DE19860501A1 - Herstellverfahren für einen Kondensator in einer integrierten Speicherschaltung - Google Patents

Abstract

Das Herstellungsverfahren sieht vor, auf einem planaren Träger zunächst eine leitende erste Schicht (4) und darauf eine erhabene Struktur, bspw. einen sublithographischen Spacer, zu bilden. Darauf wird konform eine alternierende Schichtenfolge aus einem leitenden ersten Material und einem selektiv dazu ätzbaren zweiten Material aufgebracht. Durch eine anisotrope Ätzung oder durch einen CMP-Schritt wird der Querschnitt der Schichtenfolge an der Oberfläche frei gelegt. Nachdem Flanken der Schichtenfolge mit einer Stützstruktur versehen sind, kann von dieser Oberfläche ausgehend das zweite Material herausgeätzt werden. Mit dem Verfahren kann auch eine Speicherschaltung mit einem hoch-epsilon-dielektrischen oder ferroelektrischen Kondensator hergestellt werden.

Description

In einer Vielzahl von integrierten Halbleiterschaltungen wer­ den Kondensatoren benötigt, beispielsweise in DRAM-Schaltun­ gen oder A/D-Wandlern. Dabei stellt sich in vielen Fällen das Problem, eine möglichst hohe oder für die Anforderungen aus­ reichende Kapazität mit minimalem Platzbedarf zu realisieren. Dieses Problem ist besonders gravierend bei DRAM-Schaltungen, bei denen jede Speicherzelle einen Speicherkondensator und einen Auswahltransistor aufweist, wobei die für eine Spei­ cherzelle zur Verfügung stehende Fläche fortlaufend reduziert wird. Gleichzeitig muß zur sicheren Speicherung der Ladung und Unterscheidbarkeit der auszulesenden Information eine ge­ wisse Mindestkapazität des Speicherkondensators erhalten bleiben. Diese Mindestkapazität wird derzeit bei 25 fF gese­ hen.

Zur Realisierung maximaler Kapazität des Speicherkondensators bei vorgegebenem Platzbedarf sind unter anderem Grabenkonden­ satoren bekannt, bei denen die Kondensatorelektroden entlang den Seitenwänden eines im Substrat befindlichen Grabens ange­ ordnet sind.

Ein anderes Zellkonzept ist die sogenannte stacked-capacitor- Zelle, bei der der Kondensator als Stapelkondensator oberhalb des zugehörigen Auswahltransistors und meist auch oberhalb der Bitleitung angeordnet ist. Dadurch kann die gesamte Grundfläche der Zelle für den Kondensator genutzt werden, es ist lediglich eine ausreichende Isolation zum benachbarten Speicherkondensator sicherzustellen. Dieses Konzept hat den Vorteil, daß es weitgehend mit einem Logikprozeß kompatibel ist.

Aus EP 415 530 B1 ist eine Speicherzellenanordnung mit einem Stapelkondensator bekannt. Der Stapelkondensator umfaßt eine Polysiliziumstruktur mit mehreren, im wesentlichen parallel übereinander angeordneten Polysiliziumschichten, die über eine seitliche Stütze miteinander verbunden sind. Diese kühl­ rippenartig angeordneten Schichten führen zu einer deutlichen Vergrößerung der Oberfläche der Polysiliziumstruktur gegen­ über der Projektion der Polysiliziumstruktur auf die Sub­ stratoberfläche. Die Polysiliziumstruktur wird durch alter­ nierende Abscheidung von Polysiliziumschichten und selektiv dazu ätzbaren Siliziumoxid- bzw. Kohlenstoffschichten auf der Oberfläche des Substrats, Strukturierung dieser Schichten, Erzeugung von Flankenbedeckungen (Spacer aus Polysilizium) an mindestens einer Flanke der Schichtstruktur und selektives Herausätzen der Siliziumoxid- bzw. Kohlenstoffschichten ge­ bildet. Die Polysiliziumstrukturen sind dabei arsendotiert. Anschließend wird durch thermische Oxidation Siliziumoxid als Kondensatordielektrikum gebildet, auf dem eine Zellplatte aus dotiertem Polysilizium abgeschieden wird.

In EP 779 656 A2 ist ein weiteres Herstellverfahren für einen derartigen mehrschichtigen Stapelkondenstor (sog. fin-stacked-Kondensator) beschrieben. Dabei wird eine Schicht­ struktur aus alternierenden p⁺/p^--dotierten Siliziumschichten erzeugt. Durch Ätzen einer Öffnung bis auf das unterliegende Substrat wird jede Schichtstruktur in zwei getrennte Teilbereiche geteilt, aus jedem Teilbereich wird ein Konden­ sator gebildet, der dann an jeweils drei Flanken eine Stütz­ struktur besitzt.

Aus DE 197 07 977.6 A1 ist ein Herstellverfahren für einen fin-stacked-Kondensator bekannt, bei dem die Schichtstruktur aus Polysilizium und germaniumhaltigen Schichten gebildet wird. Die germaniumhaltigen Schichten werden nach Bildung ei­ ner geeigneten Stützstruktur selektiv zu den Polysilizium- Schichten entfernt.

Ein anderer Ansatzpunkt zur Erhöhung der Kapazität ist der Einsatz eines Kondensatordielektrikums mit hoher Dielektrizi­ tätskonstante. Zu diesen sogenannten Hoch-ε-Dielektrika gehö­ ren u. a. BST (Barium-Strontium-Titanat), Strontium-Titanat (ST) und ähnliche keramische Oxide. In dieser Substanzklasse finden sich auch Stoffe mit ferroelektrischen Eigenschaften, u. a. PZT (Bei-Zirkonium-Titanat) oder SBT (Strontium-Wismut- Tantalat). Ein Kondensator mit einem ferroelektrischen Di­ elektrikum bietet den Vorteil, daß er bei Ausfall der Versor­ gungsspannung nicht seine Information verliert und daß er ferner im Betrieb nicht wegen eines Restleckstroms ständig neu ausgelesen und beschrieben werden muß (sog. Refresh). Aus diesem Grund finden Speicherschaltungen mit ferroelektrischen Kondensatoren, die also nichtflüchtige Speicher darstellen (FRAMs), zunehmend Interesse.

Nachteilig bei dieser Substanzklasse ist ihre eingeschränkte Kompatibilität mit üblichen Herstellverfahren in der Halblei­ tertechnologie. Beispielsweise erfordert ihre Herstellung hohe Temperaturen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, so daß für die Kondensatorelektroden insbesondere leitende edel­ metallhaltige Materialien eingesetzt werden. Diese sind sau­ erstoffdurchlässig, was zur Folge hat, daß während der Her­ stellung des Kondensatordielektrikums tieferliegende Struktu­ ren oxidiert werden und ein ausreichender Kontakt zwischen erster Elektrode und dem Auswahltransistor nicht gewährlei­ stet ist. Daher ist eine Barriere unterhalb des Kondensator­ dielektrikums, insbesondere unterhalb der unteren Kondensator­ elektrode, notwendig, die eine Sauerstoffdiffusion unter­ drückt.

In der DE 196 40 448 ist eine derartige Speicherzelle be­ schrieben, bei der die Barriere zwischen der ersten Elektrode und der Anschlußstruktur zum Auswahltransistor ganzflächig durch eine Nitridation erzeugt wird. In der DE-OS (96 P 2189) ist ein Kondensator mit einem hoch-ε-dielektrischen oder fer­ roelektrischen Kondensatordielektrikum beschrieben, bei dem die erste Elektrode aus einem Elektrodenkern und einer demge­ genüber dünnen edelmetallhaltigen Schicht besteht, und bei dem der Elektrodenkern aus dem Material der Anschlußstruktur oder der Oxidationsbarriere besteht. Allen diesen Kondensato­ ren mit einem hoch-ε-dielektrischen oder ferroelektrischen Kondensatordielektrikum ist gemeinsam, daß eine im Prinzip planare Anordnung der ersten Elektrode vorgesehen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Her­ stellverfahren für einen Kondensator insbesondere in einer DRAM- oder FRAM-Schaltung anzugeben. Es soll vor allem eine hohe Integrationsdichte ermöglichen, einfach durchführbar sein und sich durch eine große Prozeßsicherheit auszeichnen.

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

Bei der Erfindung werden zunächst auf einem Träger mit im we­ sentlichen planarer Oberfläche, der eine Isolationsschicht mit einem darin eingebetteten Anschluß enthalten kann, eine erste Schicht aus einem leitenden ersten Material und darauf eine erhabene Struktur erzeugt. Die erhabene Struktur kann aus dem ersten Material oder aus einem weiteren Material, das selektiv ätzbar zum ersten Material ist, bestehen und kann bspw. in Form eines Spacers gebildet sein. Auf der Hilfs­ schicht wird dann eine Schichtenfolge erzeugt, die jeweils alternierend eine Schicht aus dem ersten Material und eine Schicht aus einem zweiten Material aufweist, wobei das Mate­ rial der untersten Schicht dieser Schichtenfolge vom Material der erhabenen Struktur verschieden ist. Das weitere Material ist vorzugsweise mit dem zweiten Material identisch.

Die Schichtenfolge wird im wesentlichen konform aufgebracht, so daß sie die erhabene Struktur allseits, d. h. an ihrer obe­ ren Oberfläche und an ihren Seitenwänden, bedeckt. Das bedeu­ tet, daß jede Schicht der Schichtenfolge einen oberen hori­ zontalen Abschnitt (oberhalb der erhabenen Struktur), einen unteren horizontalen Abschnitt (auf der ersten Schicht) und einen dazwischen liegenden vertikalen Abschnitt (an der Sei­ tenwand der erhabenen Struktur) aufweist. Selbstverständlich fallen unter die Begriffe "horizontal" und "vertikal" auch Orientierungen, die nur im wesentlichen horizontal bzw. ver­ tikal zur Trägeroberfläche sind.

Dann wird die Schichtenfolge oberhalb der erhabenen Struktur entfernt, so daß von jeder Schicht der Schichtenfolge eine Oberfläche frei liegt. Dabei wird vorzugsweise auch die obere Oberfläche der erhabenen Struktur freigelegt; dies ist not­ wendig, wenn die erhabene Struktur aus dem zweiten Material und die unterste Schicht der Schichtenfolge aus dem ersten Material besteht. Die Schichtenfolge und die erste Schicht werden im Bereich ihrer unteren horizontalen Abschnitte bis hinunter zum Träger entsprechend der gewünschten Kondensator­ größe strukturiert, so daß eine Schichtstruktur mit Flanken gebildet wird. An diesen seitlichen Flanken, an denen eben­ falls eine Oberfläche der Schichten frei liegt, wird dann eine Stützstruktur aus einem leitenden Material gebildet, die die Flanken bedeckt.

Anschließend werden mit einer zum ersten Material und zur Stützstruktur selektiven Ätzung die Schichten aus dem zweiten Material, ggf. also auch die erhabene Struktur, entfernt. Es wird ein Ätzprozess mit einer isotropen Komponente einge­ setzt, so daß nur die Schichten aus dem ersten Material und die Stützstruktur stehen bleiben und die erste Kondensator­ elektrode bilden. Die freiliegenden Oberflächen der Schichten aus dem ersten Material (einschließlich der ersten Schicht und ggf. der erhabenen Struktur) und der Stützstruktur werden mit einem Kondensatordielektrikum versehen. An der Oberfläche des Kondensatordielektrikums wird eine zweite Elektrode gebildet.

Die so gebildete erste Kondensatorelektrode besitzt Lamellen, die eine gefaltete Form aufweisen und daher eine deutlich vergrößerte Oberfläche besitzen. Je nach Material der erhabe­ nen Struktur sind diese Lamellen um ein zentrales Loch oder um die zentrale erhabene Struktur herum angeordnet.

Dabei wird eine hohe Stabilität beim Herausätzen des zweiten Materials sichergestellt, da die Stützstruktur an allen außenliegenden Flanken der Schichtstruktur gebildet ist. Die Schichten aus dem ersten Material können daher sehr dünn sein, beispielsweise 20 bis 50 nm. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist, daß zum Herausätzen des zweiten Materials keine Öffnung in die Schichtstruktur geätzt werden muß, die die Integrationsdichte verringert.

Die erste Schicht gewährleistet den elektrischen Kontakt im Fall einer im Träger angeordneten Anschlußstruktur und bietet außerdem einen sicheren Ätzstopp, also eine erhöhte Prozeßsi­ cherheit.

Die Schichten aus dem ersten Material und die Stützstruktur können aus p⁺-dotiertem Silizium mit einer Dotierstoffkonzen­ tration < 10²⁰ cm^-3 und die Schichten aus dem zweiten Material können aus p^--dotiertem Silizium mit einer Dotierstoffkonzen­ tration < 10¹⁹ cm^-3 gebildet werden. Aus H. Seidel et al. Jour­ nal Electrochemical Society Vol. 137 (1990) Seite 3626 ff. ist bekannt, daß p^--dotiertes Silizium selektiv zu p⁺-dotier­ tem Silizium ätzbar ist. Zwischen Silizium mit einer Bordo­ tierung < 10²⁰ cm^-3 und Silizium mit einer Bordotierung < 10¹⁹ cm^-3 werden Ätzratenunterschiede bis zu einem Faktor 1000 er­ zielt.

p⁺-dotiertes Silizium und p^--dotiertes Silizium können in demselben Reaktor abgeschieden werden. Dadurch kann die Schichtenfolge ohne Anlagenwechsel nur durch Umschalten der Prozeßparameter realisiert werden. Dies bedeutet eine deutli­ che Prozeßvereinfachung.

In einer anderen Ausführungsform können die Schichten aus dem ersten Material aus dotiertem Silizium und die Schichten aus dem zweiten Material aus einem germaniumhaltigen Material, beispielsweise aus reinem Germanium oder aus Germanium und Silizium, gebildet werden. Werden die Schichten aus Germanium und Silizium gebildet, so liegt der Germaniumanteil vorzugs­ weise zwischen 10% und 100%. Der Siliziumanteil liegt zwi­ schen 0% und 90%. Die germaniumhaltigen Schichten können so­ wohl dotiert als auch undotiert abgeschieden werden.

Die genannten germaniumhaltigen Schichten lassen sich naßche­ misch mit guter Selektivität zu Silizium ätzen. Bei Verwen­ dung einer Ätzmischung, die HF, H₂O₂ und CH₃COOH enthält, be­ trägt die Selektivität der Ätzung zu Silizium 1 : 30 bis 1 : 1000. Bei dieser Ätzung beträgt die Selektivität zu Sili­ ziumoxid und Siliziumnitrid etwa 1 : 30 bis 1 : 1000.

Mit Cholin lassen sich Siliziumschichten selektiv zu Germa­ nium ätzen.

Da die Diffusionskoeffizienten von Germanium in Silizium und von Silizium in Germanium äußerst gering sind, bleibt die Schichtenfolgen auch bei prozeßbedingten Temperaturbelastun­ gen von beispielsweise 800°C unverändert erhalten.

Vorzugsweise werden die Schichten aus dotiertem Silizium in einem CVD-Prozeß unter Verwendung von Silan als Prozeßgas im Temperaturbereich zwischen 400 und 600°C bei einem Druck zwi­ schen 10 und 400 Tor und einem Silanfluß von 30 bis 300 sccm mit Abscheiderraten von 10 bis 100 nm pro Minute gebildet. Die germaniumhaltigen Schichten werden vorzugsweise durch CVD-Abscheidung unter Verwendung von German bzw. German und Disilan im Prozeßgas bei einer Temperatur zwischen 400 und 600°C und einem Druck zwischen 10 und 400 Tor gebildet, wobei der German-Fluß und ggf. der Disilanfluß zwischen 30 und 300 sccm eingestellt wird und die Abscheiderate zwischen 10 und 100 nm pro Minute liegt.

Die dotierten Siliziumschichten werden vorzugsweise in situ dotiert abgeschieden. Dazu wird der Abscheidung ein Dotier­ gas, z. B. Arsin, Phosphin oder Diboran zugeführt. Die Schich­ ten aus dotiertem Silizium und die Stützstruktur können so­ wohl aus n-dotiertem als auch aus p-dotiertem Silizium ge­ bildet werden. Die Schichten aus dotiertem Silizium können sowohl polykristallin als auch kristallin oder amorph sein.

Dotiertes Silizium und germaniumhaltige Schichten können in demselben Reaktor abgeschieden werden. Dadurch kann die Schichtenfolge ohne Anlagenwechsel nur durch Umschalten der Prozeßparameter realisiert werden.

In Anwendungen, in denen die Stützstruktur und die Schichten aus dotiertem Silizium, also die erste Kondensatorelektrode, mit einem Gebiet im Substrat elektrisch verbunden werden sol­ len, ist es vorteilhaft, die Dotierung der Stützstruktur und der Schichten aus dotiertem Silizium entsprechend der Dotie­ rung des genannten Substratgebietes zu wählen, um die Bildung eines pn-Übergangs zu vermeiden. Die erste Kondensatorelek­ trode kann dann direkt mit dem Substratgebiet verbunden wer­ den, ohne daß ein anderes leitendes Material zwischen diesen Strukturen gebildet werden muß.

Die Entfernung der Schichtenfolge oberhalb der erhabenen Struktur kann durch einen anisotropen Ätzprozess bis zur Trä­ geroberfläche erfolgen. Damit wird gleichzeitig die Struktu­ rierung der Schichtenfolge auf die gewünschte Kondensator­ größe erreicht, ohne daß eine Fototechnik benötigt wird. Da­ durch ist diese Variante besonders einfach.

Alternativ kann zur Entfernung der Schichtenfolge oberhalb der erhabenen Struktur ein Schleifverfahren (chemical mecha­ nical polishing, CMP) eingesetzt werden, wobei zuvor mit ei­ ner planarisierenden Hilfsschicht der Bereich über dem unte­ ren horizontalen Abschnitt der Schichtenfolge etwa bis zum Niveau des oberen horizontalen Abschnitts aufgefüllt wird. Die Strukturierung auf die gewünschte Kondensatorgröße er­ folgt dann mithilfe einer Fototechnik und einer anisotropen Ätzung. Als Hilfsschicht kann insbesondere Polysilizium oder Siliziumoxid verwendet werden.

Unter der ersten Schicht kann eine vom Trägermaterial ver­ schiedene Ätzstopschicht vorgesehen werden. Dies ist beson­ ders dann vorteilhaft, wenn die erwähnte Hilfsschicht aus Oxid besteht, dessen Reste nach der Strukturierung der Schichtenfolge auf Kondensatorgröße entfernt werden müssen. Eine bspw. aus Nitrid bestehende Ätzstopschicht verhindert dann ein ungewolltes Ätzen des Trägers bzw. ein Unterätzen des Kondensators.

Für die Herstellung der Stützstruktur können Verfahren einge­ setzt werden, wir sie beispielsweise in EP 0779 656 A2 oder in DE 197 07 977.6 beschrieben sind.

Bei der Herstellung des Kondensators als Speicherkondensator für eine dynamische Speicherzellenanordnung erfolgt die Her­ stellung des Kondensators vorzugsweise als Stapelkondensator. In diesem Fall umfaßt das Substrat ein Halbleitersubstrat mit Auswahltransistoren, Bitleitungen, Wortleitungen und einer isolierenden Schicht, auf deren Oberfläche die Schichtenfolge aufgebracht wird. Vorzugsweise wird die isolierende Schicht durch chemisch-mechanisches Polieren planarisiert, so daß die Schichtenfolge auf einer im wesentlichen planaren Ober­ fläche gebildet wird.

Mit dem Verfahren kann auch ein hoch-ε-dielektrischer oder ferroelektrischer Kondensator hergestellt werden. Als Mate­ rial für die erste Elektrode ist dann insbesondere Platin, aber auch Rutheniumoxid und andere edelmetallhaltige Materia­ lien geeignet, die für den Einsatz in einem hoch-ε- oder fer­ roelektrischen Kondensator bekannt sind. Die zweite Elektrode besteht vorzugsweise aus demselben Material wie die erste, kann aber auch aus einem anderen geeigneten Material, beispielsweise W oder TiN oder einem anderen Metall, gebildet werden. Die zweite Elektrode des Kondensators ist von der er­ sten Elektrode durch ein hoch-ε-Dielektrikum oder Ferroelek­ trikum getrennt. Wenn ein derartiger Kondensator über eine im Träger angeordnete Anschlußstruktur angeschlossen wird, umfaßt diese Anschlußstruktur eine Sauerstoffbarriere.

Die Schichtenfolge kann aus Pt- und Al-Schichten bestehen und kann mittels CVD oder Sputtern aufgebracht werden. Diese Schichtenfolge ist anisotrop ätzbar mit einem RIE-Verfahren unter Einsatz von Cl₂, Ar, SiCl₄ oder PCl₃. Die selektive isotrope Ätzung von Al erfolgt vorzugsweise mit H₃PO₄/HNO₃/H₂O oder HCl, dabei liegt das Ätzratenverhältnis bei mindestens 1 : 100. Alternativ kann auch Ti als zweites Material verwendet werden, es kann selektiv und isotrop mit NH₄OH/H₂O₂ geätzt werden. Die Selektivität zu einer aus Siliziumoxid bestehen­ den Trägeroberfläche liegt bei mindestens 1 : 100.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren und der Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 bis 6 zeigt einen Querschnitt durch ein Substrat, an dem ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens anhand ei­ ner DRAM-Speicherzelle verdeutlicht wird,

Fig. 7 bis 11 zeigt entsprechend ein zweites Ausführungsbei­ spiel.

Fig. 12 bis 15 zeigt entsprechend ein drittes Ausführungsbei­ spiel.

Fig. 1: Auf ein Substrat 1 wird eine isolierende Schicht 2 aufgebracht. Das Substrat 1 ist z. B. ein Halbleitersubstrat, insbesondere eine monokristalline Siliziumscheibe, das Aus­ wahltransistoren mit Wortleitungen und Bitleitungen umfaßt. Die isolierende Schicht wird z. B. aus Siliziumoxid gebildet und planarisiert. In der isolierenden Schicht 2 werden Kon­ taktlöcher 3 geöffnet und mit elektrisch leitfähigem Mate­ rial, z. B. mit dotiertem Polysilizium, Wolfram, Tantal, Ti­ tan, Titan-Nitrid oder Wolfram-Silizid aufgefüllt. Die Kon­ taktlöcher 3 werden so angeordnet, daß sie jeweils auf ein Source-/Draingebiet eines Auswahltransistors im Substrat 1 reichen (in Fig. 6 dargestellt). Auf die Oberfläche der iso­ lierenden Schicht 2 wird eine erste Schicht 4 aus einem lei­ tenden ersten Material, beispielsweise aus p⁺-dotiertem Po­ lysilizium mit einer Dotierstoffkonzentration von etwa 5 × 10²⁰ cm^-3 in einer Schichtdicke von 20 nm aufgebracht. An­ schließend wird eine erhabene Struktur 5 auf der ersten Schicht 4 gebildet, die in diesem Beispiel aus dem ersten Ma­ terial besteht und deren Grundfläche über dem Anschluß 3 an­ geordnet ist. Dazu kann eine dicke Schicht des ersten Mate­ rials abgeschieden und mithilfe eine Fototechnik strukturiert werden, bspw. kann nur eine Abscheidung zur Herstellung der ersten Schicht und der erhabenen Struktur erfolgen. Es kann aber auch eine sublithographische erhabene Struktur gebildet werden, z. B. indem die erhabene Struktur als Spacer an der Kante einer (nicht dargestellten) Hilfsstruktur erzeugt wird. Die genaue Form der erhabenen Struktur ist unkritisch, sie muß sich nur deutlich genug über die weitgehend ebene Ober­ fläche der ersten Schicht erheben. Dann wird konform eine Schichtenfolge 6 abgeschieden, die jeweils alternierend eine Schicht 6 ₁ aus dem ersten Material und eine Schicht 6 ₂ aus einem zweiten Material aufweist. Die unterste Schicht der Schichtenfolge besteht dabei aus dem zweiten Material. Das zweite Material ist beispielsweise p^--dotiertes Polysilizium mit einer Dotierstoffkonzentration von 1 × 10¹⁹ cm^-3, die Schichtdicke beträgt 20 nm. Alternativ können die erste Schicht 4 und die Schichten 6 ₁ aus dem ersten Material do­ tierte Siliziumschichten und die Schichten 6 ₂ aus dem zweiten Material germaniumhaltige Schichten sein. Die Schichten aus dotiertem Silizium 4, 6 ₁ können dann sowohl p⁺- als auch n⁺-dotiert sein.

Die oberste Schicht der Schichtenfolge besteht aus dem zwei­ ten Material.

Fig. 2: Über die Schichtenfolge wird eine Hilfsschicht 7 aus Polysilizium abgeschieden, so daß die Oberfläche mindestens bis zum Niveau der obersten Schicht der Schichtenfolge auf der erhabenen Struktur aufgefüllt ist. Mittels CMP oder eines anderen geeigneten Planarisierungsverfahrens wird die Ober­ fläche auf die Höhe der erhabenen Struktur planarisiert, wo­ durch an der Oberfläche der Querschnitt der alternierenden Schichtenfolge 6 frei liegt. Mit anderen Worten, es liegt je­ weils eine Oberfläche der vertikalen Abschnitte der Schichten und hier auch der erhabenen Struktur frei.

Fig. 3: Anschließend wird aus der Schichtenfolge 6 durch anisotropes Ätzen unter Verwendung einer Maske eine Schicht­ struktur gebildet, deren laterales Ausmaß dem herzustellenden Kondensator (bzw. den Kondensatorlamellen) entspricht. Die verwendete (nicht dargestellte) Maske überdeckt den oberen horizontalen Abschnitt und den vertikalen Abschnitt der Schichtstruktur ganz und den unteren horizontalen Abschnitt höchstens zu einem geringen Teil. Auch die erste Schicht 4 wird dabei bis zur Trägeroberfläche geätzt. Der Querschnitt der Schichtenfolge liegt danach auch seitlich frei. Das ani­ sotrope Ätzen kann bei beiden erläuterten Beispielen für die Schichtenfolge mit CF₄ und SF₆ erfolgen.

Fig. 4: Anschließend wird die Schichtstruktur mit einem leit­ fähigen Material niedriger Ätzrate, insbesondere mit p⁺-do­ tiertem Silizium 8, ganzflächig überwachsen.

Fig. 5: Durch einen anisotropen Rückätzschritt wird dann ein leitfähiger Spacer an der Flanke der Schichtstruktur gebil­ det, der die Schichten mechanisch und elektrisch verbindet und eine Stützstruktur 8' bildet.

Durch eine zum ersten Material und zur isolierenden Schicht 2 selektive Ätzung werden anschließend die verbleibenden Teile der Schichten aus dem zweiten Material 6 ₂ entfernt. Der Ätz­ angriff erfolgt von der horizontalen freiliegenden Oberfläche (s. Fig. 2) aus, die Herstellung einer (i. a. lithographisch definierten und damit nicht beliebig kleinen) Öffnung für den Ätzangriff ist also nicht erforderlich. Vorzugsweise gleich­ zeitig werden eventuelle Reste der Hilfsschicht 7 entfernt. Im Fall von p^--dotierten Siliziumschichten 6 ₂ erfolgt die se­ lektive Ätzung z. B. in einer alkalischen Ätzlösung, die Ethy­ lendiamin, Brenzcatechin, Pyrazin und Wasser enthält. Im Fall von germaniumhaltigen Schichten 6 ₂ erfolgt die Ätzung z. B. naßchemisch mit einer Ätzmischung, die HF, H₂O₂ und CH₃ COOH enthält. Vorzugsweise liegt die Konzentration der Lösung in folgendem Bereich: 1 Teil HF, 200 Teile H₂O₂, 300 Teile CH₃ COOH.

Fig. 6: Die Oberfläche der Schichten aus dotiertem Silizium 6 ₁ und der Stützstruktur 7 wird mit einem Kondensatordielek­ trikum 9 versehen. Das Kondensatordielektrikum 9 wird z. B. aus einer nachoxidierten Siliziumnitridschicht gebildet. Durch Abscheidung einer in situ dotierten Polysiliziumschicht wird anschließend eine Gegenelektrode 10 gebildet. Die Ge­ genelektrode 10 kann - unabhängig von dem Material der ersten Elektrode - aus einer p⁺- oder n⁺-dotierten Polysilizium­ schicht (Dotierung jeweils beispielsweise 5 × 10²⁰ cm^-3) oder aus einer germaniumhaltigen Schicht bestehen.

In dieser Figur ist außerdem dargestellt, wie der Kondensator in eine DRAM-Speicherzelle integriert ist. Im dargestellten Schnitt sind im Substrat 1 Auswahltransistoren angedeutet. Die Schichten aus dotiertem Silizium 6 ₁ und die damit verbun­ dene Stützstruktur 7 bilden jeweils eine erste Elektrode (Speicherknoten) für einen Speicherkondensator. Diese erste Elektrode ist über den darunter angeordneten Kontakt 3 mit einem Source-/Drain-Gebiet 11 eines Auswahltransistors ver­ bunden. Das andere Source-/Draingebiet 12 des Auswahltransi­ stors ist mit dem entsprechenden Source-/Drain-Gebiet 12 ei­ nes benachbarten Auswahltransistors verbunden und ferner über einen vergrabenen Bitleitungskontakt 14 mit einer vergrabenen Bitleitung 15 verbunden. Die vergrabene Bitleitung 15 und der Bitleitungskontakt 14 sind von der isolierenden Schicht 2 umgeben. Zwischen den Source-/Drain-Gebieten 11 und 12 eines Auswahltransistors sind das Kanalgebiet 16, ein Ga­ tedielektrikum (nicht dargestellt) und eine als Wortleitung 17 wirkende Gateelektrode angeordnet. Die Wortleitung 17 und der Bitleitungskontakt 14 sind jeweils aus dotiertem Polysi­ lizium gebildet. Die Bitleitung 15 wird aus dotiertem Polysi­ lizium, Wolframsilizid oder Wolfram gebildet. Auf der der Bitleitung 15 abgewandten Seite des Source-/Drain-Gebietes 11 ist jeweils eine Isolationsstruktur, z. B. ein flacher mit isolierendem Material gefüllter Graben 18 (Shallow Trench Isolation) zur Isolation zwischen benachbarten Auswahltransi­ storpaaren vorgesehen.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten insbesondere durch die Verwendung des zweiten Materials für die erhabene Struktur 5 und damit zusammenhängende Maßnahmen. Davon unabhängig ist ein ferroelektrisches Kondensatodielek­ trikum vorgesehen. Es werden dieselben Bezugsziffern wie im ersten Ausführungsbeispiel und den Fig. 1 bis 6 verwendet. Im folgenden werden nur die Unterschiede zum ersten Ausfüh­ rungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 7: Das in der isolierenden Schicht angeordnete Kontakt­ loch wird in seinem oberen Bereich mit einer Sauerstoffbar­ riere 3a bspw. aus Titannitrid gefüllt. In diesem Beispiel ist auch dargestellt, daß der obere Teil der isolierenden Schicht im Hinblick auf die spätere Entfernung von Resten der Hilfsschicht von einer Ätzstopschicht 2a, bspw. Siliziumni­ trid, gebildet werden kann. Auf der isolierenden Schicht 2 bzw. 2a werden mit analogen Verfahrensschritten wie vorher eine erste Schicht 4 aus Platin, eine erhabene Struktur 5 und eine Schichtenfolge 6 bestehend aus Pt-Schichten und Al-Schichten erzeugt. Dabei wird die erhabene Struktur aus dem zweiten Material, also Al, gebildet, und die unterste Schicht der Schichtenfolge besteht aus dem ersten Material (Pt). Die oberste Schicht ist eine Schicht aus dem zweiten Material 6 ₂.

Fig. 8: Die Schichtenfolge 6, die erhabene Schicht 5 und die erste Schicht 4 werden wie im ersten Ausführungsbeispiel mit einer Hilfsschicht abgedeckt. Die Oberfläche wird bis zur er­ habenen Struktur abgeschliffen, so daß die Schichtenfolge an der Oberfläche frei liegt.

Fig. 9: Anschließend wird der anisotrope Ätzprozeß durchge­ führt, so daß die laterale Ausdehnung des Kondensators defi­ niert ist. Geeignete Ätzprozesse sind eingangs angegeben.

Fig. 10: An den seitlichen Flanken wird eine aus Platin be­ stehende Stützstruktur 8' analog dem ersten Beispiel gebil­ det. Dann wird mit einem selektiven Ätzprozeß das zweite Ma­ terial (Aluminium), also auch die erhabene Struktur 5, ent­ fernt. Es kann eine Naßätzung mit H₃PO₄/HNO₃/H₂O oder HCl ein­ gesetzt werden. Die so hergestellte erste Kondensatorelek­ trode weist ein zentrales Loch auf, das von gefalteten und an der Stützstruktur 8' befestigten Lamellen umgeben ist.

Fig. 11: Der Kondensator wird durch die Bildung von Dielek­ trikum 9 und Gegenelektrode 10 vervollständigt. Dabei wird ein Ferroelektrikum 9, bspw. SBT, mit einem bekannten Ver­ fahren auf der ersten Elektrode 4, 6 ₁, 8' aufgebracht. Die in einer Speicherschaltung im Träger angeordneten Strukturen entsprechen vorzugsweise den in Fig. 6 gezeigten und sind hier der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Im dritten Ausführungsbeispiel werden die Schichten der Schichtenfolge gleichzeitig an der horizontalen Oberfläche und an der Seite freigelegt. Es werden dieselben Bezugszei­ chen wie im ersten Beispiel verwendet und nur die Unter­ schiede näher erläutert.

Fig. 12: Auf dem Träger werden die erste Schicht 4 und die erhabene Struktur 5 aus dem ersten Material gebildet. Darauf wird die Schichtenfolge 6 wie im ersten Beispiel aufgebracht.

Fig. 13: Es wird eine anisotrope Ätzung bis zur Trägerober­ fläche durchgeführt, so daß der Querschnitt der alternieren­ den Schichtenfolge gleichzeitig horizontal (um die erhabene Struktur herum) als auch vertikal freiliegt. Auf diese Weise erfolgt die Strukturierung auf Kondensatorgröße ohne Foto­ technik und selbstjustiert zur erhabenen Struktur 5. Außerdem entfällt die Hilfsschicht 7.

Fig. 14-15: Der weitere Verfahrensablauf ist wie in den vorherigen Beispielen: Es wird eine Stützstruktur an den Flanken (vertikalen Oberflächen der Schichten) gebildet, und die Schichten aus dem zweiten Material werden selektiv ent­ fernt. Das Kondensatordielektrikum 9 wird aufgebracht und die Gegenelektrode 10 wird gebildet.

Claims (10)

1. Herstellverfahren für einen Kondensator in einer inte­ grierten Schaltung,

• - bei dem auf einem Träger (2) eine erste Schicht (4) aus einem leitenden ersten Material aufgebracht wird,
• - bei dem auf der ersten Schicht eine erhabene Struktur (5) aus einem ersten leitenden Material oder einem weiteren Material gebildet wird,
• - bei dem darauf eine Schichtenfolge (6) erzeugt wird, die jeweils alternierend eine Schicht (6 ₁) aus dem ersten Ma­ terial und eine Schicht (6 ₂) aus einem zweiten Material aufweist, wobei das Material der untersten Schicht vom Material der erhabenen Struktur verschieden ist,
• - bei dem die Schichtenfolge oberhalb der erhabenen Struk­ tur (5) so entfernt wird, daß von jeder Schicht der Schichtenfolge eine Oberfläche frei liegt,
• - bei dem die Schichtenfolge (6) und die erste Schicht (4) bis zum Träger (2) so strukturiert werden, daß eine Schichtstruktur mit Flanken gebildet wird,
• - bei dem eine Stützstruktur (8') aus einem leitenden, ins­ besondere dem ersten Material gebildet wird, die die Flanken der Schichtstruktur bedeckt,
• - bei dem die Schichten (6 ₂) aus dem zweiten Material se­ lektiv zum ersten Material, der ersten Schicht (4) und der Stützstruktur (8') entfernt werden,
• - bei dem auf den freiliegenden Oberflächen der Schichten aus dem ersten Material (6 ₁), der ersten Schicht (4) und der Stützstruktur (8') ein Kondensatordielektrikum (9) gebildet wird,
• - bei dem auf der Oberfläche des Kondensatordielektrikums (9) eine Gegenelektrode (10) gebildet wird.

2. Herstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem die erhabene Struktur (5) aus dem ersten Material besteht und das Kon­ densatordielektrikum (9) auf den freiliegenden Oberflächen der Schichten aus dem ersten Material (6 ₁), der erhabenen Struktur und der Stützstruktur (8') erzeugt wird.

3. Herstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem die erhabene Struktur (5) aus einem selektiv zum ersten Material ent­ fernbaren Material, insbesondere aus dem zweiten Material erzeugt wird, bei dem die erhabene Struktur insbesondere gleichzeitig mit den Schichten aus dem zweiten Material entfernt wird, und bei dem das Kondensatordielektrikum (9) auf den freiliegenden Oberflächen der Schichten aus dem er­ sten Material (6) und der Stützstruktur (8') erzeugt wird.

4. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem als erstes Material dotiertes Silizium verwendet wird und das zweite Material germaniumhaltig ist.

5. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem als erstes Material p⁺-dotiertes Polysilizium und als zweites Material p^--dotiertes Polysilizium oder undotiertes Polysilizium verwendet wird.

6. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem als erstes Material ein leitfähiges edelmetallhaltiges Ma­ terial verwendet wird.

7. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Ätzstopschicht (2a) insbesondere aus Siliziumnitrid unter der ersten Schicht (4) aufgebracht wird.

8. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Stützstruktur (8') aus dem ersten Material gebildet wird.

9. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem nach der Erzeugung der Schichtenfolge eine Hilfsschicht (7) aufgebracht wird,

• - bei dem dann ein CMP- oder ein Rückätzprozeß durchgeführt wird, bis jeweils eine Oberfläche der Schichten der Schichtenfolge und der erhabenen Struktur frei liegen,
• - bei dem dann eine Fotomaske erzeugt wird, die diese frei­ liegende Oberflächen überdeckt,
• - bei dem dann ein Ätzprozeß durchgeführt wird, der die Schichtenfolge zu einer Schichtstruktur mit seitlichen Flanken strukturiert, und
• - bei dem dann die Stützstruktur (8') an den seitlichen Flanken erzeugt wird.

10. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

• - bei dem nach der Erzeugung der Schichtenfolge ein an­ isotroper Ätzprozeß durchgeführt wird, der die Schichten­ folge zu einer Schichtstruktur mit seitlichen Flanken strukturiert und gleichzeitig jeweils eine weitere Ober­ fläche der Schichten der Schichtenfolge und der erhabenen Struktur freilegt,
• - bei dem dann die Stützstruktur an den seitlichen Flanken erzeugt wird.