DE19929306A1 - Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer strukturierten EdelmetallschichtInfo
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Abstract
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht, insbesondere zur Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht in einer integrierten Schaltung, bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist: a) ein Substrat mit zumindest einem katalytisch aktiven Zielbereich und zumindest einem katalytisch inaktiven Isolationsbereich wird bereitgestellt; und b) zumindest eine metallorganische Verbindung eines Edelmetalls wird bei einer Temperatur von 0 DEG bis 120 DEG zu dem Substrat geführt, so daß selektiv auf dem katalytisch aktiven Zielbereich das Edelmetall abgeschieden wird. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, daß das häufig nur schwer ätzbare Schichtmaterial nicht direkt strukturiert werden muß. Die gewünschte Struktur der Schicht wird durch die Vorstrukturierung des Substrats in einen Zielbereich und einen Isolationsbereich vorgegeben und durch die selektive Abscheidung erzeugt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
strukturierten Edelmetallschicht, insbesondere ein Verfahren
zur Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht in
einer integrierten Schaltung.
Während der letzten 25 Jahre hat sich die Speicherdichte von
DRAM-Speicherbausteinen von einer Generation zur nächsten
Generation jeweils vervierfacht. Das prinzipielle Design
einer elementaren Speicherzelle sowie die zum Aufbau der
Speicherzelle verwendeten Materialien haben sich dabei jedoch
im wesentlichen nicht verändert. Eine DRAM-Speicherzelle
besteht wie vor 25 Jahren aus einem Transistor und einem
Kondensator, der die zur Darstellung der Information
notwendige Ladung speichert. Der Kondensator der
Speicherzelle besitzt dabei Elektroden aus dotiertem Silizium
bzw. Polysilizium und eine zwischen den Elektroden
angeordnete dielektrische Schicht aus Siliziumdioxid und/oder
Siliziumnitrid.
Um die in einem Kondensator gespeicherte Ladung
reproduzierbar auslesen zu können, sollte die Kapazität des
Kondensators mindestens einen Wert von etwa 30 fF besitzen.
Gleichzeitig mußte und muß die laterale Ausdehnung des
Kondensators ständig verkleinert werden, um die genannte
Erhöhung der Speicherdichte erzielen zu können. Diese an sich
gegenläufigen Anforderungen an den Kondensator der
Speicherzelle führten und führen zu einer immer komplexeren
Strukturierung des Kondensators ("Trench-Kondensatoren",
"Stack-Kondensatoren", "Kronen-Kondensatoren"), um trotz
kleiner werdender lateraler Ausdehnung des Kondensators eine
ausreichende Kondensatorfläche bereitstellen zu können.
Dementsprechend wird jedoch die Herstellung des Kondensators
immer aufwendiger und damit immer teurer.
Ein weiterer Weg, eine ausreichende Kapazität des
Kondensators zu gewährleisten, liegt in der Verwendung
anderer Materialien zwischen den Kondensatorelektroden. In
letzter Zeit werden daher anstatt des herkömmlichen
Siliziumoxids/Siliziumnitrids neue Materialien, insbesondere
hoch-ε Paraelektrika und Ferroelektrika, zwischen den
Kondensatorelektroden einer Speicherzelle verwendet. Diese
neuen Materialien besitzen eine deutlich höhere relative
Dielektrizitätskonstante (< 20) als das herkömmliche
Siliziumoxid/Siliziumnitrid (< 8). Daher kann durch den
Einsatz dieser Materialien, bei gleicher Kapazität und
gleicher lateralen Ausdehnung der Speicherzelle, die
benötigte Kondensatorfläche und damit die benötigte
Komplexität der Strukturierung des Kondensators deutlich
vermindert werden. Beispielsweise kommen Bariumstrontium
titanat (BST, (Ba, Sr)TiO3), Bleizirkonattitanat (PZT,
Pb(Zr, Ti)O3) bzw. Lanthan-dotiertes Bleizirkonattitanat oder
Strontiumwismuttantalat (SBT, SrBi2Ta2O9) zum Einsatz.
Neben herkömmlichen DRAM-Speicherbausteinen werden in Zukunft
auch ferroelektrische Speicheranordnungen, sogenannte FRAM's,
eine wichtige Rolle spielen. Ferroelektrische
Speicheranordnungen besitzen gegenüber herkömmlichen
Speicheranordnungen, wie beispielsweise DRAMs und SRAMs, den
Vorteil, daß die gespeicherte Information auch bei einer
Unterbrechung der Spannungs- bzw. Stromversorgung nicht
verloren geht sondern gespeichert bleibt. Diese
Nichtflüchtigkeit ferroelektrischer Speicheranordnungen
beruht auf der Tatsache, daß bei ferroelektrischen
Materialien die durch ein äußeres elektrisches Feld
eingeprägte Polarisation auch nach Abschalten des äußeren
elektrischen Feldes im wesentlichen beibehalten wird. Auch
für ferroelektrischer Speicheranordnungen kommen die bereits
genannten neuen Materialien wie Bariumstrontiumtitanat (BST,
(Ba, Sr)TiO3), Bleizirkonattitanat (PZT, Pb(Zr, Ti)O3) bzw.
Lanthan-dotiertes Bleizirkonattitanat oder
Strontiumwismuttantalat (SBT, SrBi2Ta2O9) zum Einsatz.
Leider bedingt die Verwendung der neuen Paraelektrika bzw.
Ferroelektrika auch die Verwendung neuer
Elektrodenmaterialien. Die neuen Paraelektrika bzw.
Ferroelektrika werden üblicherweise auf bereits vorhandenen
Elektroden (untere Elektrode) abgeschieden. Die Prozessierung
erfolgt unter hohen Temperaturen, bei denen die Materialien,
aus denen normalerweise die Kondensatorelektroden bestehen,
so z. B. dotiertes Polysilizium, leicht oxidiert werden und
ihre elektrisch leitenden Eigenschaften verlieren, was zum
Ausfall der Speicherzelle führen würde.
Wegen ihrer guten Oxidationsbeständigkeit und/oder der
Ausbildung elektrisch leitfähiger Oxide gelten 4d und 5d
Übergangsmetalle, insbesondere Edelmetalle wie Ru, Rh, Pd,
Os, Ir und insbesondere Platin, als aussichtsreiche
Kandidaten, die dotiertes Silizium/Polysilizium als
Elektrodenmaterial ersetzen könnten.
Leider hat sich herausgestellt, daß die oben genannten, in
integrierten Schaltungen neu eingesetzten Materialien zu den
chemisch nur schwer oder nicht ätzbaren Materialien gehören,
bei denen der Ätzabtrag, auch bei der Verwendung "reaktiver"
Gase, überwiegend oder fast ausschließlich auf dem
physikalischen Anteil der Ätzung beruht.
Die Strukturierung der bisher verwendeten Materialien erfolgt
in der Regel durch sogenannte plasmaunterstützte anisotrope
Ätzverfahren. Dabei werden üblicherweise physikalisch-
chemische Verfahren angewandt, bei denen Gasgemische aus
einem oder mehreren reaktiven Gasen, wie z. B. Sauerstoff,
Chlor, Brom, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff bzw.
halogenierten Kohlenwasserstoffen und aus Edelgasen (z. B. Ar,
He) verwendet werden. Diese Gasgemische werden in der Regel
in einem elektromagnetischen Wechselfeld bei geringen Drücken
angeregt, wodurch das Gasgemisch in ein Plasma überführt
wird.
Die positiven Ionen des Plasmas treffen dann nahezu senkrecht
auf die zu strukturierende Schicht, was eine gute Abbildung
einer auf der zu strukturierenden Schicht liegenden Maske
erlaubt. Üblicherweise werden als Maskenmaterialien
Photolacke verwendet, da diese durch einen Belichtungsschritt
und einen Entwicklungsschritt relativ einfach strukturiert
werden können. Der physikalische Teil der Ätzung wird durch
Impuls und kinetische Energie der auftreffenden Ionen (z. B.
Cl2 +, Ar+) bewirkt. Zusätzlich werden dadurch chemische
Reaktionen zwischen der zu strukturierenden Schicht und den
reaktiven Gasteilchen (Ionen, Moleküle, Atome, Radikale)
unter Bildung flüchtiger Reaktionsprodukte initiiert oder
verstärkt (chemischer Teil der Ätzung). Diese chemischen
Reaktionen zwischen den Substratteilchen und den Gasteilchen
sind verantwortlich für hohe Ätzselektivitäten des
Ätzprozesses.
Wegen der geringen oder fehlenden chemischen Komponente bei
der Ätzung der oben genannten Materialien, insbesondere bei
der Ätzung des Elektrodenmaterials, liegt der Ätzabtrag der
zu strukturierenden Schicht in der selben Größenordnung wie
der Ätzabtrag der Maske bzw. der Unterlage (Ätzstoppschicht),
d. h. die Ätzselektivität zur Ätzmaske bzw. Unterlage ist im
allgemeinen klein (zwischen etwa 0,3 und 3,0). Dies hat zur
Folge, daß durch die Erosion von Masken mit geneigten Flanken
und die unvermeidliche Facettenbildung der Masken nur eine
geringe Maßhaltigkeit der Strukturierung gewährleistet werden
kann. Darüber hinaus wird, insbesondere bei einem "Overetch"-
Schritt, die Unterlage stark angeätzt und es kommt zu schwer
kontrollierbaren Abschrägungen der Ätzflanken. Dies hat zur
Folge, daß sehr kleine Elektroden (Grundfläche der Elektrode
= F2, F = kleinste durch eine bestimmte Technologie
herstellbare Strukturgröße) nur mit sehr großem Aufwand
erzeugt werden können.
Zum Teil wird auch versucht, Edelmetalle in lithografisch
definierte Gebiete oder durch vorstrukturierte Masken auf ein
Substrat abzuscheiden, um das schwierige Ätzen der
Edelmetalle zu umgehen. Ein derartiges Verfahren ist z. B. in
der US 5,789,320 beschrieben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht
anzugeben, bei dem die genannten Probleme deutlich vermindert
sind bzw. vermieden werden.
Diese Aufgabe wird von dem Verfahren zur Herstellung einer
strukturierten Edelmetallschicht gemäß Patentanspruch 1 und
Patentanspruch 4 sowie von der Elektrode gemäß Patentanspruch
18 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen,
Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen der Beschreibung und den
beiliegenden Zeichnungen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer
strukturierten Edelmetallschicht, insbesondere zur
Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht in einer
integrierten Schaltung, bereitgestellt, das folgende Schritte
aufweist:
- a) ein Substrat mit zumindest einem katalytisch aktiven Zielbereich und zumindest einem katalytisch inaktiven Isolationsbereich wird bereitgestellt;
- b) zumindest eine metallorganische Verbindung eines Edelmetalls wird bei einer Temperatur von 0° bis 120°C zu dem Substrat geführt, so daß selektiv auf dem katalytisch aktiven Zielbereich das Edelmetall abgeschieden wird.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung
einer strukturierten Edelmetallschicht, insbesondere zur
Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht in einer
integrierten Schaltung, bereitgestellt, das folgende Schritte
aufweist:
- a) ein Substrat mit zumindest einem katalytisch aktiven Zielbereich und zumindest einem katalytisch inaktiven Isolationsbereich wird bereitgestellt;
- b) Pt(PF3)4 wird bei einer Temperatur von 80° bis 150°C zu dem Substrat geführt, so daß selektiv auf dem katalytisch aktiven Zielbereich Platin abgeschieden wird.
Die erfindungsgemäßen Verfahren besitzen den Vorteil, daß die
nur schwer ätzbaren Edelmetallschichten nicht direkt
strukturiert werden müssen. Die gewünschte Struktur der
Schicht wird durch die Vorstruktierung des Substrats in einen
katalytisch aktiven Zielbereich und einen katalytisch
inaktiven Isolationsbereich vorgegeben und durch die
selektive Abscheidung des Edelmetalls auf dem Zielbereich
erzeugt. Die Erfindung benutzt dabei die Tatsache, daß
metallorganische Edelmetallverbindungen bzw. Pt(PF3)4
(Tetrakis(trifluorophosphan)Platin) auf katalytisch aktiven
Oberflächen leicht zerfallen, was eine Abscheidung des
Edelmetalls auf den katalytisch aktiven Oberflächen zur Folge
hat. Auf katalytisch inaktiven Oberflächen ist der Zerfall
von metallorganischen Edelmetallverbindungen bzw. Pt(PF3)4
bei den genannten Temperaturen stark gehemmt, so daß es
insgesamt zu einer selektiven Abscheidung des Edelmetalls auf
dem Zielbereich kommt. Eine direkte Ätzung der
Edelmetallschicht mit all den genannten Problemen kann somit
vermieden werden.
Dementsprechend unterscheiden sich katalytisch aktive und
inaktive Oberfläche voneinander dahingehend, daß bei
vorgegebenen und für beide Oberflächen gleichen
Prozeßbedingungen auf der katalytisch aktiven Oberfläche
Edelmetall abgeschieden wird, während eine
Edelmetallabscheidung auf der katalytisch inaktiven
Oberfläche im wesentlichen nicht beobachtet wird.
Unterstützend wird dabei der Umstand ausgenutzt, daß bereits
abgeschiedenes Edelmetall häufig autokatalytisch auf die
metallorganische Edelmetallverbindung wirkt.
Verfahren zur Abscheidung von Edelmetallen sind
beispielsweise aus T. Kodas et al.: "The Chemistry of Metal
CVD", VCH-Weinheim (1994), S. 329-355 sowie Z. Xue et al.:
"Organometallic Chemical Vapor Deposition of Platinum",
Chem. Mater. (1992), S. 162-166 bekannt, deren
Offenbarungsinhalt hiermit vollständig aufgenommen wird.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer
Elektrode, beispielsweise für einen Speicherkondensator
eingesetzt, so besitzt das erfindungsgemäße Verfahren darüber
hinaus den Vorteil, daß die Elektrode so klein wie ihr
Anschluß gewählt werden kann. Wird der Anschluß für die
Elektrode eines Stack-Kondensators, üblicherweise ein
sogenannter "Plug" mit einer Barriere, in der kleinsten
herstellbaren Strukturgröße F2 hergestellt, so muß bei den
herkömmlichen Herstellungsverfahren die Grundfläche der
Elektrode deutlich größer als F2 gewählt werden, um einen
Überlapp zwischen der Elektrode und der Barriere
gewährleisten zu können. Würde bei den herkömmlichen
Herstellungsverfahren die Grundfläche der Elektrode nicht
deutlich größer als F2 gewählt werden so könnten
Ungenauigkeiten in der Justierung der entsprechenden Masken
dazu führen, daß zwischen der Elektrode und der Barriere kein
Überlapp vorhanden ist. Dies hätte zur Folge, daß die
Elektrode nicht angeschlossen wäre, was zum Ausfall der
Speicherzelle führen würde. Ungenauigkeiten in der Justierung
der entsprechenden Masken können auch dazu führen, daß die
Elektrode die Barriere nicht mehr vollständig abdeckt. Damit
kann das Speicherdielektrikum, beispielsweise SBT, mit der
Barriere in Kontakt kommen, wodurch sich in der Regel die
Eigenschaften des Speicherdielkrikums verschlechtern.
Dementsprechend besitzen Speicherzellen, in denen ein Stack-
Kondensator verwendet wird, eine relativ großen Platzbedarf,
was sich negativ auf die erzielbare Speicherdichte auswirkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Anschlüsse als
katalytisch aktive Zielbereiche und die zwischen den
Anschlüssen liegende isolierende Schicht als katalytisch
inaktive Isolationsbereich verwendet werden. Dementsprechend
entstehen die Elektroden, als ein Teil der zu
strukturierenden Schicht, selbstjustiert auf den Anschlüssen
(Zielbereiche), so daß ein ausreichender Überlapp zwischen
den Elektroden und ihren Anschlüssen automatisch
gewährleistet ist. Auf eine an sich ungewollte Vergrößerung
der Elektrode, die nach dem Stand der Technik notwendig ist,
um Lagefehler auszugleichen, kann verzichtet werden.
Dementsprechend kann der Platzbedarf der Elektrode verringert
werden.
Als Zielbereiche mit katalytisch aktiver Oberfläche eignen
sich z. B. metallhaltige Schichten.
Da zur Definition der Struktur der zu strukturierenden
Schicht die Vorstrukturierung des Substrates verwendet wird,
die beispielsweise bei der Herstellung von Speicherzelle zur
Herstellung der Anschlüsse benutzt wird, kann weiterhin eine
Maskenebene eingespart werden. Die nach dem Stand der Technik
unterschiedlichen Masken zur Erzeugung der Anschlüsse und zur
Erzeugung der Elektroden können zu einer Maske vereinigt
werden, wodurch die Herstellungskosten deutlich reduziert
werden können.
Die erfindungsgemäßen Verfahren haben darüber hinaus den
Vorteil, daß das selektiv abgeschiedene Edelmetall
epitaktisch und im wesentlichen einkristallin aufwächst. Dies
hat den Vorteil, daß bei der nachfolgend durchgeführten
Erzeugung der dielektrischen bzw. ferroelektrischen Schicht
eine Diffusion von Sauerstoffatomen oder beispielsweise
Wismutatomen durch das Edelmetall vermieden werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird Schritt b) bei
einer Temperatur von 20° bis 80°C, bevorzugt bei einer
Temperatur von 40° bis 70°C, bzw. bei Temperatur von 100° bis
120°C (Pt(PF3)4) durchgeführt. Insbesondere ist es bevorzugt,
wenn als metallorganische Verbindung eines Edelmetalls
Pt(CO)2Cl2 (Dicarbonyl(dichlor)Platin), Cp.PtMe2
((pentamethylcyclopentadienyl)dimethyl Platin), oder CpPtMe3
((cyclopentadienyl)trimethyl Platin) verwendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b)
zumindest ein Reduktionsmittel, bevorzugt Wasserstoff H2,
verwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird Schritt
b) bei einem Druck von 10-4 bis 10 bar, bevorzugt 10-3 bis 10-1
bar, durchgeführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält der
katalytisch inaktive Isolationsbereich SiO2, Si3N4, Al2O3,
AlN, BN, MgO, La2O3, LaN, Y2O3, YN, Sc2O3, ScN, TiO2, Ta2O3 oder
Oxide der Lanthaniden und/oder der katalytisch aktive
Zielbereich Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, Re oder deren leitende
Oxide oder Silizide, Cu, Ag, Au, Ni, Si, oder ein
Übergangsmetall oder ein Silizid der Übergangsmetalle.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn als Edelmetall Platin,
Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium oder Rhenium
verwendet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden in
Schritt a) zur Bereitstellung des Substrats mit zumindest
einem katalytisch aktiven Zielbereich und zumindest einem
katalytisch inaktiven Isolationsbereich folgende Schritte
durchgeführt:
- - ein Substrat mit einem Isolationsbereich wird bereitgestellt;
- - das Material des katalytisch aktiven Zielbereichs wird aufgebracht; und
- - das katalytisch aktive Material des Zielbereichs wird strukturiert, zumindest ein katalytisch aktiver Zielbereich und zumindest ein katalytisch inaktiver Isolationsbereich erzeugt werden.
Die Strukturierung des Materials des Zielbereichs kann dabei
durch eine Phototechnik mit anschließender Ätzung oder durch
eine Damascene-Technik erfolgen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden in
Schritt a) zur Bereitstellung des Substrats mit zumindest
einem katalytisch aktiven Zielbereich und zumindest einem
katalytisch inaktiven Isolationsbereich folgende Schritte
durchgeführt:
- - ein Substrat wird bereitgestellt;
- - das Material des katalytisch aktiven Zielbereichs wird aufgebracht;
- - das katalytisch aktive Material des Zielbereichs wird strukturiert;
- - das Material des katalytisch inaktiven Isolationsbereichs wird aufgebracht; und
- - ein Planarisierungsschritt wird durchgeführt, so daß zumindest ein katalytisch aktiver Zielbereich und zumindest ein katalytisch inaktiver Isolationsbereich erzeugt werden.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn das Material des
Zielbereichs als Schicht abgeschieden und das Material des
Zielbereichs mit einer Hartmask strukturiert wird. Bevorzugte
Materialien für die Hartmask sind Titannitrid, Titanoxid oder
Siliziumoxid. Durch die Verwendung einer Hartmask ergeben
sich in der Regel bei der Strukturierung des Materials des
Zielbereichs verrundete Kanten. Dies hat zur Folge, daß die
so erzeugten Strukturen an ihrer Oberseite eine kleinere
laterale Ausdehnung als an ihrer Unterseite aufweisen. Wird
dann der Bereich um diese Strukturen mit dem Material des
Isolationsbereichs aufgefüllt, so ergeben sich an der
Oberfläche Zielbereiche mit einer lateralen Ausdehnung, die
kleiner ist als man sie direkt mit der eingesetzten
Lithografie erzeugen könnte.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird auch
das Material des katalytisch inaktiven Isolationsbereichs als
Schicht abgeschieden. Dabei ist es insbesondere bevorzugt,
wenn ein CMP-Schritt als Planarisierungsschritt durchgeführt
wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren der Zeich
nung näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 bis 5 ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zur
Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht;
Fig. 6 und 7 ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren zur
Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht;
Fig. 8 bis 12 ein drittes erfindungsgemäßes Verfahren zur
Herstellung einer strukturierten Edelmetallschicht; und
Fig. 13 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Siliziumsubstrat 1 mit bereits
fertiggestellten Auswahltransistoren 4. Die
Auswahltransistoren 4 weisen jeweils zwei Diffusionsgebiete 2
auf, welche an der Oberfläche des Siliziumsubtrats 1
angeordnet sind. Zwischen den Diffusionsgebieten 2 eines
Auswahltransistors 4 ist die Kanalzone angeordnet, die durch
das Gateoxid von der Gateelektrode 3 auf der Oberfläche des
Siliziumsubstrats 1 getrennt ist. Diese Auswahltransistoren
werden nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren
hergestellt, die hier nicht näher erläutert werden. Auf das
Siliziumsubtrat mit den Auswahltransistoren 4 wird eine
isolierende Schicht 5, beispielsweise eine SiO2-Schicht
aufgebracht. Je nach dem für die Herstellung der
Auswahltransistoren 4 verwendetem Verfahren können auch
mehrere isolierende Schichten aufgebracht werden. Die sich
daraus ergebende Struktur ist in Fig. 1 gezeigt.
Anschließend werden durch eine Phototechnik die Kontaktlöcher
6 erzeugt. Dies erfolgt beispielsweise durch eine anisotrope
Ätzung mit fluorhaltigen Gasen. Die sich daraus ergebende
Struktur ist in Fig. 2 gezeigt.
Nachfolgend wird ein leitfähiges Material 7, beispielsweise
insitu dotiertes Polysilizium, auf die Struktur aufgebracht.
Dies kann beispielsweise durch ein CVD-Verfahren geschehen.
Durch das Aufbringen des leitfähigen Materials 7 werden die
Kontaktlöcher 6 vollständig ausgefüllt und es entsteht eine
zusammenhängende leitfähige Schicht an der Oberseite des
Siliziumsubstrats 1 (Fig. 3). Anschließend folgt ein CMP-
Schritt ("Chemical Mechanical Polishing), der die
zusammenhängende leitfähige Schicht an der Oberseite des
Siliziumsubstrats 1 entfernt und eine plane Oberfläche
erzeugt.
Im weiteren werden Vertiefungen in der isolierenden Schicht 5
überlappend zu den Kontaktlöchern 6 gebildet. Diese
Vertiefungen werden nun mit Barrierematerial 8,
beispielsweise Iridiumoxid, gefüllt. Dies geschieht indem das
Barrierematerial 8 ganzflächig abgeschieden und nachfolgend
ein weiterer CMP-Schritt durchgeführt wird. Die sich daraus
ergebende Struktur ist in Fig. 4 gezeigt.
Damit ist der erste Schritt a) des erfindungsgemäßen
Verfahrens abgeschlossen. Ein Substrat mit katalytisch
aktiven Zielbereichen, den Barrieren 8, und einem katalytisch
inaktiven Isolationsbereich, der isolierenden Schicht 5,
wurde bereitgestellt.
Es folgt die selektive Abscheidung des Elektrodenmaterials,
beispielsweise Platin. Dazu wird die flüchtige
metallorganische Verbindung CpPt(Me)3 in gasförmiger Form bei
einem Druck von 10-2 bar und einer Temperatur von 70°C auf
das vorstrukturierte Substrat geleitet. Durch die
katalytische Wirkung des Iridiumoxids in den Zielbereichen
zerfällt die metallorganische Verbindung CpPt(Me)3 auf der
Oberfläche der Zielbereiche und Platin wird dort
abgeschieden. Da die Oberfläche der isolierenden Schicht 5
hinsichtlich der metallorganischen Verbindung CpPt(Me)3
katalytisch inaktiv ist, kommt es auf der Oberfläche des
Isolationsbereichs bei den gegebenen Bedingungen (Druck und
Temperatur) zu keinem Zerfall der metallorganischen
Verbindung CpPt(Me)3, so daß auf dem Isolationsbereich kein
Platin abgeschieden wird.
Als Alternative kann auch die flüchtige metallorganische
Verbindung Pt(CO)2Cl2 in gasförmiger Form zusammen mit
Wasserstoff H2 als Reduktionsgas bei einem Druck von 10-2 bar
und einer Temperatur von 70°C auf das vorstrukturierte
Substrat geleitet werden. Durch die katalytische Wirkung des
Iridiumoxids in den Zielbereichen zerfällt auch die
metallorganische Verbindung Pt(CO)2Cl2 auf der Oberfläche der
Zielbereiche und Platin wird dort abgeschieden. Da die
Oberfläche der isolierenden Schicht 5 auch hinsichtlich der
metallorganischen Verbindung Pt(CO)2Cl2 katalytisch inaktiv
ist, kommt es auf der Oberfläche des Isolationsbereichs bei
den gegebenen Bedingungen (Druck und Temperatur) zu keinem
Zerfall der metallorganischen Verbindung Pt(CO)2Cl2, so daß
auf dem Isolationsbereich kein Platin abgeschieden wird.
Das so selektiv abgeschiedene Platin wächst epitaktisch und
im wesentlichen einkristallin auf. Dies hat den Vorteil, daß
bei der nachfolgend durchgeführten Erzeugung der
dielektrischen bzw. ferroelektrischen Schicht eine Diffusion
von Sauerstoffatomen oder beispielsweise Wismutatomen durch
die Elektrode 10 zur Barriereschicht 8 vermieden werden kann.
Eine derartige Diffusion erfolgt in der Regel entlang von
Korngrenzen, die durch das einkristalline Wachstum der
Elektrode 10 im wesentlichen nur am Rande des Kristalls
vorhanden sind.
Durch die selektive Abscheidung von Platin auf den Barrieren
8 lassen sich ohne einen zusätzlichen Ätzschritt
selbstjustierte Platinstrukturen mit einer lateralen
Abmessung von kleiner als 0,1 µm erzeugen. Die sich daraus
ergebende Struktur ist in Fig. 5 gezeigt.
Es folgt die Erzeugung einer dielektrischen und/oder
ferroelektrischen Schicht sowie die Abscheidung einer
weiteren Schicht zur Bildung der oberen Elektrode (nicht
gezeigt). Üblicherweise werden diese Schichten dann gemeinsam
strukturiert, so daß die Speicherzellen aus einem
Auswahltransistor 4 und einem Kondensator fertiggestellt
sind.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein zweites erfindungsgemäßes
Verfahren zu Herstellung einer strukturierten Schicht.
Die ersten Schritte dieser weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindungen stimmen dabei mit den Schritten
überein, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4
erläutert wurden. Auf eine nochmalige Erläuterung dieser
Schritte wird daher verzichtet. Ausgehend von der in Fig. 4
gezeigten Situation erfolgt nun eine zu der Barriere 8
selektive Rückätzung der isolierenden Schicht 5, so daß sich
die in der Fig. 6 gezeigte Situation ergibt.
Damit ist der erste Schritt a) des erfindungsgemäßen
Verfahrens abgeschlossen. Ein Substrat mit Zielbereichen, den
Barrieren 8, und einem Migrationsbereich, der isolierenden
Schicht 5, wurde bereitgestellt.
Es folgt wiederum die selektive Abscheidung des
Elektrodenmaterials. Dazu wird die flüchtige metallorganische
Verbindung CpPt(Me)3 in gasförmiger Form bei einem Druck von
10-2 bar und einer Temperatur von 70°C auf das
vorstrukturierte Substrat geleitet. Durch die katalytische
Wirkung des Iridiumoxids in den Zielbereichen zerfällt die
metallorganische Verbindung CpPt(Me)3 auf der Oberfläche der
Zielbereiche und Platin wird dort abgeschieden. Da die
Oberfläche der isolierenden Schicht 5 hinsichtlich der
metallorganischen Verbindung CpPt(Me)3 katalytisch inaktiv
ist, kommt es auf der Oberfläche des Isolationsbereichs bei
den gegebenen Bedingungen (Druck und Temperatur) zu keinem
Zerfall der metallorganischen Verbindung CpPt(Me)3, so daß
auf dem Isolationsbereich kein Platin abgeschieden wird. Die
sich daraus ergebende Situation ist in Fig. 7 gezeigt.
Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform besitzt den Vorteil,
daß auch die Seitenwände der Barriere 8 zumindest zum Teil
als Kondensatorflächen genutzt werden können, wodurch sich
bei im wesentlichen gleicher lateraler Ausdehnung des
Kondensator eine Erhöhung der Kondensatorfläche ergibt.
Die Fig. 8 bis 12 zeigen ein drittes erfindungsgemäßes
Verfahren zu Herstellung einer strukturierten Schicht.
Fig. 8 zeigt wiederum ein Siliziumsubstrat 1 mit bereits
fertiggestellten Auswahltransistoren 4. Die
Auswahltransistoren 4 weisen jeweils zwei Diffusionsgebiete 2
auf, welche an der Oberfläche des Siliziumsubtrats 1
angeordnet sind. Zwischen den Diffusionsgebieten 2 eines
Auswahltransistors 4 ist die Kanalzone angeordnet, die durch
das Gateoxid von der Gateelektrode 3 auf der Oberfläche des
Siliziumsubstrats 1 getrennt ist. Diese Auswahltransistoren
werden nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren
hergestellt, die hier nicht näher erläutert werden. Auf das
Siliziumsubtrat mit den Auswahltransistoren 4 wird eine
isolierende Schicht 5, beispielsweise eine SiO2-Schicht
aufgebracht. Je nach dem für die Herstellung der
Auswahltransistoren 4 verwendetem Verfahren können auch
mehrere isolierende Schichten aufgebracht werden.
Anschließend werden durch eine Phototechnik die Kontaktlöcher
6 erzeugt. Dies erfolgt beispielsweise durch eine anisotrope
Ätzung mit fluorhaltigen Gasen. Die sich daraus ergebende
Struktur ist in Fig. 9 gezeigt.
Nachfolgend wird ein leitfähiges Material 7, beispielsweise
insitu dotiertes Polysilizium, auf die Struktur aufgebracht.
Dies kann beispielsweise durch ein CVD-Verfahren geschehen.
Durch das Aufbringen des leitfähigen Materials 7 werden die
Kontaktlöcher 6 vollständig ausgefüllt und es entsteht eine
zusammenhängende leitfähige Schicht an der Oberseite des
Siliziumsubstrats 1. Anschließend folgt ein CMP-Schritt
("Chemical Mechanical Polishing), der die zusammenhängende
leitfähige Schicht an der Oberseite des Siliziumsubstrats 1
entfernt und eine plane Oberfläche erzeugt.
Im weiteren wird das Barrierematerial 8, beispielsweise
Iridiumoxid, ganzflächig abgeschieden und eine TiN-Hartmask
12 zur Strukturierung der Barriereschicht 8 auf der
Barriereschicht 8 erzeugt. Die sich daraus ergebende Struktur
ist in Fig. 10 gezeigt.
Durch die Verwendung der TiN-Hartmask 12 ergeben sich bei der
Strukturierung der Barriereschicht 8 verrundete Kanten. Dies
hat zur Folge, daß die so erzeugten Strukturen an ihrer
Oberseite eine kleinere laterale Ausdehnung als an ihrer
Unterseite aufweisen. Anschließend wird eine weitere SiO2-
Schicht 14 abgeschieden und ein CMP-Schritt durchgeführt.
Somit ist der Bereich um die Barrieren 8 mit Siliziumoxid
aufgefüllt und es ergeben sich an der Oberfläche Barrieren 8
mit einer lateralen Ausdehnung, die kleiner ist als man sie
direkt mit der eingesetzten Lithografie erzeugen könnte. Die
sich daraus ergebende Struktur ist in Fig. 11 gezeigt.
Damit ist der erste Schritt a) des erfindungsgemäßen
Verfahrens abgeschlossen. Ein Substrat mit katalytisch
aktiven Zielbereichen, den Barrieren 8, und einem katalytisch
inaktiven Isolationsbereich, der isolierenden Schicht 14,
wurde bereitgestellt.
Es folgt die selektive Abscheidung des Elektrodenmaterials,
beispielsweise Platin. Dazu wird Pt(PF3)4
(Tetrakis(trifluorophosphan)Platin) in gasförmiger Form bei
einem Druck von 10-2 bar und einer Temperatur von 110°C auf
das vorstrukturierte Substrat geleitet. Durch die
katalytische Wirkung des Iridiumoxids in den Zielbereichen
zerfällt Pt(PF3)4 auf der Oberfläche der Zielbereiche und
Platin wird dort abgeschieden. Da die Oberfläche der
isolierenden Schicht 14 hinsichtlich Pt(PF3)4 katalytisch
inaktiv ist, kommt es auf der Oberfläche des
Isolationsbereichs bei den gegebenen Bedingungen (Druck und
Temperatur) zu keinem Zerfall von Pt(PF3)4, so daß auf dem
Isolationsbereich kein Platin abgeschieden wird.
Das so selektiv abgeschiedene Platin wächst epitaktisch und
im wesentlichen einkristallin auf. Dies hat den Vorteil, daß
bei der nachfolgend durchgeführten Erzeugung der
dielektrischen bzw. ferroelektrischen Schicht eine Diffusion
von Sauerstoffatomen oder beispielsweise Wismutatomen durch
die Elektrode 10 zur Barriereschicht 8 vermieden werden kann.
Eine derartige Diffusion erfolgt in der Regel entlang von
Korngrenzen, die durch das einkristalline Wachstum der
Elektrode 10 im wesentlichen nur am Rande des Kristalls
vorhanden sind.
Durch die selektive Abscheidung von Platin auf den Barrieren
8 lassen sich ohne einen zusätzlichen Ätzschritt
selbstjustierte Platinstrukturen mit einer lateralen
Abmessung von kleiner als 0,1 µm erzeugen. Die sich daraus
ergebende Struktur ist in Fig. 12 gezeigt.
Es folgt wiederum die Erzeugung einer dielektrischen und/oder
ferroelektrischen Schicht sowie die Abscheidung einer
weiteren Schicht zur Bildung der oberen Elektrode (nicht
gezeigt). Üblicherweise werden diese Schichten dann gemeinsam
strukturiert, so daß die Speicherzellen aus einem
Auswahltransistor 4 und einem Kondensator fertiggestellt
sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung kann auf die in Fig. 11 gezeigte Abscheidung der
weiteren SiO2-Schicht 14 verzichtet werden. Man erhält somit
eine Situation, die analog zu der in Fig. 6 gezeigten
Situation ist. Durch die bereits erläuterten Schritte einer
selektiven Platinabscheidung kann dann die Fig. 13 gezeigte
Konfiguration erzeugt werden.
Die in Fig. 13 gezeigte Ausführungsform besitzt den Vorteil,
daß auch die Seitenwände der Barriere 8 als
Kondensatorflächen genutzt werden können, wodurch sich bei im
wesentlichen gleicher lateraler Ausdehnung des Kondensator
eine Erhöhung der Kondensatorfläche ergibt.
1
Siliziumsubstrat
2
Diffusionsgebiet
3
Gateelektrode
4
Auswahltransistor
5
SiO2
-Schicht
6
Kontaktlöcher
7
insitu dotiertes Polysilizium
8
Barriere
9
Platinschicht
10
Platinelektrode
12
TiN-Hartmask
14
SiO2
-Schicht
Claims (18)
1. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten
Edelmetallschicht, insbesondere zur Herstellung einer
strukturierten Edelmetallschicht in einer integrierten
Schaltung, mit den Schritten:
- a) ein Substrat mit zumindest einem katalytisch aktiven Zielbereich und zumindest einem katalytisch inaktiven Isolationsbereich wird bereitgestellt;
- b) zumindest eine metallorganische Verbindung eines Edelmetalls wird bei einer Temperatur von 0° bis 120°C zu dem Substrat geführt, so daß selektiv auf dem katalytisch aktiven Zielbereich das Edelmetall abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
Schritt b) bei einer Temperatur von 20° bis 80°C,
bevorzugt bei einer Temperatur von 40° bis 70°C,
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
als metallorganische Verbindung eines Edelmetalls
Pt(CO)2Cl2, Cp.PtMe2, oder CpPtMe3 verwendet wird.
4. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten
Edelmetallschicht, insbesondere zur Herstellung einer
strukturierten Edelmetallschicht in einer integrierten
Schaltung, mit den Schritten:
- a) ein Substrat mit zumindest einem katalytisch aktiven Zielbereich und zumindest einem katalytisch inaktiven Isolationsbereich wird bereitgestellt;
- b) Pt(PF3)4 wird bei einer Temperatur von 80° bis 150°C zu dem Substrat geführt, so daß selektiv auf dem katalytisch aktiven Zielbereich Platin abgeschieden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
Schritt b) bei einer Temperatur von 100° bis 120°C
durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt b) zumindest ein Reduktionsmittel verwendet
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Reduktionsmittel Wasserstoff H2 verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
Schritt b) bei einem Druck von 10-4 bis 10 bar, bevorzugt
10-3 bis 10-1 bar, durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der katalytisch inaktive Isolationsbereich SiO2, Si3N4,
Al2O3, AlN, BN, MgO, La2O3, LaN, Y2O3, YN, Sc2O3, ScN, TiO2,
Ta2O3 oder Oxide der Lanthaniden enthält.
10. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der katalytisch aktive Zielbereich Platin, Palladium,
Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium, Rhenium oder deren
leitende Oxide oder Silizide, Cu, Ag, Au, Ni, Si, oder ein
Übergangsmetall oder ein Silizid der Übergangsmetalle
enthält.
11. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß
als Edelmetall Platin, Palladium, Rhodium, Iridium,
Ruthenium, Osmium oder Rhenium verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt a) zur Bereitstellung des Substrats mit
zumindest einem Zielbereich und zumindest einem
Isolationsbereich folgende Schritte durchgeführt werden:
- - ein Substrat mit einem Isolationsbereich wird bereitgestellt;
- - das Material des Zielbereichs wird aufgebracht; und
- - das Material des Zielbereichs wird strukturiert, so daß zumindest ein katalytisch aktiver Zielbereich und zumindest ein katalytisch inaktiver Isolationsbereich erzeugt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11
dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt a) zur Bereitstellung des Substrats mit
zumindest einem Zielbereich und zumindest einem
Isolationsbereich folgende Schritte durchgeführt werden:
- - ein Substrat wird bereitgestellt;
- - das Material des Zielbereichs wird aufgebracht;
- - das Material des Zielbereichs wird strukturiert;
- - das Material des Isolationsbereichs wird aufgebracht; und
- - ein Planarisierungsschritt wird durchgeführt, so daß zumindest ein katalytisch aktiver Zielbereich und zumindest ein katalytisch inaktiver Isolationsbereich erzeugt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Material des Zielbereichs als Schicht abgeschieden
wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Material des Zielbereichs mit einer Hartmask
strukturiert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Material des Isolationsbereichs als Schicht
abgeschieden wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein CMP-Schritt als Planarisierungsschritt durchgeführt
wird.
18. Elektrode, insbesondere für einen Speicherkondensator
dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrode als Teil einer strukturierten
Edelmetallschicht gemäß einem der vorherstehenden
Verfahren erhältlich ist.
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