DE10345461B3 - Selektive sequentielle Gasphasenabscheidung und Verfahren zur Ausbildung von Kragenstrukturen für Lochgräben in Halbleitersubstraten - Google Patents

Selektive sequentielle Gasphasenabscheidung und Verfahren zur Ausbildung von Kragenstrukturen für Lochgräben in Halbleitersubstraten Download PDF

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    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/038Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate
    • H10B12/0387Making the trench

Abstract

Für eine vertikale Strukturierung von mittels sequentieller Gasphasenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) abgeschiedenen Metalloxidschichten wird die Materialselektivität des Abscheidungsprozesses ausgenutzt. Zur Ausbildung eines temporären Hilfskragens (3) im oberen Abschnitt (211) eines Lochgrabens (2) einer Trench-Speicherzelle wird der untere Abschnitt (211) des Lochgrabens (2) unterhalb einer Kragenunterkante (30) mit einer Passivierungsschicht (4) aus Siliziumnitrid abgedeckt, auf der das Material des Hilfskragens (3) nicht aufwächst. Die einfache und zuverlässige Prozessierung des Hilfskragens (3) ermöglicht eine vereinfachte Prozessierung im unteren Abschnitt von Lochgräben (2) mit geringem Durchmesser.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur vertikal strukturierten Abscheidung einer Prozessschicht mittels sequentieller Gasphasenabscheidung mit den Schritten:
    • – Bereitstellen eines Substrats aus einem Substratmaterial,
    • – Einbringen eines Grabens mit einer Grabenwandung in das Substrat von einer Substratoberfläche aus und
    • – Beschichten eines oberen Abschnittes der Grabenwandung oberhalb einer Kragenunterkante selektiv zu einem unteren Abschnitt unterhalb der Kragenunterkante mit der Prozessschicht, wobei das Substrat wiederholt abwechselnd mindestens zwei unterschiedlichen Prozessfluiden ausgesetzt wird.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Ausbildung einer Kragenstruktur im oberen Abschnitt eines in ein Halbleitersubstrat eingebrachten Lochgrabens sowie auf ein Verfahren zur Herstellung von Speicherkondensatoren für Speicherzellen.
  • Speicherzellen von dynamischen Schreib-/Lesespeichern (DRAMs, dynamic random access memories) umfassen jeweils einen Speicherkondensator zur Speicherung einer einen Dateninhalt der Speicherzelle charakterisierenden elektrischen Ladung sowie einen Auswahltransistor zur Adressierung des Speicherkondensators. Bei einer Speicherzelle mit Grabenkondensator (trench cell) ist der Speicherkondensator jeweils entlang eines innerhalb des Halbleitersubstrats unterhalb einer Substratoberfläche ausgebildeten Lochgrabens orientiert. Die Auswahltransistoren sind im Wesentlichen nebeneinander entlang der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats oder entlang der Grabenwandung in einem oberen Abschnitt des für den Grabenkondensator vorgesehenen Lochgrabens ausgebildet.
  • In der 1 ist ein Ausschnitt einer Speicherzelle mit einem Grabenkondensator 7 schematisch im Querschnitt dargestellt. Der Grabenkondensator 7 ist entlang eines in das Halbleitersubstrat 1 von einer Substratoberfläche 10 eingebrachten Lochgrabens 2 ausgebildet. In einem unteren Abschnitt 212 des Lochgrabens 2 unterhalb einer Kragenunterkante 30 ist der Lochgraben 2 mit einem Kondensatordielektrikum 72 ausgekleidet. Das Kondensatordielektrikum 72 trennt eine als Füllung des Lochgrabens 2 aus dotiertem Polysilizium vorgesehene Innelektrode 71 des Grabenkondensators 7 von einem in einem Elektrodenabschnitt 12 des Halbleitersubstrats 1 ausgebildeten dotierten Gebiet. Das dotierte Gebiet bildet die Außenelektrode 73 des Grabenkondensators 7 und umfängt den Lochgraben 2 unterhalb der Kragenunterkante 30. Oberhalb der Kragenunterkante 30 ist der Lochgraben 2 mit einem Kragenisolator 73 ausgekleidet. Der Kragenisolator 74 isoliert die Innenelektrode 71 von entlang der Substratoberfläche 10 oder entlang der Grabenwandung 21 ausgebildeten Transistorstrukturen 6 in einem Isolatorabschnitt 11 des Halbleitersubstrats 1. Gegenüber dem Kondensatordielektrikum 72 weist der Kragenisolator 74 eine vergleichsweise große Schichtdicke auf, so dass im unteren Abschnitt 212 des Lochgrabens 2 wirkende Prozessschritte, wie etwa eine Flaschenätzung zur Aufweitung des Lochgrabens 2 unterhalb der Kragenunterkante 30 oder das Ausdiffundieren eines Dotierstoffes zur Formierung des dotierten Gebietes der Außenelektrode 73 beeinträchtigt sind.
  • Es ist daher bekannt, vor einer Flaschenätzung bzw. vor der Formierung der dotierten Gebiete der Außenelektrode anstelle des Kragenisolators einen Hilfskragen als vertikale Ätzmaske bzw. Diffusionsbarriere vorzusehen. Der Hilfskragen weist eine im Vergleich zum Kragenisolator geringe Schichtdicke auf und erleichtert eine im unteren Abschnitt 212 des Lochgrabens 2 wirkende Prozessierung.
  • Ein Verfahren zur Ausbildung eines Hilfskragens ist in der US 2003/0077872 A1 (Tews et al.) beschrieben. Dabei wird vor der Formierung des Hilfskragens der untere Abschnitt des Lochgrabens durch eine temporäre Füllung mit Polysilizium maskiert. Ein erster Abschnitt der Polysiliziummaske geht aus einer konformen Abscheidung mit anschließender anisotropen Rückbildung bis zur Kragenunterkante hervor. Eine resultierende röhrenförmige Auskleidung des Lochgrabens wird mit einer "Divot"-Füllung in Form einer nichtkonformen Abscheidung mit hoher Abscheidungsrate verschlossen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist in der Vielzahl der dazu notwendigen Prozessschritte zu sehen.
  • In der US 6,391,785 B1 sind verschiedene Verfahren zur selektiven Abscheidung von Materialien im Zusammenhang mit einer sequentiellen Gasphasenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) genannt. Dabei werden auf isolierende Oberflächen selektiv zu leitfähigen Oberflächen sogenannte Barrierenmaterialien aufgebracht.
  • Bei einem ALD-Prozess wird in einer ersten Prozessphase ein Grundsubstrat einem ersten Vorstufenmaterial ausgesetzt. Das erste Vorstufenmaterial lagert sich ausschließlich in aktivierten Abschnitten der Substratoberfläche ab und wird dabei in der Regel modifiziert. Sind alle aktivierten Abschnitte des Substrats mit dem modifizierten Vorstufenmaterial bedeckt, so ist eine monomolekulare Teileinzellage aus dem modifizierten Vorstufenmaterial auf der Substratoberfläche abgeschieden. In einer zweiten Phase wird das Substrat einem zweiten Vorstufenmaterial ausgesetzt, das sich ausschließlich auf der Teileinzellage aus dem ersten Vorstufenmaterial ablagert. Dabei werden die Vorstufenmaterialien in das Schichtmaterial umgesetzt. Es bildet sich eine Einzellage (monolayer) der zu erzeugenden Schicht. Der Prozesszyklus wird solange wiederholt, bis aus den abgeschiedenen Einzellagen eine Schicht vorher bestimmter Schichtdicke gebildet ist.
  • Die US 6,391,785 B1 nennt als Beispiel für ohne weitere Maßnahmen bereits konditionierte Substrate oxidhaltige Schichten. Ferner werden verschiedene Verfahren genannt, ein oder mehrere Materialien des Grundsubstrats mit chemischen Liganden zu versehen. Liganden sind dabei chemische Gruppen oder Atome, die so gewählt werden, dass sie mittels einer chemischen Reaktion selektiv durch eine andere chemische Gruppe oder ein chemisches Molekül, das zumindestens während der Anfangsphase der nachfolgenden Abscheidung der Barriereschicht in der Umgebungsatomsphäre vorhanden ist, ersetzt werden können.
  • Weiter ist aus der Deutschen Patentanmeldung DE 102 34 735 A1 (Hecht et al.) die Abscheidung eines Hilfskragens mittels ALD im ungesättigten Prozessregime bekannt. Im ungesättigten Prozessregime wird ausgenutzt, dass der Hilfskragen gezielt von der Substratoberfläche her in den Lochgraben hineinwächst. Wird dabei in mindestens einem ALD-Prozesszyklus nicht genügend Vorstufenmaterial angeboten, um den Lochgraben vollständig auszukleiden, so bleibt der untere Teil des Lochgrabens unbedeckt. Es entsteht in einem einzigen Abscheidungsprozess ein vertikal strukturierter Hilfskragen, wie er etwa für eine Flaschenätzung oder eine Gasphasendotierung notwendig ist.
  • Ein gemäß der DE 102 34 735 A1 mit einem Hilfskragen versehener Lochgraben ist in der 2B dargestellt.
  • In ein Halbleitersubstrat 1 ist von einer Substratoberfläche 10 durch eine Schutzschicht (pad nidride) 8 ein Lochgraben 2 eingebracht. Der Lochgraben 2 ist oberhalb einer Kragenunterkante 30 mit einem Hilfskragen 3'' hoher Konformität ausgekleidet. Unterhalb der Kragenunterkante 30 nimmt die Dicke des Hilfskragens 3 über einen Übergangsbereich Ü hinweg ab.
  • In der 2B ist die Konformität des Hilfskragens 3'' in Prozent in Abhängigkeit vom Abstand von der Substratoberfläche 10 aufgetragen. Im erfassten Beispiel nimmt die Konformität ab einer Tiefe von 450 nm unterhalb der Substratoberfläche 10 ab. Der Übergangsbereich Ü hat eine Ausdehnung von etwa 1 μm.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, dass die Positions einer Unterkante des derart aufgewachsenen Hilfskragens in vertikaler Richtung stark vom Durchmesser des Lochgrabens abhängt und dieser über eine Oberfläche des Wafers stark variiert. Zudem bildet sich im Bereich der Unterkante des Hilfskragens ein vergleichsweise weiter Übergangsbereich abnehmender Dicke des Hilfskragens.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber bekannten Verfahren einfaches Verfahren zur vertikalen Strukturierung von mittels sequentieller Gasphasenabscheidung vorgesehenen Schichten zur Verfügung zu stellen. Ferner umfasst die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines Hilfskragens für einen Lochgraben und ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren für Speicherzellen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ein Verfahren zur Ausbildung einer Kragenstruktur im oberen Abschnitt eines in ein Halbleitersubstrat eingebrachten Lochgrabens ist im Anspruch 9 angeben. Aus den Ansprüchen 12 und 13 ergibt sich jeweils ein Verfahren zur Herstellung von Speicherkondensatoren. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren für ein vertikal strukturiertes Abscheiden einer Prozessschicht mittels sequentieller Gasphasenabscheidung wird zunächst ein Substrat aus einem Substratmaterial bereit gestellt. In das Substrat wird von einer Substratoberfläche aus ein Graben eingebracht. Der obere Abschnitt einer Grabenwandung des Grabens oberhalb einer Kragenunterkante wird selektiv gegenüber einem unteren Abschnitt der Grabenwandung unterhalb der Kragenunterkante mit der Prozessschicht beschichtet. Dabei wird das Substrat wiederholt abwechselnd mindestens zwei unterschiedlichen Prozessfluiden ausgesetzt. Zur Ausbildung einer selektiven Beschichtung wird vor der Beschichtung der Grabenwandung der untere Abschnitt der Grabenwandung mit einer Passivierungsschicht aus einem Maskenmaterial abgedeckt. Das Maskenmaterial wird so gewählt, dass sich keines der Prozessfluide an das Maskenmaterial anlagert.
  • Im Gegensatz zur vertikalen Strukturierung durch gerichtetes Aufwachsen im ungesättigten Prozessregime ist die Abscheidung der Prozessschicht selbstjustierend und findet im gesättigten Prozessregime statt, das gegenüber dem ungesättigten Prozessregime wesentlich einfacher zu steuern ist. Ferner wird die Ausbildung eines Übergangsbereichs entsprechend einem nicht selbstlimitierenden ALD-Prozess unterdrückt. Der ALD-Prozess wird als standardmäßiger selbstlimitierender ALD-Prozess gesteuert, bei dem sich keine Notwendigkeit für die Verarmung eines oder beider Vorstufenmaterialien ergibt.
  • Bevorzugt wird als Substratmaterial ein Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium oder ein Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid vorgesehen, die jeweils amorph bzw. polykristallin oder monokristallin vorliegen können. Als Maskenmaterial wird bevorzugt ein Dielektrikum, etwa ein Nitrid, vorgesehen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Halbleitermaterial monokristallines Silizium und als Maskenmaterial ein Metalloxid, wie HfO2, ZrO2, Ta2O5, Nb2O5 oder Al2O3 oder ein geeignetes Oxid seltener Erden, wie etwa Pr2O5 oder La2O3 vorgesehen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Prozessschicht aus Aluminiumoxid Al2O3 vorgesehen, das unter Verwendung von Tetramethylaluminium und eines weiteren schwach oxidierenden Vorstufenmaterials, etwa H2O abgeschieden wird. Weder H2O noch Tetramethylaluminium (TMA) lagert sich an vertikal orientierten Abschnitten der Grabenwandung aus Siliziumnitrid, wohl aber an den vertikalen Abschnitten der Grabenwandung, die aus Silizium gebildet werden, an.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer Kragenstruktur im oberen Abschnitt eines in ein Halbleitersubstrat eingebrachten Lochgrabens wird zunächst ein Halbleitersubstrat aus einem Halbleitermaterial bereitgestellt. In das Halbleitersubstrat werden von einer Substratoberfläche her Lochgräben mit einer Grabenwandung eingebracht. Ein oberer Abschnitt der Grabenwandung oberhalb einer Kragenunterkante wird mittels eines sequentiellen Gasphasenabscheidungsverfahrens, bei dem das Halbleitersubstrat wiederholt abwechselt mindestens zwei unterschiedlichen Prozessfluiden ausgesetzt wird, selektiv zu einem unteren Abschnitt der Grabenwandung unterhalb der Kragenunterkante beschichtet. Vor dem selektiven Beschichten wird der untere Abschnitt mit einer Passivierungsschicht aus einem Maskenmaterial abgedeckt.
  • In bevorzugter Weise wird die Passivierungsschicht ausgebildet, indem auf der Grabenwandung eine Vorläuferschicht aufgebracht und der Graben mit einem Hilfsmaterial gefüllt wird. Das Hilfsmaterial wird in einem Ätzprozess bis zur Kragenunterkante zurückgebildet und oberhalb der Kragenunterkante die Vorläuferschicht freigelegt. Der freigelegte Abschnitt der Vorläuferschicht wird entfernt. Der remanente Abschnitt der Vorläuferschicht bildet die Passivierungsschicht. Anschließend wird das Hilfsmaterial aus dem unteren Abschnitt des Lochgrabens entfernt.
  • Das Hilfsmaterial ist bevorzugt ein Photoresistmaterial. Die Kragenunterkante wird in vorteilhafter Weise durch die Rückbildung des Photoresists im Lochgraben eingestellt. Gegenüber der nicht konformen ALD-Abscheidung im ungesättigten Prozessregime erfolgt die Abscheidung der Kragenstruktur im gesättigten Prozessregime mit weiten zulässigen Bereichen für Prozessdruck und Prozesstemperatur. Ein Übergangsbereich abnehmender Schichtdicke der Prozessschicht entfällt.
  • Das Verfahren ist flexibel und unabhängig vom Durchmesser der Lochgräben. Damit ist das Verfahren auch weitgehend unempfindlich gegen Schwankungen des Durchmessers der Lochgräben über das Halbleitersubstrat, etwa einem Halbleiterwafer.
  • Das Abscheiden einer dünnen Siliziumnitridschicht ist ein vergleichsweise einfacher und zuverlässiger Prozess in der Halbleiterfertigungstechnologie. Die Passivierungsschicht wird nach Abscheiden der Prozessschicht selektiv zur Prozessschicht entfernt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kragenstruktur lässt sich in ein Verfahren zur Herstellung eines Speicherkondensators für eine Speicherzelle integrieren. Dazu wird von einer Substratoberfläche aus, ein Lochgraben zur Ausbildung eines Lochgrabenkondensators in ein Halbleitersubstrat eingebracht. In einem Elektrodenabschnitt des Halbleitersubstrats, der einen unteren Abschnitt des Lochgrabens unterhalb einer Kragenunterkante umfängt, wird eine Außenelektrode des Speicherkondensators als dotiertes Gebiet ausgebildet. Der untere Abschnitt des Lochgrabens wird mit einem Kondensatordielektrikum und der obere Abschnitt des Lochgrabens mit einem Isolatorkragen ausgekleidet. Im Inneren des Lochgrabens wird eine Innenelektrode aus einem leitfähigen Material vorgesehen. Zur Kapazitätsvergrößerung des Speicherkondensators wird die Elektrodenfläche vergrößert, indem der Lochgraben im unteren Abschnitt durch eine Flaschenätzung auf geweitet wird.
  • Erfindungsgemäß wird nun vor der Flaschenätzung ein Hilfskragen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer Kragenstruktur im oberen Abschnitt des Lochgrabens vorgesehen. Nach der Flaschenätzung wird der Hilfskragen entfernt und an dessen Stelle der Isolatorkragen mit relativ zum Hilfskragen hoher Schichtdicke vorgesehen.
  • Wird die Außenelektrode durch Ausdiffussion eines Dotierstoffs aus einem in den Lochgraben temporär eingebrachten gasförmigen, flüssigen oder festen Dotierhilfsmaterial ausgebildet, so wird erfindungsgemäß vor Einbringen des Dotierhilfsmaterials ein Hilfskragen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer Isolatorstruktur und nach Ausbildung der Außenelektrode der Isolatorkragen mit hoher Schichtdicke vorgesehen.
  • In bevorzugter Weise wird der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Hilfskragen sowohl als Diffusionsbarriere im Zuge der Ausbildung der Außenelektrode als auch als vertikale Ätzmaske bei der Flaschenätzung benutzt. Nachfolgend werden die Erfindung sowie deren Vorteile anhand der Figuren näher erläutert, wobei für einander entsprechende Komponenten und Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:
  • 1 einen schematischen Querschnitt durch eine herkömmliche Trench-Speicherzelle,
  • 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Lochgraben mit Hilfskragen entsprechend dem Stand der Technik,
  • 3 elektronenmikroskopischen Aufnahmen nachempfundene Querschnitte durch Strukturen nach selektiver ALD-Abscheidung und
  • 4 Querschnitte durch einen gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens prozessierten Lochgrabens.
  • Die 1 und 2 wurden bereits eingangs erläutert.
  • Die 3A, 3B und 3C zeigen jeweils Lochgräben 2, die von einer Substratoberfläche 10 her in ein Substrat 1 eingebracht sind. Das Substratmaterial ist monokristallines Silizium. Oberhalb der Substratoberfläche 10 ist eine Schutzschicht 8 (pad nitride) in verschiedenen Schichtdicken vorgesehen. Der Durchmesser der Lochgräben 2 beträgt näherungsweise 100 nm. Die Schichtdicke der Schutzschicht 8 beträgt in der 3A etwa 150 nm, in der 3B etwas mehr als 100 nm und in der 3C etwa 80 nm.
  • Mittels einer sequentiellen Gasphasenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) unter Verwendung der Vorstufenmaterialien Trimethylaluminium und Wasser wird Al2O3 abgeschieden. Das Al2O3 wächst lediglich auf der Siliziumoberfläche, nicht aber auf der Schutzschicht 8 auf.
  • In der 4 ist die Ausbildung eines Hilfskragens aus Aluminiumoxid unter Ausnutzung eines selektiven ALD-Prozesses in verschiedenen Prozessstadien dargestellt.
  • In ein Halbleitersubstrat 1 wird durch eine Schutzschicht 8 hindurch von einer Substratoberfläche 10 aus ein Lochgraben 2 eingebracht. Das Halbleitersubstrat 1 ist monokristallines Silizium. Die Schutzschicht 8 wird aus Siliziumnitrid (pad nitride) gebildet. Eine dünne Vorläuferschicht 4' aus Siliziumnitrid wird auf eine Grabenwandung 21 des Lochgrabens 2 abgeschieden.
  • Die 4A zeigt den in das Halbleitersubstrat 1 eingebrachten Lochgraben 2. Durch die Vorläuferschicht 4' wird der Lochgraben 2 ausgekleidet und die Schutzschicht 8 abgedeckt.
  • Ein Hilfsmaterial 5, etwa ein Photoresistmaterial, wird so abgeschieden, dass der Lochgraben 2 vollständig mit dem Hilfsmaterial 5 gefüllt ist.
  • In der 4B ist der vollständig mit dem Hilfsmaterial 5 gefüllte Lochgraben 2 dargestellt.
  • Durch einen geeigneten Rückätzprozess mit geringer Prozesstoleranz wird das Hilfsmaterial 5 bis zu einer Kragenunterkante 30 in den Lochgraben 2 zurückgebildet.
  • In der 4C ist der Lochgraben 2 durch einen remanenten Abschnitt des Hilfsmaterials 5' unterhalb einer Kragenunterkante 30 gefüllt. Aus einem oberen Abschnitt des Lochgrabens 2 oberhalb der Kragenunterkante 30 ist das Hilfsmaterial 5 entfernt.
  • Mit dem zurückgebildeten Hilfsmaterial 5' als Maske wird die Vorläuferschicht 4' von oberen Abschnitten 211 der Grabenwandung 21 des Lochgrabens 2 sowie von der Schutzschicht 8 entfernt.
  • Die aus der Vorläuferschicht 4' hervorgegangene Passivierungsschicht 4 ist in der 4D dargestellt.
  • Die 4E zeigt den Lochgraben 2 nach Entfernung des zurückgebildeten Hilfsmaterials 5 aus dem unteren Abschnitt des Lochgrabens 2. Der untere Abschnitt 212 der Grabenwandung 21 ist unterhalb der Kragenunterkante 30 durch die Passivierungsschicht 4 ausgekleidet.
  • Es erfolgt eine sequentielle Gasphasenabscheidung von Aluminiumoxid aus Trimethylaluminium und einem schwach oxidierenden Vorstufenmaterial, wie etwa Wasser. Das Aluminiumoxid wächst lediglich auf monokristallinem Silizium, nicht aber auf Siliziumnitrid auf.
  • Wie in der 4F gezeigt, wird lediglich der von der Passivierungsschicht 4 nicht abgedeckte obere Abschnitt 211 der Grabenwandung 21 von der aufwachsenden Prozessschicht 3 abgedeckt. Weder auf der Schutzschicht 8 noch auf der Passivierungsschicht 4 kommt es zu einem Abscheiden von Aluminiumoxid. Nach Formierung des aus der Prozessschicht 3 ausgebildeten Hilfskragens 3 wird die Passivierungsschicht 4 aus dem unteren Abschnitt des Lochgrabens 2 entfernt.
  • Der nach Entfernen der Passivierungsschicht 4 verleibende Hilfskragen 3 gemäß der 4G dient etwa als vertikale Maske für eine Flaschenätzung im unteren Abschnitt 212 des Lochgrabens 2 oder als Diffusionsbarriere bei der Formierung eines dotierten Gebiets in einem den unteren Abschnitt 212 des Lochgrabens 2 umfangenden Elektrodenabschnitt 12 des Halbleitersubstrats 1.
  • 1
    Substrat
    10
    Substratoberfläche
    11
    Isolatorabschnitt
    12
    Elektrodenabschnitt
    2
    Lochgraben
    21
    Grabenwandung
    211
    oberer Abschnitt
    212
    unterer Abschnitt
    3
    Prozessschicht, Hilfskragen
    3''
    Hilfskragen nach Stand der Technik
    30
    Kragenunterkante
    4
    Passivierungsschicht
    4'
    Vorläuferschicht
    5'
    Hilfsmaterial
    5
    zurückgebildetes Hilfsmaterial
    6
    Auswahltransistor
    7
    Grabenkondensator
    71
    Innenelektrode
    72
    Kondensatordielektrikum
    73
    Außenelektrode
    74
    Kragenisolator
    8
    Schutzschicht
    Ü
    Übergangsbereich

Claims (13)

  1. Verfahren zur vertikal strukturierten Abscheidung einer Prozessschicht (3) mittels sequentieller Gasphasenabscheidung mit den Schritten: – Bereitstellen eines Substrats (1) aus einem Substratmaterial, – Einbringen eines Grabens (2) mit einer Grabenwandung (21) in das Substrat (1) von einer Substratoberfläche (10) aus, – Abdecken eines unteren Abschnitts (212) der Grabenwandung (21) unterhalb einer Kragenunterkante (30) mit einer Passivierungsschicht (4) aus einem Maskenmaterial, und – Beschichten eines oberen Abschnitts (211) der Grabenwandung (21) oberhalb der Kragenunterkante (30) mit der Prozessschicht (3) selektiv zum unteren Abschnitt (212), wobei das Substrat (1) wiederholt abwechselnd mindestens zwei unterschiedlichen Prozessfluiden ausgesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Substratmaterial ein Halbleitermaterial vorgesehen wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Maskenmaterial ein Dielektrikum vorgesehen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Maskenmaterial ein Nitrid vorgesehen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleitermaterial monokristallines Silizium vorgesehen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessschicht (3) aus einem Metalloxid vorgesehen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessschicht (3) aus Al2O3 vorgesehen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dass die Prozessschicht (3) unter Verwendung der Prozessfluide H2O und Tetramethylaluminium abgeschieden wird.
  9. Verfahren zur Ausbildung einer Kragenstruktur (3) in einem oberen Abschnitt eines in ein Halbleitersubstrat (1) eingebrachten Lochgrabens (2) mit den Schritten: – Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1) aus einem Halbleitermaterial, – Einbringen eines Lochgrabens (2) mit einer Grabenwandung (21) in das Halbleitersubstrat (1) von einer Substratoberfläche (10) aus, – Abdecken eines unteren Abschnitts (212) der Grabenwandung (21) unterhalb einer Kragenunterkante (30) mit einer Passivierungsschicht (4) aus einem Maskenmaterial und – Beschichten eines oberen Abschnitts (211) der Grabenwandung (21) oberhalb der Kragenunterkante (30) mit der Kragenstruktur (3) selektiv zum unteren Abschnitt (212), wobei das Halbleitersubstrat (1) wiederholt abwechselnd mindestens zwei unterschiedlichen Prozessfluiden ausgesetzt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (4) ausgebildet wird durch: – Aufbringen einer Vorläuferschicht (4') auf der Grabenwandung (21); – Abscheiden eines Hilfsmaterials (5) auf der Vorläuferschicht (4'); – Rückbilden des Hilfsmaterials (5) bis unterhalb der Kragenunterkante (30), wobei oberhalb der Kragenunterkante (31) die Vorläuferschicht (4') freigelegt wird; – Entfernen des freigelegten Abschnitts der Vorläuferschicht (4'); und – Entfernen des Hilfsmaterials (5) aus dem Lochgraben (2);
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (4) nach Formierung des Hilfskragens (3) selektiv zum Hilfskragen (3) entfernt wird.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Speicherkondensators für eine Speicherzelle, bei dem – in ein Halbleitersubstrat (1) von einer Substratoberfläche (10) aus ein Lochgraben (2) eingebracht wird, – in einem einen unteren Abschnitt (212) des Lochgrabens (2) unterhalb einer Kragenunterkante (30) umfangenden Elektrodenabschnitt (12) des Halbleitersubstrats (1) eine Außenelektrode (73) als dotiertes Gebiet ausgebildet wird, – der untere Abschnitt (212) des Lochgrabens (2) mit einem Kondensatordielektrikum (72) ausgekleidet wird, – der obere Abschnitt (211) des Lochgrabens (2) mit einem Isolatorkragen (74) ausgekleidet, – im Innern des Lochgrabens (2) eine Innenelektrode (71) vorgesehen wird und – der Lochgraben (2) im unteren Abschnitt (212) durch eine Flaschenätzung aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Flaschenätzung ein Hilfskragen (3) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und der Isolatorkragen (74) nach der Flaschenätzung vorgesehen wird.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Speicherkondensators für eine Speicherzelle, bei dem – in ein Halbleitersubstrat (1) von einer Substratoberfläche (10) aus ein Lochgraben (2) eingebracht wird, – in einem einen unteren Abschnitt (212) des Lochgrabens (2) unterhalb einer Kragenunterkante (30) umfangenden Elektrodenabschnitt (12) des Halbleitersubstrats (1) eine Außenelektrode (73) als dotiertes Gebiet ausgebildet wird, – der untere Abschnitt des Lochgrabens (2) mit einem Kondensatordielektrikum (72) ausgekleidet wird, – der obere Abschnitt des Lochgrabens (2) mit einem Isolatorkragen (74) ausgekleidet wird, – im Innern des Lochgrabens (2) eine Innenelektrode (71) vorgesehen wird und – die Außenelektrode (73) durch Ausdiffusion eines Dotierstoffs aus einem temporär in den Lochgraben (2) eingebrachten Dotierhilfsmaterial ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Einbringen des Dotierhilfsmaterials ein Hilfskragen (3) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und der Isolatorkragen (74) nach Ausbildung der Außenelektrode (73) vorgesehen wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6391785B1 (en) * 1999-08-24 2002-05-21 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Method for bottomless deposition of barrier layers in integrated circuit metallization schemes
DE10234735A1 (de) * 2002-07-30 2004-02-12 Infineon Technologies Ag Verfahren zum vertikalen Strukturieren von Substraten in der Halbleiterprozesstechnik mittels inkonformer Abscheidung

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