DE19547811A1

DE19547811A1 - Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren von Halbleitervorrichtungen

Info

Publication number: DE19547811A1
Application number: DE19547811A
Authority: DE
Inventors: Ha Poong Jeong
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1994-12-31
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2015-12-21
Also published as: TW280029B; GB2296821B; GB2296821A; US5658817A; GB9526722D0; DE19547811C2; KR960026870A

Description

Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren einer Halbleitervorrichtung, und besonders auf ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren mit einer vergrößerten Speicherelektrodenoberfläche, um die Her stellung hochintegrierter Halbleitervorrichtungen zu ermög lichen.

Beschreibung des Stands der Technik

Der kürzlich festzustellende Trend zur Hochintegration von Halbleiterspeichervorrichtungen bringt eine Verringerung der Zellendimensionen mit sich. Jedoch ergibt sich aus solch einer Verringerung in den Zellendimensionen eine Schwierigkeit, Kon densatoren mit einer ausreichenden Kapazität zu bilden. Das kommt daher, daß die Kapazität proportional zur Oberfläche des Kondensators ist. Im Fall einer dynamischen Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), die aus einem Metall-Oxid-Halb leiter-(MOS-)Transistor und einem Kondensator besteht, ist es für die Hochintegration der DRAM-Vorrichtung besonders wichtig, die von dem Kondensator eingenommene Fläche zu verringern und trotzdem eine hohe Kapazität des Kondensators zu erhalten.

Zur Vergrößerung der Kapazität wurden verschiedene Forschun gen unternommen. Z.B. wurde die Benutzung eines dielektrischen Material s mit hoher Dielektrizitätskonstante, das Bilden eines dünnen dielektrischen Films und das Bilden von Kondensatoren mit vergrößerter Oberfläche bekannt, wobei die Tatsache in Betracht gezogen wurde, daß die Kapazität des Kondensators proportional zur Oberfläche des Kondensators und umgekehrt proportional zur Dicke des den Kondensator bildenden dielektrischen Films ist.

Jedoch haben alle diese Verfahren ihre eigenen Probleme. Obgleich verschiedene Materialien, wie etwa TaeO₅, TiO₂ oder SrTiO₃ als eine hohe dielektrische Konstante aufweisende Mate rialien vorgeschlagen wurden, sind ihre Zuverlässigkeit und ihre Dünnfilmkennwerte nicht bestätigt worden. Aus diesem Grund ist es schwierig, solche dielektrischen Materialien in praktischen Situationen für Halbleitervorrichtungen zu benutzen. Die Verrin gerung der Dicke des dielektrischen Films ergibt eine Beschä digung des dielektrischen Films, die die Zuverlässigkeit des Kondensators ernstlich beeinträchtigt.

Um die Oberfläche des Kondensators zu vergrößern, wurden auch verschiedene Kondensatorstrukturen vorgeschlagen. Sie schließen ein: eine Stiftstruktur, die sich ganz durch eine Vielschicht polysiliziumstruktur hindurch erstreckt, um die Schichten mit einander zu verbinden, eine Labyrinthstruktur mit einer zylin drischen oder rechtwinkeligen Gestalt, und eine Struktur mit halbkugelförmigen Siliziumkörnern auf der Oberfläche der Spei cherelektrode. In diesen Kondensatorstrukturen ist die Kapazität jedoch immer noch unbefriedigend, weil die Oberfläche des Kon densators wegen ihrer durch die Hochintegration des DRAM bewirkten Verkleinerung immer noch klein ist.

Nun wird eine Kondensator mit Stiftstruktur in Verbindung mit Fig. 1A bis 1C beschrieben, die die sequentiellen Schritte eines konventionellen Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervor richtung veranschaulichen.

Nach diesem Verfahren wird ein Halbleitersubstrat 31 vorbe reitet, und dann werden Metall-Oxid-Halbleiter-(MOS-)Transistor strukturen auf dem Halbleitersubstrat 31 gebildet, wie in Fig. 1A gezeigt. Jede MOS-Transistorstruktur schließt ein: einen elementisolierenden Oxidfilm 32, einen Gate-Oxidfilm 33, eine Gate-Elektrode 34 und einen mit Verunreinigungen diffundierten Bereich 35. Danach wird ein isolierender Zwischenschichtfilm 36 und eine Bit-Leitung 37 gebildet. Über der sich ergebenden Struktur wird dann eine untere isolierende Schicht 38 gebildet. Die Bit-Leitung 37 kann nach Bilden des Kondensators gebildet werden. Ein gewünschter Abschnitt der unteren isolierenden Schicht 38 wird dann unter Benutzung einer (nicht gezeigten) Kontaktmaske geätzt, wodurch ein Kontaktloch 39 gebildet wird. Über der sich ergebenden Struktur wird ein erster Polysilizium film 40 und ein Oxidfilm 41 nach einander gebildet.

Der Oxidfilm 41 wird auch verlorener Film genannt, weil er nach dem Bilden einer nicht gezeigten) Speicherelektrode ent fernt wird. Der erste Polysiliziumfilm 40 ist eine Leiter schicht, die aus Polycide oder Ähnlichem hergestellt wird.

Unter Benutzung einer (nicht gezeigten) Kontaktmaske wird dann der Abschnitt des Oxidfilms 41, der sich im Kontaktloch befindet, anisotropisch geätzt, so daß der erste Polysilizium film 40 an seinen gewünschten Stellen freigelegt wird, wie in Fig. 1B gezeigt. Über der sich ergebenden Struktur wird dann ein zweiter Polysiliziumfilm 42 bis zu einer gewünschten Dicke gebildet.

Der zweite Polysiliziumfilm 42 ist eine Leiterschicht, die aus Polycide oder Ähnlichem hergestellt wird.

Anschließend werden der zweite Polysiliziumfilm 42, der Oxid film 41 und der erste Polysiliziumfilm 40 teilweise unter Benut zung einer (nicht gezeigten) Speicherelektrodenmaske in einer sequentiellen Weise geätzt, wie in Fig. 1C gezeigt. In diesem Ätzschritt unter Benutzung einer Speicherelektrodenmaske wird die untere isolierende Schicht 38 als eine Ätzbarriereschicht genutzt. Der Oxidfilm 41 wird dann vollständig nach einem nassen Ätzverfahren unter Benutzung des Unterschieds im Ätzselektivi tätsverhältnis der ersten und zweiten Polysiliziumfilme 40 und 42 entfernt, wodurch eine stiftförmige Speicherelektrode gebil det wird.

Obgleich diese stiftförmige, nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Speicherelektrode eine Verbesserung in der Topologie im Vergleich zu Kondensatoren anderer Typen aufweist, zeigt dieses Verfahren eine Schwierigkeit bei der Absicherung einer befriedigenden Kapazität für hochintegrierte Halbleitervorrichtungen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren einer Halbleitervorrichtung vorzu sehen, das in der Lage ist, eine Kondensatorstruktur mit einer höheren Kapazität als konventionelle, stiftförmige Strukturen zu bilden, wobei weiterhin die konventionell für das Bilden von Mustern benutzten Masken verwendet werden.

Nach der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel durch Vor sehen eines Verfahrens zur Herstellung von Kondensatoren für eine Halbleitervorrichtung erreicht, das die Schritte enthält: Bilden einer unteren isolierenden Schicht über einem Halbleiter substrat; Bilden eines Kontaktlochs in der unteren isolierenden Schicht unter Benutzung einer Kontaktmaske; Bilden einer ersten Leiterschicht über der sich ergebenden Struktur, die nach Bilden des Kontaktlochs erhalten wurde; Ätzen der ersten Leiterschicht und der unteren isolierenden Schicht in einem gewünschten Bereich bis zu einer gewünschten Tiefe der unteren isolierenden Schicht unter Benutzung einer Speicherelektrodenmaske, wodurch eine Rille gebildet wird; sequentielles Bilden einer zweiten Leiterschicht und eines verlorenen Films über der sich ergeben den Struktur, die nach dem Atzen erhalten wurde; anisotropisches Atzen des verlorenen Films unter Benutzung der Kontaktmaske; Bilden einer dritten Leiterschicht über der sich ergebenden Struktur, die nach dem anisotropischen Atzen erhalten wurde; anisotropisches Atzen der dritten Leiterschicht, des verlorenen Films und der zweiten Leiterschicht unter Nutzung der Speicher elektrodenmaske in einem Bereich, wo sie die Rille füllen; Bilden von Abstandsstücken aus einer Leiterschicht auf den jeweiligen Seitenwänden der Rille; und Entfernen des verlorenen Films, wodurch Speicherelektroden mit einer vergrößerten Ober fläche gebildet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Andere Ziele und Aspekte der Erfindung werden in der folgen den Beschreibung der Ausführungsformen mit Bezug auf die beige fügten Zeichnungen verdeutlicht, in denen:

Fig. 1A bis 1C Schnittdarstellungen sind, die jeweils ein konventionelles Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren einer Halbleitervorrichtung veranschaulichen; und

Fig. 2A bis 2E Schnittdarstellungen sind, die jeweils ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren einer Halbleiter vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 2A bis 2E veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren einer Halbleiterspeichervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Halb leitersubstrat 11 vorbereitet, und dann werden die MOS-Transis torstrukturen auf dem Halbleitersubstrat 11 gebildet, wie in Fig. 2A gezeigt. Jede MOS-Transistorstruktur schließt ein: einen elementisolierenden Oxidfilm 12, einen Gate-Oxidfilm 13, eine Gate-Elektrode 14 und einen mit Verunreinigungen diffundierten Bereich 15. Danach wird ein isolierender Zwischenschichtfilm 16 und eine Bit-Leitung 17 gebildet über der sich ergebenden Struktur wird dann eine untere isolierende Schicht 18 gebildet. Die Bit-Leitung 17 kann nach Bilden des Kondensators gebildet werden. Ein gewünschter Abschnitt der unteren isolierenden Schicht 18 wird dann unter Benutzung einer (nicht gezeigten) Kontaktmaske geätzt, wodurch ein Kontaktloch 19 gebildet wird. Über der sich ergebenden Struktur wird dann ein erster Polysili ziumfilm 20 gebildet, der mit allen Oberflächen des Kontaktlochs in Kontakt steht. Der erste Polysiliziumfilm 20 ist eine Leiter schicht, die aus Polycide oder Ähnlichem gemacht ist Wie in Fig. 2B gezeigt, werden der erste Polysiliziumfilm 20 und die untere isolierende Schicht 18 in einem gewünschten Bereich bis zu einer gewünschten Tiefe unter Benutzung einer (nicht gezeigten) Speicherelektrodenmaske geätzt. Als Ergebnis wird eine Rille 23 in der unteren isolierenden Schicht 18 gebil det. Das Bilden der Rille 23 wird derart ausgeführt, daß die unteren Schichten, die vor dem Bilden der unteren isolierenden Schicht 18 gebildet wurden, nicht durch die Rille 23 freigelegt werden.

Über der sich ergebenden Struktur wird dann ein zweiter Poly siliziumfilm 21 gebildet, wie in Fig. 2C gezeigt. Der zweite Polysiliziumfilm 21 ist eine Leiterschicht, die aus Polycide oder Ähnlichem gemacht ist. Ein Oxidfilm 22 wird dann über der sich ergebenden Struktur gebildet. Der Oxidfilm 22 wird auch ein verlorener Film genannt, weil er nach dem Bilden einer (nicht gezeigten) Speicherelektrode entfernt wird.

Unter Benutzung einer (nicht gezeigten) Kontaktmaske wird dann der Abschnitt des Oxidfilms 22, der im oberen Abschnitt des Kontaktlochs 19 liegt, anisotropisch geätzt, so daß der zweite Polysiliziumfilm 21 an dem Abschnitt teilweise freigelegt wird, der auf dem oberen Abschnitt des Kontaktlochs 19 liegt, wie in Fig. 2D gezeigt. Über der sich ergebenden Struktur wird dann ein dritter Polysiliziumfilm 24 derart gebildet, daß er in Kontakt mit dem freigelegten Abschnitt des zweiten Polysiliziumfilms 21 ist.

Anschließend werden der dritte Polysiliziumfilm 24, der Oxid film 22 und der zweite Polysiliziumfilm 21 in einer sequentiel len Weise unter Benutzung einer (nicht gezeigten) Speicherelek trodenmaske anisotropisch geätzt, wie in Fig. 2E gezeigt. Im Ergebnis werden in den Seitenwänden der Rille 23 Abstandsstücke gebildet. Die Abstandsstücke werden durch die an den Seitenwän den der Rille 23 verbleibenden Abschnitte des zweiten Polysili ziumfilms 21 vorgesehen. Der zwischen dem dritten Polysilizium film 24 und dem zweiten Polysiliziumfilm 21 gelegene Oxidfilm 22 wird dann mit einem nassen Ätzverfahren, das den Unterschied im Ätzselektivitätsverhältnis zwischen den ersten bis dritten Poly siliziumfilmen 20, 21 und 24 benutzt, vollständig entfernt. So wird eine stiftförmige Speicherelektrode erhalten, die eine im Vergleich zu der konventionellen Struktur vergrößerte Oberfläche hat, ohne die Topologie zu vergrößern.

Schließlich wird über der sich ergebenden Struktur ein (nicht gezeigter) dielektrischer Film und eine (nicht gezeigte) Plattenelektrode in sequentieller Weise gebildet. So wird ein Kondensator erhalten, der eine genügend große Kapazität hat, um die Hochintegration von Halbleitervorrichtungen zu ermöglichen. Der dielektrische Film hat eine Verbundschichtstruktur einer Nitridschicht und einer Oxidschicht oder einer Oxidschicht, einer Nitridschicht und einer anderen Oxidschicht. Andererseits ist die Plattenelektrode aus Polysilizium, Polycide oder aus einem dazu ähnlichen, leitfähigen Material gemacht.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Konden satoren einer Halbleitervorrichtung vor, durch Bilden einer Rille zwischen benachbarten Speicherelektrodenbereichen ent sprechend einem eine Speicherelektrodenmaske benutzenden Ätzpro zeß, durch Bilden von Abstandsstücken an den Seitenwänden der Rille durch eine Leiterschicht, die eine überlegene Stufenab deckung aufweist, und durch Entfernen eines isolierenden Films, der nach Durchführung des Ätzprozesses freigelegt ist, und dadurch Bilden von Speicherelektroden mit einer vergrößerten Oberfläche. Nach diesem Verfahren ist es möglich, Kondensatoren mit einer genügend großen Kapazität zu bilden, um die Hochinte gration von Halbleiterspeichervorrichtungen zu ermöglichen. Dementsprechend kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung Halbleitervorrichtungen mit einem hohen Integrationsgrad und verbesserter Zuverlässigkeit herstellen.

Obgleich die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu Veranschaulichungszwecken offengelegt wurde, werden die in der Technik Geübten erkennen, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offengelegt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren einer Halbleiter vorrichtung, die Schritte enthaltend:
Bilden einer unteren isolierenden Schicht über einem Halb leitersubstrat;
Bilden eines Kontaktlochs in der unteren isolierenden Schicht unter Benutzung einer Kontaktmaske;
Bilden einer ersten Leiterschicht über der sich ergebenden Struktur, die nach Bilden des Kontaktlochs erhalten wurde;
Ätzen der ersten Leiterschicht und der unteren isolierenden Schicht in einem gewünschten Bereich bis zu einer gewünschten Tiefe der unteren isolierenden Schicht unter Benutzung einer Speicherelektrodenmaske, wodurch eine Rille gebildet wird;
sequentielles Bilden einer zweiten Leiterschicht und eines verlorenen Films über der sich ergebenden Struktur, die nach dem Atzen erhalten wurde;
anisotropisches Ätzen des verlorenen Films unter Benutzung der Kontaktmaske;
Bilden einer dritten Leiterschicht über der sich ergebenden Struktur, die nach dem anisotropischen Ätzen erhalten wurde;
anisotropisches Ätzen der dritten Leiterschicht, des ver lorenen Films und der zweiten Leiterschicht unter Nutzung der Speicherelektrodenmaske in einem Bereich, wo sie die Rille füllen;
Bilden von Abstandsstücken aus einer Leiterschicht auf den jeweiligen Seitenwänden der Rille; und
Entfernen des verlorenen Films, und dadurch Bilden von Speicherelektroden mit einer vergrößerten Oberfläche.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste bis dritte Leiter schicht jeweils Polysilizium enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Rille so gebildet ist, daß ihr Boden einen Abstand senkrecht von einer unteren Schicht struktur hat, die unter der unteren isolierenden Schicht gebil det ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der verlorene Film einen Oxidfilm enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Ätzens des verlorenen Films das Atzen eines Abschnitts des verlorenen Films enthält, der unter dem Kontaktloch liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leiterschicht, die jedes der Abstandsstücke darstellt, einen Abschnitt der zweiten Leiterschicht enthält, der an jeder Seitenwand der Pille nach Ausführen des Atzens der dritten Leiterschicht, des verlorenen Films und der zweiten Leiterschicht zurückgeblieben ist.