DE19716368A1 - Verfahren zum Verhindern der Ausbildung von durch Ionenimplantierung hervorgerufener Randdefekte - Google Patents
Verfahren zum Verhindern der Ausbildung von durch Ionenimplantierung hervorgerufener RanddefekteInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Verringerung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Defekten
oder Fehlern während der Herstellung von Halbleitergeräten.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Begrenzung der Ausbildung von Defekten durch Steuern der
Morphologie eines Ionenimplantierungsprofils in einem
Halbleitersubstrat.
Die Speicherdichte von Speichern integrierter Schaltungen nimmt
ständig zu, so daß immer mehr Datenspeicherkapazität auf einem
einzige Chip zur Verfügung gestellt wird. Speicher mit höherer
Dichte stellen Speicherkapazität zur Verfügung, die im
allgemeinen kompakter und häufiger pro Bit billiger ist als die
entsprechende Speicherkapazität, wenn diese auf mehreren Chips
zur Verfügung gestellt wird. Es ist allgemein möglich, diese
höheren Speicherkapazitäten bei entsprechender oder
verbesserter Leistung zur Verfügung zu stellen, verglichen mit
früheren Chips mit geringerer Dichte. In der Vergangenheit
wurde die Dichte integrierter Schaltungsgeräte teilweise
dadurch erhöht, daß die Abmessungen von Strukturen wie
beispielsweise Verdrahtungsleitungen und Transistorgates
verringert wurden, und daß der Abstand zwischen den Strukturen
verringert wurde, welche das integrierte Schaltungsgerät
bilden. Die Verringerung der Abmessungen von
Schaltungsstrukturen wird allgemein als Verkleinerung der
"Designregeln" bezeichnet, die zur Herstellung des integrierten
Schaltungsgeräts eingesetzt werden.
Bei dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAMs) wird
Information typischerweise dadurch gespeichert, daß selektiv
jeder Kondensator eines Kondensatorfelds geladen oder entladen
wird, welches auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats
vorgesehen ist. Meist wird ein einziges Bit an Binärinformation
in jedem Kondensator dadurch gespeichert, daß dem Zustand eines
entladenen Kondensators eine logische Null und dem Zustand
eines geladenen Kondensators eine logische Eins zugeordnet
wird. Die Oberfläche der Elektroden der Speicherkapazitoren
bestimmt die Ladungsmenge, die in jedem Kondensator für eine
vorgegebene Betriebsspannung gespeichert werden kann, bei einem
Elektrodenabstand, der in verläßlicher Weise hergestellt werden
kann, und bei der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums
des Kondensators, welches typischerweise zwischen den
Elektroden des Ladungsspeicherkondensators verwendet wird.
Lese- und Schreiboperationen werden im Speicher dadurch
durchgeführt, daß selektiv der Ladungsspeicherkondensator mit
einer Bitleitung verbunden wird, um Ladung entweder zum
Ladungsspeicherkondensator oder von diesem weg zu befördern.
Die selektive Kopplung des Ladungsspeicherkondensators an die
Bitleitung wird typischerweise unter Einsatz eines
Feldeffekttransistors (FET) durchgeführt. Der
Bitleitungskontakt besteht normalerweise aus einer der
Source/Drainelektroden des Transfer-FET, und der
Ladungsspeicherkondensator wird normalerweise so ausgebildet,
daß er in Kontakt mit der anderen Elektrode (Drain bzw. Source)
des Transfer-FET steht. Wortleitungssignale werden dem Gate des
FET zugeführt, um eine Elektrode des
Ladungsspeicherkondensators über den Transfer-FET mit dem
Bitleitungskontakt zu verbinden, welcher die Übertragung der
Ladung zwischen dem Ladungsspeicherkondensator und der
Bitleitung erleichtert.
Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt zwei Speicherzellen
eines DRAM in einem Herstellungszwischenschritt. Die
dargestellten DRAM-Zellen sind auf einem Substrat 10 des P-Typs
ausgebildet, und weisen dicke Feldoxidbereiche 12 auf, um eine
Isolation gegenüber anderen, benachbarten Speicherzellen zu
erreichen. Eine Gateoxidschicht 14 wird durch thermische
Oxidation auf einem Teil des aktiven Gerätebereiches zwischen
den Feldoxidationsbereichen ausgebildet, und Gateelektroden 16
aus Polysilizium werden auf der Gateoxidschicht 14 hergestellt.
Die beiden in Fig. 1 dargestellten Gateelektroden 16 sind ein
Teil von zwei unabhängigen Transfer-FETs für die beiden
dargestellten Speicherzellen. Die Polysilizium-Gateelektroden
16 werden dadurch hergestellt, daß eine Schicht aus undotiertem
Polysilizium über dem Substrat abgelagert wird, typischerweise
unter Einsatz einer chemischen Dampfablagerung unter niedrigem
Druck (LPCVD), wobei dann Verunreinigungen in das Polysilizium
implantiert werden, und die Verunreinigungen aktiviert werden,
damit die Polysiliziumschicht leitend wird. Die Gateelektroden
werden dann unter Verwendung konventioneller
Photolithographieverfahren mit einem Muster versehen. Eine
Schicht aus Siliziumoxid 18 wird über den Polysilizium-
Gateelektroden 16 vorgesehen, um die Gateelektroden bei
darauffolgenden Verarbeitungsschritten zu schützen, und diese
Schicht dient häufig als Ätzstop für darauffolgende
Ätzschritte. Seitenwand-Oxidabstandsteile 20 werden ebenfalls
neben den Gateelektroden während des Implantierungsvorgangs für
Source/Drain vorgesehen (der nachstehend genauer erläutert
wird). Gleichzeitig zur Ausbildung der Gateelektroden 16 werden
Verdrahtungsleitungen 22, welche unterschiedliche
Gateelektroden verbinden, auf Feldoxidbereichen 12 hergestellt.
Da die Verdrahtungsleitungen üblicherweise in demselben Vorgang
ausgebildet werden, der zur Herstellung der Gateelektroden 16
eingesetzt wird, weisen die Verdrahtungsleitungen einen
ähnlichen Aufbau auf, und bestehen aus Polysiliziumleitungen
22, die durch Oxidschichten 24 abgedeckt sind, wobei
Seitenwand-Oxidabstandsstücke 26 entlang den
Verdrahtungsleitungen 22 vorgesehen sind.
Dotierte Source/Drainbereiche 28, 30 und 32 werden auf beiden
Seiten der Polysilizium-Gateelektroden 16 hergestellt, um die
Kanalbereiche der Transfer-FETs auszubilden. Der
Source/Drainbereich 30, der von den Transfer-FETs gemeinsam
genutzt wird, dient dann als der Bitleitungskontakt für die
beiden dargestellten Speicherzellen. Anordnungen mit leicht
dotiertem Drain (LDE) werden häufig in Speichertransistoren mit
"kleinen Designregeln" jenes Typs verwendet, der hauptsächlich
bei modernen Speicher- und Logikgeräten verwendet wird.
Source/Drainbereiche 28, 30 und 32 des LDD-Typs werden
normalerweise in einem zweistufigen Vorgang ausgebildet,
beginnend mit einer Implantierung mit einem Dotiermittel mit
relativ niedrigem Pegel, unter Selbstausrichtung auf die
Polysilizium-Gateelektroden 16. Abstands-Oxidbereiche 20 werden
dann auf beiden Seiten der Gateelektroden 16 dadurch
ausgebildet, daß zuerst eine Schicht aus CVD-Oxid über dem
Gerät abgelagert wird, und dann eine anisotrope Rückätzung der
Oxidschicht erfolgt, um das Substrat über den
Source/Drainbereichen 28, 30 und 32 freizulegen. Die Rückätzung
der CVD-Oxidschicht erzeugt die Abstands-Oxidbereiche 20 auf
beiden Seiten der Polysilizium-Gateelektroden 16 und auf beiden
Seiten der Polysilizium-Verdrahtungsleitungen 22. Nachdem die
Abstands-Oxidbereiche 20 auf beiden Seiten der Polysilizium-
Gateelektroden hergestellt wurden, erfolgt eine zweite,
stärkere Implantierung in die Source/Drainbereiche 29, 30 und
32 unter Selbstausrichtung zu den Abstands-Oxidbereichen 20, um
die Source/Drainbereiche fertigzustellen.
Nach der Herstellung der Transfer-FETs der DRAM-Zellen geht der
Herstellungsvorgang weiter mit der Herstellung der
Ladungsspeicherkondensatoren und der Bitleitungskontakte, wobei
zuerst eine isolierende Siliziumoxidschicht 34 über der
Anordnung von Fig. 1 unter Einsatz der chemischen
Dampfablagerung (CVD) abgelagert wird. Die sich ergebende
Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Dann werden unter Einsatz
konventioneller Photolithographie Öffnungen 36 durch die
Siliziumoxidschicht 34 hindurch ausgebildet, um die
Source/Drainbereiche 28, 32 des Substrats freizulegen. Wie aus
Fig. 3 hervorgeht, wird als nächstes eine Schicht aus
undotiertem Polysilizium 38 durch chemische Dampfablagerung
unter niedrigem Druck (LPCVD) über der Oberfläche des Geräts
abgelagert, sowie innerhalb der Öffnungen 36, in Kontakt mit
den Source/Drainbereichen 28, 32. Die Polysiliziumschicht 38
bildet später einen Teil der unteren Elektrode des
Ladungsspeicherkondensators für die DRAM-Speicherzelle. Die
Schicht wird durch Ionenimplantierung dotiert, wärmebehandelt,
und dann werden die unteren Elektroden 38 photolithographisch
ausgebildet. Eine Kondensator-Dielektrizitätsschicht 40,
beispielsweise eine Doppelschichtanordnung aus Siliziumnitrid
und Siliziumoxid wird über den Oberflächen der unteren
Elektroden 38 vorgesehen. Obere Kondensatorelektroden 42 werden
dadurch ausgebildet, daß eine Schicht aus Polysilizium
abgelagert, dotiert und mit einem Muster versehen wird, wodurch
die in Fig. 4 dargestellte Anordnung entsteht.
Die Verarbeitung geht dann weiter mit der Ablagerung einer
Schicht aus einem Zwischenschicht-Dielektrikumsmaterial,
beispielsweise dotiertes Glas, welches mittels CVD unter
Atmosphärendruck aus einem TEOS-Ausgangsgas abgeschieden wird,
über der Anordnung von Fig. 4. Ein Bitleitungskontakt 46 wird
durch die Dielektrikumsschicht 44 hindurch geöffnet, mittels
konventioneller Photolithographie, um den gemeinsamen
Source/Drainkontakt 30 freizulegen. Dann wird der
Bitleitungskontakt 50 ausgebildet, typischerweise durch
Bereitstellung einer zusätzlichen Bitleitungskontakt-
Ionenimplantierung und Bereitstellung einer oder mehrerer
Schichten aus Metall, die durch Sputtern oder mittels CVD auf
der Oberfläche der Schicht 44 abgelagert werden, und innerhalb
der Öffnung 46, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Dann wird die
Bitleitung mit einem Muster versehen und weiter bearbeitet, um
das Gerät fertigzustellen.
Eine Verkleinerung der Designregeln, die zur Ausbildung des in
Fig. 5 dargestellten Gerätes eingesetzt werden, bringt höhere
Anforderungen an viele der in Fig. 4 dargestellten Strukturen
mit sich, sowie Anforderungen an die Herstellungsverfahren, die
zur Ausbildung dieser Strukturen verwendet werden. Die
Herstellung von Source/Drainbereichen wird kritischer, infolge
der vergleichsweise flacheren und engeren Source/Drainbereiche,
die bei Speicherzellen mit verringerten Abmessungen vorgesehen
sind. Es ist in stärkerem Ausmaß erforderlich,
Implantierungsenergien und das Ausmaß der Diffusion von
Source/Drainbereichen zu steuern, um kleine Geräteabmessungen
zu erzielen. Darüber hinaus ist es erforderlich, hochleitfähige
Source/Drainbereiche beizubehalten, um das hohe
Leistungsvermögen dieser Strukturen aufrechterhalten zu können.
Ein Aspekt der Aufrechterhaltung eines hohen
Leitfähigkeitniveaus besteht in der Verhinderung der Ausbildung
von Defektstrukturen in den Source/Drainbereichen.
Verschiedene Arten von Kristallgitterfehlerstrukturen können
bei den Vorgängen der Implantierung von Dotierionen in
Halbleitersubstrate und der Wärmebehandlung der Substrate zur
Aktivierung der implantierten Dotiermittel auftreten. Die
Ionenimplantierungsdosen, die zur Herstellung vieler
Halbleiterschaltungsbauteile eingesetzt werden, können dazu
führen, daß das kristalline Siliziumhalbleitersubstrat amorph
wird, in welches die Dotierionen implantiert werden. Das
Substrat muß daraufhin einer Wärmebehandlung unterzogen werden,
um die Implantierung zu aktivieren, und häufig deswegen, damit
die amorphe Zone erneut kristallin wird. Die erneute
Kristallisierung implantierter Siliziumsubstrate erfolgt über
Neuwachstum von Festphasenepitaxie (SPE). Festphasenepitaxie-
Neuwachstum ist ein Vorgang, bei welchem das Substrat auf eine
Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Substratmaterials
erwärmt wird. Kristallwachstum tritt durch
Festkörpertransportphänomene auf, und dehnt sich über die
Grenze zwischen dem kristallinen Abschnitt (implantiert oder
nicht implantiert) des Substrats und den amorphen,
implantierten Bereich des Substrats hinaus aus. Die erneute
Kristallisierung tritt schrittweise auf, wobei die Richtung der
erneuten Kristallisierung jedes schrittweise auftretenden,
amorphen Bereiches durch die Orientierung des kristallinen
Bereiches festgelegt ist, in welchem die erneute
Kristallisierung stattfindet. Die Orientierung des kristallinen
Substrats an der Grenzfläche des kristallinen Bereiches und des
amorphen Bereiches legt daher die Richtungen des SPE-
Neuwachstums fest.
Infolge der Form der Grenzfläche des amorphen Bereiches kann
das SPE-Neuwachstum entlang unterschiedlicher Kristallebenen
fortschreiten. Verschiedene Untersuchungen haben ergeben, daß
ein SPE-Neuwachstum, welches entlang unterschiedlicher
Kristallebenen verläuft, zur Ausbildung von Defekten in dem
Kristall führen kann. Beispielsweise kann die Vereinigung von
Wachstumsfronten entsprechend zwei unterschiedlichen
Kristallebenen zur Ausbildung vergrößerter Defektstrukturen in
neu kristallisierten Siliziumsubstraten führen. Andere Arten
bleibender Defekte können bei dem Kristallgitter auftreten,
sowohl aufgrund von Implantierungsvorgängen als auch von
anderen Vorgängen. Beispielsweise kann das Vorhandensein von
Gateschichten und Seitenwand-Abstandsschichten auf dem Substrat
Druckspannungen auf das darunterliegende Material ausüben,
insbesondere während nachfolgenden Wärmebehandlungsschritten.
Das Vorhandensein derartiger Spannungen kann Defekte wie
beispielsweise Versetzungen hervorrufen, und zu sich
ausbreitenden Versetzungen führen.
Gewisse Arten an Defekten, die als projizierte Bereichsdefekte
(PRDs) und als Bereichsendedefekte (ERDs) bekannt sind, können
in implantierten und wärmebehandelten Bereichen des Substrats
auftreten. PRDs und ERDs stellen Sekundärdefekte (Versetzungen
oder Liniendefekte) dar, wobei PRDs nahe am Bereich der
maximalen implantierten Ionenkonzentration auftreten, und ERDs
in der Nähe der amorph-kristallinen Grenzfläche nach der
Implantierung. Man nimmt an, daß diese Defekte von einem
vertikalen SPE-Neuwachstum des amorphen Silizium herrühren,
also einem Neuwachstum senkrecht zur Siliziumoberfläche, und
diese Defekte können Versetzungsschleifen umfassen, die in dem
implantierten Bereich vergraben sind. Der Ort und die Dichte
von PRDs und ERDs stehen in Beziehung zur Energie und Dosis der
implantierten Ionen. Eine andere Art eines Defekts, die in
Beziehung auf die Neukristallisierung von Silizium steht,
welches über Ioneninplantierung amorph ausgebildet wurde,
stellt der Maskenranddefekt (MED) dar. Man nimmt an, daß MEDs
Versetzungen sind, die von der Vereinigung von
Neukristallisierungsfronten des SPE-Neuwachstums in
Vertikalrichtung und Querrichtung herrühren. Während des
Wärmebehandlungs- und Neukristallisierungvorgangs neigen die
Versetzungen, die durch die sich vereinigenden
SPE-Neuwachstumsfronten gebildet werden, dazu, zu
agglomerieren, wenn zusätzliche Epitaxieschichten ausgebildet
werden, wobei die Defekte zu einer Anordnung anwachsen, die als
ähnlich einer Korngrenze beschrieben wurden. Diese vergrößerte
Defektanordnung kann den Elektronentransport beeinträchtigen,
wenn sie entlang der Primärrichtung des Stromflusses angeordnet
ist. Derartige Defektanordnungen können in der Nähe der
Querränder der Implantierungszone an der Substratoberfläche
oder in deren Nähe ausgebildet werden, häufig an einem Ort, an
welchem eine neukristallisierte Substratoberfläche eine andere
Anordnung auf der Oberfläche des Substrats berührt, und kann zu
Übergangs-Kriechstromproblemen führen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen Verfahren
zum Verhindern von Defekten, die bei der Neukristallisierung
von Siliziumhalbleitersubstraten entstehen, welche amorph
wurden, beispielsweise durch Ionenimplantierung. Bestimmte
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein
Verfahren zum Steuern der Form einer
Neukristallisierungsgrenzfläche, so daß das SPE-Neuwachstum
(SPE: Festkörperphasenepitaxie) hauptsächlich entlang einer
Gruppe bevorzugter Richtungen auftritt. Bestimmte dieser
Ausführungsformen stellen eine Oberflächenschicht auf dem
Substrat zur Verfügung, durch welche die Ionenimplantierung
hindurch stattfindet. Die Dicke der Oberflächenschicht wird
vorzugsweise so gewählt, daß die Tiefe begrenzt wird, mit
welcher die Ionen in das Substrat implantiert werden.
Alternativ hierzu wird die Dicke, die Oberflächentopographie
oder andere Eigenschaften der Oberflächenschicht so gewählt,
daß die Grenze zwischen dem kristallinen Substrat und dem
amorphen, implantierten Bereich eine bevorzugte Form aufweist.
Eine geeignete Auswahl der Form des Implantierungsprofils kann
das SPE-Neuwachstum auf bestimmte, bevorzugte Richtungen
begrenzen, wodurch die Wahrscheinlichkeit dafür verringert
wird, daß die Neukristallisierung Defektstrukturen jener Art
ausbildet, welche die Leistung beeinträchtigen können.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann eine
geeignete Oberflächenschichtdicke dadurch festgelegt werden,
daß ein Maximalwinkel θ zwischen Festkörperepitaxie-
Neuwachstumsfronten so gewählt wird, daß Defekte verhindert
werden, ein geplanter Bereich für die
Ionenimplantierungsentfernung Rp in das Substrat festgelegt
wird, eine geplante Standardabweichung ΔRp entlang der
Richtung einer ersten Achse festgelegt wird, eine geplante
Standardabweichung ΔY entlang der Richtung einer zweiten Achse
festgelegt wird, und eine Oberflächenschichtdicke t zur
Verfügung gestellt wird, die größer oder gleich dem sich aus
nachstehender Gleichung ergebenden Wert ist:
t = Rp + cosθ[[(ΔY sinθ)2 + (ΔRpcosθ)2]0,5]
Nachdem die Oberflächenschicht auf dem Substrat so angeordnet
wurde, wird die Implantierung durchgeführt. Eine
Wärmebehandlung aktiviert dann das Implantat und führt zu einer
Neukristallisierung irgendwelchen amorphen Bereiches.
Bei anderen Ausführungsformen wird ein Bitleitungskontakt für
ein Speichergerät dadurch ausgebildet, daß ein Substrat zur
Verfügung gestellt wird, welches eine Source/Drainbereich
aufweist. Eine Vertiefung wird in dem Substrat ausgebildet, und
eine Implantierung wird durch die Vertiefung hindurch in den
Source/Drainbereich des Substrats ausgeführt, um die
Leitfähigkeit des Bitleitungskontakts zu erhöhen. Mit dem
implantierten Bereich wird eine Wärmebehandlung durchgeführt,
und es wird eine Bitleitung in Kontakt mit dem
Source/Drainbereich an der Vertiefung auf der Oberfläche des
Substrats ausgebildet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen
weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen; die Zeichnungen sind
schematisch und nicht maßstabsgetreu. Es zeigt:
Fig. 1 bis 5 Querschnittsansichten eines konventionellen
DRAM nach dem Stand der Technik in
verschiedenen Herstellungsstufen;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer
Ionenimplantierungszone für einen
Bitleitungskontakt;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht von
Kontaktranddefekten, die während der
Neukristallisierung und Wärmebehandlung der
Implantierungszone von Fig. 6 entstehen;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines
Implantierungsprofils in einem Substrat,
welches eine im wesentlichen flache Oberfläche
aufweist;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines Substrats mit
einer Oberflächenschicht, durch welche
hindurch die Implantierung durchgeführt wird;
Fig. 10 verschiedene Abmessungen in Bezug auf die
Implantierung durch eine Oberflächenschicht
hindurch und in ein Substrat hinein;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht eines Substrats mit
einem gekrümmten Oberflächenabschnitt gemäß
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht eines Substrats mit
einer gekrümmten Oberfläche und einer
gekrümmten Oberflächenschicht gemäß
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht eines Substrats mit
einer im wesentlichen ebenen Oberfläche und
einer gekrümmten Oberflächenschicht gemäß
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 eine Querschnittsansicht eines DRAM in einer
Zwischenstufe des Herstellungsverfahrens gemäß
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 eine Querschnittsansicht eines DRAM mit einem
Bitleitungskontakt, der gemäß
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
ausgebildet wird; und
Fig. 16 eine Querschnittsansicht eines DRAM in einer
Zwischenstufe des Herstellungsverfahrens, der
eine gekrümmte Oberfläche zum Implantieren
aufweist, gemäß Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung.
Ein typischer Bitleitungskontaktbereich 30, wie er in Fig. 5
dargestellt ist, kann bei einem typischen Herstellungsverfahren
drei Ionenimplantierungsschritten und einem bis drei
Wärmebehandlungsschritten ausgesetzt werden. Zumindest ein
Wärmebehandlungsschritt ist normalerweise dazu erforderlich,
die Dotiermittel elektrisch zu aktivieren, und zumindest einige
der Beschädigungen das Gitters zu beseitigen, die durch die
Ionenimplantierungsschritte hervorgerufen wurden. Typische
Implantierungsdosen für Geräte mit hoher Dichte und Übergängen
mit geringer Tiefe können dazu führen, daß ein Abschnitt des
Kontaktbereichs oder der gesamte Kontaktbereich amorph wird. In
derartigen Fällen wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um
eine erneute Kristallisierung der amorphen Zone zu erreichen.
Man nimmt an, daß die erneute Kristallisierung
(Neukristallisierung) über Festkörperphasenepitaxie-Neuwachstum
(SPE) erfolgt, wobei eine Feststofftransformation auftritt,
über welche die amorphe Zone in eine kristalline Struktur über
Atomtransport und Umordnung an der Grenze zwischen dem amorphen
und dem kristallinen Bereich umgewandelt wird. Die
Neukristallisierung kann in Richtungen fortschreiten, die im
wesentlichen senkrecht zur Grenze des amorphen Bereiches
verlaufen. Die Orientierung jedes inkrementalen,
umkristallisierten Bereichs hängt von der Orientierung des
kristallinen Bereiches ab, von welchem die Neukristallisierung
ausgeht. Dies führt dazu, daß die Orientierung des kristallinen
Substrats an der Grenzfläche zwischen dem kristallinen Bereich
des Substrats und dem amorphen Bereich die kristallinen
Richtungen festlegt, entlang derer die Neukristallisierung
erfolgt.
Die Neukristallisierung von Bereichen aus amorphem Silizium
kann die Ausbildung verschiedener Fehler hervorrufen.
Projektionsbereichdefekte (PRDs) und Bereichsendedefekte (ERDs)
stellen Sekundärdefekte (normalerweise Versetzungsschleifen)
dar, die in dem implantierten Bereich des Substrats während der
SPE-Neukristallisierung amorphen Siliziums auftreten. PRDs
finden sich nahe dem Bereich der maximalen Konzentration
implantierter Ionen, und ERDs nahe der amorph-kristallinen
Grenzfläche nach der Implantierung. Man nimmt an, daß diese
Defekte von einem vertikalen SPE-Neuwachstum amorphen Siliziums
herrühren. Der Ort und die Dichte von PRDs und ERDs stehen in
Beziehung zur Energiedosis der implantierten Ionen. Eine
weitere Art eines Defekts, die in Beziehung zur
Neukristallisierung amorph gewordenen Siliziums über
Ionenimplantierung steht, ist der Maskenranddefekt (MED). MEDs
finden sich typischerweise nahe den Ecken der neu- oder
umkristallisierten Zone unter Maskenrändern oder in deren Nähe.
Die Ausbildung von MEDs während der Neukristallisierung der
amorphen Zone hängt von der Richtung des Kristall-Neuwachstums
ab. SPE-Neuwachstumsraten sind entlang unterschiedlichen
Kristallrichtungen verschieden, und man nimmt an, daß MEDs von
der Vereinigung der Neukristallisierungsfronten des vertikalen
und lateralen SPE-Neuwachstums herrühren.
Die Fig. 6 und 7 erläutern die Ausbildung von
Maskenranddefekten in einem implantierten und einem
wärmebehandelten Bitleitungskontaktbereich, wobei die
Ionenimplantierung mit dem Substrat 110 durchgeführt wird, bei
welchem ein Implantierungsbereich beispielsweise durch
Photolithographie (wie dargestellt) festgelegt wird, oder durch
Verfahren mit einem direkten Strahl. Die Implantierung wird
typischerweise normal zur Oberfläche des Substrats 110 in der
Richtung 112 durchgeführt, wodurch die amorphe
Implantierungszone 114 ausgebildet wird. Wie aus Fig. 6
hervorgeht, ist die Form der Implantierungszone annähernd eine
Gaussverteilung, wobei sich die maximale
Implantierungskonzentration im breitesten Abschnitt der Zone
114 befindet. Nach der Implantierung wird ein
Wärmebehandlungsschritt durchgeführt, um die amorphe Zone 114
erneut kristallin auszubilden. Während der Wärmebehandlung
tritt eine Neukristallisierung durch Festkörperphasenepitaxie-
Neuwachstum (SPE-Neuwachstum) entlang der Grenze zwischen dem
kristallinen Bereich des Substrats und dem amorphen Bereich des
Substrats auf. Die Neukristallisierung erfolgt in Schichten,
wobei die Richtung der Neukristallisierung jeder Schicht durch
die Orientierung des kristallinen Bereiches festgelegt wird,
auf welchem die Neukristallisierung stattfindet. Die Richtungen
des Kristallwachstums hängen daher von der Orientierung des
kristallinen Bereichs an der Grenzfläche ab.
Wie aus Fig. 7 hervorgeht, kann die Neukristallisierung in
mehreren Richtungen auftreten, einschließlich vertikal in der
Richtung [001] und lateral (in Querrichtung) entlang der
Richtung [110]. Die Neukristallisierung beginnt im allgemeinen
an der Grenzfläche zwischen der amorphen Zone und kristallinen
Bereichen in dem Substrat, und erfolgt mit unterschiedlichen
Raten in unterschiedlichen Richtungen. Wenn sich die in
unterschiedlichen Richtungen wachsenden Kristallfronten
schneiden, können Defekte erzeugt werden, und an den Schnitten
zwischen den Kristallwachstumsfronten festgelegt werden, wie
durch die Pfeile 113 und 115 in Fig. 7 angedeutet ist. Wenn
das Kristallwachstum durch die amorphe Zone weitergeht, sammeln
sich die Defekte, und werden entlang den Ebenen festgelegt, in
welchen sich die Kristallwachstumsfronten während der
Neukristallisierung geschnitten haben, was zu vergrößerten
Defektanordnungen 116 in dem Substrat führt, die typischerweise
in der Nähe des Randes der Oberflächenstrukturen 111 verlaufen.
Durch Steuern der Tiefe und der Form der amorphen Zone
innerhalb des Substrats kann die Defektausbildung verringert
werden, beispielsweise die Ausbildung der in Fig. 7 gezeigten
Defekte 116. Eine geeignete Auslegung des Implantierungs- und
Neukristallisierungsverfahrens stellt ein Verfahren zur
Verfügung, welches bestimmte Wachstumsrichtungen in dem
Neukristallisierungsvorgang bevorzugt. Bei bestimmten
Ausführungsformen ist es wünschenswert, daß die Richtungen des
Neuwachstums in folgende Richtungen dominiert oder auf diese
begrenzt werden: Die Richtungen [100], [111], [211], [311] und
[511]. Beispielsweise der Winkel zwischen der Richtung [100]
und anderen Richtungen kann einfach berechnet oder gemessen
werden. Der Winkel zwischen den Richtungen [100] und [111]
beträgt etwa 54,7° für einen kubischen Kristall. Es hat sich
herausgestellt, daß die Ausbildung von Randdefekten verhindert
wird, wenn der Winkel zwischen Neuwachstumsrichtungen etwa
54,7° oder weniger beträgt, wenn ein Substrat in der Richtung
[100] orientiert ist. Der Winkel zwischen der Richtung [100]
und den Richtungen [211], [311] und [511] beträgt jeweils
weniger als 54,7°, wobei der Winkel zwischen den Richtungen
[100] und [211] etwa 35,3 beträgt, der Winkel zwischen den
Richtungen [100] und [311] etwa 25,2°, und der Winkel zwischen
den Richtungen [100] und [511] etwa 15,8°. Von dem Erfinder
der vorliegenden Erfindung wurden verschiedene Verfahren
entwickelt, um sicherzustellen, daß die Neukristallisierung
entlang Kristallrichtungen fortschreitet, die Winkel von
kleiner gleich etwa 54,7° mit der Richtung [100] bilden.
Bei bestimmten Ausführungsformen wird eine Oberflächenschicht
aus einem Material, etwa Polysilizium oder einem Isolator wie
Siliziumoxid, auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht, so
daß die Implantierungszone teilweise innerhalb der
Oberflächenschicht und teilweise innerhalb des Substrats liegt.
Die Schicht weist vorzugsweise eine im wesentlichen
gleichmäßige Dicke auf. Durch Steuern der Dicke der
Oberflächenschicht kann die Form und der
Neukristallisierungszone in dem Substrat gesteuert werden.
Eine Zielrichtung der Erfindung stellt ein Verfahren zur
Festlegung einer Minimaldicke für die Oberflächenschicht zur
Verfügung, um sicherzustellen, daß Kristallneuwachstumsfronten
sich in einem Winkel nach Wahl des Benutzers schneiden, der
kleiner als der Maximalwinkel zwischen Neuwachstumsebenen ist,
welcher eine Ausbildung vergrößerter Defektstrukturen
vermeidet. Das Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf
die in Fig. 8 dargestellte Anordnung beschrieben. Das
Ionenimplantierungsprofil 120 in einer Richtung 124 normal zur
im wesentlichen ebenen Substratoberfläche 122 kann durch eine
Gaussverteilung beschrieben werden, wie aus Fig. 8 hervorgeht.
Das Implantierungsprofil 120 erstreckt sich in das Substrat
entlang der Richtung 124 und breitet sich in Querrichtung
(lateral) bis zu einer Maximalbreite in einer mittleren Tiefe
innerhalb des implantierten Substrats aus. Der Ort des
Spitzenwertes der Konzentration implantierter Ionen verläuft
entlang einer Linie 126-126', die im allgemeinen an dem
Abschnitt maximaler Breite oder in dessen Nähe des Profils 120
liegt. Das zweidimensionale Profil kann durch einen geplanten
Bereich Rp, eine geplante Standardabweichung entlang der
X-Richtung ΔRp und eine geplante Standardabweichung entlang
der Y-Richtung ΔY beschrieben werden. Diese Entfernungen sind
charakteristisch für den Ionenimplantierungsvorgang, und werden
durch das jeweilige Ion, das Substrat, die Energie der
implantierten Ionen und den Variationsbereich der Energie der
Ionen beeinflußt. Man nimmt an, daß das Profil der amorphen
Zone im wesentlichen dieselbe Form hat wie das Profil der
Implantierungskonzentration, wobei die Größe der amorphen Zone
durch eine Schwellenenergie festgelegt wird.
Um die amorphe Zone so zu steuern, daß bei der erneuten
Kristallisation ein Neuwachstum in Richtungen auftritt, welche
die Ausbildung von Randdefekten verhindern, kann die
Implantierung über eine im wesentlichen gleichmäßig dicke
Oberflächenschicht 128 gemäß Fig. 8 hindurch durchgeführt
werden, wobei ein Abschnitt der Implantierungsverteilung 130
sich in der Oberflächenschicht 128 befindet, und sich ein
Abschnitt der Implantierungsverteilung 130 in dem Substrat 132
befindet. Die Oberflächenschicht kann aus vielen verschiedenen
Materialien hergestellt werden, beispielsweise aus
Polysilizium, anderen Leitern wie beispielsweise
hochschmelzenden Metallen (Feuerfestmetallen), oder Siliziden,
aus Siliziumoxid, und verschiedenen Glasmischungen. Wenn die
Erfindung bei dem Bitleitungskontaktbereich eingesetzt wird, so
wird besonders vorgezogen, daß die Oberflächenschicht ein
Leiter wie beispielsweise Polysilizium, ein hochschmelzendes
Metall wie etwa Titan, Wolfram, Tantal oder ein Silizid eines
hochschmelzenden Metalls ist. Auf diese Art und Weise muß die
Oberflächenschicht nicht vor der Ausbildung des restlichen
Bitleitungskontakts entfernt werden. Der Erfinder der
vorliegenden Erfindung hat erkannt, daß bei bestimmten
Ausführungsformen die Ausbildung eines Randdefekts
minimalisiert wird, wenn der Schnitt zwischen
Neuwachstumsrichtungen kleiner oder gleich 54,7° ist. Um die
gewünschte Dicke einer Oberflächenschicht t zu bestimmen, wird
angenommen, daß die räumliche Verteilung des
Implantierungsprofils von einer elliptischen Kontur
approximiert wird. Das rechtwinkelige Dreieck, welches durch
den Radius der Ellipse bei θ = 54,7° gebildet wird, den Boden
der Oberflächenschicht 128, und den Rand der
Implantierungsverteilung 130, kann zur Bestimmung der minimalen
Dicke t der Oberflächenschicht 128 verwendet werden, die auf
dem Substrat 132 angeordnet ist. Wie aus Fig. 10 hervorgeht,
wird der Radius d der Ellipse bei θ = 54,7° durch folgende
Gleichung bestimmt.
d = [(ΔYsinθ)2 - (ΔRpcosθ)2]0,5 (1)
wobei θY die projizierte oder geplante Standardabweichung
entlang der y-Richtung ist, und θRp die projizierte oder
geplante Standardabweichung entlang der x-Richtung. Zusätzlich
gilt:
t - Rp = dcosθ (2)
wobei Rp der projizierte oder geplante Bereich der
Implantierungstiefe ist, und die Auflösung nach t ergibt:
t = dcosθ + Rp (3)
Setzt man hier die obige Gleichung für den Radius d ein, so
erhält man:
t = Rp + cosθ[[(ΔYsindθ)2 + (ΔRpcosθ)2]0,5] (4)
Für θ = 54,7 ergibt sich:
t = Rp + 0,578[[(ΔY)2(0,666) + (ΔRp)2(0,334)]0,5] (5)
Die Werte für Rp, ΔY und ΔRp hängen von der zur Implantierung
verwendeten Energie ab. Veröffentlichte Ergebnisse für
bestimmte Elemente sind Tabelle 1 angegeben. Die minimale
Oberflächenschichtdicke t für eine Anzahl an Ionenarten mit
verschiedenen Ionenimplantierungsenergien können berechnet
werden und weisen die in Tabelle 1 angegebenen Werte auf.
Veröffentlichte Werte für Rp, ΔY und ΔRp in
Angström, und berechnete Werte für die
Oberflächenschichtdicke in Angström, für As-, B-,
P und Sb-Ionen, die in ein Siliziumsubstrat bei
20, 40, 60 bzw. 80 keV implantiert werden
Veröffentlichte Werte für Rp, ΔY und ΔRp in
Angström, und berechnete Werte für die
Oberflächenschichtdicke in Angström, für As-, B-,
P und Sb-Ionen, die in ein Siliziumsubstrat bei
20, 40, 60 bzw. 80 keV implantiert werden
Zwar stellt die in Tabelle 1 aufgeführte Dicke t einen
Minimalwert zur Vermeidung der Ausbildung vergrößerte
Defektstrukturen dar, jedoch kann t häufig eine optimale Dicke
darstellen. Infolge normaler Verfahrensschwankungen tritt
häufig eine Variation der Oberflächenschichtdicke auf. In den
meisten Fällen weist die Oberflächenschichtdicke t eine
Variation von etwa 10% oder weniger auf. Bei vorgegebener
Implantierungsenergie wird mit wachsender
Oberflächenschichtdicke t die Gesamtimplantierungsdosis in das
Substrat hinein kleiner, und hat geringere Auswirkungen auf die
Leitfähigkeit des Kontaktbereichs. Daher ist es normalerweise
wünschenswert, die Oberflächenschichtdicke auf einem Wert zu
halten, der so klein wie möglich ist, obwohl dies bezüglich der
Gesamtleistung des Geräts einen weniger empfindlichen Faktor
darstellt.
Aus Tabelle 1 geht hervor, daß für beispielsweise die
Implantierung von As-Ionen bei einer Energie von keV die Dicke
der Oberflächenschicht 128 von Fig. 10 zumindest annähernd
177 Angström betragen sollte. Wird eine Oberflächenschicht mit
einer Dicke von zumindest 177 Angström verwendet, wird die
Ausbildung von Maskierungsranddefekten verringert, da der
Winkel zwischen der Richtung [100] und den
Neuwachstumsrichtungen für das Kristallwachstum 54,7° oder
weniger beträgt. Die Form des sich ergebenden amorphen
Bereiches steuert die Neuwachstumsrichtungen, so daß die
Ausbildung von Defekten einschließlich MEDs aufgrund von
Wechselwirkungen zwischen dem vertikalen und dem lateralen
SPE-Neuwachstum minimalisiert wird. Andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können unterschiedliche Werte für θ
zeigen, abhängig beispielsweise von der Substratorientierung
und/oder der Kristallstruktur.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können
verschiedene Substratoberflächen- und Oberflächenschichten-
Morphologien verwenden. Beispielsweise kann ein Substrat so
ausgebildet werden, daß es anfangs eine Vertiefung in seiner
Oberfläche aufweist. Alternativ hierzu können mit einem
Substrat, welches eine im wesentlichen flache Oberfläche
aufweist, Verarbeitungsschritte zur Entfernung von Material zur
Ausbildung einer Vertiefung durchgeführt werden. Wie
beispielsweise aus Fig. 11 hervorgeht, kann ein Substrat 130
eine Vertiefung 136 aufweisen, um eine Implantierungszone 134
zu erzielen, die eine Grenzfläche mit ähnlicher Form wie jener
der Vertiefung 136 aufweist. Die in Fig. 11 gezeigte
Implantierungszone 134 bringt bestimmte Vorteile mit sich,
infolge der Geometrie der Neuwachstumsfront während der
Neukristallisierung. Der Winkel zwischen der amorphen
Implantierungszone 134 und dem kristallinen Bereich des
Substrats 130 kann dadurch geändert werden, daß die Krümmung
der Vertiefung 136 gesteuert wird. Durch Steuern der Krümmung
kann man die Wechselwirkungen zwischen dem vertikalen und dem
lateralen SPE-Neuwachstum während der Neukristallisierung
minimalisieren. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung
weisen eine Vertiefung auf, die sich bis unterhalb der
ursprünglichen ebenen Oberfläche des Substrats erstreckt, wobei
die Vertiefung durch nach innen geneigte Seitenwandabschnitte
137 und einen ebeneren oder ebenen Zentralbereich 139 gemäß
Fig. 11 gebildet wird.
Die Vertiefung 136 in dem Substrat 130 kann beispielsweise
dadurch hergestellt werden, daß ein isotroper Ätzschritt
durchgeführt wird, nachdem eine Bitleitungskontaktöffnung bei
dem vorhandenen Source/Drainbereich des Transfer-FET
ausgebildet wurde. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
kann die Vertiefung konkavförmig zumindest über einen Abschnitt
ihrer Länge ausgebildet sein, und kann entlang ihrer Länge
vollständig gekrümmt sein, oder kann an beiden Enden gekrümmt
sein, wobei in der Mitte ein im wesentlichen ebener Bereich
vorgesehen ist. Abhängig von dem Ätzmittel oder den Ätzmitteln,
die verwendet werden, kann die im wesentlichen konkavförmige
Oberfläche ein ebeneres oder mehr gekrümmtes Erscheinungsbild
zeigen. Die ausgebildete Vertiefung kann die Seitenwände der
Isolierschicht unterschneiden, welche oberhalb des
Bitleitungskontakts verläuft. Bei bestimmten Ausführungsformen
wird angestrebt, steile Oberflächenwinkel zu vermeiden. Nachdem
der Ätzschritt beendet ist, wird eine Implantierung
durchgeführt, um eine sich ergebende Implantierungszone 134
auszubilden. Die Implantierungszone 134 weist eine Grenzfläche
mit dem Rest des Substrats auf, welche ein entsprechende
Geometrie wie die gekrümmte Oberfläche 136 aufweist, was zu
minimalen Defekt-Pinning-Wechselwirkungen zwischen lateralen
und vertikalen Feststoffphasenepitaxie-Neuwachstumsbereichen
führt. Dies führt dazu, daß eine Defektausbildung verringert
wird.
Um die Form und/oder Tiefe einer Implantierungszone darüber
hinaus zu kontrollieren, kann eine Oberflächenschicht 146 oben
auf einer im wesentlichen konkavförmigen Oberfläche 142 eines
Substrats 140 vor der Implantierung angebracht werden, wie in
Fig. 12 gezeigt ist. Alternativ hierzu kann ein Gerät ähnlich
jenem, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, eine im wesentlichen
ebene Substratoberfläche 152 aufweisen, auf welcher eine im
wesentlichen konkavförmige Oberflächenschicht 156 angeordnet
ist, wie in Fig. 13 gezeigt ist. Eine derartige gekrümmte
Oberflächenschicht 156 kann beispielsweise dadurch ausgebildet
werden, daß eine im wesentlichen ebene Oberflächenschicht über
dem Substrat abgelagert wird, und dann ein Teil der
Oberflächenschicht unter Verwendung eines isotropen Ätzmittels
geätzt wird. Eine darauffolgende Implantierung führt zu einer
Implantierungszone 154 in dem Substrat 150, wobei die
Grenzfläche zwischen der amorphen Implantierungszone 154 und
dem kristallinen Substrat 150 auf ähnliche Weise gekrümmt ist
wie die Krümmung der Oberflächenschicht 156.
Ein Beispiel für ein DRAM-Gerät, welches gemäß
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde,
ist in Fig. 14 gezeigt. Die dargestellten DRAM-Zellen sind auf
einem Substrat 50 des P-Typs vorgesehen, und weisen
Feldoxidbereiche 52 zur Isolierung gegenüber benachbarten
Speicherzellen auf. Polysilizium-Gateelektroden 56 sind auf
einer Gateoxidschicht 14 vorgesehen. Leicht dotierte
Source/Drainbereiche 68, 70 und 72 sind auf beiden Seiten der
Polysilizium-Gateelektroden 56 vorgesehen, um die Kanalbereiche
der Transfer-FETs auszubilden. Der Source/Drainbereich 70, der
dem Transfer-FETs gemeinsam ist, dient als der
Bitleitungskontakt für die beiden dargestellten Transfer-FETs.
Die dotierten Source/Drainbeeiche 68, 70 und 72 können durch
ein zweistufiges Verfahren hergestellt werden, wobei zunächst
eine Implantierung eines Dotiermittels auf relativ niedrigem
Pegel unter Selbstausrichtung zu den Polysilizium-
Gateelektroden 56 erfolgt. Daraufhin werden Seitenwand-
Abstandsoxidbereiche 64 neben den Gateelektroden ausgebildet,
durch Ablagerung einer Schicht aus CVD-Oxid über dem Gerät, und
nachfolgende anisotrope Ätzung der Oxidschicht, um das Substrat
über den Source/Drainbereichen 68, 70 und 72 freizulegen.
Daraufhin folgt eine zweite, stärkere Ionenimplantierung in die
Source/Drainbereiche 68, 70 und 72 hinein, unter
Selbstausrichtung zu den Abstandsoxidbereichen 64.
Verdrahtungsleitungen 60, welche unterschiedliche
Gateelektroden verbinden, werden auf den Feldoxidbereichen 52
gleichzeitig mit der Ausbildung der Gateelektroden 56
hergestellt. Entsprechend werden Seitenwand-
Oxidabstandsstrukturen 66 entlang den Verdrahtungslinien 60 zur
gleichen Zeit hergestellt, zu welcher die Seitenwand-
Oxidabstandsstrukturen 64 erzeugt werden.
Nachdem die Transfer-FETs hergestellt wurden, werden
Speicherkondensatoren und Bitleitungskontakte ausgebildet.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein
Bitleitungskontakt durch das Gerät geöffnet werden, um den
Source/Drainbereich 70 über die Öffnung 80 freizulegen, unter
Verwendung eines Verfahrens wie beispielsweise
Photolithographie und anisotrope Ätzung zur
Source/Drainoberfläche. Dann wird eine Oberflächenschicht 82
auf der Oberfläche des Source/Drainbereiches 70 abgelagert,
durch welche hindurch ein Implantierungsschritt durchgeführt
wird, um die Leitfähigkeit des Bitleitungskontakts noch weiter
zu erhöhen. Die Dicke der Oberflächenschicht hängt von dem
Ausmaß ab, in welchem man die Richtungen des Neuwachstums
begrenzen möchte, und kann unter Verwendung der voranstehenden
Gleichungen 1.1 bis 1.5 bestimmt werden. Daraufhin werden ein
oder mehrere Wärmebehandlungsschritte durchgeführt, um die
implantierten Ionen zu aktivieren, und die amorphe Zone erneut
kristallin auszubilden. Die Oberflächenschicht 82 wird
vorzugsweise vor der Ausbildung des Bitleitungskontakts 84 in
der Öffnung 80 entfernt, wenn ein Isolator als
Oberflächenschicht 82 verwendet wird. Bei anderen
Ausführungsformen, bei welchen ein leitfähiges Material zur
Ausbildung der Schicht 82 verwendet wird, kann es vorzuziehen
sein, das Material an seinem Ort verbleiben zu lassen, um die
Anzahl an Verarbeitungsschritten zu verringern. Der
Bitleitungskontakt 84 (siehe Fig. 15) kann aus einer oder
mehreren Schichten aus Metall bestehen, die durch Sputtern oder
CVD abgelagert werden, und zwar innerhalb der Öffnung 80 und
über einem Abschnitt des Geräts.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine ähnliche DRAM-
Anordnung wie in Fig. 14 gezeigt ausgebildet werden, die mit
einer Oberfläche 86 versehen ist, die gekrümmt ist, und durch
welche die Implantierung stattfindet, um die Form der
Implantierungszone zu steuern. Eine derartige Anordnung kann
dadurch ausgebildet werden, daß zuerst maskiert und ein
anisotropes Ätzmittel verwendet wird, um einen Abschnitt der
Öffnung 80 zu ätzen. Nach dem anisotropen Ätzschritt weist der
Boden der Öffnung 80 eine relativ ebene Oberfläche auf. Dann
wird ein weiterer Ätzschritt unter Verwendung eines isotropen
Ätzmittels, beispielsweise eines SF6-Plasmas, durchgeführt, um
die gekrümmte Oberfläche 86 auszubilden, welche in Fig. 16
gezeigt ist. Durch eine Implantierung durch die gekrümmte
Oberfläche 86 hindurch weist die Implantierungszone in
wünschenswerter Weise eine entsprechend gekrümmte Grenze auf,
so daß nach der Wärmebehandlung eine Neukristallisierung
entlang Richtungen auftritt, welche die Ausbildung von
Randdefekten minimalisieren.
Der DRAM von Fig. 14 könnte auch eine Oberflächenschicht
aufweisen, durch welche die Implantierung durchgeführt wird,
entsprechend der in Fig. 12 gezeigten Oberflächenschicht 136.
Eine derartige gekrümmte Oberflächenschicht läßt sich
beispielsweise dadurch erhalten, daß das voranstehend unter
Bezugnahme auf Fig. 16 geschilderte Ätzmittel für die
Oberfläche verwendet wird, und dann die Oberflächenschicht auf
der gekrümmten Oberfläche abgelagert wird. Die gewünschte
Minimaldicke einer derartigen Oberflächenschicht kann unter
Verwendung der voranstehenden Gleichungen 1 bis 5 bestimmt
werden. Auf ähnliche Weise könnte das DRAM-Substrat auch eine
im wesentlichen ebene Substratoberfläche mit einer gekrümmten
Oberflächenschicht ähnlich wie bei der in Fig. 13 gezeigten
Oberflächenschicht 156 aufweisen. Ausführungsformen, die
zahlreiche Verarbeitungsschritte erfordern, beispielsweise
mehrfach Ätzschritte für die Substratoberfläche und die
Oberflächenschicht, sind in allgemeinen nicht vorzuziehen,
infolge der zusätzlichen Komplexizität und Zeit, die zur
Durchführung der Schritte erforderlich sind.
Zwar wurden die Verfahren zur Verhinderung einer
Defektausbildung hier unter Bezugnahme auf Anordnungen wie
beispielsweise den DRAM in den Fig. 14 bis 16 beschrieben,
jedoch können die hier geschilderten Verfahren auch bei anderen
Anordnungen und Verarbeitungsschritten eingesetzt werden.
Beispielsweise lassen sich Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung bei einer Implantierung unter Verwendung einer Maske
einsetzen, aber auch wenn keine Maske verwendet wird (direkter
Ionenstrahl), da die Implantierungszone, die sich bei einer
Implantierung ohne Maske ergibt, dieselbe Morphologie aufweisen
kann wie eine Implantierungszone, die sich bei der
konventionellen Implantierung unter Verwendung einer Maske
ergibt. Darüber hinaus wurde zwar die vorliegende Erfindung
unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf diese speziellen
Ausführungsformen beschränkt ist. Der Umfang der vorliegenden
Erfindung ergibt sich aus der Gesamtheit der vorliegenden
Anmeldeunterlagen und soll von den beigefügten Patentansprüchen
umfaßt sein.
Claims (27)
1. Verfahren zum Implantieren von Ionen in ein Substrat zur
Minimalisierung der Ausbildung von Defekten nach einer
darauffolgenden Wärmebehandlung, mit folgenden Schritten:
Bestimmung einer gewünschten gleichmäßigen Oberflächenschichtdicke, durch welche die Implantierung hindurch durchgeführt werden kann, um die Defektausbildung zu minimalisieren;
Bereitstellung einer Oberflächenschicht mit der gewünschten Oberflächenschichtdicke; und
Implantieren von Ionen in das Substrat durch die Oberflächenschicht hindurch.
Bestimmung einer gewünschten gleichmäßigen Oberflächenschichtdicke, durch welche die Implantierung hindurch durchgeführt werden kann, um die Defektausbildung zu minimalisieren;
Bereitstellung einer Oberflächenschicht mit der gewünschten Oberflächenschichtdicke; und
Implantieren von Ionen in das Substrat durch die Oberflächenschicht hindurch.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß:
das Substrat mit einem konkavförmigen Oberflächenbereich versehen wird;
die Oberflächenschicht mit einem konkavförmigen Oberflächenabschnitt versehen wird; und
Ionen in das Substrat durch den konkavförmigen Oberflächenabschnitt und den konkavförmigen Oberflächenabschnitt hindurch implantiert werden.
das Substrat mit einem konkavförmigen Oberflächenbereich versehen wird;
die Oberflächenschicht mit einem konkavförmigen Oberflächenabschnitt versehen wird; und
Ionen in das Substrat durch den konkavförmigen Oberflächenabschnitt und den konkavförmigen Oberflächenabschnitt hindurch implantiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat
aus Silizium besteht, und die implantierte
Substratoberfläche eine [100]-Kristallebene ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
leitfähiges Material als die Oberflächenschicht vorgesehen
wird.
5. Verfahren zur Verhinderung der Defektausbildung in einem
Substrat, mit welchem eine Ionenimplantierung gefolgt von
einer Wärmebehandlung durchgeführt wird, mit folgenden
Schritten:
Ausbildung einer ersten Oberflächenschicht zumindest über einem Abschnitt des Substrats, wobei die erste Oberflächenschicht eine Dicke aufweist, die minimal etwa 10% kleiner ist als ein Wert t, der folgendermaßen bestimmt wird:
Auswahl eines gewünschten Winkels θ zwischen Kristallneutwachstumsrichtungen;
Bestimmung eines Projektionsbereiches der Ionenimplantierungsentfernung Rp in das Substrat;
Bestimmung einer projizierten Standardabweichung ΔRp entlang der Richtung einer ersten Achse;
Bestimmung einer projizierten Standardabweichung ΔY entlang der Richtung einer zweiten Achse; und Lösung der folgenden Gleichung für t:
t = Rp + cosθ[[(ΔY sinθ)2 + (ΔRpcosθ)2]0,5];
Implantieren von Ionen in das Substrat durch die erste Oberflächenschicht; und
Wärmebehandlung des Substrats.
Ausbildung einer ersten Oberflächenschicht zumindest über einem Abschnitt des Substrats, wobei die erste Oberflächenschicht eine Dicke aufweist, die minimal etwa 10% kleiner ist als ein Wert t, der folgendermaßen bestimmt wird:
Auswahl eines gewünschten Winkels θ zwischen Kristallneutwachstumsrichtungen;
Bestimmung eines Projektionsbereiches der Ionenimplantierungsentfernung Rp in das Substrat;
Bestimmung einer projizierten Standardabweichung ΔRp entlang der Richtung einer ersten Achse;
Bestimmung einer projizierten Standardabweichung ΔY entlang der Richtung einer zweiten Achse; und Lösung der folgenden Gleichung für t:
t = Rp + cosθ[[(ΔY sinθ)2 + (ΔRpcosθ)2]0,5];
Implantieren von Ionen in das Substrat durch die erste Oberflächenschicht; und
Wärmebehandlung des Substrats.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Oberflächenschicht eine Dicke aufweist, die innerhalb von
10% des Wertes t liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächenschicht eine Dicke entsprechend annähernd dem
Wert von t aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß:
das Substrat mit einem konkavförmigen Oberflächenbereich versehen wird;
die Oberflächenschicht mit einem konkavförmige Oberflächenabschnitt versehen wird; und
Ionen in das Substrat durch den konkavförmigen Oberflächenabschnitt und den konkavförmigen Oberflächenabschnitt implantiert werden.
das Substrat mit einem konkavförmigen Oberflächenbereich versehen wird;
die Oberflächenschicht mit einem konkavförmige Oberflächenabschnitt versehen wird; und
Ionen in das Substrat durch den konkavförmigen Oberflächenabschnitt und den konkavförmigen Oberflächenabschnitt implantiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
leitfähiges Material als die erste Oberflächenschicht
vorgesehen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß:
eine erste Vertiefung in dem Substrat vorgesehen wird; und
Ionen durch die erste Vertiefung in das Substrat implantiert werden.
eine erste Vertiefung in dem Substrat vorgesehen wird; und
Ionen durch die erste Vertiefung in das Substrat implantiert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß:
eine zweite Vertiefung in der Oberflächenschicht vorgesehen wird; und
Ionen durch die zweite Vertiefung und in das Substrat implantiert werden.
eine zweite Vertiefung in der Oberflächenschicht vorgesehen wird; und
Ionen durch die zweite Vertiefung und in das Substrat implantiert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten
Vertiefung ein ebener Abschnitt vorgesehen wird.
13. Verfahren zur Ausbildung eines Bitleitungskontakts zu
einem Source/Drainbereich, mit folgenden Schritten:
Bereitstellung eines Substrats, in welchem ein Source/Drainbereich vorgesehen ist;
Bereitstellung einer Vertiefung in dem Substrat;
Implantieren von Ionen in den Source/Drainbereich durch die Vertiefung; und
Ausbildung einer Bitleitung, welche in Kontakt mit dem Source/Drainbereich steht.
Bereitstellung eines Substrats, in welchem ein Source/Drainbereich vorgesehen ist;
Bereitstellung einer Vertiefung in dem Substrat;
Implantieren von Ionen in den Source/Drainbereich durch die Vertiefung; und
Ausbildung einer Bitleitung, welche in Kontakt mit dem Source/Drainbereich steht.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Wärmebehandlung des Source/Drainbereiches nach
Implantierung von Ionen in den Source/Drainbereich über
die Vertiefung vorgesehen ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Substrat eine Oberfläche aufweist, die senkrecht zur
[100]-Kristallrichtung angeordnet ist.
16. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung
durch Ätzung zumindest eines Abschnitts des Substrats
unter Verwendung eines isotropen Ätzmittels ausgebildet
wird.
17. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß:
eine Oberflächenschicht auf dem Substrat über der Vertiefung vorgesehen wird; und
Ionen in den Source/Drainbereich durch die Oberflächenschicht hindurch implantiert werden.
eine Oberflächenschicht auf dem Substrat über der Vertiefung vorgesehen wird; und
Ionen in den Source/Drainbereich durch die Oberflächenschicht hindurch implantiert werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächenschicht von dem Substrat entfernt wird, und
dann eine Wärmebehandlung mit dem Source/Drainbereich
durchgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Wärmebehandlung des Source/Drainbereiches durchgeführt
wird, und dann die Oberflächenschicht von dem Substrat
entfernt wird.
20. Verfahren zur Verhinderung der Ausbildung von Defekten in
einem Substrat, mit welchem eine Ionenimplantierung
gefolgt von einer Wärmebehandlung durchgeführt wird, mit
folgenden Schritten:
Bereitstellung eines mit einer Oberfläche versehenen Substrats;
Entfernen von Material von der Oberfläche zur Ausbildung eines ersten Bereiches;
Implantieren von Ionen in das Substrat durch den ersten Bereich hindurch; und
Wärmebehandlung des Substrats.
Bereitstellung eines mit einer Oberfläche versehenen Substrats;
Entfernen von Material von der Oberfläche zur Ausbildung eines ersten Bereiches;
Implantieren von Ionen in das Substrat durch den ersten Bereich hindurch; und
Wärmebehandlung des Substrats.
21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Bereich im wesentlichen konkavförmig ausgebildet ist.
22. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt
des Entfernen von Material von der Oberfläche zur
Ausbildung eines ersten Bereiches die Ausbildung einer
Vertiefung umfaßt, die zwei Seitenwandabschnitte und einen
zentralen Abschnitt zwischen den Seitenwandabschnitten
aufweist.
23. Verfahren nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß der
zusätzliche Schritt der Ausbildung der Vertiefung auf
solche Weise durchgeführt wird, daß die Form des zentralen
Abschnitts ebener ist als die Form der
Seitenwandabschnitte.
24. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß der
zusätzliche Schritt der Bereitstellung einer
Oberflächenschicht auf dem ersten Bereich vorgesehen ist,
wobei die Oberflächenschicht eine im wesentlichen
gleichförmige Dicke über den ersten Bereich aufweist.
25. Verfahren nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Minimaldicke der Oberflächenschicht durch folgende
Schritte festgelegt wird:
Auswahl eines gewünschten Winkels θ zwischen Neukristallisierungsrichtungen;
Bestimmung eines Projektionsbereiches der Ionenimplantierungsentfernung Rp in das Substrat hinein;
Bestimmung einer projizierten Standardabweichung ΔRp entlang der Richtung einer ersten Achse;
Bestimmung einer projizierten Standardabweichung ΔY entlang der Richtung einer zweiten Achse; und
Lösung der folgenden Gleichung für die Dicke t der Oberflächenschicht:
t = Rp + cosθ[[(ΔY sinθ)2 + (ΔRpcosθ)2]0,5].
Auswahl eines gewünschten Winkels θ zwischen Neukristallisierungsrichtungen;
Bestimmung eines Projektionsbereiches der Ionenimplantierungsentfernung Rp in das Substrat hinein;
Bestimmung einer projizierten Standardabweichung ΔRp entlang der Richtung einer ersten Achse;
Bestimmung einer projizierten Standardabweichung ΔY entlang der Richtung einer zweiten Achse; und
Lösung der folgenden Gleichung für die Dicke t der Oberflächenschicht:
t = Rp + cosθ[[(ΔY sinθ)2 + (ΔRpcosθ)2]0,5].
26. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß:
eine Oberflächenschicht auf dem ersten Bereich vor der Implantierung von Ionen in das Substrat durch den ersten Bereich hindurch bereitgestellt wird; und
Ionen in das Substrat durch die Oberflächenschicht und den ersten Bereich hindurch implantiert werden.
eine Oberflächenschicht auf dem ersten Bereich vor der Implantierung von Ionen in das Substrat durch den ersten Bereich hindurch bereitgestellt wird; und
Ionen in das Substrat durch die Oberflächenschicht und den ersten Bereich hindurch implantiert werden.
27. Verfahren nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der
Schritt der Entfernung von Material von der
Oberflächenschicht vorgesehen ist.
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| GB9706080A GB2323703B (en) | 1997-03-13 | 1997-03-24 | Method to inhibit the formation of ion implantation induced edge defects |
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| SG1997000956A SG67382A1 (en) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | Method to inhibit the formation of ion implantation induced edge defects |
| DE19716368A DE19716368A1 (de) | 1997-03-13 | 1997-04-18 | Verfahren zum Verhindern der Ausbildung von durch Ionenimplantierung hervorgerufener Randdefekte |
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ID=27570426
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|---|---|---|---|
| DE19716368A Withdrawn DE19716368A1 (de) | 1997-03-13 | 1997-04-18 | Verfahren zum Verhindern der Ausbildung von durch Ionenimplantierung hervorgerufener Randdefekte |
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