DE10358599B3 - Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator in einem Substrat, der über einen vergrabenen Kontakt einseitig mit dem Substrat elektrische verbunden ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle - Google Patents

Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator in einem Substrat, der über einen vergrabenen Kontakt einseitig mit dem Substrat elektrische verbunden ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle Download PDF

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Matthias Goldbach
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • 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
    • H10B12/0385Making a connection between the transistor and the capacitor, e.g. buried strap

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator in einem Substrat (1), der über einen vergrabenen Kontakt (17) einseitig mit dem Substrat elektrisch verbunden ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle mit einem in dem Substrat (1) vorgesehenen und über den vergrabenen Kontakt (17) angeschlossenen Auswahltransistor. Nach einem Vorsehen eines Grabens (2) in dem Substrat (1), dessen Grabenwand (21) in einem unteren Grabenabschnitt (2') durch einen ersten Kragen (41) ausgebildet wird und dessen Grabenwand (21) in einem mittleren Grabenabschnitt (2'') und in einem oberen Grabenabschnitt (2''') durch das Substrat (1) ausgebildet wird, wird der Graben (2) mit einem Kondensatordielektrikum (51) versehen. Darauf folgt ein Füllen eines unteren Teilbereichs (2'-A) des unteren Grabenbereichs (2') mit einer ersten Füllung (61) und ein Versehen der Grabenwand (21) des Grabens (2) oberhalb der ersten Füllung (61) einschließlich des mittleren Grabenabschnitts (2'') mit einem zweiten Kragen (42). Dann erfolgt ein Füllen des Grabens (2) mit einer zweiten Füllung (62) oberhalb der ersten Füllung (61) bis einschließlich des mittleren Grabenabschnitts (2'') und ein Abdecken eines zweiten vertikalen Teilgrabens (23) des Grabens (2) mit einer selbstjustierten Maske (31), wobei ein erster vertikaler Teilgraben (22) nicht abgedeckt wird. In einem folgenden Prozessschritt wird der zweite Kragen (42) im ersten vertikalen Teilgraben (22) entfernt. ...

Description

  • Die Druckschrift DE 102 19 123 A1 beschreibt ein Verfahren zum Strukturieren keramischer Schichten auf Halbleitersubstraten, wobei eine keramische Schicht auf einem Halbleitersubstrat abgeschieden wird, die abgeschiedene keramische Schicht in einem Verdichtungsschritt verdichtet wird, in der verdichteten keramischen Schicht zumindest in Abschnitten Fehlstellen erzeugt werden, und die keramische Schicht mit einem Ätzmedium behandelt wird, wobei die keramische Schicht in den mit Fehlstellen versehenen Abschnitten von Substrat abgetragen wird. Insbesondere in der 3 und der dazugehörigen Beschreibung werden die Arbeitsschritte für den Aufbau eines Grabenkondensators beschrieben, wobei der Anschluss der Topelektrode des Grabenkondensators nur zu einer Seite des Grabens hin erfolgt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator in einem Substrat, der über einen vergrabenen Kontakt einseitig mit dem Substrat elektrisch verbunden ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle, wie z.B. aus der DE 198 43 641 A1 bekannt.
  • Obwohl prinzipiell auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf integrierte Speicherschaltungen in Silizium-Technologie erläutert.
  • Das oben erwähnte und weitere ähnliche bekannte Verfahren weisen Probleme auf, wenn es darum geht, einen tief gelegenen, vergrabenen Kontakt in einem Graben mit sehr hohem Aspektverhältnis (typischerweise > 3) zu fertigen, wie es beispielsweise bei DRAMs mit einer Designregel von weniger als 70 nm auftaucht.
  • Bekanntermaßen treten bei der Herstellung des einseitigen Kontaktes mittels des subtraktiven Herstellungsverfahrens Probleme auf. Nach dem subtraktiven Verfahren wird der einseitige Kontakt aus einem allseitigen Kontakt gebildet, wobei der allseitige Kontakt an definierten Stellen mittels einer Maske, welche auf dem Halbleitersubstrat aufgebracht wird, entfernt wird. Die Maske wird am oberen Ende des Grabens mit einer Breite von 1/2 bis 1/3 des Grabens ausgebildet. Die Größe (Breite) der Position der Maske muss genau gesteuert sein. Diese Steuerung ist technisch sehr schwierig und mit Ungenauigkeiten belegt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches und sicheres Herstellungsverfahren für einen derartigen einseitig angeschlossenen Grabenkondensator mit hohem Aspektverhältnis anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Herstellungsverfahren gelöst.
  • Demnach wird das die Aufgabe lösende Herstellungsverfahren mit den folgenden Schritten bereitgestellt:
    Vorsehen von einem Graben in dem Substrat, dessen Grabenwand in einem unteren Grabenabschnitt durch einen ersten Kragen ausgebildet wird und dessen Grabenwand in einem mittleren Grabenabschnitt und in einem oberen Grabenabschnitt durch das Substrat ausgebildet wird. Anschließendes Versehen des Grabens mit einem Kondensatordielektrikum und Füllen eines unteren Teilbereichs des unteren Grabenbereichs mit einer ersten Füllung. Darauf folgt ein Versehen der Grabenwand des Grabens oberhalb der ersten Füllung einschließlich des mittleren Grabenabschnitts mit einem zweiten Kragen und Füllen des Grabens mit einer zweiten Füllung oberhalb der ersten Füllung bis einschließlich des mittleren Grabenabschnitts. Abdecken eines zweiten vertikalen Teilgrabens des Grabens mit einer selbstjustierten Maske, wobei ein erster vertikaler Teilgraben nicht abgedeckt wird. Anschließendes Entfernen des zweiten Kragens im ersten vertikalen Teilgraben und Entfernen der selbstjustierten Maske und der zweiten Füllung. Entfernen des Kondensatordielektrikums in dem ersten vertikalen Teilgraben oberhalb der dritten Barriereschicht und Füllen des Grabens mit einer Kontaktierfüllung zur Ausbildung eines vergrabenen Kontaktes zwischen dem Substrat und der ersten Füllung über die Kontaktierfüllung.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass es eine genaue Definition des Anschlussge bietes beim jeweiligen vergrabenen Kontakt des Grabenkondensators selbst bei hohem Aspektverhältnis ermöglicht.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die selbstjustierte Maske selbst bei hochaspektischen Konzepten oberflächennah gebaut werden kann. Die selbstjustierte Maske weist keine Überhänge auf die umliegende Peripherie des Grabens auf und kann somit sehr leicht in die Tiefe übertragen werden.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im Wesentlichen darin, eine mittels einfacher Geometrien eines additiven Herstellungsverfahrens geschaffene oberflächennahe Maske zu verwenden, um einen einseitigen Kontakt zu vergraben und für den Kontakt eine maximale Breite des Grabens zu nutzen.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen Herstellungsverfahrens.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der erste vertikale Teilgraben breiter als der zweite vertikale Teilgraben.
  • Ein Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung ist, dass ein breiterer erster vertikaler Teilgraben für den vergrabenen elektrischen Kontakt mehr Platz schafft und die eigentliche Kontaktierung des Substrates und der ersten Füllung innerhalb des Grabens vorgenommen werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Füllen des Grabens mit einer Kontaktierfüllung zur Ausbildung eines vergrabenen Kontaktes mittels folgender Verfahrensschritte bereitgestellt: Beginnend mit einem Versehen einer fünften Barriereschicht über der ersten Füllung in dem unteren Grabenabschnitt wird das Halbleitersubstrat an der Grabenwand des ersten vertikalen Teilgrabens zur Ausbildung ei ner dritten Füllung aufgewachsen. Anschließend folgt ein Versehen einer vierten Barriereschicht in dem Graben und Füllen des Grabens über der vierten Barriereschicht mit einer vierten Füllung, wobei die Kontaktierfüllung zwischen dem Substrat und der ersten Füllung durch die dritte Füllung, die vierte Barriereschicht und die vierte Füllung ausgebildet wird.
  • Ein Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung ist, dass durch die ausgebildete dritte Füllung der vergrabene Kontakt in den Graben gezogen wird. Dies ermöglicht vorteilhafte elektrische Eigenschaften für die gesamte Halbleiterstruktur.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die vierte Barriereschicht elektrisch leitend, um mit der dritten Füllung und der vierten Füllung einen elektrischen Kontakt auszubilden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Abdecken eines zweiten vertikalen Teilgrabens des Grabens mit einer selbstjustierten Maske mittels folgender Verfahrensschritte bereitgestellt: Versehen des Grabens mit einer zweiten Barriereschicht und anschließendem Entfernen der zweiten Barriereschicht über einem ersten vertikalen Teilgraben zur Ausbildung der selbstjustierten Maske.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Weiterbildung wird das Entfernen der zweiten Barriereschicht über einem ersten vertikalen Teilgraben zur Ausbildung der selbstjustierten Maske mittels folgender Verfahrensschritte bereitgestellt: Schräges Implantieren von Ionen über der Halbleiterstruktur mit einem Winkel von vorzugsweise 45 Grad derart, dass die zweite Barriereschicht in dem ersten vertikalen Teilgraben nicht implantiert wird und selektives Nassätzen der resultierenden Struktur, sodass ein erster Teilbereich der zweiten Barriereschicht in dem ersten vertikalen Teilgraben entfernt wird und ein stehenbleibender zweiter Teilbe reich der zweiten Barriereschicht in dem zweiten vertikalen Teilgraben die selbstjustierte Maske ausbildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die horizontale Ausdehnung der selbstjustierten Maske größer als die Breite des zweiten Kragens.
  • Ein Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung ist, dass bei dem Entfernen der selbstjustierten Maske aufgrund deren größeren horizontalen Ausdehnung der zweite Kragen nicht verletzt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Abdecken eines zweiten vertikalen Teilgrabens des Grabens mit einer selbstjustierten Maske mittels folgender Verfahrensschritte bereitgestellt:
    Rückätzen einer Hartmaske, welche außer den Graben das Substrat abdeckt,
    Versehen der zweiten Füllung und der rückgeätzten Hartmaske mit einer dritten Barriereschicht,
    Versehen einer zweiten Barriereschicht über der dritten Barriereschicht,
    schräges Implantieren von Ionen über der zweiten Barriereschicht, sodass ein Teilbereich der zweiten Barriereschicht, welche links von dem ersten vertikalen Teilgraben und über der Hartmaske liegt, nicht implantiert wird,
    selektives Nassätzen der Halbleiterstruktur, sodass der nicht-implantierte Teilbereich der zweiten Barriereschicht entfernt wird,
    selektives Entfernen der freiliegenden dritten Barriereschicht,
    selektives Entfernen der freiliegenden zweiten Füllung in dem ersten vertikalen Teilgraben zur Ausbildung der selbstjustierten Maske.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Versehen der Grabenwand mit einem zweiten Graben, das Füllen des Grabens mit einer zweiten Füllung und das Abdecken eines zweiten vertikalen Teilgrabens mit einer selbstjustierten Maske mittels folgender Verfahrensschritte bereitgestellt:
    Versehen der Grabenwand mit einem zweiten Kragen,
    Entfernen des zweiten Kragens und des Kondensatordielektrikums in dem oberen Grabenabschnitt,
    Füllen des Grabens mit einer zweiten Füllung,
    Rückätzen einer Hartmaske, welche außer den Graben das Substrat abdeckt,
    Versehen der zweiten Füllung und der rückgeätzten zweiten Hartmaske mit einer zweiten Barriereschicht,
    schräges Implantieren von Ionen über der zweiten Barriereschicht, sodass ein erster Teilbereich der zweiten Barriereschicht, welche links von dem ersten vertikalen Teilgraben und über der Hartmaske liegt, nicht implantiert wird,
    reaktives Ionenätzen und selektives Nassätzen der Halbleiterstruktur, sodass ein zweiter Teilbereich der zweiten Barriereschicht über dem zweiten vertikalen Teilgraben zur Ausbildung der selbstjustierten Maske erhalten bleibt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste Füllung und die zweite Füllung aus Polysilizium.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die dritte Füllung ein aus einer Epitaxie hergestelltes Silizium.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung besteht die zweite Barriereschicht aus amorphem Silizium.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung besteht die dritte Barriereschicht aus Siliziumoxid.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung besteht die vierte Barriereschicht aus Siliziumnitrid.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Ionen Borionen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1a-g schematische Darstellungen aufeinander folgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2a-j schematische Darstellungen aufeinander folgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3a-i schematische Darstellungen aufeinander folgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
  • 1a-g sind schematische Darstellung aufeinander folgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 1a bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Silizium-Halbleitersubstrat, in dem mittels einer Hartmaske 32 ein Graben 2 vorgesehen worden ist. Auf den Grabenwänden 21 befindet sich ein dünnes Kondensatordielektrikum 51, welches in einem weiteren Verlauf des unteren Grabenabschnitts 2' unterhalb des Kragens 41 mit dem Substrat 1 und einer im Inneren des Grabens 2 vorgesehenen leitenden ersten Füllung 61, vorzugsweise aus Polysilizium, einen Kondensator ausbildet. Die Grabenwände 21 werden in einem unteren Grabenabschnitt 2' durch einen ersten Kragen 41 ausgebildet und werden in einem mittleren Grabenabschnitt 2'' und in einem oberen Grabenabschnitt 2''' durch das Substrat 1 ausgebildet. Die Grabenwand 21 des Grabens 2 ist oberhalb der ersten Füllung 61 einschließlich des mittleren Grabenabschnitts 2'' mit einem zweiten Kragen 42 versehen, sodass sich der zweite Kragen 42 und die Hartmaske 32 überlappen. Oberhalb der ersten Füllung 61 bis einschließlich des mittleren Grabenabschnitts 2'' ist der Graben 2 mit einer zweiten Füllung 62 angefüllt.
  • Weiter mit Bezug auf 1b wird dann die Oberfläche der resultierenden Struktur mit einer zweiten Barriereschicht 52, vorzugsweise aus amorphem Silizium, konform versehen. Darauf folgend werden Ionen 9 über der resultierenden Halbleiterstruktur, mit einem Winkel von vorzugsweise 45 Grad, schräg implantiert, sodass ein erster Teilbereich 52' der zweiten Barriereschicht 52 über einem ersten vertikalen Teilgraben 22 nicht implantiert wird.
  • Darauf folgt mit Bezug auf 1c ein selektives Nassätzen derart, dass der nicht-implantierte erste Teilbereich 52' der zweiten Barriereschicht 52 des ersten vertikalen Teilgrabens 22 entfernt wird und ein zweiter Teilbereich 52'' der zweiten Barriereschicht 52 im Besonderen über dem zweiten vertikalen Teilgraben 23 die selbstjustierte Maske 31 ausbildet.
  • Weiter mit Bezug auf 1d wird dann der freigelegte Bereich des zweiten Kragens 42 im ersten vertikalen Teilgraben 22 mittels eines Ätzprozesses entfernt.
  • Weiter mit Bezug auf 1e werden die zweite Barriereschicht 52 und die zweite Füllung 62 entfernt. Daraufhin werden die freiliegenden Bereiche des Kondensatordielektrikums 51 entfernt, nachdem oberhalb der ersten Füllung 61 eine fünfte Barriereschicht 55 aufgebracht worden ist. Die fünfte Barriereschicht 55 hat die Funktion, bei einem nachfolgenden Epitaxieschritt zu verhindern, das Dotierstoffe aus der ersten Füllung 61 in darüberliegende Schcihten diffundieren.
  • Weiter mit Bezug auf 1f wird dann das Halbleitersubstrat 1 an der Grabenwand 21 des ersten vertikalen Teilgrabens 22 mittels eines Epitaxieschrittes aufgewachsen, sodass eine dritte Füllung 63 aus dem Substrat 1 in dem ersten vertikalen Teilgraben 22 ausgebildet wird.
  • Weiter mit Bezug auf 1g wird die resultierende Struktur mit einer vierten Barriereschicht 54 in dem Graben 2 versehen. Vorzugsweise besteht die vierte Barriereschicht 54 aus einem Siliziumnitrid, welches sehr dünn aufgebracht wird und elektrisch leitend ist. Dann wird der Graben 2 über der vierten Barriereschicht 54 mit einer vierten Füllung 64, vorzugsweise ein Polysilizium, aufgefüllt, wobei eine Kontaktierfüllung 7 zwischen dem Substrat 1 und der ersten Füllung 61 durch die dritte Füllung 63, die vierte Barriereschicht 54 und die vierte Füllung 64 ausgebildet wird. Folglich ist das Substrat 1 mit der ersten Füllung 61, einer aus Polysilizium bestehenden Kondensatorelektrode im Inneren des Grabens 2, einseitig.
  • 2a-j sind schematische Darstellungen aufeinander folgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Der in 2a gezeigte Prozesszustand entspricht dem in 1a gezeigten Prozesszustand.
  • Gemäß 2b wird das Kondensatordielektrikum 51 oberhalb der Hartmaske 32 optional entfernt und die zweite Füllung 62, vorzugsweise ein Polysilizium, wird im gesamten Graben 2 angefüllt und planarisiert.
  • Gemäß 2c wird die Hartmaske 32 in vertikaler Richtung gedünnt, sodass die zweite Füllung 62 über die Hartmaske 32 hinaussteht. In einem darauf folgenden Prozessschritt wird über der resultierenden Struktur eine dritte Barriereschicht 53, vorzugsweise ein Siliziumoxid-Liner, abgeschieden. Über dem abgeschiedenen Siliziumoxid-Liner 53 wird eine zweite Barriereschicht 52, vorzugsweise amorphes Silizium, abgeschieden. Daraufhin werden Ionen 9, vorzugsweise Borionen, über der zweiten Barriereschicht 52, vorzugsweise mit einem Winkel von 45 Grad schräg implantiert, sodass ein erster Teilbereich 52' der zweiten Barriereschicht, welcher links von dem ersten vertikalen Teilgraben 22 und über der Hartmaske 32 liegt, nicht implantiert wird.
  • Gemäß 2d wird dann die resultierende Struktur selektiv nassgeätzt, sodass der nicht-implantierte erste Teilbereich 52' der zweiten Barriereschicht 52 entfernt wird. Dann wird die freiliegende dritte Barriereschicht 53 selektiv entfernt.
  • Daraufhin wird mit Bezug auf 2e die freiliegende zweite Füllung 62 in dem ersten vertikalen Teilgraben 22 mittels eines isotropen Ätzprozesses, bsp. einer isotropen Nass- oder Trocken-Ätzung oder eines LOCOS-Prozessschrittes, LOCOS-Oxidation und anschließender Entfernung des Oxids, selektiv entfernt. Wird der LOCOS-Prozessschritt angewandt, ist die dritte Barriereschicht 53 ein Siliziumnitrid.
  • Gemäß 2f wird die dritte Barriereschicht 53 mittels eines Oxidätzverfahrens entfernt. Dann folgt ein reaktives Ionenätzen des Polysiliziums, Füllung 62, in dem ersten vertikalen Teilgraben 22, sodass in dem ersten vertikalen Teilgraben 22 der Bereich des zweiten Kragens 42 freigelegt wird. Über dem zweiten Kragen 42 in dem zweiten vertikalen Teilgraben 23 bildet die zweite Füllung 62 die selbstjustierte Maske 31 aus.
  • Gemäß 2g wird dann der in dem ersten vertikalen Teilgraben 22 freigelegte zweite Graben 42 entfernt.
  • Der in 2h gezeigte Prozesszustand entspricht dem in 1e gezeigten Prozesszustand.
  • Der in 2i gezeigte Prozesszustand entspricht dem in 1f gezeigten Prozesszustand.
  • Der in 2j gezeigte Prozesszustand entspricht dem in 1g gezeigten Prozesszustand.
  • 3a-i sind schematische Darstellungen aufeinander folgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Der in 3a gezeigte Prozesszustand entspricht einer Erweiterung des in 2b gezeigten Prozesszustandes.
  • Der Prozesszustand nach 2b ist dahingehend erweitert, dass über der Hartmaske 32 und über dem Kondensatordielektrikum 51 eine dritte Barriereschicht 53, vorzugsweise ein Siliziumoxid-Liner, vorgesehen ist. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der zweite Kragen 42 und die dritte Barriereschicht 53 gleichen Materials und werden in gleichen Verfahrensschritten erzeugt. Die dritte Barriereschicht 53 hat die Funktion, eine Maske zum Herausziehen der zweiten Füllung 62 über das Niveau des zweiten Kragens 42 zu bilden. Die zweite Füllung 62, vorzugsweise ein Polysilizium, bildet eine T-Form aus.
  • Gemäß 3b wird die dritte Barriereschicht 53 entfernt und die Hartmaske 32 wird zurückgezogen.
  • Gemäß 3c wird dann auch das Kondensatordielektrikum 51 auf das Niveau der zurückgezogenen Hartmaske 32 zurückgezogen, sodass auch die Bereiche des zweiten Kragens 42 bis auf das Niveau der Hartmaske 32 zurückgezogen werden können. Der ein großes T ausbildende Bereich der zweiten Füllung 62 liegt nun frei und wird mit einer zweiten Barriereschicht 52, vorzugsweise aus amorphem Silizium, versehen. Daraufhin folgt ein schräges Implantieren von Ionen 9, vorzugsweise Borionen, über der zweiten Barriereschicht 52, sodass ein erster Teil bereich 52' der zweiten Barriereschicht, welcher links von dem ersten vertikalen Teilgraben 22 und über der Hartmaske 32 liegt, nicht implantiert wird.
  • Darauf folgt mit Bezug auf 3d ein reaktives Ionenätzen der zweiten Barriereschicht 52, sodass die horizontalen Bereiche der zweiten Barriereschicht 52 entfernt werden. Die vertikalen Bereiche der zweiten Barriereschicht 52, welche nach dem reaktiven Ionenätzen bestehen bleiben, werden selektiv nassgeätzt, sodass ein zweiter Teilbereich 52'' der zweiten Barriereschicht über dem zweiten vertikalen Teilgraben 23 bestehen bleibt und der nicht-implantierte erste Teilbereich 52' der zweiten Barriereschicht über dem ersten vertikalen Teilgraben 23 entfernt wird.
  • Gemäß 3e bildet der zweite Teilbereich 52'' der zweiten Barriereschicht 52 über dem zweiten vertikalen Teilgraben 23 die selbstjustierte Maske 31 aus.
  • Der in 3f gezeigte Prozesszustand entspricht einer Erweiterung des in 2g gezeigten Prozesszustandes. Die zweite Füllung 62, die nach 3e ein T ausbildet, wird mittels eines reaktiven Ionenätzens (RIE-Prozessschritt) zu einem I transformiert.
  • Der in 3g gezeigte Prozesszustand entspricht dem in 2h gezeigten Prozesszustand.
  • Der in 3h gezeigte Prozesszustand entspricht dem in 2i gezeigten Prozesszustand.
  • Der in 3i gezeigte Prozesszustand entspricht dem in 2j gezeigten Prozesszustand.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand dreier bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
  • Insbesondere ist die Auswahl der Materialien der Füllungen und der Barriereschichten nur beispielhaft und kann in vielerlei Art variiert werden.
  • 1
    Halbleitersubstrat
    2
    Graben
    2'
    unterer Grabenabschnitt
    2'-A
    unterer Teilbereich des unteren Grabenabschnitts
    2''
    mittlerer Grabenabschnitt
    2'''
    oberer Grabenabschnitt
    21
    Grabenwand
    22
    erster vertikaler Teilgraben
    23
    zweiter vertikaler Teilgraben
    31
    selbstjustierte Maske
    32
    Hartmaske
    41
    erster Kragen
    42
    zweiter Kragen
    51
    Kondensatordielektrikum
    52
    zweite Barriereschicht
    52''
    erster Teilbereich der zweiten Barriereschicht
    52''
    zweiter Teilbereich der zweiten Barriereschicht
    53
    dritte Barriereschicht
    54
    vierte Barriereschicht
    55
    fünfte Barriereschicht
    61
    erste Füllung
    62
    zweite Füllung
    63
    dritte Füllung
    64
    vierte Füllung
    7
    Kontaktierfüllung
    17
    Kontakt

Claims (14)

  1. Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator in einem Substrat (1), der über einen vergrabenen Kontakt (17) einseitig mit dem Substrat (1) elektrisch verbundenen ist, insbesondere für eine Halbleiterspeicherzelle mit einem in dem Substrat (1) vorgesehenen und über den vergrabenen Kontakt (17) angeschlossenen Auswahltransistor, mit den Schritten: (a) Vorsehen von einem Graben (2) in dem Substrat (1), dessen Grabenwand (21) in einem unteren Grabenabschnitt (2') durch einen ersten Kragen (41) ausgebildet wird und dessen Grabenwand (21) in einem mittleren Grabenabschnitt (2'') und in einem oberen Grabenabschnitt (2''') durch das Substrat (1) ausgebildet wird, (b) Versehen des Grabens (2) mit einem Kondensatordielektrikum (51), (c) Füllen eines unteren Teilbereichs (2'-A) des unteren Grabenbereichs (2') mit einer ersten Füllung (61), (d) Versehen der Grabenwand (21) des Grabens (2) oberhalb der ersten Füllung (61) einschließlich des mittleren Grabenabschnitts (2'') mit einem zweiten Kragen (42), (e) Füllen des Grabens (2) mit einer zweiten Füllung (62) oberhalb der ersten Füllung (61) bis einschließlich des mittleren Grabenabschnitts (2''), (f) Abdecken eines zweiten vertikalen Teilgrabens (23) des Grabens (2) mit einer selbstjustierten Maske (31), wobei ein erster vertikaler Teilgraben (22) nicht abgedeckt wird, (g) Entfernen des zweiten Kragens (42) im ersten vertikalen Teilgraben (22), (h) Entfernen der selbstjustierten Maske (31) und der zweiten Füllung (62), (i) Entfernen des freiliegenden Kondensatordielektrikums (51) in dem ersten vertikalen Teilgraben (23), und (j) Füllen des Grabens (2) mit einer Kontaktierfüllung (7) zur Ausbildung eines vergrabenen Kontaktes (17) zwischen dem Substrat (1) und der ersten Füllung (61) über die Kontaktierfüllung (7).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt (j) mittels folgender Verfahrenschritte bereitgestellt wird: (j1) Versehen einer fünften Barriereschicht (55) über der ersten Füllung (61) in dem unteren Grabenabschnitt (2'), (j2) Aufwachsen des Halbleitersubstrats (1) an der Grabenwand (21) des ersten vertikalen Teilgrabens (22) zur Ausbildung einer dritten Füllung (63) und anschließendes Entfernen der fünften Barriereschicht (55), (j3) Versehen einer vierten Barriereschicht (54) in dem Graben (2), und (j4) Füllen des Grabens (2) über der vierten Barriereschicht (54) mit einer vierten Füllung (64), wobei die Kontaktierfüllung (7) zwischen dem Substrat (1) und der ersten Füllung (61) durch die dritte Füllung (63), die vierte Barriereschicht (54) und die vierte Füllung (64) ausgebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Barriereschicht (54) elektrisch leitend ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt (f) mittels folgender Verfahrenschritte bereitgestellt wird: (f1) Versehen des Grabens (2) mit einer zweiten Barriereschicht (52) und (f2) Entfernen der zweiten Barriereschicht (52) über einem ersten vertikalen Teilgraben (23) zur Ausbildung der selbstjustierten Maske (31).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt (f2) mittels folgender Verfahrenschritte bereitgestellt wird: (f2a) Schräges Implantieren von Ionen (9) über der Halbleiterstruktur mit einem Winkel von vorzugsweise 45 Grad derart, dass die zweite Barriereschicht (52) in dem ersten vertikalen Teilgraben (22) nicht implantiert wird, und (f2b) Selektives Nassätzen der resultierenden Struktur, sodass ein erster Teilbereich (52') der zweiten Barriereschicht (52) in dem ersten vertikalen Teilgraben (22) entfernt wird und ein stehenbleibender zweiter Teilbereich (52') der zweiten Barriereschicht (52) in dem zweiten vertikalen Teilgraben (23) die selbstjustierte Maske (31) ausbildet.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Ausdehnung der selbstjustierten Maske (31) größer als die Breite des zweiten Kragens (42) ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt (f) mittels folgender Verfahrenschritte bereitgestellt wird: (f1) Rückätzen einer Hartmaske (32), welche außer den Graben (2) das Substrat (1) abdeckt, (f2) Versehen der zweiten Füllung (62) und der rückgeätzten Hartmaske (32) mit einer dritten Barriereschicht (53), (f3) Versehen einer zweiten Barriereschicht (52) über der dritten Barriereschicht (53) (f4) Schräges Implantieren von Ionen (9) über der zweiten Barriereschicht (52), sodass ein Teilbereich der zweiten Barriereschicht (52'), welcher links von dem ersten vertikalen Teilgrabens (22) und über der zweiten Hartmaske (22) liegt, nicht implantiert wird, (f5) Selektives Nassätzen der Halbleiterstruktur, sodass der nicht-implantierte Teilbereich (52') der zweiten Barriereschicht entfernt wird, (f6) Selektives Entfernen der freiliegenden dritten Barriereschicht (53), (f7) Selektives Entfernen der freiliegenden zweiten Füllung (62) in dem ersten vertikalen Teilgraben (22) zur Ausbildung der selbstjustierten Maske (31) in dem zweiten vertikalen Teilgraben (23).
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt (d)-(f) mittels folgender Verfahrenschritte bereitgestellt wird: (d1) Versehen der Grabenwand (21) mit einem zweiten Kragen (42), (d2) Entfernen des zweiten Kragens (42) und des Kondensatordielektrikums (51) in dem oberen Grabenabschnitt (2'''), (e1) Füllen des Grabens (2) mit einer zweiten Füllung (62), (f1) Rückätzen einer Hartmaske (32), welche außer den Graben (2) das Substrat (1) abdeckt, (f2) Versehen der zweiten Füllung (62) und der rückgeätzten zweiten Hartmaske (32) mit einer zweiten Barriereschicht (52), (f3) Schräges Implantieren von Ionen (9) über der zweiten Barriereschicht (52), sodass ein erster Teilbereich der zweiten Barriereschicht (52'), welcher links von dem ersten vertikalen Teilgrabens (22) und über der zweiten Hartmaske (22) liegt nicht implantiert wird, (f4) Reaktives Ionenätzen und selektives Nassätzen der resultierenden Struktur, sodass ein erster Teilbereich (52') der zweiten Barriereschicht (52) über dem ersten vertikalen Teilgraben (22) entfernt wird und ein stehen bleibender zweiter Teilbereich (52') der zweiten Barriereschicht (52) über dem zweiten vertikalen Teilgraben (23) die selbstjustierte Maske (31) ausbildet.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Füllung (61) und zweite Füllung (62) aus Polysilizium sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Füllung (63) ein aus einer Epitaxie hergestelltes Silizium ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Barriereschicht (52) aus einem amorphem Silizium ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Barriereschicht (53) aus Siliziumoxid ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Barriereschicht (54) aus Siliziumnitrid ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen (9) Borionen sind.
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