DE10345162B4 - Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen, der über einen vergrabenen Kontakt einseitig mit einem Substrat elektrisch verbunden ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle - Google Patents
Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen, der über einen vergrabenen Kontakt einseitig mit einem Substrat elektrisch verbunden ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle Download PDFInfo
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Abstract
Herstellungsverfahren
für einen
Grabenkondensator mit einem Isolationskragen (10; 10a, 10b) in einem
Substrat (1), der über
einen vergrabenen Kontakt (15a, 15b) einseitig mit dem Substrat
(1) elektrisch verbundenen ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle
mit einem in dem Substrat (1) vorgesehenen und über den vergrabenen Kontakt
(15a, 15b) angeschlossenen Planaren Auswahltransistor, mit den Schritten:
Vorsehen von einem Graben (5) in dem Substrat (1) unter Verwendung einer Hartmaske (2, 3) mit einer entsprechenden Maskenöffnung;
Vorsehen von einem Kondensatordielektikum (30) im unteren und mittleren Grabenbereich, dem Isolationskragen (10) im mittleren und oberen Grabenbereich und einer elektrisch leitenden Füllung (20) zumindest bis zur Oberseite des Isolationskragens (10);
vollständiges Auffüllen des Grabens (5) mit einem Füllmaterial (50; 50'; 50'');
Durchführen eines STI-Grabenherstellungsprozesses in einem vom gefüllten Graben (5) abgelegenen Bereich des Substrats (1);
Entfernen des Füllmaterials (50; 50'; 50'');
Einsenken des Isolationskragens (10) im oberen Grabenbereich gegenüber der Oberseite...
Vorsehen von einem Graben (5) in dem Substrat (1) unter Verwendung einer Hartmaske (2, 3) mit einer entsprechenden Maskenöffnung;
Vorsehen von einem Kondensatordielektikum (30) im unteren und mittleren Grabenbereich, dem Isolationskragen (10) im mittleren und oberen Grabenbereich und einer elektrisch leitenden Füllung (20) zumindest bis zur Oberseite des Isolationskragens (10);
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Durchführen eines STI-Grabenherstellungsprozesses in einem vom gefüllten Graben (5) abgelegenen Bereich des Substrats (1);
Entfernen des Füllmaterials (50; 50'; 50'');
Einsenken des Isolationskragens (10) im oberen Grabenbereich gegenüber der Oberseite...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen, der über einen vergrabenen Kontakt einseitig mit einem Substrat elektrisch verbunden ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle, wie beispielsweise aus der
US 6,291,286 B1 bzw. der US 2001/0042880 A1 bzw. derDE 102 55 846 A1 bekannt. - Obwohl prinzipiell auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf integrierte Speicherschaltungen in Silizium-Technologie erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Halbleiterspeicherzelle mit einem Grabenkondensator und einem damit verbundenen planaren Auswahltransistor. - In
1 bezeichnet Bezugszeichen1 ein Silizium-Halbleitersubstrat. Vorgesehen in dem Halbleitersubstrat1 sind Grabenkondensatoren GK1, GK2, welche Gräben G1, G2 aufweisen, deren elektrisch leitende Füllungen20a ,20b erste Kondensatorelektroden bilden. Die leitenden Füllungen20a ,20b sind im unteren und mittleren Grabenbereich durch ein Dielektrikum30a ,30b gegenüber dem Halbleitersubstrat1 isoliert, welches seinerseits die zweiten Kondensatorelektroden bildet (ggfs. in Form einer nicht gezeigten Buried Plate). - Im mittleren und oberen Bereich der Gräben G1, G2 sind umlaufende Isolationskrägen
10a ,10b vorgesehen, oberhalb derer vergrabene Kontakte15a ,15b angebracht sind, die mit den leitenden Füllungen20a ,20b und dem angrenzenden Halbleitersubstrat1 in elektrischem Kontakt stehen. Die vergrabenen Kontakte15a ,15b sind nur einseitig an das Halbleitersubstrat1 angeschlossen (vgl.2a , b). Isolationsgebiete16a ,16b isolieren die andere Substratseite gegenüber den vergrabenen Kontakten15a ,15b bzw. isolieren die vergrabenen Kontakte15a ,15b zur Oberseite der Gräben G1, G2 hin. - Dies ermöglicht eine sehr hohe Packungsdichte der Grabenkondensatoren GK1, GK2 und der dazu gehörigen Auswahltransistoren, welche nunmehr erläutert werden. Dabei wird hauptsächlich Bezug genommen auf den Auswahltransistor, der zum Grabenkondensator GK2 gehört, da von benachbarten Auswahltransistoren lediglich das Drain-Gebiet D1 bzw. das Source-Gebiet S3 eingezeichnet ist. Der zum Grabenkondensator GK2 gehörige Auswahltransistor weist ein Source-Gebiet S2, ein Kanalgebiet K2 und ein Drain-Gebiet D2 auf. Das Source-Gebiet S2 ist über einen Bitleitungskontakt BLK mit einer oberhalb einer Isolationsschicht I angeordneten (nicht gezeigten) Bit-Leitung verbunden. Das Drain-Gebiet D2 ist einseitig an den vergrabenen Kontakt
15b angeschlossen. Oberhalb des Kanalgebiets K2 läuft eine Wortleitung WL2, die einen Gate-Stapel GS2 und einen diesen umgebenden Gate-Isolator GI2 aufweist. Die Wortleitung WL2 ist für den Auswahltransistor des Grabenkondensators GK2 eine aktive Wortleitung. - Parallel benachbart zur Wortleitung WL2 verlaufen Wortleitungen WL1 bestehend aus Gate-Stapel GS1 und Gate-Isolator GI1 und Wortleitung WL3 bestehend aus Gate-Stapel GS3 und Gate-Isolator GI3, welche für den Auswahltransistor des Grabenkondensators GK2 passive Wortleitungen sind. Diese Wortleitungen WL1, WL3 dienen zur Ansteuerung von Auswahltransistoren, die in der dritten Dimension gegenüber der gezeigten Schnittdarstellung verschoben sind.
- Ersichtlich aus
1 ist die Tatsache, dass diese Art des einseitigen Anschlusses des vergrabenen Kontakts eine unmittelbare Nebeneinanderanordnung der Gräben und der benachbarten Source-Gebiete bzw. Drain-Gebiete betreffender Auswahl transistoren ermöglicht. Dadurch kann die Länge einer Speicherzelle lediglich 4 F und die Breite lediglich 2 F betragen, wobei F die minimale technologisch realisierbare Längeneinheit ist (vgl.2a , b). -
2A zeigt eine Draufsicht auf ein Speicherzellenfeld mit Speicherzellen gemäß1 in einer ersten Anordnungsmöglichkeit. - Bezugszeichen DT in
2A bezeichnet Gräben, welche zeilenweise mit einem Abstand von 3 F zueinander angeordnet sind und spaltenweise mit einem Abstand von 2 F. Benachbarte Zeilen sind um 2 F gegeneinander verschoben. UC in2A bezeichnet die Fläche einer Einheitszelle, welcher 4 F × 2 F = 8 F2 beträgt. STI bezeichnet Isolationsgräben, welche in Zeilenrichtung in einem Abstand von 1 F zueinander angeordnet sind und benachbarte aktive Gebiete gegeneinander isolieren. Ebenfalls mit einem Abstand von 1 F zueinander verlaufen Bit-Leitungen BL in Zeilenrichtung, wohingegen die Wortleitungen in Spaltenrichtung mit einem Abstand von 1 F zueinander verlaufen. Bei diesem Anordnungsbeispiel haben alle Gräben DT auf der linken Seite einen Kontaktbereich KS des vergrabenen Kontakts zum Substrat und einen Isolationsbereich IS auf der rechten Seite (Gebiete15a , b bzw.16a ,b in1 ). -
2B zeigt eine Draufsicht auf ein Speicherzellenfeld mit Speicherzellen gemäß1 in einer zweiten Anordnungsmöglichkeit. - Bei dieser zweiten Anordnungsmöglichkeit haben die Zeilen von Gräben alternierende Anschlussgebiete bzw. Isolationsgebiete der vergrabenen Kontakte. So sind in der untersten Reihe von
2B die vergrabenen Kontakte jeweils auf der linken Seite mit einem Kontaktbereich KS1 und auf der rechten Seite mit einem Isolationsbereich IS1 versehen. Hingegen sind in der darüberliegenden Reihe alle Gräben DT auf der linken Seite mit jedem Isolationsbereich IS2 und auf der rechten Seite mit einem Kontaktbereich KS2 versehen. Diese Anordnung ist in Spaltenrichtung alternierend. - Für DRAM-Speichervorrichtungen mit Grabenkondensatoren in Sub-100 nm-Technologien sind der Widerstand des Grabens und des vergrabenen Kontakts ein Hauptbeitrag zur gesamten RC-Verzögerung, und bestimmen damit die Geschwindigkeit des DRAMS. Durch die relativ geringe Leitfähigkeit und den Pinch-Off, welcher durch eine Overlay-Verschiebung der STI-Ätzung erzeugt wird, erhöht sich der Reihenwiderstand im Graben dramatisch.
- Dieses Problem wurde angegangen durch die Einführung von hoch mit Arsen dotiertem Polysilizium, einer Verbesserung des O-verlays zwischen den aktiven Bereichen und dem Graben, der Einführung einer selbstausgerichteten Herstellung eines vergrabenen Kontakts mit einseitigem Anschluß und einer Verdünnung der nitridierten Kontaktstelle des vergrabenen Kontakts. Doch das SiN-Interface erhöht den Serienwiederstand signifikant.
- Es wäre prinzipiell möglich, Metalle wie TiN für den vergrabenen Kontakt mit einseitigem Anschluss zu verwenden. Doch ergibt sich dadurch das Problem, Metall in großer Menge in direkter nähe zu elektrisch aktiven Bauelementen, wie z.B. Auswahltransistoren, einzubauen.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Herstellungsverfahren für einen einseitig angeschlossenen Grabenkondensator geringerer RC-Verzögerung anzugeben.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 bzw. 2 angegebene Herstellungsverfahren gelöst.
- Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Prozesses, bei dem ein vergrabener Kontakt aus leitfähigem Graphit (Kohlenstoff (C)) verwendet werden kann, um den Kontaktwiderstand an der Kontaktfläche zu vermindern. Insbesondere integriert in das erfindungsgemäße Verfahren ist die C-Füllung und C-Rückätzung nach der STI-Bildung (STI = shallow trench Isolation) und ermöglicht somit die Ausbildung eines funktionsfähigen, einseitig angeschlossenen vergrabenen Kontakts. Graphit hat einen spezifischen Widerstand von weniger als 200 μΩcm und ist damit mit Metallen vergleichbar. Im Fall von Graphit kann wie bei Metallen auf das SiN-Interface verzichtet werden.
- Darüber hinaus ist aus Chemical Vapor Deposition of highlyconductive boron-doped graphite from triphenyl boron, J. Kouvetakis et al., Carbon, Vol. 32, No. 6, S. 1129–1132, 1994 ein CVD-Verfahren bekannt, mit dem dieses Material mit hoher Konformität in den Gräben abgeschieden werden kann.
- In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen Herstellungsverfahrens.
- Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung wird nach dem Rückätzen der C-Füllung ein Isolationsdeckel im oberen Grabenbereich bis mindestens zur Oberseite des Substrats vorgesehen.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Füllung bis zur Oberseite des Isolationskragens vorgesehen, dann eine Nitridlinerschicht abgeschieden, und dann erfolgt das vollständige Auffüllen des Grabens mit dem Füllmaterial.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden nach Entfernen des Füllmaterials Spacer an den Grabenwänden oberhalb des Isolationskragens gebildet und der über dem Anschlussbereich liegende Spacer entfernt wird, wobei der über dem Isolationsbereich liegende Spacer mit einem Siliziumliner maskiert wird.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Füllung bis zur Oberseite des Isolationskragens vorgesehen, und dann erfolgt das vollständige Auffüllen des Grabens mit dem Füllmaterial.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird nach Entfernen des Füllmaterials eine Nitridlinerschicht abgeschieden, dann eine Siliziumlinerschicht abgeschieden, dann ein Spacer aus der der Siliziumlinerschicht über der Nitridlinerschicht im Isolationsbereich gebildet und die über dem Anschlussbereich liegende Nitridlinerschicht entfernt, wobei die über dem Isolationsbereich liegende Nitridlinerschicht mit dem Spacer aus der der Siliziumlinerschicht maskiert wird.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Füllung bis zur Oberseite des Isolationskragens vorgesehen, dann eine Nitridlinerschicht abgeschieden, dann eine erste Siliziumlinerschicht abgeschieden, dann ein Spacer aus der Siliziumlinerschicht im Isolationsbereich gebildet, dann eine zweite Nitridlinerschicht abgeschieden, und dann erfolgt das vollständige Auffüllen des Grabens mit dem Füllmaterial.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden nach Entfernen des Füllmaterials die erste und zweite Nitridlinerschicht bis auf einen Bereich entfernt, der durch den Spacer aus der Siliziumlinerschicht maskiert ist.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Füllung bis zur Oberseite der Hartmaske vorgesehen wird und der Isolationskragen bis oberhalb der Oberseite des Substrats vorgesehen.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt ein Entfernen des Füllmaterials bis zur Oberseite des Substrats, dann wird eine Siliziumlinerschicht abgeschieden wird und auf der Seite des Kontaktbereichs entfernt, dann wird der Isolationskragen im oberen Grabenbereich eingesenkt und dann die Füllung bis unterhalb der Oberseite des eingesenkten Teils des Isolationskragens eingesenkt.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Halbleiterspeicherzelle mit einem Grabenkondensator und einem damit verbundenen planaren Auswahltransistor; -
2A , B eine jeweilige Draufsicht auf ein Speicherzellenfeld mit Speicherzellen gemäß1 in einer ersten und zweiten Anordnungsmöglichkeit; -
3A –F schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
4A –E schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
5A –C schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
6A –D schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
- Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen wird aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Schilderung der Herstellung der planaren Auswahltransistoren verzichtet und lediglich die Bildung des einseitig angeschlossenen vergrabenen Kontakts des Grabenkondensators ausführlich erörtert. Die Schritte der Herstellung der planaren Auswahltransistoren sind, falls nicht ausdrücklich anders erwähnt, dieselben wie beim Stand der Technik.
-
3A –F sind schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - In
3A bezeichnet Bezugszeichen5 einen Graben, der im Silizium-Halbleitersubstrat1 vorgesehen ist. Auf der Oberseite OS des Halbleitersubstrats1 vorgesehen ist eine Hartmaske bestehend aus einer Pad-Oxidschicht2 und einer Pad-Nitridschicht3 . Im unteren und mittleren Bereich des Grabens5 ist ein Dielektrikum30 vorgesehen, das eine elektrisch leitende Füllung20 gegenüber dem umgebenden Halbleitersubstrat1 isoliert. Im oberen und mittleren Bereich des Grabens5 ist ein umlaufender Isolationskragen10 vorgesehen, der auf ungefähr gleiche Höhe wie die leitende Füllung20 in den Graben5 eingesenkt ist. Ein beispielhaftes Material für den Isolationskragen10 ist Siliziumoxid und für die elektrisch leitende Füllung20 Polysilizium. Doch sind auch selbstverständlich andere Materialkombinationen vorstellbar. - Gemäß
3B erfolgt zunächst die Abscheidung einer Linerschicht40 über der Struktur gemäß3A , welche aus Siliziumnitrid bzw. Siliziumnitrid/Siliziumoxid besteht. Daraufhin wird der Graben5 wieder mit einer Polysilizium-Füllung50 verschlossen, beispielsweise durch eine Abscheidung und ein anschließendes chemisch-mechanisches Polieren. - In einem darauffolgenden Prozessschritt, der in den Figuren nicht illustriert ist, wird dann eine Hartmaske über der Struktur entsprechend zu bildenden STI-Gräben gebildet, welche in parallelen Ebenen vor und hinter der Zeichenebene liegen, woraufhin das Ätzen und Füllen der STI-Gräben (Hochtemperaturprozess) erfolgt. Anschließend wird die Hartmaske für die STI-Grabenbildung wieder entfernt.
- Der Sinn dieses vorgezogenen Hochtemperaturschritts besteht darin, zu verhindern, dass der Hochtemperaturschritt später einen Einfluss mehr auf den dann zu bildenden vergrabenen Kontakt hat.
- Weiter mit Bezug auf
3C , in der STT die STI-Grabentiefe bezeichnet, wird danach die Polysilizium-Füllung50 durch eine Nassätzung entfernt, und es erfolgt eine anisotrope Spacer-Ätzung der Linerschicht40 aus Siliziumnitrid zur Bildung von Linern40' . Wie aus3C erkennbar, wird bei der Rückätzung der Polysilizium-Füllung auch die Graben-Polysilizium-Füllung20 bis unterhalb der Oberseite des Isolationskragens10 zurückgeätzt, so das die STI-Grabentiefe STT zwischen der Oberseite des Isolationskragens10 und der Oberseite der Graben-Polysilizium-Füllung20 liegt. - Mit Bezug auf
3D erfolgt anschließend die Abscheidung eines amorphen Silizium-Liners60 über der resultierenden Struktur, in den mittels einer schrägen Implantation I1 Bor-Ionen implantiert werden, wobei Bezugszeichen60a einen von der Implantation abgeschatteten Bereich bezeichnet. Der von der Implantation abgeschattete Bereich60a des Silizium-Liners60 weist eine höhere Ätzrate hinsichtlich einer NH4OH-Ätzung auf, welche als nächster Prozessschritt durchgeführt wird. - Mit Bezug auf
3E führt eine NH9OH-Ätzung dazu, dass sich der Bereich60a selektiv zum restlichen, implantierten Bereich des Silizium-Liners60 entfernen lässt. - In einem darauffolgenden Prozessschritt erfolgt eine selektive Ätzung des auf der rechten Figurenseite befindlichen frei gelegten Bereichs des Nitrid-Liners
40' , um den späteren Kontaktbereich KS des vergrabenen Kontakts frei zu legen. - Mit Bezug auf
3F erfolgt dann eine Konditionierungs-Implantation in den Kontaktbereich KB und anschließend ein Abscheiden und Rückätzen einer leitenden C-Füllung70 zur Bildung des vergrabenen Kontakts. Beim Rückätzen der C-Füllung70 , z.B. in einem sauerstoffhaltigen Plasma, wird auch der verbleibende Silizium-Liner60 zurückgeätzt. - Abschließend erfolgt in bekannter Weise das Auffüllen des Grabens
5 mit einem Isolationsdeckel80 , welcher beispielsweise aus Siliziumoxid besteht. -
4A –E sind schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Der Ausgangspunkt der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich insofern vom Ausgangspunkt der ersten Ausführungsform, als dass der Graben
5 mit einer Polysilizium-Füllung50' gefüllt wird, ohne dass vorher ein Liner im Graben vorgesehen wird. - Es erfolgt dann in gleicher Weise, wie bereits mit Bezug auf die erste Ausführungsform erläutert, anschließend (nicht illustriert) die Bildung der Hartmaske für die STI-Gräben, das Ätzen und Füllen der STI-Gräben und die Entfernung der entsprechenden Hartmaske.
- Mit Bezug auf
4B wird danach die Polysilizium-Füllung50' entfernt und die darunter liegende Polysilizium-Füllung20 bis unterhalb der Oberseite des Isolationskragens10 zurückgeätzt. - Dann erfolgt die Abscheidung einer ersten Linerschicht
42 aus Siliziumnitrid und einer zweiten Linerschicht62 aus amorphem Silizium. Anschließend erfolgt eine schräge Implantation I2 von Bor-Ionen in die Linerschicht62 aus Silizium, wobei ein Bereich62a von der Implantation I2 abgeschattet bleibt. Wie bereits mit Bezug auf die erste Ausführungsform erläutert, schafft diese Implantation I2 eine Ätzselektivität des abgeschatteten Bereichs62a . - Dementsprechend wird der Bereich
62a , wie in4C gezeigt, durch eine NH4OH-Ätzung im nächsten Prozessschritt entfernt. Mit Bezug auf4D erfolgt dann eine Spacer-Ätzung der Linerschicht62 aus Silizium und eine anschließende Ätzung der Linerschicht42 aus Siliziumnitrid, um den späteren Kontaktbereich KS des vergrabenen Kontakts mit dem Substrat1 frei zu legen und gleichzeitig den gegenüberliegenden Isolationsbereich IS zu belassen. Dies führt zum in4D gezeigten Prozesszustand. - Mit Bezug auf
4E erfolgt dann eine Konditionierung des Kontaktbereichs KB durch eine entsprechende Implantation, z.B. mit Arsen, dann eine Füllung mit leitendem C 70', welche zur Bildung des vergrabenen Kontakts zurückgeätzt wird. Beim Rückätzen wird ebenfalls die Linerschicht62 aus Silizium zurückgeätzt. - Abschließend wird wie bei der ersten Ausführungsform ein Isolationsdeckel
80' aus Siliziumoxid vorgesehen, um den Graben5 zu verschließen. -
5A –C sind schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Der Ausgangspunkt der dritten Ausführungsform gemäß
5A ist derselbe wie derjenige der ersten Ausführungsform, wobei im Anschluss an die Abscheidung der Linerschicht40 aus Siliziumnitrid eine zweite Linerschicht60 aus amorphem Silizium direkt über der Linerschicht40 abgeschieden wird. Anschließend erfolgt eine schräge Implantation I3 von Bor-Ionen in die Linerschicht60 aus Silizium, wobei ein Bereich60a von der Implantation I3 abgeschattet bleibt. Wie bereits mit Bezug auf die erste Ausführungsform erläutert, schafft diese Implantation I3 eine Ätzselektivität des abgeschatteten Bereichs60a . Danach wird der Bereich60a durch eine Ätzung entfernt. - Im Anschluss daran erfolgt eine anisotrope Spacer-Ätzung der Silizium-Linerschicht
60 und die Abscheidung einer weiteren Linerschicht44 aus Siliziumnitrid. Schließlich wird der Graben5 mit einer Polysilizium-Füllung50'' wieder aufgefüllt, was zum in5B gezeigten Prozesszustand führt. - Im weiteren Prozessverlauf erfolgt der STI-Grabenprozess, wie bereits im Zusammenhang mit der ersten und zweiten Ausführungsform ausführlich erläutert, und anschließend ein Entfernen der Polysilizium-Füllung
50'' und der frei liegenden Bereiche des Siliziumnitrid-Liners40 . - Im Anschluss daran wird die Polysilizium-Füllung
20 bis unterhalb der Oberseite des Isolationskragens10 zurückgeätzt. Danach erfolgt die Abscheidung und Rückätzung einer leitenden C-Füllung70'' zur Bildung des vergrabenen Kontakts. Wie bei den anderen Ausführungsformen, welche zuvor beschrieben wurden, wird der Graben5 dann mittels eines Isolationsdeckels80'' aus Siliziumoxid wieder verschlossen. - Auch bei dieser Ausführungsform kann im übrigen eine Konditionierungs-Implantation in den Kontaktbereich KS vor der Füllung mit C erfolgen.
-
6A –D sind schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Die vierte Ausführungsform gemäß
6A setzt im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Prozesszustand an, in dem der Isolationskragen10 noch nicht in den Graben5 eingesenkt worden ist, wie in6A dargestellt. - Im Anschluss an den in
6A dargestellten Prozesszustand wird dann der STI-Isolationsgraben-Bildungsprozess durchgeführt, wie bereits oben im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen erläutert. - Gemäß
6B erfolgt dann ein Einsenken der Polysilizium-Füllung20 bis unterhalb der Oberseite des Substrats OS. - Anschließend wird über der resultierenden Struktur eine Linerschicht
60 aus Silizium abgeschieden. Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt dann eine schräge Implantation I4 mit Bor-Ionen in dem Graben5 , wobei ein Bereich60a des Silizium-Liners60 abgeschattet bleibt, wie in6B dargestellt. - Weiter mit Bezug auf
6C erfolgt dann eine selektive Ätzung des Bereichs60a in Na4OH und anschließend eine selektive Entfernung des Isolationskragens10 im späteren Kontaktbereich KB des vergrabenen Kontakts. - Im Anschluss daran erfolgt eine Ätzung, bei der der verbleibende Liner
60 entfernt wird und anschließend die Polysilizium-Füllung20 weiter bis unterhalb des Isolationskragens auf der rechten Seite der Figur eingesenkt wird. Danach erfolgt, wie bereits oben beschrieben, ein Auffüllen des Grabens mit C und ein Rückätzen der C-Füllung70 ''' zur Schaffung des vergrabenen Kontakts. Ebenfalls, genauso wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wird der Graben5 dann wieder mittels eines Isolationsdeckels80 ''' aus Siliziumoxid verschlossen. - Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
- Insbesondere ist die Auswahl der Schichtmaterialien nur beispielhaft und kann in vielerlei Art variiert werden.
-
- 1
- Si-Halbleitersubstrat
- OS
- Oberseite
- 2
- Padoxid
- 3
- Padnitrid
- 5
- Graben
- 10, 10a, 10b
- Isolationskragen
- 20, 20a, 20b
- leitende Füllung (z.B. Polysilizium)
- 15a, 15b
- vergrabener Kontakt
- 16a, 16b
- Isolationsbereich
- G1, G2
- Graben
- GK1, GK2
- Grabenkondensator
- 30, 30a, 30b
- Kondensatordielektrikum
- S1, S2, S3
- Sourcegebiet
- D1, D2
- Draingebiet
- K2
- Kanalgebiet
- WL, WL1, WL2, WL3
- Wortleitung
- GS1, GS2, GS3
- Gatestapel
- GI1, GI2, GI3
- Gateisolator
- I
- Isolationsschicht
- F
- minimale Längeneinheit
- BLK
- Bitleitungskontakt
- BL
- Bitleitung
- DT
- Graben
- AA
- aktives Gebiet
- STI
- Isolationsgebiet (Shallow Trench Isolation)
- UC
- Fläche Einheitszelle
- KS, KS1, KS2
- Kontaktbereich
- IS, IS1, IS2
- Isolationsbereich
- 40, 42, 44
- Siliziumnitridliner
- 50, 50', 50''
- Polysiliziumfüllung
- 60, 62
- Siliziumliner
- 60a, 62a
- abgeschatteter Bereich.
- 70, 70', 70''
- 70''
- C-Füllung
- 80, 80', 80''
- 80'''
- Isolationsdeckel
- STT
- STI-Grabentiefe
Claims (11)
- Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen (
10 ;10a ,10b ) in einem Substrat (1 ), der über einen vergrabenen Kontakt (15a ,15b ) einseitig mit dem Substrat (1 ) elektrisch verbundenen ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle mit einem in dem Substrat (1 ) vorgesehenen und über den vergrabenen Kontakt (15a ,15b ) angeschlossenen Planaren Auswahltransistor, mit den Schritten: Vorsehen von einem Graben (5 ) in dem Substrat (1 ) unter Verwendung einer Hartmaske (2 ,3 ) mit einer entsprechenden Maskenöffnung; Vorsehen von einem Kondensatordielektikum (30 ) im unteren und mittleren Grabenbereich, dem Isolationskragen (10 ) im mittleren und oberen Grabenbereich und einer elektrisch leitenden Füllung (20 ) zumindest bis zur Oberseite des Isolationskragens (10 ); vollständiges Auffüllen des Grabens (5 ) mit einem Füllmaterial (50 ;50' ;50'' ); Durchführen eines STI-Grabenherstellungsprozesses in einem vom gefüllten Graben (5 ) abgelegenen Bereich des Substrats (1 ); Entfernen des Füllmaterials (50 ;50' ;50'' ); Einsenken des Isolationskragens (10 ) im oberen Grabenbereich gegenüber der Oberseite (OS) des Substrats (1 ); Einsenken der elektrisch leitenden Füllung (20 ) bis unterhalb der Oberseite des Isolationskragens (10 ); Bilden eines einseitigen Isolationsbereichs (IS; IS1, IS2) zum Substrat (1 ) oberhalb des Isolationskragens (10 ); Freilegen eines anderseitigen Anschlussbereichs (KS; KS1, KS2) zum Substrat (1 ) oberhalb des Isolationskragens (10 ); und Bilden des vergrabenen Kontakts (15a ,15b ) durch Abscheiden und Rückätzen einer Kohlenstoff-Füllung (70 ;70' ;70'' ;70 '''). - Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen (
10 ;10a ,10b ) in einem Substrat (1 ), der über einen vergrabenen Kontakt (15a ,15b ) einseitig mit dem Substrat (1 ) elektrisch verbundenen ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle mit einem in dem Substrat (1 ) vorgesehenen und über den vergrabenen Kontakt (15a ,15b ) angeschlossenen Planaren Auswahltransistor, mit den Schritten: Vorsehen von einem Graben (5 ) in dem Substrat (1 ) unter Verwendung einer Hartmaske (2 ,3 ) mit einer entsprechenden Maskenöffnung; Vorsehen von einem Kondensatordielektikum (30 ) im unteren und mittleren Grabenbereich, dem Isolationskragen (10 ) im mittleren und oberen Grabenbereich und einer elektrisch leitenden Füllung (20 ) zumindest bis zur Oberseite des Isolationskragens (10 ); vollständiges Auffüllen des Grabens (5 ) mit der elektrisch leitenden Füllung (20 ); Durchführen eines STI-Grabenherstellungsprozesses in einem vom gefüllten Graben (5 ) abgelegenen Bereich des Substrats (1 ); Einsenken eines Teils des Isolationskragens (10 ) im oberen Grabenbereich gegenüber der Oberseite (0S ) des Substrats (1 ); Einsenken der elektrisch leitenden Füllung (20 ) bis unterhalb der Oberseite des eingesenkten Teils des Isolationskragens (10 ); Bilden eines einseitigen Isolationsbereichs (IS; IS1, IS2) zum Substrat (1 ) oberhalb des Isolationskragens (10 ) durch Stehenlassen des nicht-eingesenkten Teils des Isolationskragens (10 ); Freilegen eines anderseitigen Anschlussbereichs (KS; KS1, KS2) zum Substrat (1 ) oberhalb des eingesenkten Teils des Isolationskragens (10 ); und Bilden des vergrabenen Kontakts (15a ,15b ) durch Abscheiden und Rückätzen einer Kohlenstoff-Füllung (70 ;70' ;70'' ;70 '''). - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Rückätzen der Kohlenstoff-Füllung (
70 ;70' ;70'' ;70 ''') ein Isolationsdeckel (80 ;80' ;80'' ;80 ''') im oberen Grabenbereich bis mindestens zur Oberseite (0S ) des Substrats (1 ) vorgesehen wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (
20 ) bis zur Oberseite des Isolationskragens (10 ) vorgesehen wird, dann eine Nitridlinerschicht (40 ) abgeschieden wird und dann das vollständige Auffüllen des Grabens (5 ) mit dem Füllmaterial (50 ) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Entfernen des Füllmaterials (
50 ) Spacer (40' ) an den Grabenwänden oberhalb des Isolationskragens (10 ) gebildet werden und der über dem Anschlussbereich (KS) liegende Spacer (40' ) entfernt wird, wobei der über dem Isolationsbereich liegende Spacer (40' ) mit einem Siliziumliner (60 ) maskiert wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (
20 ) bis zur Oberseite des Isolationskragens (10 ) vorgesehen wird und dann das vollständige Auffüllen des Grabens (5 ) mit dem Füllmaterial (50' ) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Entfernen des Füllmaterials (
50' ) eine Nitridlinerschicht (42 ) abgeschieden wird, dann eine Siliziumlinerschicht (62 ) abgeschieden wird, dann ein Spacer aus der der Siliziumlinerschicht (62 ) über der Nitridlinerschicht (42 ) im Isolationsbereich (IS) gebildet wird und die über dem Anschlussbereich (KS) liegende Nitridlinerschicht (42 ) entfernt wird, wobei die über dem Isolationsbereich liegende Nitridlinerschicht (42 ) mit dem Spacer aus der Siliziumlinerschicht (62 ) maskiert wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (
20 ) bis zur Oberseite des Isolationskragens (10 ) vorgesehen wird, dann eine Nitridlinerschicht (40 ) abgeschieden wird, dann eine erste Siliziumlinerschicht (60 ) abgeschieden wird, dann ein Sparer aus der Siliziumlinerschicht (60 ) im Isolationsbereich (IS) gebildet wird, dann eine zweite Nitridlinerschicht (44 ) abgeschieden wird und dann das vollständige Auffüllen des Grabens (5 ) mit dem Füllmaterial (50 '') erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Entfernen des Füllmaterials (
50'' ) die erste und zweite Nitridlinerschicht (40 ,44 ) bis auf einen Bereich ent fernt werden, der durch den Spacer aus der Siliziumlinerschicht (60 ) maskiert ist. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (
20 ) bis zur Oberseite der Hartmaske (2 ,3 ) vorgesehen wird und der Isolationskragen (10 ) bis oberhalb der Oberseite (0S ) des Substrats (1 ) vorgesehen wird. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entfernen des Füllmaterials (
20 ) bis zur Oberseite (0S ) des Substrats (1 ) erfolgt, dann eine Siliziumlinerschicht (60 ) abgeschieden wird und auf der Seite des Kontaktbereichs (KS) entfernt wird, dann der Isolationskragen (10 ) im oberen Grabenbereich eingesenkt wird und dann die Füllung (20 ) bis unterhalb der Oberseite des eingesenkten Teils des Isolationskragens (10 ) eingesenkt wird.
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