DE19845033A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Abstract

Es wird ein Halbleiterbauelement mit wenigstens einer Metallelektrode (10), die Teil einer Speicherzelle zur lokal begrenzten Speicherung von elektrischer Ladung ist, und mit einer gegenüber der Metallelektrode (10) isolierten und elektrisch leitfähigen Verdrahtung (75) zum elektrischen Kontaktieren von einzelnen Bauelementen (45) des Halbleiterbauelements, vorgeschlagen. Das Halbleiterbauelement ist dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode (10) und die Verdrahtung (75) aus dem gleichen Material bestehen.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleitertechnik und betrifft ein Halbleiterbauelement mit wenigstens einem Spei­ cherkondensator, der eine erste Elektrode, eine zweite Elek­ trode und ein zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnetes oxidkeramisches Kondensatordielektri­ kum umfaßt, mit weiteren Bauelementen, und mit einer von der ersten und zweiten Elektrode getrennten und elektrisch leit­ fähigen Verdrahtung zum Verbinden der weiteren Bauelemente sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiter­ bauelements.

Die Erhöhung der Integrationsdichte und der Schaltungskom­ plexität bei integrierten Schaltkreisen ist mit einer aufwen­ digen Verdrahtung der einzelnen Bauelemente durch mehrere Verdrahtungsebenen verbunden. Dabei bestehen die einzelnen Verdrahtungsebenen in der Regel aus in Form von Leiterbahnen strukturierten Metallschichten, die gegeneinander isoliert sind. Üblicherweise werden die einzelnen Verdrahtungsebenen von unten, d. h. von der Ebene der Bauelemente beginnend, auf­ wärts numeriert.

Ein eingangs genanntes Halbleiterbauelement ist beispiels­ weise in dem Fachartikel "High-K Dielectric Materials for DRK Capacitors" in Semiconductor International, 11, 1996, Seiten 109 bis 116 offenbart. Das dort beschriebene Halblei­ terbauelement besteht im wesentlichen aus einer Vielzahl von Speicherzellen, wobei jede einzelne Speicherzelle durch einen MOSFET-Transistor und einen Speicherkondensator in sogenann­ ter Stack-Ausführung gebildet ist. Der Speicherkondensator befindet sich auf einer Isolationsschicht oberhalb des Sourcegebiets eines MOSFET-Transistors. Mittels eines durch die Isolationsschicht verlaufenden leitfähigen Kanals ist eine Elektrode des Speicherkondensators mit dem Sourcegebiet verbunden. Bei Ansteuerung des Gates des Transistors über die sogenannte Wortleitung wird der Transistor auf Durchlaß ge­ schaltet, wodurch die im Speicherkondensator gespeicherte La­ dung durch den nun offenen Transistor abfließen kann. Die Verdrahtung der einzelnen Speicherzellen sowie weiterer Bau­ elemente wird über mehrere separate und aufwendig ausgeführte Verdrahtungsebenen hergestellt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterbauelement zu schaffen, das eine einfachere Verdrahtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest eine der beiden Elektroden und die Verdrahtung aus dem gleichen Mate­ rial bestehen.

Durch das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement kann z. B. zu­ mindest eine in Form einer weiteren Metallschicht ausgebil­ dete Verdrahtungsebene eingespart werden. Dies wird dadurch erreicht, daß aus einer ganzflächig abgeschiedenen Schicht einerseits die zum Aufbau einer Speicherzelle notwendige Elektrode und andererseits eine Verdrahtung in Form einer zu­ sätzlichen Leiterbahn zum Kontaktieren weiterer Bauelemente gebildet werden. Die ganzflächig abgeschiedene Schicht wird dazu geeignet strukturiert, wobei eine Elektrode des Spei­ cherkondensators und die Verdrahtung gebildet werden. Bevor­ zugt finden Standardlithografieprozesse zur Bildung der Elek­ trode und der Verdrahtung Verwendung. Durch die gemeinsame Herstellung der z. B. als erste Verdrahtungsebene dienenden Verdrahtung sowie einer Elektrode des Speicherkondensators aus einer gemeinsamen Schicht wird die Anzahl der notwendigen Prozeßschritte zur Herstellung des Halbleiterbauelements deutlich verringert.

Vorteilhaft kann auch aus einer weiteren Schicht, die zur Herstellung einer zweiten Elektrode der Speicherzelle verwen­ det wird, eine weitere, z. B. eine zweite Verdrahtung gebildet werden.

Die geschaffene Verdrahtung dient beispielsweise zum elektri­ schen Verbinden einzelner, am Halbleiterbauelement angeordne­ ter Bauelemente untereinander. Darüber hinaus kann die Ver­ drahtung aber auch eine leitfähige Verbindung zu einer weite­ ren leitfähigen Schicht herstellen, die ihrerseits aus einem Metall oder einer Metallegierung, aber auch aus einem dotier­ ten Halbleiter oder aus Silizium bestehen kann.

Weiterhin kann die gebildete Verdrahtung zur Erhöhung der Verdrahtungsdichte als zusätzliche Verdrahtungsebene zu den üblicherweise verwendeten Verdrahtungsebenen ohne zusätzli­ chen Materialeinsatz und ohne eine Erhöhung der Prozeßschrittanzahl verwendet werden, wodurch eine höhere Flexibilität bei der Ausgestaltung aller Kontaktierungen auf dem Halbleiterbauelement erreicht werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Elektroden und die Verdrahtung durch Strukturierung einer gemeinsam abge­ schiedenen Schicht entstanden sind.

Nach dem Abscheiden der gemeinsamen Schicht in einem Prozeß­ schritt wird diese nachfolgend in einem Ätzprozeß zur Heraus­ bildung einer der beiden Elektroden und der Verdrahtung strukturiert. Infolge deren gleichzeitiger Herstellung, ins­ besondere durch den gemeinsamen Abscheideprozeß, verringert sich der Materialaufwand, da durch die Erfindung auf ein Auf­ bringen einer als Verdrahtungsebene dienenden weiteren Me­ tallschicht verzichtet werden kann. Die einheitlichen Prozeß­ schritte vereinfachen darüber hinaus eine nachfolgende wei­ tergehende Strukturierung und das Abscheiden weiterer Schich­ ten.

Durch die Schaffung zumindest einer der beiden Elektroden und der Verdrahtung aus einer gemeinsamen Schicht ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß die Verdrahtung bereits in unmit­ telbarer Nähe oberhalb der Bauelemente angeordnet ist. Ver­ bunden damit ist eine Reduzierung der notwendigen Ätztiefe zur Schaffung von Kontaktlöchern zum Verbinden der Bauele­ mente mit der Verdrahtung. Weiterhin verringert sich insge­ samt die Bauhöhe des Halbleiterbauelements, wodurch dessen Eigenschaften hinsichtlich Dissipation von Verlustleistung deutlich verbessert werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Bauelemente in einem mehrere Speicherkondensatoren aufweisenden Speicherzellenfeld des Halbleiterbauelements oder an dessen Peripherie angeord­ net sind.

Bevorzugt ist weiterhin, daß im Substrat unterhalb der Ver­ drahtung zumindest ein mit leitfähigem Material gefülltes Kontaktloch vorgesehen ist, das von der Verdrahtung bis zu wenigstens einem der weiteren Bauelemente reicht.

Insbesondere lokale Verdrahtungen lassen sich vorteilhaft aus der gemeinsam abgeschiedenen Schicht herstellen. Beispiels­ weise bei den in der sogenannten Stack-Ausführung aufgebauten Speicherbausteinen mit oberhalb der Transistorebene angeord­ neten Speicherkondensatoren eignet sich die Verdrahtung her­ vorragend zum Verbinden einzelner Speicherzellen oder deren Auswahltransistoren untereinander. Die elektrische Verbindung zwischen der Verdrahtung, die beispielsweise in einer ersten Ebene am Halbleiterbauelement angeordnet ist, und weiteren Schichten bzw. weiteren Bauelementen, die in einer zweiten Ebene am Halbleiterbauelement angeordnet sind, wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß in einer, die beiden Ebenen voneinander trennenden Isolationsschicht zumindest ein mit leitfähigem Material gefülltes Kontaktloch vorgesehen ist.

Der elektrische Kontakt zwischen der Verdrahtung und der weiteren Schicht bzw. den Bauelementen läßt sich aber auch nach geeigneter Strukturierung der Isolationsschicht durch unmittelbaren Kontakt der Verdrahtung mit der weiteren Schicht oder den Bauelementen herstellen.

Bevorzugt kann die Verdrahtung auch zum Kontaktieren von Bau­ elementen eingesetzt werden, die sich an der Peripherie des Halbleiterbauelements befinden und einzelne Speicherzellen ansteuern. An der Peripherie sind üblicherweise Steuer- und Verstärkerbauelemente in das Halbleiterbauelement integriert. In diesem Fall hat die Verdrahtung globalen Charakter, d. h. sie dient zum elektrischen Verbinden zueinander entfernt an­ geordneter Bauelemente. Andererseits können auch die Spei­ cherzellen peripher angeordnet sein.

Gemäß der Erfindung kann zum Kontaktieren der weiteren Bau­ elemente aber auch anderer Verdrahtungsebenen eine oberhalb der Verdrahtung angeordnete Isolationsschicht am Halbleiter­ bauelement vorgesehen sein, in der zumindest ein mit einem leitfähigen Material befülltes Kontaktloch angeordnet ist, welches bis zur Verdrahtung reicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatordielektrikum aus Barium-Strontium-Titanat, Strontium-Wismut-Tantalat, niobium­ dotiertes Strontium-Wismut-Tantalat oder Blei-Zirkon-Titanat besteht.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Elek­ troden und die Verdrahtung aus Platin, Iridium, Palladium, Ruthenium, aus einem leitfähigen Oxid vorgenannter Metalle oder aus einer Legierung aus wenigstens einem der vorgenann­ ten Metalle und Oxide bestehen.

Diese Elektrodenmaterialien finden vorteilhaft Verwendung bei der Herstellung von Speicherzellen, die als Kondensatordie­ lektrikum Keramikmaterialien mit hoher Dielektrizitätskon­ stante, z. B. Barium-Strontium-Titanat, oder ferroelektrische Keramikmaterialien, z. B. aus Strontium-Wismut-Tantalat oder aus niobiumdotiertem Strontium-Wismut-Tantalat, enthalten. Die Elektroden derartiger Speicherzellen sind dabei überwiegend aus Platin, Iridium oder Ruthenium. Diese Metalle können aufgrund ihres geringen elektrischen Widerstandes gleichzeitig zur Verdrahtung verschiedener Bauelemente ver­ wendet werden. Die Verwendung anderer wenig reaktiver Metalle oder Oxide, wie z. B. Palladium, Iridiumoxid oder Ruthenium­ oxid, ist ebenfalls möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich da­ durch aus, daß wenigstens eine der beiden Elektroden aus zwei leitfähigen Schichten aufgebaut ist, wobei eine der beiden leitfähigen Schichten auf der dem Kondensatordielektrikum zu­ gewandten Seite angeordnet ist und aus Platin, Iridium, Palladium, Ruthenium, einem leitfähigen Oxid vorgenannter Me­ talle oder aus einer Legierung aus wenigstens einem der vor­ genannten Metalle und Oxide besteht.

Bei einer derart ausgebildeten zweilagigen Elektrode besteht die dem Kondensatordielektrikum zugewandte erste leitfähige Schicht aus einem wenig reaktiven Material zum Schutz des empfindlichen Kondensatordielektrikums. Die Materialstärke der ersten leitfähigen Schicht kann zur Materialersparnis re­ lativ dünn, d. h. dünner als die eigentliche Dicke der Elek­ trode gehalten werden. Dies führt gleichzeitig zu einem strukturtreuen Ätzen der ersten leitfähigen Schicht und des Kondensatordielektrikums. Die zweite, dem Kondensatordielek­ trikum abgewandte leitfähige Schicht bildet zusammen mit der ersten leitfähigen Schicht eine Elektrode. Vorteilhaft ist, daß die zweite leitfähige Schicht und die Verdrahtung aus ei­ ner gemeinsam abgeschiedenen Schicht hergestellt werden. Be­ vorzugte Materialien für die zweite leitfähige Schicht und die Verdrahtung sind Platin, Iridium, Palladium, Ruthenium, Aluminium, Kupfer, Wolfram, leitfähige Oxide der vorgenannten Metalle oder eine Legierung aus wenigstens einem der vorge­ nannten Metalle und Oxide. Darüber hinaus finden auch Metall­ silizide eines Metalls M, leitfähige Metallnitride eines Me­ talls M oder leitfähige ternären Verbindung gemäß MBN Verwendung, wobei N für Stickstoff, M für ein Metall aus der Gruppe Titan, Wolfram, Kobalt, Tantal, Molybdän, Kupfer, Platin, Rhodium und Aluminium und B für ein Metall aus der Gruppe M oder Silizium steht.

Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit folgenden Verfah­ rensschritten gelöst:

• - Bereitstellen eines Substrats,
• - Aufbringen einer ersten Schicht auf dem Substrat mit nach­ folgendem Strukturieren dieser ersten Schicht, so daß eine erste Elektrode gebildet wird,
• - Aufbringen einer oxidkeramischen Schicht auf die erste Elektrode und das Substrat,
• - Aufbringen einer zweiten Schicht auf die oxidkeramische Schicht,
• - Strukturieren der zweiten Schicht und der oxidkeramischen Schicht, so daß aus der zweiten Schicht eine zweite Elek­ trode und aus der oxidkeramischen Schicht ein Kondensator­ dielektrikum gebildet wird, die zusammen mit der ersten Elektrode einen Kondensator bilden, wobei durch das Struk­ turieren der ersten und/oder der zweiten Schicht eine von der ersten und der zweiten Elektrode getrennte Verdrahtung zum elektrischen Verbinden weiterer Bauelemente auf dem Substrat gebildet wird.

Zunächst wird das Substrat, in das beispielsweise schon ein­ zelne Bauelemente oder Teile davon integriert sind, bereitge­ stellt. Danach erfolgt das Abscheiden der ersten Schicht und deren Strukturierung unter Bildung der ersten Elektrode. Ge­ eignete Abscheideprozesse sind beispielsweise CVD-(Chemical- Vapor-Deposition) oder Sputter-Verfahren. Anschließend wird eine oxidkeramische Schicht sowie eine zweite Schicht auf das Substrat aufgetragen und strukturiert. Dabei können die oxid­ keramische Schicht und die zweite Schicht nacheinander oder gemeinsam strukturiert werden. Sofern ein getrenntes Strukturieren gewünscht ist, erfolgt dies vor dem Abscheiden der zweiten Schicht. Im Ergebnis entsteht aus der oxidkerami­ schen Schicht das Kondensatordielektrikum und aus der zweiten Schicht die zweite Elektrode. Bei der Herstellung der ersten und/oder der zweiten Elektrode wird gleichzeitig oder in ei­ nem separaten Schritt die Verdrahtung aus den jeweiligen Schichten gebildet. Die Verdrahtung weist dabei keinen unmit­ telbaren Kontakt zu den einzelnen Elektroden auf.

Das Herstellungsverfahren zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, daß die Verdrahtung und die erste und/oder zweite Elek­ trode in einem gemeinsamen Ätzprozeß geschaffen werden.

Die obengenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit folgenden Schritten gelöst:

• - Bereitstellen eines Substrats,
• - Aufbringen einer ersten Schicht auf dem Substrat mit nach­ folgendem Strukturieren dieser ersten Schicht, so daß eine erste Elektrode gebildet wird,
• - Aufbringen einer oxidkeramischen Schicht auf die erste Elektrode und das Substrat,
• - Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht auf die oxidke­ ramischen Schicht mit nachfolgendem gemeinsamen Strukturie­ ren der ersten leitfähigen Schicht und der oxidkeramischen Schicht, so daß aus der oxidkeramischen Schicht ein Konden­ satordielektrikum gebildet wird,
• - Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht auf die erste leitfähige Schicht und das Substrat,
• - Strukturieren der zweiten leitfähigen Schicht, so daß die zweite leitfähige Schicht zumindest im Bereich des Konden­ satordielektrikums auf der ersten leitfähigen Schicht ver­ bleibt und dort gemeinsam mit dieser eine zweite Elektrode bildet, wobei durch das Strukturieren der zweiten leitfähi­ gen Schicht eine von der ersten und der zweiten Elektrode getrennte Verdrahtung zum elektrischen Verbinden weiterer Bauelemente auf dem Substrat gebildet wird.

Bei dem vorstehend angeführten Verfahren wird eine Elektrode durch zwei nacheinander abgeschiedene leitfähige Schichten gebildet. Dabei wird zunächst die erste leitfähige Schicht konform auf die oxidkeramische Schicht aufgetragen und schützt diese bei der weiteren Strukturierung. Die erste leit­ fähige Schicht wird anschließend gemeinsam mit der oxidkera­ mischen Schicht geätzt. Die erste leitfähige Schicht schützt dabei die auf dem Substrat verbleibenden Bereiche der oxidke­ ramischen Schicht vor einem Angreifen durch die Ätze. Nach­ folgend schließt sich das Aufbringen der zweiten leitfähigen Schicht an, aus der im Bereich des Kondensatordielektrikums gemeinsam mit der ersten leitfähigen Schicht eine Elektrode sowie weiterhin die Verdrahtung gebildet werden.

Die erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zeichnen sich weiterhin vorteilhaft dadurch aus, daß die erste Schicht un­ ter Zwischenlage einer Haftvermittlungs- und/oder Barrieren­ schicht auf dem Substrat abgeschieden wird.

Barrierenschichten verhindern die Diffusion von Silizium oder anderen Materialien zum Kondensatordielektrikum und gewähr­ leisten damit gleichbleibende Materialeigenschaften.

Die erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zeichnen sich weiterhin vorteilhaft dadurch aus, daß im Bereich der Ver­ drahtung vor dem Aufbringen der ersten Schicht zumindest ein Kontaktloch in dem Substrat geschaffen und mit einem leitfä­ higen Material gefüllt wird oder daß eine Isolationsschicht auf die Verdrahtung aufgebracht und nachfolgend zumindest ein bis zur Verdrahtung reichendes und mit leitfähigem Material gefülltes Kontaktloch in der Isolationsschicht geschaffen wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels erläutert und in Figuren dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit einer ersten Variante zum Kontaktieren der Verdrahtung,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit einer weiteren Variante zum Kontaktieren der Verdrahtung,

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit einer Mehrschichtelektrode,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Speicherzellenfeld eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements,

Fig. 5a bis 5e einzelne Prozeßschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements,

Fig. 6a bis 6e Herstellungsschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements mit einer Mehrschichtelektrode,

Fig. 7 und 8 weitere Varianten zum Kontaktieren der Verdrahtung.

Das in Fig. 1 dargestellte Halbleiterbauelement 1 weist ei­ nen Siliziumgrundkörper 2 und eine darüber angeordnete Isola­ tionsschicht 3 auf. Auf der Isolationsschicht 3 befindet sich ein Speicherkondensator 5, der aus einer ersten Elektrode 10, einem Kondensatordielektrikum 15 und einer zweiten Elektrode 20 besteht. Die erste und in diesem Ausführungsbeispiel untere Elektrode 10 ist zylinder- oder quaderförmig ausgebildet und sitzt auf einer Barrierenschicht 25 aus Titannitrit und Ti­ tan. Diese Barrierenschicht 25 trennt die untere Elektrode 10 von der Isolationsschicht 3 und einem mit Polysilizium aufge­ fülltem Kontaktloch 30, das von der unteren Elektrode 10 durch die Isolationsschicht 3 hindurch zu einem Sourcegebiet 40 eines Auswahltransistors 45 führt. Durch die Barrieren­ schicht 25 wird einerseits die Diffusion von Silizium durch die untere Elektrode 10 hindurch zum Kondensatordielektrikum 15 und andererseits eine Diffusion des Elektrodenmaterials der unteren Elektrode 10 durch das Kontaktloch 30 hindurch zum Sourcegebiet 40 des Auswahltransistors 45 verhindert. Als Elektrodenmaterial für die untere Elektrode findet bevorzugt Palladium, Platin, Iridium, Ruthenium, Iridiumoxid oder Rutheniumoxid Verwendung.

Zur Verbesserung der Speicherkapazität des Speicherkondensa­ tors 5 ist das Kondensatordielektrikum 15 und die zweite, in diesem Ausführungsbeispiel obere Elektrode 20 sowohl auf der unteren Elektrode 10, als auch auf deren Seitenwänden ange­ ordnet. Dadurch erhöht sich die zur Speicherung nutzbare Flä­ che des Speicherkondensators 5.

Über den Auswahltransistor 45 können sowohl Ladungen in den Speicherkondensator 5 gebracht als auch von diesem ausgelesen werden. Der Auswahltransistor 45 weist neben dem Sourcegebiet 40 auch ein von diesem beanstandetes sogenanntes Draingebiet 50 auf. Beide Gebiete 40 und 50 werden mittels Ionenimplanta­ tion in dem Siliziumgrundkörper 2 geschaffen. Zwischen dem Sourcegebiet 40 und dem Draingebiet 50 ist auf dem Silizium­ grundkörper 2 ein Gateoxid 60 mit aufsitzender Gateelektrode 65 angeordnet. Die Gateelektrode 65 wird vor­ zugsweise durch eine zur Zeichenebene senkrecht verlaufende und dotierte Polysiliziumschicht gebildet. Über diese wird der Auswahltransistor 45 angesteuert. Bei Anlegen einer ge­ eignet dimensionierten Spannung an die Gateelektrode 65 bil­ det sich eine leitfähige Verbindung zwischen dem Sourcegebiet 40 und dem Draingebiet 50, so daß Ladungen zum Speicherkon­ densator 5 oder von diesem abfließen können. Zu diesem Zweck ist das Draingebiet 50 über ein weiteres mit Polysilizium ge­ fülltes Kontaktloch 70 in der Isolationsschicht 3 mit einer Verdrahtung 75 verbunden. Diese Verdrahtung 75 besteht aus dem gleichen Elektrodenmaterial wie die untere Elektrode 10. Sowohl die untere Elektrode 10 als auch die Verdrahtung 75 sind bei der Herstellung des Halbleiterbauelements aus ein- und derselben abgeschiedenen Schicht hervorgegangen. Daher befindet sich auch unterhalb der Verdrahtung 75 eine Barrie­ renschicht 80, die gemeinsam mit der Barrierenschicht 25 un­ terhalb der ersten Elektrode 10 gebildet wurde. Die Verdrah­ tung 75 ist sowohl gegenüber der unteren Elektrode 10 als auch gegenüber der oberen Elektrode 20 isoliert. Dadurch wird ein unbeabsichtigtes Abfließen von im Speicherkondensator 5 gespeicherter Ladung verhindert. Die Verdrahtung 75 verbindet den Auswahltransistor 45 als einem weiteren Bauelement 45 beispielsweise mit an der Peripherie des Halbleiterbauele­ ments angeordneten Verstärkereinrichtungen.

Eine weitere Verdrahtung 90 ist ebenfalls auf der Isolations­ schicht 3 angeordnet. Diese Verdrahtung 90 wurde gemeinsam mit der oberen Elektrode 20 während der Herstellung des Halb­ leiterbauelements 1 geschaffen. Unterhalb der Verdrahtung 90 ist prozeßbedingt die oxidkeramische Schicht 95 angeordnet, aus der das Kondensatordielektrikum 15 gebildet wurde. Der Speicherkondensator 5 und die Verdrahtungen 75 und 90 sind vollständig mit einer planarisierenden Schicht 100 bedeckt, die beispielsweise aus thermischem Siliziumdioxid, BPSG (Bor- Phosphor-Silikat-Glas) oder TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicat) besteht. Durch die planarisierende Schicht 100 hindurch sind Kontaktlöcher 105 und 110 bis zur Verdrahtung 90 bzw. bis zur oberen Elektrode 20 geführt. Diese Kontaktlöcher 105 bzw. 110 verbinden die Verdrahtung 90 und die obere Elektrode 20 mit der sogenannten Metallschicht 1 (metal 1), die in Form von Leiterbahnen 115 und 120 ausgebildet ist. Die Leiterbah­ nen 115 bzw. 120 bestehen überwiegend aus Aluminium oder ei­ ner Aluminium-Kupfer-Legierung. Wird die Verdrahtung 75 bzw. 90 bereits als Metallschicht 1 ausgeführt, d. h. diese über­ nimmt bereits lokale oder globale Verdrahtungsfunktion, so stellen die Leiterbahnen 115 und 120 bereits die Metall­ schicht 2 (metal 2) dar.

In Fig. 2 sind weitere Kontaktvarianten der Verdrahtung 75 und 90 dargestellt. Eine Variante besteht in einem unmittel­ baren Kontakt zwischen der Verdrahtung 75 und 90. Dazu wurde in dem gewünschten Kontaktbereich 125 die oxidkeramische Schicht 95 selektiv entfernt, so daß das obere Elektrodenma­ terial unmittelbar auf das bereits abgeschiedene untere Elek­ trodenmaterial, aus dem die Verdrahtung 75 hervorgegangen ist, abgeschieden wird. Bei vorheriger Entfernung der oxidke­ ramischen Schicht 95 von einem weiteren Kontaktbereich 130 kann das nachfolgend abgeschiedene obere Elektrodenmaterial auch direkt auf ein gefülltes Kontaktloch 135 aufgebracht werden. Dadurch ist auch eine Kontaktierung der Verdrahtung 90 nach unten durch die Isolationsschicht 3 hindurch möglich.

Unter Verwendung eines Halbleiterbauelements mit einer Mehr­ schichtelektrode ergeben sich, wie in Fig. 3 dargestellt, weitere Möglichkeiten zur Bildung von Verdrahtungen. Die obere Elektrode 150 des Speicherkondensators 5 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer ersten leitfähigen Schicht 155 und einer zweiten leitfähigen Schicht 160. Die erste leitfähige Schicht 155 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Elektrodenmaterial, das auch zur Herstellung der un­ teren Elektrode 10 Verwendung findet, z. B. Platin, Iridium, Palladium, Ruthenium oder ein leitfähiges Oxid vorgenannter Metalle. Weiterhin ist es möglich, auch Legierungen aus einem der vorgenannten Metalle und Oxide zu verwenden. Die erste leitfähige Schicht 155 ist relativ dünn ausgeführt, da sie im wesentlichen zum Schutz des Kondensatordielektrikums 15 dient. Die erste leitfähige Schicht 155 und das Kondensator­ dielektrikum 15 werden gemeinsam geätzt, so das von allen vorher nicht maskierten Bereichen sowohl das Kondensatordie­ lektrikum 15 als auch die erste leitfähige Schicht entfernt werden. Auf die erste leitfähige Schicht 155 wird nachfolgend die zweite leitfähige Schicht 160 aufgetragen und geeignet strukturiert. Die erste und zweite leitfähige Schicht 155 und 160 bilden dadurch zusammen die obere Elektrode 150. Anderer­ seits wird aus der zweiten leitfähigen Schicht 160 eine Ver­ drahtung 165 hergestellt. Die für die zweite leitfähige Schicht 160 verwendeten Materialien können denen für die er­ ste leitfähige Schicht 155 verwendeten Materialien entspre­ chen. Günstiger ist es jedoch auf diese relativ teueren Mate­ rialien zu verzichten und auf kostengünstigere und einfacher handhabbare Materialien wie beispielsweise Polysilizium, Me­ tallsilizide oder leitfähige Metallnitride oder ternäre Ni­ tridverbindungen zurückzugreifen.

Zur Verdeutlichung der Verdrahtungsmöglichkeiten durch die vorstehend aufgeführten Verdrahtungen ist in Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement 1 gezeigt. In einem Speicherzellenfeld 180 sind die einzelnen Speicherkondensato­ ren 5 matrixähnlich angeordnet. Jedem Speicherkondensator 5 ist ein Auswahltransistor 45 zugeordnet. Die hier nicht dar­ gestellten Draingebiete jedes Auswahltransistors 45 sind mit einer streifenförmigen Verdrahtung 190 verbunden, die zu je einem Verstärkerelement 192 an der Peripherie 195 des Spei­ cherzellenfeldes 180 führt. Diese Peripherie 195 kann auch am Rand des Halbleiterbauelements 1 angeordnet sein. Durch die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Verdrahtungen ist sowohl ein lokales Verbinden der weiteren Bauelementen, z. B. von Auswahltransistoren 45, als auch ein globales Verbinden der weiteren Bauelemente untereinander möglich. Die weiteren Bau­ elemente umfassen in diesem Fall auch die Verstärkerelemente 192 und weitere, nicht dargestellte Baugruppen auf dem Halb­ leiterbauelement 1.

Im folgenden werden die einzelnen Prozeßschritte zur Herstel­ lung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements beschrie­ ben. Dabei wird von einem Substrat 3, das der Isolations­ schicht 3 entspricht ausgegangen. In diesem Substrat 3 sind bereits Kontaktlöcher 30 und 70 eingebracht. Auf das Substrat 3 wird zunächst eine Barrierenschicht 200 gefolgt von einer ersten Schicht 205 eines Elektrodenmaterials aufgebracht. Die beispielsweise aus Titannitrid/Titan bestehende Barrieren­ schicht 200 wird vorzugsweise durch einen CVD-Prozeß, die er­ ste Schicht 205 dagegen vorzugsweise durch einen Sputterpro­ zeß aufgetragen. In einem darauffolgenden Verfahrensschritt werden die beiden Schichten 200 und 205 mittels geeignetem Lithografieverfahren strukturiert. Dabei entsteht einerseits die erste und untere Elektrode 10, die durch die ebenfalls strukturierte Barrierenschicht 25 von dem Substrat 3 getrennt ist. Gleichzeitig mit Bildung der unteren Elektrode 10 wurde eine Verdrahtung 75 mit darunter angeordneter Barrierenschicht 80 geschaffen.

Bei dem Lithografieverfahren zur Bildung der unteren Elek­ trode 10 und der Verdrahtung 75 wird zunächst eine Lack­ schicht auf die erste Schicht 205 aufgetragen und anschlie­ ßend mittels Fototechnik strukturiert. Dabei werden je nach Verwendung eines positiven oder eines negativen Fotolacks die belichteten bzw. unbelichteten Bereiche chemisch aktiviert und können nachfolgend in einem Entwicklungsschritt entfernt werden. Schließlich wird die so hergestellte Lackmaske zum Strukturieren der Barrierenschicht 200 und der ersten Schicht 205 mittels geeigneter Ätzprozesse verwendet. Nach dem Litho­ grafieverfahren schließt sich ggf. ein Reinigungsschritt zum Entfernen von Ätz- oder Lackmaskenrückständen an.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird nun eine oxidkerami­ sche Schicht konform auf das Substrat 3, auf die erste Elek­ trode 10 sowie auf die Verdrahtung 75 aufgebracht. Das bevor­ zugte Verfahren hierfür ist ein MOCVD-Prozeß, bei dem die einzelnen Bestandteile der Oxidkeramik über ein oxidierendes Precursorgas aufgebracht werden. Daran anschließend wird eine zweite Schicht 215 auf die oxidkeramische Schicht 210 ge­ bracht. Aus dieser werden ebenfalls über geeignete Lithogra­ fieverfahren die zweite Elektrode 20 sowie das Kondensator­ dielektrikum 15 gebildet. Bei diesem Verfahrensschritt ist die gleichzeitige Bildung einer Verdrahtung 90 ebenfalls mög­ lich.

In einer Verfahrensvariante kann die oxidkeramische Schicht 210 bereits vor dem Abscheiden der zweiten Schicht 215 geeig­ net strukturiert werden, so daß von der oxidkeramischen Schicht nur das Kondensatordielektrikum 15 im Bereich des Speicherkondensators 5 auf dem Substrat 3 und der ersten Elektrode 10 verbleibt, in den übrigen Bereichen des Halblei­ terbauelements 1 jedoch vollständig entfernt wird. Dadurch hat die zweite Schicht 215 einen unmittelbaren Kontakt zum Substrat 3 bzw. zu in diesem angeordneten Kontaktlöchern bzw. zu bereits gebildeten Verdrahtungen, die beispielsweise in Fig. 2 dargestellt sind.

Auf den gebildeten Speicherkondensator 5 sowie auf die Ver­ drahtungen 75 und 90 wird eine BPSG-Schicht 220 abgeschieden, in der nachfolgend ein Kontaktloch 225 gebildet wird. Dieses Kontaktloch 225 führt beispielsweise bis zur Verdrahtung 90 und verbindet diese mit einer auf die BPSG-Schicht 220 aufge­ brachten Metallisierungsschicht 230.

Zur Beschreibung der Herstellungsschritte eines Halbleiter­ bauelements mit einer Mehrschichtelektrode wird in Fig. 6a von einer Struktur gemäß Fig. 5b ausgegangen. Auf dem Substrat 3 wurden bereits die untere Elektrode 10 und die Verdrahtung 75 gebildet. Durch Abscheiden der oxidkeramischen Schicht 210 und einer ersten leitfähigen Schicht 230 entsteht die in Fig. 6a dargestellte Struktur. Beide Schichten 210 und 230 sind überwiegend konform auf die untere Elektrode 10 und die Verdrahtung 75 aufgebracht, wobei die erste leitfä­ hige Schicht 230 im Gegensatz zur Dicke der unteren Elektrode 10 relativ dünn ausgeführt ist. Die erste leitfähige Schicht 230, vorzugsweise aus Platin, schützt die oxidkeramische Schicht 210 bei der nun folgenden Strukturierung. Mittels ge­ eignetem Lithografieverfahren mit nachfolgender Substratrei­ nigung gelangt man zu der in Fig. 6b dargestellten Struktur.

Die oxidkeramische Schicht 210 und die erste leitfähige Schicht 230 wurden vollständig von der Verdrahtung 75 und an­ deren Bereichen der Substrat 3 entfernt, so daß die Schichten 210 und 230 nur noch die untere Elektrode 10 konform bedec­ ken. Diese bilden nun dort das Kondensatordielektrikum 15 und die erste leitfähige Schicht 230 der oberen Elektrode 20 des Speicherkondensators 5. Zur vollständigen Bildung der zweiten und oberen Elektrode 20 wird nach dem Strukturieren der er­ sten leitfähigen Schicht 230 und der oxidkeramischen Schicht 210 ganzflächig eine zweite leitfähige Schicht 235 auf das Substrat 3, die Verdrahtung 75 und die erste leitfähige Schicht 230 aufgetragen. Diese Schicht 235 wird nachfolgend mittels geeignetem Lithografieverfahren strukturiert, so daß einerseits im Bereich des Speicherkondensators 5 eine zweite leitfähige Schicht 235 und eine von dieser getrennte Verdrah­ tung 165 entstehen. Die zweite leitfähige Schicht 235 und die erste leitfähige Schicht 230 bilden zusammen die obere Elek­ trode 20 des Speicherkondensators 5. Die unmittelbar auf das Substrat 3 abgeschiedene und strukturierte Verdrahtung 165 hat unmittelbaren Kontakt zu einem Kontaktloch 240.

Schließlich folgt gemäß Fig. 6e das ganzflächig planarisie­ rende Aufbringen einer TEOS-Schicht 245 auf das Substrat 3 mit den dort angeordneten Verdrahtungen 165 und 75 sowie dem Speicherkondensator 5. Auch hier wird in die TEOS-Schicht 245 ein Kontaktloch 250 geätzt und mit einem leitfähigen Material befüllt. Daran anschließend wird auf der TEOS-Schicht 245 eine Metallisierungsschicht 255 in Form von Leiterbahnen ge­ bildet, die über das befüllte Kontaktloch 250 mit der Ver­ drahtung 75 elektrisch leitend verbunden sind.

In den Fig. 7 und 8 sind weitere Varianten zum Kontaktie­ ren der Verdrahtungen dargestellt. Beispielsweise kann gemäß Fig. 7 die Verdrahtung 260 einen unmittelbaren Kontakt zu einer weiteren leitfähigen Schicht 265 aufweisen. Dazu ist in einer Isolationsschicht 270 ein Kontaktloch 275 geätzt, in das die auf die Isolationsschicht 270 aufgebrachte Verdrah­ tung 260 bis zu der unter der Isolationsschicht 270 angeord­ neten weiteren leitfähigen Schicht 265 hindurch reicht. Gemäß Fig. 8 kann die leitfähige Verbindung zwischen der Verdrah­ tung 260 und der weiteren leitfähigen Schicht 265 natürlich auch über ein mit leitfähigem Material gefülltes Kontaktloch 275 hergestellt sein. Für die weitere leitfähige Schicht 265 können sowohl Polysilizium als auch andere leitfähige Mate­ rialien verwendet werden. Die Verdrahtung 260 besteht neben den bereits genannten Metallen und Metalloxiden auch aus leitfähigen Metallsiliziden oder leitfähigen Metallnitriden.

Bezugszeichenliste

1

Halbleiterbauelement

2

Siliziumgrundkörper

3

Isolationsschicht/Substrat

5

Speicherkondensator

10

erste (untere) Elektrode

15

Kondensatordielektrikum

20

zweite (obere) Elektrode

25

Barrierenschicht

30

Kontaktloch

40

Sourcegebiet

45

Auswahltransistor

50

Draingebiet

60

Gateoxid

65

Gateelektrode

70

Kontaktloch

75

Verdrahtung

80

Barrierenschicht

90

Verdrahtung

95

oxidkeramische Schicht

100

planarisierende Schicht

105

,

110

,

135

Kontaktloch

115

,

120

Leiterbahnen

125

,

130

Kontaktbereich

150

obere Elektrode

155

erste leitfähige Schicht

160

zweite leitfähige Schicht

165

Verdrahtung

180

Speicherzellenfeld

190

Verdrahtung

192

Verstärkerelemente

195

Peripherie

200

Barrierenschicht

205

erste Schicht

210

oxidkeramische Schicht

215

zweite Schicht

220

BPSG-Schicht

225

Kontaktloch

228

Metallisierungsschicht

230

erste leitfähige Schicht

235

zweite leitfähige Schicht

240

Kontaktloch

245

TBOS

250

Kontaktloch

255

Metallisierungsschicht

260

Verdrahtung

265

weitere leitfähige Schicht

270

Isolationsschicht

275

Kontaktloch

Claims (17)

1. Halbleiterbauelement (1)

• - mit wenigstens einem Speicherkondensator (5), der eine er­ ste Elektrode (10), eine zweite Elektrode (20) und ein zwi­ schen der ersten Elektrode (10) und der zweiten Elektrode (20) angeordnetes oxidkeramisches Kondensatordielektrikum (15) umfaßt,
• - mit weiteren Bauelementen (45, 192), und
• - mit einer von der ersten und zweiten Elektrode (20) ge­ trennten und elektrisch leitfähigen Verdrahtung (75, 92) zum Verbinden der weiteren Bauelemente (45),

dadurch gekennzeichnet, daß

zumindest eine der beiden Elektroden (10, 20) und die Ver­ drahtung (75, 90) aus dem gleichen Material bestehen.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Elektroden (10, 20) und die Ver­ drahtung (75, 90) durch Strukturierung einer gemeinsam abge­ schiedenen Schicht (215) entstanden sind.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Bauelemente (45, 192) in einem mehrere Speicher­ kondensatoren (5) aufweisenden Speicherzellenfeld (180) des Halbleiterbauelements (1) oder an dessen Peripherie (195) an­ geordnet sind.

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Substrat unterhalb der Verdrahtung (75, 90) zumindest ein mit leitfähigem Material gefülltes Kontaktloch (70) vorgese­ hen ist, das von der Verdrahtung (75, 92) bis zu wenigstens einem der weiteren Bauelemente (45, 192) reicht.

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Verdrahtung (75, 90) eine Isolationsschicht (100) mit zumindest einem mit leitfähigem Material gefülltes Kontaktloch (105, 110) angeordnet ist, wobei das Kontaktloch (105, 110) bis zur Verdrahtung (75, 90) reicht.

6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatordielektrikum (15) aus Barium-Strontium-Tita­ nat, Strontium-Wismut-Tantalat, niobiumdotiertes Strontium- Wismut-Tantalat oder Blei-Zirkon-Titanat besteht.

7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Elektroden (10, 20) und die Ver­ drahtung (75, 90) aus Platin, Iridium, Palladium, Ruthenium, aus einem leitfähigen Oxid vorgenannter Metalle oder aus ei­ ner Legierung aus wenigstens einem der vorgenannten Metalle und Oxide bestehen.

8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Elektroden (10, 20) aus zwei leit­ fähigen Schichten (230, 235) aufgebaut ist, wobei eine der beiden leitfähigen Schichten (230) auf der dem Kondensator­ dielektrikum (15) zugewandten Seite angeordnet ist und aus Platin, Iridium, Palladium, Ruthenium, einem leitfähigen Oxid vorgenannter Metalle oder aus einer Legierung aus wenigstens einem der vorgenannten Metalle und Oxide besteht.

9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die andere, dem Kondensatordielektrikum (15) abgewandte leit­ fähige Schicht (235) und die Verdrahtung (75, 90) aus Platin, Iridium, Palladium, Ruthenium, Aluminium, Kupfer, Wolfram, einem leitfähigen Oxid der vorgenannten Metalle oder aus ei­ ner Legierung aus wenigstens einem der vorgenannten Metalle und Oxide bestehen.

10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die andere, dem Kondensatordielektrikum abgewandte leitfähige Schicht (235) und die Verdrahtung aus einem Metallsilizid ei­ nes Metalls M, aus einem leitfähigen Metallnitrid eines Me­ talls M oder aus einer leitfähigen ternären Verbindung gemäß MBN besteht, wobei N für Stickstoff, M für ein Metall aus der Gruppe Titan, Wolfram, Kobalt, Tantal, Molybdän, Kupfer, Pla­ tin, Rhodium und Aluminium und B für ein Metall aus der Gruppe M oder Silizium steht.

11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Bereitstellen eines Substrats (3),
• - Aufbringen einer ersten Schicht (205) auf dem Substrat (3) mit nachfolgendem Strukturieren dieser ersten Schicht (205), so daß eine erste Elektrode (10) gebildet wird,
• - Aufbringen einer oxidkeramischen Schicht (210) auf die er­ ste Elektrode (10) und das Substrat (3),
• - Aufbringen einer zweiten Schicht (215) auf die oxidkerami­ sche Schicht (210),
• - Strukturieren der zweiten Schicht (215) und der oxidkerami­ schen Schicht (210), so daß aus der zweiten Schicht (215) eine zweite Elektrode (20) und aus der oxidkeramischen Schicht (210) ein Kondensatordielektrikum (15) gebildet wird, die zusammen mit der ersten Elektrode (10) einen Kon­ densator (5) bilden, wobei durch das Strukturieren der er­ sten und/oder der zweiten Schicht (205, 215) eine von der ersten und der zweiten Elektrode (10, 20) getrennte Ver­ drahtung (75, 90) zum elektrischen Verbinden weiterer Bau­ elemente (45, 192) auf dem Substrat gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrahtung (75, 90) und die erste und/oder zweite Elek­ trode (10, 20) in einem gemeinsamen Ätzprozeß geschaffen wer­ den.

13. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

• - Bereitstellen eines Substrats (3),
• - Aufbringen einer ersten Schicht (205) auf dem Substrat (3) mit nachfolgendem Strukturieren dieser ersten Schicht (205), so daß eine erste Elektrode (10) gebildet wird,
• - Aufbringen einer oxidkeramischen Schicht (210) auf die er­ ste Elektrode (10) und das Substrat (3),
• - Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht (230) auf die oxidkeramische Schicht (210) mit nachfolgendem gemeinsamen Strukturieren der ersten leitfähigen Schicht (230) und der oxidkeramischen Schicht (210), so daß aus der oxidkerami­ schen Schicht (210) ein Kondensatordielektrikum (15) gebil­ det wird,
• - Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht (235) auf die erste leitfähige Schicht (230) und das Substrat (3),
• - Strukturieren der zweiten leitfähigen Schicht (235), so daß die zweite leitfähige Schicht (235) zumindest im Bereich des Kondensatordielektrikums (15) auf der ersten leitfähi­ gen Schicht (230) verbleibt und dort gemeinsam mit dieser eine zweite Elektrode (20) bildet, wobei durch das Struktu­ rieren der zweiten leitfähigen Schicht (235) eine von der ersten und der zweiten Elektrode (10, 20) getrennte Ver­ drahtung (75, 90) zum elektrischen Verbinden weiterer Bau­ elemente (45, 192) auf dem Substrat (3) gebildet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (205) unter Zwischenlage einer Haftvermitt­ lungs- und/oder Barrierenschicht (200) auf dem Substrat (3) abgeschieden wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Verdrahtung (75, 90) vor dem Aufbringen der ersten Schicht (205) zumindest ein Kontaktloch (70) in dem Substrat (3) geschaffen und mit einem leitfähigen Material gefüllt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolationsschicht (270) auf die Verdrahtung (75, 90) aufgebracht und nachfolgend zumindest ein bis zur Verdrahtung (75, 90) reichendes und mit leitfähigem Material gefülltes Kontaktloch (225) in der Isolationsschicht (270) geschaffen wird.