DE19852763B4

DE19852763B4 - Verfahren zur Herstellung eines Graben-Kondensators

Info

Publication number: DE19852763B4
Application number: DE19852763A
Authority: DE
Inventors: Chiu-Te Lee
Original assignee: MOSEL VITELIC Inc HSINCHU; Siemens AG; Mosel Vitelic Inc; Promos Technologies Inc
Current assignee: Qimonda AG; Mosel Vitelic Inc; Promos Technologies Inc
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JP3485807B2; DE19852763A1; US6083787A; JP2000091518A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Graben-Kondensators, mit den folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrates (40) und danach Herstellen eines Ätzschutzmusters auf dem Halbleitersubstrat (40),
b) Ätzen des Halbleitersubstrates (40) zur Ausbildung eines Grabens,
c) Herstellen einer dielektrischen Schicht (48) des Kondensators auf dem unteren Bereich der Seitenwand, wie auch auf der Bodenfläche des Grabens,
d) Herstellen einer ersten Polysiliziumschicht (50) oberhalb der dielektrischen Schicht (48).
e) Herstellen einer dielektrischen ringförmigen Schicht (52) an dem oberen Seitenwandbereich des Grabens, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
f) Herstellen eines Zapfens (54) aus Opfermaterial innerhalb des Grabens,
g) Ätzen der dielektrischen ringförmigen Schicht (52) bis zu einer Oberflächenhöhe, die niedriger ist als diejenige des Zapfens (54) aus Opfermaterial,
h) Entfernen des Zapfens (54) aus Opfermaterial und
i) Herstellen einer zweiten Polysiliziumschicht (56) bis zu einer Oberflächenhöhe, die geringfügig niedriger ist als die Oberfläche des Grabens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Graben-Kondensators nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In den 1A bis 1E ist eine bekannte Herstellungsfolge für einen Graben-Kondensator dargestellt. Zuerst werden eine Oxidschicht 16 und eine Nitridschicht 14 durchgehend bzw. ununterbrochen auf einem Siliziumsubstrat 10 hergestellt. Die Oxidschicht 16 und die Nitridschicht 14 werden dann teilweise zur Öffnung eines Fensters zur Bildung eines Grabens mit herkömmlichen lithographischen Techniken und Plasmaätztechniken geätzt. Dann wird das freigelegte Siliziumsubstrat ebenfalls geätzt, um einen Graben gemäß der 1A zu erzeugen. Danach wird eine Oxid/Nitrid/Oxid(ONO)-Schicht als dielektrische Schicht 18 des Kondensators in dem Graben abgeschieden. Eine erste Polysiliziumschicht 20 als Speicherknotenpunkt wird dann abgeschieden, um den Bodenbereich des Grabens auszufüllen. Danach wird an der inneren Seitenwand des Grabens gemäß 1A eine ringförmige Schicht 22 ausgebildet. Eine zweite Polysiliziumschicht 24 wird als nächstes innerhalb des Grabens abgeschieden und zu der dielektrischen Schicht ausgerichtet (1B). Danach wird das zweite Polysilizium chemisch/mechanisch poliert oder rückgeätzt, um einen Polysiliziumzapfen 24a innerhalb des Grabens auszubilden. Die dielektrische Schicht 22a wird dann, wie dies in der 1C gezeigt ist, vertieft, um den Kontaktbereich für den Kondensator freizulegen. Als nächstes wird eine dritte Polysiliziumschicht 26 abgeschieden und poliert, die den Polysiliziumzapfen 24a überdeckt (1D). Schließlich wird die dritte Polysiliziumschicht 26 bis zu einer Höhe rückgeätzt (Bezugszeichen 26a), die geringfügig niedriger ist als die Substratoberfläche, um die Herstellung des Graben-Kondensators zu vervollständigen.
Dieser bekannte Herstellungsprozeß für einen Graben-Kondensator weist einige Nachteile auf.

1. Die Prozeßfolgen sind kompliziert und langwierig. Es sind drei Polysiliziumabscheidungen und zwei CMP-Polieroperationen erforderlich, um einen Graben-Kondensator herzustellen. Dadurch wird die Möglichkeit von Wafer-Verunreinigungen vergrößert.
2. Der Herstellungsprozeß ist zeitintensiv. Dadurch werden die Herstellungskosten vergrößert.

Aus der EP 0 735 581 A1 geht ein Verfahren der eingangs genannten Art hervor, bei dem auf einem Halbleitersubstrat ein Ätzmuster hergestellt wird, das Ätzmuster zur Ausbildung eines Grabens geätzt wird, auf dem unteren Bereich der Seitenwand des Grabens und auf der Bodenfläche des Grabens eine dielektrische Schicht des Kondensators hergestellt wird, oberhalb der dielektrischen Schicht eine erste Polisiliziumschicht erzeugt wird und an dem oberen Seitenwandbereich des Grabens eine dielektrische ringförmige Schicht erzeugt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein leicht durchführbares Verfahren zur Herstellung von Graben-Kondensatoren zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Graben-Kondensatoren in einem Halbleiter-Substrat relativ einfach bei Reduzierung der Herstellungszeit und der Herstellungskosten hergestellt werden können. Die Anzahl der Herstellungsschritte wird vorteilhafterweise verringert. Ferner werden vorteilhafterweise die Möglichkeiten von Wafer-Verunreinigungen reduziert. Dadurch werden der Ertrag und die Leistung der Graben-Kondensatoren sowie der in Ver bindung mit diesen hergestellten DRAM-Anordnungen verbessert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1A bis 1E schematisch die Herstellungsschritte eines bekannten Graben-Kondensators;

2A bis 2E schematisch die Herstellungsschritte eines Graben-Kondensators gemäß der vorliegenden Erfindung und

3 einen Querschnitt durch eine DRAM-Zelle nach der Endherstellung der Transistorstruktur.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Graben-Kondensators, insbesondere für DRAM-Anordnungen. Die Figuren zeigen einen teilweise vervollständigten integrierten Kreis. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Details ausgeführt, um ein gründliches Verstehen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es wird darauf hingewiesen, daß ein Fachmann Änderungen dieser speziellen Details im Rahmen der vorliegenden Erfindung vornehmen kann. Wohlbekannte Herstellungsschritte werden nicht ausführlich beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
Die 2A bis 2E zeigen die Prozeßschritte der vorliegenden Erfindung, gemäß denen ein Graben-Kondensator auf einem Halbleitersubstrat 40 aus P-Silizium hergestellt wird.
Gemäß 2A werden eine Oxidschicht 46 und eine Nitridschicht 44 durchgehend bzw. ununterbrochen auf dem Halbleitersubstrat 40 abgeschieden. Die Oxidschicht 46 und die Nitridschicht 44 werden teilweise geätzt, um ein Fenster zur Herstellung eines Grabens mit herkömmlichen Lithographietechniken und Plasmaätztechniken zu erzeugen. Dann wird das freigelegte Halbleitersubstrat 40 ebenfalls geätzt, um gemäß 2A einen Graben herzustellen. Danach wird eine dielektrische Schicht 48 des Kondensators innerhalb des Grabens abgeschieden. Eine erste Polysiliziumschicht 50 als Speicherknotenpunkt wird dann abgeschieden, um den Bodenbereich des Grabens auszufüllen. Danach wird eine dielektrische ringförmige Schicht 52 an der inneren Seitenwand des Grabens gemäß 2A ausgebildet.
Das Ätzen des Halbleitersubstrats 40 erfolgt üblicherweise durch Plasmaätzen. Beispielsweise durch magnetisch ver stärktes reaktives Ionenätzen (MERIE), elektronisches Zyklotronätzen (ECR) oder reaktives Ionenätzen (RIE) mit Reaktionsgasen, wie beispielsweise CF₄, CHF₃ und Ar. Die dielektrische Schicht 48 des Kondensators besteht üblicherweise aus einer Oxid/Nitrid/Oxid-Dreifachschicht (ONO) oder aus Tantaloxid (TA₂O₅) oder anderen Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten. Die äquivalente Oxiddicke der dielektrischen Schicht 48 des Kondensators liegt bei etwa 2 bis 15 nm.
Die erste Polysiliziumschicht 50 wird im allgemeinen durch eine in-situ phosphordotierte LPCVD-Abscheidung gebildet, wobei die Mischung (15% PH₃ + 85% SiH₄) und (5% PH₃ + 95 N₂) beträgt und die Abscheidung bei einer Temperatur von etwa 550°C erfolgt, um eine Dicke zwischen 100 bis 400 nm zu erhalten. Die dielektrische ringförmige Schicht 52 wird üblicherweise durch chemische Dampf-Abscheidung von Tetra-Ethyl-Ortho-Silicat (TEOS) gebildet. Alternativ können auch andere Arten von Oxiden, Nitriden oder sogar Oxynitrid verwendet werden. Die vertiefte Wand der dielektrischen ringförmigen Schicht wird durch anisotropes Ätzen gebildet.
Gemäß 2B wird ein Zapfen 54 aus Opfermaterial innerhalb des Grabens gebildet. Dieser Schritt stellt den Schlüsselpunkt der vorliegenden Erfindung dar. Der Zapfen 34 aus Opfermaterial kann leicht durch Naßätzen entfernt werden. Daraufhing ergibt sich nachfolgend eine ringförmige Vertiefung durch die eine zweite Polysiliziumabscheidung und Polierschritte weggelassen werden können, wie sie beim Stand der Technik erforderlich sind. Das Opfermaterial muß sowohl einen hohen Widerstand gegenüber Plasmaätzen besitzen und auch leicht vom Substrat durch Naßstrippen entfernbar sein. Beispielsweise können antireflektierende Fotoresist-Bodenbeschichtungsmaterialien oder organische Bodenbeschichtungsmaterialien (BARC), wie beispielsweise Ethyllactatpolymer verwendet werden.
Gemäß 2C wird die dielektrische ringförmige Schicht 52a vertieft, um den Kontaktbereich für den Graben-Kondensator und vorzugsweise für einen Zugangstransistor gemäß 2C freizulegen. Der Schritt der Vertiefung der dielektrischen ringförmigen Schicht 52a wird durch anisotropes Ätzen ausgeführt, wie dies oben beschrieben wurde.
Gemäß den 2D und 2E wird zuerst der Zapfen 54 aus Opfermaterial durch Naßätzen entfernt. Danach wird ein zweites Polysilizium 56 abgeschieden, das das erste Polysilizium 50 gemäß 2D überdeckt. Schließlich wird die zweite Polysiliziumschicht 56a bis zu einer Höhe rückgeätzt, die geringfügig niedriger ist als die Substratoberfläche, um den Graben-Kondensator gemäß 2E zu vervollständigen. Die zweite Polysiliziumschicht 56a kontaktiert vorzugsweise elektrisch den Drainbereich des Zugangstransistors. Der Graben-Kondensator mit dem vergrabenen Anschlußstreifen gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun fertig. Der Prozeß zur Entfernung des Zapfens aus Opfermaterial wird üblicherweise durch eine Mischung von Schwefelsäure (H₂SO₄) und Wasserstoffperoxidlösungen (H₂O₂) ausgeführt.
Gemäß 3 können nachfolgend auf die Herstellung des Graben-Kondensators Isolierbereiche 58 und der Zugangstransistor, der ein Gate-Oxid 60, ein Gate 62 und Source-Drainbereiche 64 aufweist, zur Vervollständigung der DRAM-Anordnung hergestellt werden. Die Ladungen fließen über einen Weg 70 zwischen dem Graben-Kondensator und dem Zugangstransistor, um den Kondensator zu laden oder zu entladen. Dies bedeutet, daß das Einschreiben von Daten und das Auslesen wie bei einer DRAM-Zelle funktionieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren weist die folgenden Vorteile auf.

1. Die bekannten Prozeßfolgen sind kompliziert und langwierig. Es müssen drei Polysiliziumabscheidungen und zwei CMP-Polierschritte zur Herstellung eines Graben-Kondensators ausgeführt werden. Erfindungsgemäß wird die zweite Polysiliziumschicht durch Opfermaterialien ersetzt, um Herstellungsschritte einzusparen und die Produktionzeit zu verkürzen.
2. Weil die Prozeßfolgen, wie auch die Herstellungszeit erfindungsgemäß verringert werden, wird auch die Durchlaufzeit von IC-Speicheranordnungen verringert. Dies stellt das ultimative Ziel der Halbleiterindustrie dar.
3. Er gibt weniger Polysilizium-Abscheidungsschritte und weniger Polierschritte, die die Möglichkeiten von Verunreinigungen bzw. Beschädigungen der Wafer-Schicht verringern. Aus diesem Grunde werden die Ausbeute und die Leistung der DRAM-Anordnungen verbessert.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Graben-Kondensators, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrates (40) und danach Herstellen eines Ätzschutzmusters auf dem Halbleitersubstrat (40), b) Ätzen des Halbleitersubstrates (40) zur Ausbildung eines Grabens, c) Herstellen einer dielektrischen Schicht (48) des Kondensators auf dem unteren Bereich der Seitenwand, wie auch auf der Bodenfläche des Grabens, d) Herstellen einer ersten Polysiliziumschicht (50) oberhalb der dielektrischen Schicht (48). e) Herstellen einer dielektrischen ringförmigen Schicht (52) an dem oberen Seitenwandbereich des Grabens, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: f) Herstellen eines Zapfens (54) aus Opfermaterial innerhalb des Grabens, g) Ätzen der dielektrischen ringförmigen Schicht (52) bis zu einer Oberflächenhöhe, die niedriger ist als diejenige des Zapfens (54) aus Opfermaterial, h) Entfernen des Zapfens (54) aus Opfermaterial und i) Herstellen einer zweiten Polysiliziumschicht (56) bis zu einer Oberflächenhöhe, die geringfügig niedriger ist als die Oberfläche des Grabens.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische ringförmige Schicht (52) aus einem Oxid hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (48) des Kondensators eine Oxid/Nitrid/Oxid-Dreifachschicht (ONO) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (54) aus Opfermaterial aus einem Fotoresistmaterial besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (54) aus Opfermaterial aus organischen, antireflektierenden Boden-Beschichtungsmaterialien (BRRC) besteht.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei als BARC-Materialien Polymere verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung des Zapfens (54) aus Opfermaterial mit einer Mischung aus Schwefelsäure (H₂SO₄) und Wasserstoffperoxid (H₂O₂) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer DRAM-Zelle auf dem Halbleitersubstrat (40) ein Feldeffekttransistor (60, 62, 64) hergestellt wird, wobei die zweite Polysiliziumschicht (56) einen Drainbereich (64) des Feldeffekttransistors elektrisch, kontaktiert.