenelektrode, die sich über den Kragenbereich und den aktiven Bereich erstreckt, aus einem Metall oder einer Metallverbindung vorgesehen.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Grabenkondensators besteht darin, dass die Innenelektrode sowohl im Kragenbereich als auch im aktiven Bereich aus einem niederohmigen Material wie Metall oder einer Metallverbindung ausgebildet ist, wobei die Trennschicht eine Trennung von Innenelektrode und Dielektrikum bewirkt. Die Trennschicht ist als Barriereschicht vorgesehen, die schädigende Wechselwirkungen zwischen der Innenelektrode und der Dielektrikumsschicht hemmt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass es zu einer Schädigung des Dielektrikums durch chemische Wechselwirkungen zwischen dem Metall und dem Dielektrikum kommt. Mit dem erfindungsgemäßen Grabenkondensator wird der Widerstand der Innenelektrode in gleichem Maße, wie bei einer reinen Metallfüllung des Lochgrabens ohne Trennschicht, reduziert. Eine niederohmige Innenelektrode hat in vorteilhafter Weise eine schnellere Schreib/Lesezeit zur Folge, wodurch die Leistungsfähigkeit von Halbleiterspeichereinrichtungen deutlich erhöht wird. Ein weiterer Vorteil eines Grabenkondensators mit einer niederohmigen Innenelektrode ist eine bessere Skalierbarkeit des Grabenkondensators, die bis weit unterhalb von minimalen Strukturgrößen von 100 nm möglich ist und dabei einen niedrigen Zuleitungswiderstandes zur Kapazität gewährleistet.
  • Vorzugsweise ist die Innenelektrode im Kragenbereich auf der Isolationsschicht und im aktiven Bereich auf der Trennschicht vorgesehen. Der Hohlraum im Lochgraben wird vollständig mit dem Metall oder der Metallverbindung der Innenelektrode aufgefüllt.
  • Die Innenelektrode ist bevorzugt im Kragenbereich in einem an die Substratoberfläche anschließenden Abschnitt zurückgebildet. Dies ist zweckmäßig, um Platz für eine Struktur zu schaffen mit der die Innenelektrode kontaktiert wird.
  • In vorteilhafter Weise ist der Lochgraben im aktiven Bereich flaschenartig erweitert. Eine flaschenartige Erweiterung bietet den Vorteil einer Steigerung der Kapazität, die von der Fläche der Innenelektrode im aktiven Bereich abhängt.
  • Vorzugsweise ist die Trennschicht mit einer Dicke im Bereich von 5 nm bis 100 nm vorgesehen.
  • In vorteilhafter Weise ist als Material für die Trennschicht dotiertes polykristallines oder amorphes Silizium vorgesehen. Beispielsweise mit Phosphor oder Arsen dotiertes polykristallines oder amorphes Silizium hat den Vorteil, dass es mit der Dielektrikumsschicht keine Wechselwirkungen eingeht. Außerdem ist polykristallines oder amorphes Silizium in einfacher Weise mittels eines Standard-CVD-Prozesses aufzubringen.
  • Eine Speicherzelle weist einen mit einem Auswahltransistor verbundenen Grabenkondensator auf, der eine digitale Information in Form eines Ladungszustandes speichert. In vorteilhafter Weise ist in der Speicherzelle der erfindungsgemäße Grabenkondensator vorgesehen. Die Speicherzelle mit dem erfindungsgemäßen Grabenkondensator weist einen deutlich verringerten Widerstand zur Kapazität und dadurch eine höhere Leistungsfähigkeit auf. Außerdem sind Speicherzellen mit dem erfindungsgemäßen Grabenkondensator besser skalierbar. Dadurch sind bei einem Übergang zu kleineren Strukturgrößen keine Änderungen am Design notwendig.
  • Eine Speichereinrichtung ist mit einer eine digitale Information speichernden Speicherzelle vorgesehen. In vorteilhafter Weise weist die Speichereinrichtung mindestens eine erfindungsgemäße Speicherzelle mit einem Grabenkondensator auf. Der Vorteil der Speichereinrichtung mit Speicherzellen mit erfindungsgemäßen Grabenkondensatoren ist ein beschleunigter Schreib/Lesevorgang und damit eine gesteigerte Leistungsfähigkeit. Außerdem lassen sich Speicherzellen mit dem erfindungsgemäßen Grabenkondensator stärker verkleinern, wodurch eine höhere Integrationsdichte und damit eine höheren Speicherkapazität der Speichereinrichtung erzielt wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1A bis 1D näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 schematische Querschnitte durch einen Grabenkondensator in unterschiedlichen Stadien eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Zur Herstellung eines Grabenkondensators 1 in einem Halbleitersubstrat 10 wird in das Halbleitersubstrat 10 ein Lochgraben 2 von einer Substratoberfläche 11 her eingebracht. In an den Lochgraben 2 anschließenden Abschnitten im Halbleitersubstrat 10 wird, beispielsweise durch Dotierung eines Gebietes im Halbleitersubstrat 10 eine Außenelektrode beispielsweise als eine 'buried plate' vorgesehen. Der Lochgraben 2 weist einen in das Halbleitersubstrat 10 hineinreichenden aktiven Bereich 13 auf, der mit einer Dielektrikumsschicht 5 ausgekleidet ist. Für die Dielektrikumsschicht 5 können beispielsweise Metalloxide und die Oxide seltener Erden, wie AL2O3, HfO2, ZrO2, La2O3 vorgesehen werden. Zwischen der Substratoberfläche 11 und dem aktiven Bereich 13 befindet sich ein Kragenbereich 12. In diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf dem Halbleitersubstrat 10, das hier aus kristallinem Silizium besteht, eine Siliziumnitridschicht 9 vorgesehen. Die Siliziumnitridschicht 9 dient als Schutz- und Ätzstoppschicht. Der Kragenbereich 12 ist mit einer Isolationsschicht 7, die aus Siliziumdioxid besteht, ausgekleidet. Auf die Dielektrikumsschicht 5 wird mittels eines Standard-CVD-Prozesses eine Trennschicht 6 aus amorphem Silizium aufgebracht.
  • In der 1A ist der Lochgraben 2 im Halbleitersubstrat 10 mit aufliegender Siliziumnitridschicht 9 dargestellt. Der Lochgraben 2 unterteilt sich in den an die Substratoberfläche 11 angrenzenden Kragenbereich 12 und in den in das Halbleitersubstrat 10 reichenden aktiven Bereich 13. Im aktiven Bereich 13 ist auf den Grabenwänden die Dielektrikumsschicht 5 vorgesehen. Im Kragenbereich 12 ist die Isolationsschicht 7 vorgesehen. Die Trennschicht 6 ist nach Aufbringen durch einen Abscheideprozess und nach einem anschließenden Planarisierungsschritt an der Substratoberfläche 11 dargestellt. Der Kragenbereich 12 des Lochgrabens 2 ist vollständig mit dem amorphen Silizium der Trennschicht 6 ausgefüllt. Im aktiven Bereich 13 ist ein Hohlraum entstanden. Die Trennschicht 6 weist im aktiven Bereich 13, abhängig von den Abmessungen des Lochgrabens 2 und der Prozessführung eine Dicke von näherungsweise 5nm bis 100 nm auf.
  • Im Kragenbereich 12 ist das amorphe Silizium der Trennschicht 6 durch einen isotropen Ätzprozess, der selektiv zur Isolatorschicht 7 und zur Siliziumnitridschicht 9 erfolgt, zurückgebildet.
  • Der Lochgraben 2 nach dem Rückätzen des amorphen Siliziums im Kragenbereich 12 ist in der 1B dargestellt. Im Unterschied zur 1A befindet sich das amorphe Silizium als Trennschicht 6 nur noch im aktiven Bereich des Lochgrabens 2.
  • Die entstandenen Hohlräume im aktiven Bereich 13 und im Kragenbereich 12 werden mit einem Metall oder einer Metallverbindung aufgefüllt. Das Metall kann mittels eines CVD- oder ALD (Atomic Layer Depositon)- Prozesses konform abgeschieden werden. Das abgeschiedene Metall oder die Metallverbindung bildet eine Innenelektrode 3 des Grabenkondensators 1 aus. Mögliche Materialien für die Innenelektrode 3 sind beispielsweise Wolframnitrid, Tantalnitrid, Titannitrid. Aber auch andere Metalle oder Metallverbindungen oder Schichtsysteme aus Metallen oder Metallverbindungen sind möglich.
  • Die 1c zeigt den mit der Innenelektrode 3 gefüllten Grabenkondensator 1. Die Innenelektrode 3, die aus einem Metall oder einer Metallverbindung besteht, füllt den Kragenbereich 12 und den aktiven Bereich 13 bis auf einen schmalen Spalt 8 im aktiven Bereich 13 vollständig aus. Der schmale Spalt 8 ergibt sich, wenn der Kragenbereich 12 des Lochgrabens 2 schneller zuwächst als der aktive Bereich 13. Der schmale Spalt 8 ist jedoch für die Funktionalität der Innenelektrode 3 ohne Bedeutung.
  • In einem weiteren Prozessschritt wird die Innenelektrode 3 abschnittsweise im Kragenbereich 12 des Lochgrabens 2 wieder zurückgeätzt. Dies kann mit einem Trockenätzprozess oder mit einem Nassätzprozess erfolgen. Das Rückätzen der Innenelektrode 3 im Kragenbereich 12 ist zweckmäßig, um die Kontakte zur Innenelektrode 3 ausbilden zu können.
  • Die 1D unterscheidet sich von der 1C durch die durch die Rückätzung zurückgebildete Innenelektrode 3.
  • Nachdem der Grabenkondensator 1 wie beschrieben prozessiert wurde, können anschließend die leitenden Verbindungen zum Auswahltransistor mittels einer herkömmlichen Standard-Prozessierung ausgebildet werden. Üblicherweise werden die leitenden Verbindungen als vergrabene dotierte Gebiete unterhalb der Substratoberfläche 11 vorgesehen. Die vergrabenen leitenden Verbindungen oder 'buried straps' werden entweder doppelseitig mit Polysilizium oder doppelseitig mit Metall oder einseitig mit entweder Polysilizium oder Metall ausgebildet.
    •

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators (1) in einem Halbleitersubstrat (10), bei dem – in das Halbleitersubstrat (10) ein Lochgraben (2) von einer Substratoberfläche (11) her eingebracht und in an den Lochgraben (2) anschließenden Abschnitten des Halbleitersubstrats (10) eine Außenelektrode vorgesehen wird, und – der Lochgraben (2) in einem in das Halbleitersubstrat (10) hineinreichenden aktiven Bereich (13) mit einer Dielektrikumsschicht (5) und in einem zwischen der Substratoberfläche (11) und dem aktiven Bereich (13) angeordneten Kragenbereich (12) mit einer Isolationsschicht (7) ausgekleidet wird, wobei – der Lochgraben (2) im aktiven Bereich (13) flaschenartig erweitert wird, – im aktiven Bereich auf der Dielektrikumsschicht (5) eine Trennschicht (6) vorgesehen wird und – im Lochgraben (2) eine sich über den Kragenbereich (12) und den aktiven Bereich (13) erstreckende Innenelektrode (3) aus einem Metall oder einer Metallverbindung vorgesehen wird, wobei die Innenelektrode (3) den Lochgraben (2) im aktiven Bereich (13) bis auf einen schmalen Spalt (8) vollständig ausfüllt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (6) als eine schädigende Wechselwirkungen zwischen der Innenelektrode (3) und der Dielektrikumsschicht (5) hemmende Barriereschicht vorgesehen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – die Innenelektrode (3) im Kragenbereich (12) auf der Isolationsschicht (7) und – im aktiven Bereich (13) auf der Trennschicht (6) vorgesehen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flaschenartige Erweiterung des Lochgrabens (2) im aktiven Bereich (13) mittels eines Nassätzprozesses vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, zum Vorsehen der Trennschicht (6) – mindestens im Kragenbereich (12) und im aktiven Bereich (13) des Lochgrabens (2) ein Material für die Trennschicht (6) konform abgeschieden wird und – das Material aus dem Kragenbereich (12) entfernt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (6) mit einer Dicke im Bereich 5 Nanometer bis 100 Nanometer vorgesehen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Trennschicht (6) dotiertes polykristallines oder amorphes Silizium vorgesehen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (3) konform abgeschieden wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (3) mittels eines isotropen Trocken- oder Nassätzprozesses im oberen Bereich (12) abschnittsweise zurückgeätzt wird.
  10. Grabenkondensator (1), der an einem in einem Halbleitersubstrat (10) eingebrachten Lochgraben (2) orientiert ist, wobei – der Lochgraben (2) einen in das Halbleitersubstrat (10) hineinreichenden aktiven Bereich (13) und einen zwischen einer Substratoberfläche (11) und dem aktiven Bereich (13) angeordneten Kragenbereich (12) aufweist, – in an den Lochgraben (2) anschließenden Abschnitten im aktiven Bereich (13) des Halbleitersubstrats (10) eine Außenelektrode vorgesehen ist, – der Lochgraben (2) im aktiven Bereich (13) mit einer Dielektrikumsschicht (5) und im Kragenbereich (12) abschnittsweise mit einer Isolationsschicht (7) ausgekleidet ist, – im Inneren des Lochgrabens (2) eine mindestens abschnittsweise aus einem Metall oder einer Metallverbindung bestehende Innenelektrode (3) vorgesehen ist, – der Lochgraben (2) im aktiven Bereich (13) flaschenartig erweitert ist, – im aktiven Bereich (13) auf der Dielektrikumsschicht (5) eine Trennschicht (6) vorgesehen ist und – die Innenelektrode (3) sich über den Kragenbereich (12) und den aktiven Bereich (13) erstreckt und aus einem Metall oder einer Metallverbindung vorgesehen ist, wobei die Innenelektrode (3) den Lochgraben (2) im aktiven Bereich (13) bis auf einen schmalen Spalt (8) vollständig ausfüllt.
  11. Grabenkondensator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (6) als eine schädigende Wechselwirkungen zwischen der Innenelektrode (3) und der Dielektrikumsschicht (5) hemmende Barriereschicht vorgesehen ist.
  12. Grabenkondensator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die Innenelektrode (3) im Kragenbereich (12) auf der Isolationsschicht (7) und – im aktiven Bereich (13) auf der Trennschicht (6) vorgesehen ist.
  13. Grabenkondensator nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (3) im Kragenbereich (12) abschnittsweise zurückgebildet ist.
  14. Grabenkondensator nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (6) mit einer Dicke im Bereich 5 Nanometer bis 100 Nanometer vorgesehen ist.
  15. Grabenkondensator nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (6) aus dotiertem polykristallinem oder amorphem Silizium vorgesehen ist.
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