DE19941148A1 - Speicher mit Grabenkondensator und Auswahltransistor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Speicher mit Grabenkondensator und Auswahltransistor und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung umfaßt einen Speicher mit einer Speicherzelle (100), die in einem Substrat (105) gebildet ist und aus einem Grabenkondensator (110) und einem Transistor (160) besteht. Der Grabenkondensator (110) ist mit einem selbstjustierten Anschluß (220) an den Transistor (160) angeschlossen. Der Transistor (160) überdeckt zumindest teilweise den Grabenkondensator (110). Der Grabenkondensator (110) ist mit einer leitenden Grabenfüllung (130) gefüllt und auf der leitenden Grabenfüllung (130) befindet sich eine isolierende Deckschicht (135). Oberhalb der isolierenden Deckschicht (135) befindet sich eine Epitaxieschicht (245). Der Transistor (160) ist in der Epitaxieschicht (245) gebildet. Der selbstjustierte Anschluß (220) ist in einem Kontaktgraben (205) gebildet und besteht aus einem Isolationskragen (235), in dem ein leitendes Material (225) eingebracht ist. Auf dem leitenden Material ist eine leitende Kappe (230) gebildet.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Grabenkondensator
mit einem Auswahltransistor und ein entsprechendes Herstel
lungsverfahren.
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf einen in einer
DRAM-Speicherzelle verwendeten Grabenkondensator erläutert.
Zu Diskussionszwecken wird die Erfindung hinsichtlich der
Bildung einer einzelnen Speicherzelle beschrieben.
Integrierte Schaltungen (ICs) oder Chips enthalten Kondensa
toren zum Zwecke der Ladungsspeicherung, wie zum Beispiel ein
dynamischer Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff
(DRAM). Der Ladungszustand in dem Kondensator repräsentiert
dabei ein Datenbit.
Ein DRAM-Chip enthält eine Matrix von Speicherzellen, welche
in Form von Zeilen und Spalten angeordnet sind und von Wort
leitungen und Bitleitungen angesteuert werden. Das Auslesen
von Daten aus den Speicherzellen, oder das Schreiben von Da
ten in die Speicherzellen, wird durch die Aktivierung geeig
neter Wortleitungen und Bitleitungen bewerkstelligt.
Eine DRAM-Speicherzelle enthält üblicherweise einen mit einem
Kondensator verbundenen Transistor. Der Transistor besteht
unter anderem aus zwei Diffusionsgebieten, welche durch einen
Kanal voneinander getrennt sind, der von einem Gate gesteuert
wird. Abhängig von der Richtung des Stromflusses wird ein
Diffusionsgebiet als Drain und der andere als Source bezeich
net. Das Source-Gebiet ist mit einer Bitleitung, das Drain-
Gebiet ist mit dem Grabenkondensator und das Gate ist mit ei
ner Wortleitung verbunden. Durch Anlegen geeigneter Spannun
gen an das Gate wird der Transistor so gesteuert, daß ein
Stromfluß zwischen dem Drain-Gebiet und dem Source-Gebiet
durch den Kanal ein- und ausgeschaltet wird.
Die in dem Kondensator gespeicherte Ladung baut sich mit der
Zeit aufgrund von Leckströmen ab. Bevor sich die Ladung auf
einen Pegel unterhalb eines Schwellwertes abgebaut hat, muß
der Speicherkondensator aufgefrischt werden. Aus diesem Grund
werden diese Speicher als dynamisches RAM (DRAM) bezeichnet.
Das zentrale Problem bei den bekannten DRAM-Varianten auf Ba
sis eines Grabenkondensators ist die Erzeugung einer ausrei
chend großen Kapazität des Grabenkondensators. Diese Proble
matik verschärft sich in Zukunft durch die fortschreitende
Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen. Die Erhöhung der
Integrationsdichte bedeutet, daß die pro Speicherzelle zur
Verfügung stehende Fläche und damit die Kapazität des Graben
kondensators immer weiter abnimmt.
Leseverstärker erfordern einen ausreichenden Signalpegel für
ein zuverlässiges Auslesen der in der Speicherzelle befindli
chen Information. Das Verhältnis der Speicherkapazität zu der
Bitleitungskapazität ist entscheidend bei der Bestimmung des
Signalpegels. Falls die Speicherkapazität zu gering ist, kann
dieses Verhältnis zu klein zur Erzeugung eines hinreichenden
Signals sein.
Ebenfalls erfordert eine geringere Speicherkapazität eine hö
here Auffrischfrequenz, denn die in dem Grabenkondensator ge
speicherte Ladungsmenge ist durch seine Kapazität begrenzt
und nimmt zusätzlich durch Leckströme ab. Wird eine Mindest
ladungsmenge in dem Speicherkondensator unterschritten, so
ist es nicht mehr möglich, die in ihm gespeicherte Informati
on mit den angeschlossenen Leseverstärkern auszulesen, die
Information geht verloren und es kommt zu Lesefehlern.
Zur Vermeidung von Lesefehlern bietet sich die Reduktion der
Leckströme an. Zum einen können Leckströme durch Transisto
ren, zum anderen Leckströme durch Dielektrika, wie zum Bei
spiel das Kondensatordielektrikum, reduziert werden. Durch
diese Maßnahmen kann eine unerwünscht verringerte Haltezeit
(Retension time) verlängert werden.
Üblicherweise werden in DRAMs Stapelkondensatoren oder Gra
benkondensatoren verwendet. Beispiele für DRAM-Speicherzellen
mit Grabenkondensator sind in den Patenten US-5,658,816, US-
4,649,625, US-5,512,767, US-5,641,694, US-5,691,549, US-
5,065,273, US-5,736,760, US-5,744,386 und US-5,869,868 ge
geben. Ein Grabenkondensator hat eine dreidimensionale Struk
tur, welche zum Beispiel in einem Siliziumsubstrat ausgebil
det ist. Eine Erhöhung der Kondensatorelektrodenfläche und
damit der Kapazität des Grabenkondensators kann zum Beispiel
durch tieferes Ätzen in das Substrat und damit durch tiefere
Gräben erreicht werden. Dabei bewirkt die Steigerung in der
Kapazität des Grabenkondensators keine Vergrößerung der von
der Speicherzelle beanspruchten Substratoberfläche. Dieses
Verfahren ist aber auch beschränkt, da die erzielbare Ätztie
fe des Grabenkondensators von dem Grabendurchmesser abhängt,
und bei der Herstellung nur bestimmte, endliche Aspektver
hältnisse zwischen Grabentiefe und Grabendurchmesser erziel
bar sind.
Bei fortschreitender Erhöhung der Integrationsdichte nimmt
die, pro Speicherzelle zur Verfügung stehende Substratober
fläche, immer weiter ab. Die damit verbundene Reduktion des
Grabendurchmessers führt zu einer Verringerung der Grabenkon
densatorkapazität. Ist die Grabenkondensatorkapazität so ge
ring bemessen, daß die speicherbare Ladung nicht zum einwand
freien Auslesen mit den nachgeschalteten Leseverstärkern aus
reicht, so hat dies Lesefehler zur Folge.
Dieses Problem wird zum Beispiel in der Veröffentlichung
N. C. C. Lou, IEDM 1988, Seite 588 ff. gelöst, indem der Transi
stor, der sich üblicherweise neben dem Grabenkondensator be
findet, an eine Position verlagert wird, die sich oberhalb
des Grabenkondensators befindet. Dadurch kann der Graben ei
nen Teil der Substratoberfläche einnehmen, die herkömmlicher
weise für den Transistor reserviert ist. Durch diese Anord
nung teilen sich der Grabenkondensator und der Transistor ei
nen Teil der Substratoberfläche. Ermöglicht wird diese Anord
nung durch eine Epitaxieschicht, die oberhalb des Grabenkon
densators gewachsen wird.
Problematisch ist allerdings der elektrische Anschluß des
Grabenkondensators an den Transistor. Dazu wird in N. C. C.
Lou, IEDM 1988, Seite 588 ff, ein Verfahren beschrieben, bei
dem die lithographische Justage der einzelnen lithogra
phieschen Ebenen zueinander einen Mindestabstand zwischen
Grabenkondensator und Transistor erfordert. Dadurch benötigen
die Speicherzellen in einem Speicherzellenfeld eine relativ
große Fläche und sind für die integration in einem hochinte
grierten Zellenfeld ungeeignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin,
den Grabenkondensator in einer Weise elektrisch an den Tran
sistor anzuschließen, die für ein hochintegriertes Zellenfeld
geeignet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den in Anspruch 1
angegebenen Speicher gelöst. Weiterhin wird die gestellte
Aufgabe durch das in Anspruch 8 angegebene Verfahren gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Un
teransprüche.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht
in der Verwendung eines selbstjustierten Anschlusses, der den
Grabenkondensator elektrisch an den Transistor anschließt.
Zur Bildung des selbstjustierten Anschlusses werden dabei be
reits auf einem Substrat vorhandene Strukturen verwendet.
Vorteilhafterweise werden dabei Wortleitungen mit ihren Iso
lationshüllen als Ätzmaske zur Bildung eines Kontaktgrabens
verwendet. In dem Kontaktgraben kann anschließend der selbst
justierte Anschluß gebildet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird
eine Grabenisolierung (STI) als Ätzmaske zur Bildung eines
Kontaktgrabens verwendet, in dem anschließend der selbstju
stierte Anschluß gebildet wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung be
findet sich in dem unteren Bereich des Kontaktgrabens ein
Isolationskragen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung be
findet sich in dem Kontaktgraben ein leitendes Material, wel
ches zu der elektrischen Verbindung zwischen Grabenkondensa
tor und Transistor beiträgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung be
findet sich in dem Kontaktgraben auf dem leitenden Material
eine leitende Kappe, die ebenfalls zu der elektrischen Ver
bindung zwischen Grabenkondensator und Transistor beiträgt.
Vorteilhafterweise erstreckt sich der Isolationskragen von
einer isolierenden Deckschicht bis zu einem Drain-Gebiet des
Transistors. Dadurch wird das leitende Material und die lei
tende Kappe so isoliert, daß Leckströme, die den Grabenkon
densator entladen könnten, reduziert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung der Erfindung
reicht die Grabenisolierung mindestens bis auf Tiefe der iso
lierenden Deckschicht.
Das Herstellungsverfahren zur Ausbildung eines Speichers mit
einem Grabenkondensator verwendet unter anderem die Schritte
Bereitstellen eines Substrats mit einer Oberfläche, Bilden
eines Grabens in dem Substrat, Bilden eines großen Isolati
onskragens in einem oberen Bereich des Grabens, Bilden einer
vergrabenen Platte als äußere Kondensatorelektrode, Bilden
einer dielektrischen Schicht in dem Graben, Füllen des Gra
bens mit einer leitenden Grabenfüllung, Bilden einer isolie
renden Deckschicht auf der leitenden Grabenfüllung, Aufwach
sen einer Epitaxieschicht auf der Oberfläche des Substrats
und über die isolierenden Deckschicht, Bilden einer Grabeni
solierung (STI), Bilden einer ersten und einer zweiten Wort
leitung, Bilden einer ersten Isolationshülle um die erste und
einer zweiten Isolationshülle um die zweite Wortleitung und
Bilden eines Kontaktgrabens.
In einer vorteilhaften Ausprägung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens wird der Kontaktgraben selbstjustiert zwischen der
ersten und der zweiten Wortleitung gebildet. Das bedeutet,
das die erste und zweite Wortleitung mit ihrer ersten bzw.
zweiten Isolationshülle als Ätzmaske zur Bildung des Kontakt
grabens verwendet wird.
In einem weiteren Ausprägung wird die Grabenisolierung als
Ätzmaske zur Bildung des Kontaktgrabens gebildet.
Vorteilhafterweise wird in dem Kontaktgraben ein Isolations
kragen gebildet. Weiterhin wird in dem Kontaktgraben zumin
dest ein leitendes Material eingebracht, welches zum elektri
schen Anschluß zwischen Grabenkondensator und Transistor bei
trägt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung des Herstellungs
verfahrens wird oberhalb des leitenden Materials und oberhalb
des Isolationskragens eine leitende Kappe gebildet, die eben
falls zu dem elektrischen Anschluß beiträgt.
Vorteilhafterweise wird der Isolationskragen so gebildet, daß
das leitende Material und die leitende Kappe nur über das
Drain-Gebiet mit der Epitaxieschicht elektrisch verbunden
sind. Dadurch werden Leckströme verringert, die den Graben
kondensator entladen können.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren führt eine in situ Do
tierung der Epitaxieschicht durch. Dadurch kann die Kanaldo
tierung des Transistors und die Wannendotierung bereits beim
Aufwachsen der Epitaxieschicht eingestellt werden. Weiterhin
wird die Bildung sehr steilflankiger Dotierprofile ermög
licht, die zu kleinen Leckströmen führen und die Bauelemente
skalierbar gestalten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung des erfindungsge
mäßen Verfahrens wird eine epitaxiale Schließfuge in der Epi
taxieschicht gebildet, die zumindest teilweise durch die Gra
benisolierung und/oder durch den Kontaktgraben entfernt wird.
Außerdem ist es vorteilhaft das Layout des Grabens so auf ei
ne Kristallorientierung des Substrats auszurichten, daß die
epitaxiale Schließfuge möglichst klein wird.
In einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante wird die
isolierende Deckschicht vor dem Entfernen einer Hartmaske,
mit deren Hilfe der Graben strukturiert wurde, gebildet. Da
durch ist es möglich, die isolierende Deckschicht selektiv in
dem Graben auf der leitenden Grabenfüllung zu bilden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Epitaxieschicht mit einem
Temperaturschritt zu behandeln, der die Defekte in der Epita
xieschicht verringert und die epitaxialen Schließfuge aus
heilt. Dabei wird die Kristallstruktur der epitaxialen
Schließfuge möglichst vollständig rekonstruiert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Epitaxieschicht mit einem
Planarisierungsschritt zu behandeln, der die Oberfläche der
Epitaxieschicht glättet und teilweise zurückätzt.
In einer vorteilhaften Ausprägung werden die Wortleitungen
und ihre Isolationshüllen als seitliche Randstege (spacer) an
den Flanken der Grabenisolierung gebildet. Dies hat den Vor
teil, daß die Wortleitungen eine Breite aufweisen können, die
unterhalb des kleinsten Lithographiemasses F liegt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den
Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer DRAM-Speicherzelle
gemäß der vorliegenden Erfindung, entsprechend
einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemä
ßen Verfahrens;
Fig. 2 die Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel eines
DRAM-Speicherzellenarrays gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine weitere Draufsicht auf das Ausführungsbei
spiel eines DRAM-Speicherzellenarrays gemäß
Fig. 1;
Fig. 4 eine weitere Draufsicht auf das Ausführungsbei
spiel eines DRAM-Speicherzellenarrays gemäß
Fig. 1;
Fig. 5 eine weitere Draufsicht auf das Ausführungsbei
spiel eines DRAM-Speicherzellenarrays gemäß
Fig. 1;
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer DRAM-
Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung,
entsprechend einer zweiten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 7 ein früheres Prozeßstadium des Ausführungsbei
spiels nach Fig. 6 und
Fig. 8 die Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel einer
DRAM-Speicherzellenarrays gemäß Fig. 6.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder
funktionsgleiche Elemente.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung gezeigt. Eine Speicherzelle 100 besteht
aus einem Grabenkondensator 110 und einem Transistor 160. Der
Grabenkondensator 110 wird in einem Substrat 105 gebildet,
das eine Oberfläche 106 aufweist. In dem Substrat 105, das
beispielsweise aus p-dotiertem Silizium besteht, ist eine
vergrabene Wanne 155 eingebracht, die zum Beispiel aus
n-dotiertem Silizium besteht. Zur Dotierung von Silizium sind
Bor, Arsen oder Phosphor als Dotierstoff geeignet. Der Gra
benkondensator 110 weist einen Graben 115 mit einem oberen
Bereich 120 und einem unteren Bereich 125 auf. In dem oberen
Bereich 120 des Grabens 115 befindet sich ein großer Isolati
onskragen 150. Der untere Bereich 125 des Grabens durchdringt
die vergrabene Wanne 155 zumindest teilweise. Um den unteren
Bereich 125 des Grabens 115 ist eine vergrabene Platte 145
angeordnet, welche die äußere Kondensatorelektrode des Gra
benkondensators 110 bildet. Die vergrabenen Platten der be
nachbarten Speicherzellen werden durch die vergrabene Wanne
155 elektrisch miteinander verbunden. Die vergrabene Platte
145 besteht beispielsweise aus n-dotiertem Silizium.
Der untere Bereich 125 des Grabens 115 ist mit einer dielek
trischen Schicht 140 verkleidet, welche das Speicherdielek
trikum des Grabenkondensators 110 bildet. Die dielektrische
Schicht 140 kann aus Schichten beziehungsweise Schichtstapeln
hergestellt werden, die aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder
Silizium-Oxynitrid bestehen. Es können auch Speicherdielek
trika verwendet werden, die eine hohe Dielektrizitätskonstan
te aufweisen, wie zum Beispiel Tantaloxid, Titanoxid, BST
(Barium-Strontium-Titanat), sowie jedes andere geeignete Die
lektrikum.
Der Graben 115 ist mit einer leitenden Grabenfüllung 130 auf
gefüllt, welche die innere Kondensatorelektrode bildet und
beispielsweise aus dotiertem Polysilizium besteht. Oberhalb
der leitenden Grabenfüllung 130 befindet sich eine isolieren
de Deckschicht 135, die zum Beispiel aus Siliziumoxid be
steht. Weiterhin befindet sich oberhalb der leitenden Graben
füllung 130 ein selbstjustierter Anschluß 220, der in einem
Kontaktgraben 205 angeordnet ist, der einen oberen Bereich
215 und einen unteren Bereich 210 aufweist. Der untere Be
reich des Kontaktgrabens 205 ist mit einem Isolationskragen
235 ausgekleidet und umgibt dabei ein leitendes Material 225,
welches auf der leitenden Grabenfüllung 130 angeordnet ist.
Oberhalb des Isolationskragens 235 und des leitenden Materi
als 225 in dem Kontaktgraben 205 ist eine leitende Kappe 230
angeordnet.
Das leitende Material 225 und die leitende Kappe 230 bestehen
beispielsweise aus dotiertem Polysilizium. Der Isolationskra
gen 235 besteht zum Beispiel aus Siliziumoxid.
Oberhalb der isolierenden Deckschicht 135 und des Substrats
105 befindet sich eine Epitaxieschicht 245. In der Epitaxie
schicht 245 ist der Transistor 160 gebildet. Der Transistor
160 besteht aus einem Drain-Gebiet 165, das mit der leitenden
Kappe 230 verbunden ist. Weiterhin besteht der Transistor 160
aus einem Source-Gebiet 170 und einem Kanal 175, die eben
falls in der Epitaxieschicht 245 gebildet sind. Das Source-
Gebiet 170 und das Drain-Gebiet 165 sind beispielsweise aus
dotiertem Silizium gebildet.
Oberhalb des Kanals 175 des Transistors 160 befindet sich ei
ne erste Wortleitung 180, die von einer ersten Isolationshül
le 185 verkleidet ist, die beispielsweise aus Siliziumnitrid
besteht. Oberhalb des Grabens 115, neben dem Kontaktgraben
205, ist eine Grabenisolierung 250 angeordnet. Die Grabeniso
lierung 250 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Silizi
umoxid. Die Position der Grabenisolierung wird anhand von
Fig. 2 näher erläutert. Oberhalb der Grabenisolierung 250 ver
läuft einer zweite Wortleitung 190, die von einer zweiten
Isolationshülle verkleidet ist. Neben der ersten Wortleitung
180 verläuft eine dritte Wortleitung 200. Oberhalb der Wort
leitung und des Source-Gebiets 170 ist eine Stoppschicht 240
angeordnet, die zwischen der ersten und der zweiten Wortlei
tung entfernt ist. Die Stoppschicht schützt den Bereich zwi
schen der ersten Wortleitung 180 und der dritten Wortleitung
200.
Ein Aktives Gebiet 270 wird rundherum von der Grabenisolie
rung 250 umgeben und befindet sich in der Epitaxieschicht
245.
In Fig. 2 ist die Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Speicherzelle ge
zeigt. Das Aktive Gebiet 270 wird rundherum von der Grabeni
solierung 250 umgeben. An einem Ende des aktiven Gebiets 270
befindet sich der Graben 115.
In Fig. 3 ist eine weitere Draufsicht auf die in Fig. 1
dargestellte Speicherzelle dargestellt. Der Übersichtlichkeit
wegen ist der Graben 115 nicht mit eingezeichnet, befindet
sich aber an der in Fig. 2 gezeigten Position. In Fig. 3
verläuft die erste Wortleitung 180 mit ihrer ersten Isolati
onshülle 185 über das aktive Gebiet 270. Die zweite Wortlei
tung 190 mit ihrer zweiten Isolationshülle verläuft über der
Grabenisolierung 250. Der selbstjustierte Anschluß 220 wird
von der ersten Wortleitung 180 mit erster Isolationshülle
185, von der zweiten Wortleitung 190 mit zweiter Isolations
hülle 195 und von dem Grabenisolierung 250 begrenzt. Zusätz
lich ist das Source-Gebiet 170 zwischen der Grabenisolierung
250, der ersten Wortleitung 180 und der dritten Wortleitung
200 angeordnet.
Fig. 4 stellt eine weitere Draufsicht der in Fig. 1 darge
stellten Speicherzelle dar. Im Unterschied zu Fig. 3 ist die
Position des Grabens 115 eingezeichnet.
In Fig. 5 ist eine weitere Draufsicht auf die in Fig. 1
dargestellte Speicherzelle gezeigt. Die Größe der Speicher
zelle 100 ist durch einen Rahmen gekennzeichnet. Es handelt
sich um eine 8F2 Zelle, wobei F das kleinste erzielbare Li
thographiemaß ist. Innerhalb des Rahmens, der die Speicher
zelle 100 kennzeichnet, wird ein großer Teil der Substrato
berfläche 106 von dem Graben 115 verwendet. Im Vergleich zu
Fig. 4 ist die Position der epitaxialen Schießfuge 275 ge
zeigt, die auf der isolierenden Deckschicht 135 gebildet
wird.
Der Transistor 160, der von der ersten Wortleitung 180 ge
steuert wird, und ein benachbarter Transistor, der von der
dritten Wortleitung 200 gesteuert wird, verwenden beide das
gemeinsame Source-Gebiet 170, welches zwischen diesen beiden
Wortleitungen angeordnet ist.
In dem oberen Bereich von Fig. 5 ist die Grabenisolierung
250 der Übersichtlichkeit wegen, ohne Wortleitungen gezeigt,
welche auf der Grabenisolierung 250 verlaufen.
Mit Bezug auf Fig. 1 bis 5 wird das Herstellungsverfahren
der erfindungsgemäßen Speicherzelle erläutert. Es wird das
Substrat 105 bereitgestellt, in und auf dem die DRAM-
Speicherzelle herzustellen ist. Bei der vorliegenden Variante
ist das Substrat 105 leicht mit p-Typ-Dotierstoffen dotiert,
wie zum Beispiel Bor. In das Substrat 105 wird in geeigneter
Tiefe eine n-dotierte, vergrabene Wanne 155 gebildet. Zur Do
tierung der vergrabenen Wanne 155 kann zum Beispiel Phosphor
oder Arsen als Dotierstoff verwendet werden. Die vergrabene
Wanne 155 kann zum Beispiel durch Implantation erzeugt werden
und bildet eine leitende Verbindung zwischen den vergrabenen
Platten der benachbarten Kondensatoren. Alternativ kann die
vergrabene Wanne 155 durch epitaktisch aufgewachsene, dotier
te Siliziumschichten oder durch eine Kombination von Kri
stallwachstum (Epitaxie) und Implantation gebildet werden.
Diese Technik ist in dem US-Patent 5,250,829 von Bronner et
al. beschrieben.
Mit einer geeigneten Hartmaskenschicht als Ätzmaske für einen
reaktiven Ionenätzschritt (RIE) wird der Graben 115 gebildet.
Anschließend wird in dem oberen Bereich 120 des Grabens 115
der große Isolationskragen 150 gebildet, der zum Beispiel aus
Siliziumoxid besteht. Anschließend wird die vergrabene Platte
145 mit n-Typ-Dotierstoffen, wie zum Beispiel Arsen oder
Phosphor als äußere Kondensatorelektrode gebildet. Der große
Isolationskragen 150 dient dabei als Dotiermaske, welche die
Dotierung auf den unteren Bereich 125 des Grabens 108 be
schränkt. Zur Bildung der vergrabenen Platte 145 kann eine
Gasphasendotierung, eine Plasmadotierung oder eine Plasmaim
mersions-Ionenimplantation (PIiI) verwendet werden. Diese
Techniken sind beispielsweise in Ransom et al. , J. Electro
chemical. Soc., Band 141, Nr. 5 (1994), S. 1378 ff.; US-Patent
5,344,381 und US-Patent 4,937,205 beschrieben. Eine Ionenim
plantation unter Verwendung des großen Isolationskragens 150
als Dotiermaske ist ebenfalls möglich. Alternativ kann die
vergrabene Platte 145 unter Verwendung eines dotierten Sili
katglases als Dotierstoffquelle, wie zum Beispiel ASG (Arsen
Silikat Glas), gebildet werden. Diese Variante ist beispiels
weise in Becker et al. , J. Electrochemical. Soc., Band 136
(1989), Seite 3033 ff. beschrieben. Wird dotiertes Silikatglas
zur Dotierung verwendet, so wird es nach der Bildung der ver
grabenen Platte 145 entfernt.
Anschließend wird eine dielektrische Schicht 140 gebildet,
die den unteren Bereich 125 des Grabens 115 auskleidet. Die
dielektrische Schicht 140 dient als Speicherdielektrikum zum
Separieren der Kondensatorelektroden. Die dielektrische
Schicht 140 besteht beispielsweise aus einem Siliziumoxid,
einen Siliziumnitrid, einem Silizium-Oxynitrid oder einem
Schichtstapel aus Siliziumoxid- und Siliziumnitridschichten.
Auch Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante wie
zum Beispiel Tantaloxid oder BST können verwendet werden.
Anschließend wird die leitende Grabenfüllung 130, die bei
spielsweise aus dotiertem Poly- oder amorphem Silizium beste
hen kann, zum Füllen des Grabens 115 abgeschieden. Hierzu
können beispielsweise CVD- oder andere bekannte Prozeßtechni
ken verwendet werden.
Auf der leitenden Grabenfüllung 130 wird die isolierende
Deckschicht 135 gebildet. Dies kann zum Beispiel mit einer
thermischen Oxidation der leitenden Grabenfüllung 130 durch
geführt werden. Auch die Abscheidung der isolierenden Deck
schicht 135 auf die leitende Grabenfüllung 130 ist möglich.
Dazu können zum Beispiel CVD-Abscheideverfahren verwendet
werden. Es ist besonders vorteilhaft, die isolierende Deck
schicht 135 selektiv auf der leitenden Grabenfüllung 161, zu
bilden. Die Bildung der isolierenden Deckschicht 135 kann se
lektiv durchgeführt werden, da zu diesem Zeitpunkt die Hart
maskenschicht, welche zur Ätzung des Grabens 115 verwendet
wurde, auf der Substratoberfläche vorhanden ist und damit nur
den Bereich freigibt, in dem die isolierende Deckschicht 135
zu bilden ist.
Sämtliche Schichten, die sich zu diesem Zeitpunkt auf der
Oberfläche 106 des Substrats 105 befinden, werden entfernt
und das Substrat 105 wird gereinigt. Anschließend wird die
Epitaxieschicht 245 epitaktisch und selektiv auf dem Substrat
105 aufgewachsen. Bei dem Aufwachsen der Epitaxieschicht 245
wird die isolierende Deckschicht 135 mit einkristallinem Si
lizium überwachsen. Die isolierende Deckschicht 135 wird, wie
in Fig. 5 dargestellt, von allen Richtungen mit einkristal
linem Silizium überwachsen. Dabei entsteht die epitaxiale
Schließfuge 275. Das selektive epitaktische Aufwachsen wird
zum Beispiel in der Veröffentlichung von N. C. C. Lou, IEDM
1988, Seite 588 ff. beschrieben. Dort besteht allerdings das
Problem, daß eine Epitaxieschicht in zwei Schritten mit einer
Unterbrechung der Epitaxie aufgewachsen wird. Während der Un
terbrechung werden Prozeßschritte wie Ätzen eines Fensters in
eine Oxidschicht durchgeführt. Dabei kommt es zu Ätzschäden,
die das Defektrisiko für die Epitaxieschicht erhöhen und zu
Leckströmen führen. Eine zusätzliche Schwierigkeit besteht in
der Durchführung des zweiten Epitaxieschritts, bei dem sowohl
auf einkristallinem Silizium als auch auf Polysilizium aufge
wachsen wird. Dies führt zu Kristalldefekten, die sich aus
dem polykristallinen Bereich in den einkristallinen Bereich
ausbreiten. Die Kristalldefekte entstehen dadurch, daß die
Epitaxie sowohl auf einkristallinem, als auch auf poykristal
linem Silizium durchgeführt wird. Da in der Veröffentlichung
der gewachsene polykristalline "neck" funktionaler Bestand
teil der Speicherzellenkonstruktion ist, können die Kristall
defekte nicht vermieden werden. Dieser Nachteil wird erfin
dungsgemäß durch das zumindest teilweise Entfernen der epi
taktischen Schließfuge 275 gelöst.
Anschließend wird mit einem Rückätzverfahren beziehungsweise
einem CMP-Verfahren (Chemical Mechanical Polishing) die auf
gewachsene Epitaxieschicht 245 zurückgeätzt beziehungsweise
planarisiert.
Anschließend wird die Grabenisolierung 250 gebildet. Zu die
sem Zweck werden die in Fig. 2 gekennzeichneten Bereiche der
Grabenisolierung geätzt und mit einem dielektrischen Materi
al. wie zum Beispiel Siliziumoxid aufgefüllt und anschließend
planarisiert. Dabei bleibt das aktive Gebiet 270 für die an
schließende Bildung des Transistors 160 stehen. Die Grabeni
solierung 250 wird vorzugsweise so hergestellt, daß ein Teil
der epitaxialen Schließfuge 275 entfernt wird.
Nach Herstellung des Gate-Oxids wird eine, dotierte Polysili
ziumschicht abgeschieden, aus der in einem nachfolgenden Be
lichtungs- und Ätzschritt die Wortleitungen gebildet werden.
Dabei wird die erste Wortleitung 180 auf dem aktiven Gebiet
270 und die zweite Wortleitung 190 auf der Grabenisolierung
250 gebildet. Die erste Wortleitung 180 wird mit einer ersten
Isolationshülle 185 während die zweite Wortleitung 190 mit
einer zweiten Isolationshülle 195 umgeben wird. Die Isolati
onshüllen bestehen beispielsweise aus Siliziumnitrid.
Anschließend wird das Drain-Gebiet 165 und das Source-Gebiet
170 mit Ionenimplantation gebildet. Dabei dienen die aus Po
lysilizium gebildeten Wortleitungen mit ihren Isolationshül
len als Implantationsmaske. Da die erste Wortleitung 180 so
angeordnet ist, daß sie teilweise senkrecht oberhalb der iso
lierenden Deckschicht 135 verläuft, befindet sich ein Teil
des Kanals 175 des Transistors 160 direkt oberhalb der iso
lierenden Deckschicht 135, so daß der Transistor 160 als par
tieller SOI-Transistor gebildet wird.
Anschließend wird die Stoppschicht 240 konform abgeschieden,
so daß sie die Isolationshüllen der Wortleitungen bedeckt.
Die Stoppschicht 240 wird beispielsweise aus Siliziumnitrid
gebildet. Danach wird eine Oxidschicht abgeschieden und bis
auf die Stoppschicht 240 zurückplanarisiert, so daß zum Bei
spiel die Isolationsfüllung 280 zwischen der ersten Wortlei
tung 180 und der dritten Wortleitung 200 gebildet wird. An
schließend wird mittels Fotolithografie und Ätzung ein Fen
ster in der Stoppschicht 240 geöffnet. Dabei wird die Stopp
schicht 240 zwischen der ersten Wortleitung 180 und der zwei
ten Wortleitung 190, oberhalb des Drain-Gebiets 165 entfernt.
Mit anisotropem Plasmaätzen, welches selektiv zu der Grabeni
solierung 250, die aus Siliziumoxid besteht und selektiv zu
der ersten Isolationshülle 185 und der zweiten Isolationshül
le 195, die aus Siliziumnitrid bestehen, wird das Drain-
Gebiet 165 und die Epitaxieschicht 245 bis auf die isolieren
de Deckschicht 135 heruntergeätzt. Die Ätzung stoppt aufgrund
ihrer Selektivität auf der isolierenden Deckschicht 135. Zu
sätzlich ist die Ätzung selbstjustiert, da sie lateral durch
die Isolationshüllen der Wortleitungen und durch die Grabeni
solierung 250 begrenzt wird. Bei dieser Ätzung wird vorzugs
weise der Rest der entstandenen epitaxialen Schließfuge 275
entfernt.
Anschließend wird der freigelegte Teil der isolierenden Deck
schicht 135 entfernt. Dies wird mit einer selektiven Ätzung
durchgeführt, welche die isolierende Deckschicht 135, die aus
Siliziumoxid besteht, selektiv entfernt. Die Selektivität be
steht gegenüber der leitenden Grabenfüllung 130, die aus do
tiertem Polysilizium besteht, gegenüber der Epitaxieschicht
245, die aus Silizium besteht und gegenüber der ersten und
zweiten Isolationshülle 185 und 195 und der Stoppschicht 240,
die aus Siliziumnitrid besteht.
Danach wird in dem unteren Bereich 210 des Kontaktgrabens 205
ein Isolationskragen 143 gebildet. Zu diesem Zweck wird eine
thermische Oxidation durchgeführt und eine Siliziumoxid
schicht abgeschieden, aus welcher der Isolationskragen 235
durch anisotrope Rückätzung gebildet wird (Spacer-Technik).
Anschließend wird das leitende Material 225 in dem Isolati
onskragens 235 gebildet. Das leitende Material 225 besteht
beispielsweise aus dotiertem Polysilizium und kann mit einem
CVD-Verfahren abgeschieden werden.
Der Isolationskragen 235 wird bis auf die Tiefe des Drain-
Gebiets 165 selektiv zurückgeätzt. Nach einem Reinigungs
schritt wird die leitende Kappe 230 abgeschieden und kontak
tiert somit das Drain-Gebiet 165 und das leitende Material
225. Über das leitende Material 225 ist somit die leitende
Grabenfüllung 130 elektrisch mit dem Drain-Gebiet 165 verbun
den. Bei dieser Anordnung sind die leitende Kappe 230 und das
leitende Material 225 durch den Isolationskragen 235 von der
Epitaxieschicht 245 isoliert, so daß der Grabenkondensator
nicht durch Leckströme entladen werden kann.
Damit ist das Verfahren zur Herstellung einer ersten Variante
eines Speichers mit selbstjustiertem Anschluß 220 dargestellt
und die nachfolgenden Prozeßschritte dienen dazu, den Spei
cher mit den aus dem Stand der Technik bekannten Funktion
selementen in üblicher Weise zu komplettieren.
In Fig. 6 ist eine weitere Variante eines Speichers mit
selbstjustiertem Anschluß dargestellt. Hierbei handelt es
sich um eine 1-Transistor-Speicherzellenanordnung mit 4F2-
Zellen-Layout mit offener Bitleitungsarchitektur, mit Graben
kondensator und partiellem SOI-Transistor. Die dargestellte
Speicherzelle 100 besteht aus einem Grabenkondensator 110 und
einem Transistor 160. Der Grabenkondensator 110 wird in und
auf einem Substrat 105 gebildet. In dem Substrat 105 ist eine
vergrabene Wanne 155 eingebracht, die zum Beispiel aus n-
dotiertem Silizium besteht. Der Grabenkondensator 110 weist
einen Graben 115 mit einem oberen Bereich 120 und einem unte
ren Bereich 125 auf. In dem oberen Bereich 120 des Grabens
115 befindet sich ein großer Isolationskragen 150. Der untere
Bereich 125 des Grabens 115 durchdringt die vergrabene Wanne
155 zumindest teilweise. Um den unteren Bereich 125 des Gra
bens 115 ist eine vergrabene Platte 145 angeordnet, welche
die äußere Kondensatorelektrode bildet. Die vergrabenen Plat
ten 145 der benachbarten Speicherzellen werden durch die ver
grabene Wanne 155 elektrisch miteinander verbunden.
Der untere Bereich 125 des Grabens 115 ist mit einer dielek
trischen Schicht 140 verkleidet, welche das Speicherdielek
trikum des Grabenkondensators bildet. Die dielektrische
Schicht 140 kann aus Schichten beziehungsweise Schichtstapeln
hergestellt werden, die aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder
Silizium-Oxynitrid bestehen. Der Graben 115 ist mit einer
leitenden Grabenfüllung 130 aufgefüllt, welche die innere
Kondensatorelektrode bildet. Oberhalb der leitenden Graben
füllung 130, innerhalb des großen Isolationskragens 150 be
findet sich die isolierende Deckschicht 135.
Auf der isolierenden Deckschicht 135, auf dem großen Isolati
onskragens 150 und auf dem Substrats 101 befindet sich die
Epitaxieschicht 245. Der Transistor 160 ist in der Epitaxie
schicht 245 gebildet und besteht aus einem Source-Gebiet 170,
einem Drain-Gebiet 165 und einem Kanal 175. Weiterhin besteht
der Transistor 160 aus einer ersten Wortleitung 180, die den
Kanal 175 steuert. Die erste Wortleitung 180 ist mit einer
ersten Isolationshülle 185 verkleidet, die zum Beispiel aus
Siliziumnitrid besteht. Das Drain-Gebiet 165 ist mit einem
selbstjustierten Anschluß 220 elektrisch mit der leitenden
Grabenfüllung 130 verbunden. Der selbstjustierte Anschluß 220
besteht aus einem Isolationskragen 235, einem leitenden Mate
rial 225, das sich innerhalb des Isolationskragens 235 befin
det und einer leitenden Kappe 230, welche das leitende Mate
rial 225 mit dem Drain-Gebiet 165 verbindet. Der Isolations
kragen 235 ist so angeordnet, daß keine Leckströme von der
leitenden Grabenfüllung 130, von dem leitenden Material 225
oder von der leitenden Kappe 230 zu der Epitaxieschicht 245
fließen.
Die Grabenisolierung 250 befindet sich zwischen benachbarten
Speicherzellen, um diese elektrisch voneinander zu isolieren.
Der Verlauf der Grabenisolierung 250 wird anhand von Fig. 8
näher beschrieben.
In Fig. 7 ist die Zellenanordnung nach Fig. 6 zu einem frü
heren Prozeßstadium dargestellt. Bei der dargestellten Grabe
nisolierung 250 handelt es sich um eine in Wortleitungsrich
tung verlaufende zweite Grabenisolierung 260. Auf beiden Sei
ten der Grabenisolierung 260, die nicht mit der Oberfläche
der Epitaxieschicht 245 abschließt, sind Opferabstandsstege
265 angeordnet, die beispielsweise aus Siliziumoxid bestehen.
In Fig. 8 ist die Speicherzellenanordnung nach Fig. 6 in
einer Draufsicht dargestellt. Die Größe der Speicherzelle 100
beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 4F2. Die Speicherzelle
100 besteht unter anderem aus dem Graben 115, in dem sich der
Grabenkondensator 110 befindet. Über dem Graben 115 hinweg
verläuft die erste Wortleitung 180, die von der ersten Isola
tionshülle 185 umgeben ist. Auf der einen Seite der ersten
Wortleitung ist das Source-Gebiet 170, auf der anderen Seite
ist das Drain-Gebiet 165 und der selbstjustierte Anschluß 220
in dem Kontaktgraben 205 angeordnet. Die Grabenisolierung 250
verläuft zwischen benachbarten Speicherzellen. Das aktive Ge
biet 270 wird für die Prozessierung der Transistoren verwen
det. Die Grabenisolierung 250 besteht in diesem Ausführungs
beispiel aus einer ersten Grabenisolierung 255, die parallel
zu Bitleitungen verläuft und sie besteht aus einer zweiten
Grabenisolierung 260, die parallel zu den Wortleitungen ver
läuft.
In der Epitaxieschicht 245 befindet sich mittig über dem Gra
ben 115 eine epitaxiale Schließfuge 275.
Anhand von Fig. 7 wird nun die Herstellung des Speichers
nach Fig. 6 beschrieben. Die Herstellung der erfindungsgemä
ßen Speicherzellenanordnung beginnt mit der Realisierung des
Grabenkondensators 110 in einem 4F2-Layout. Dabei wird zu
nächst der Graben 115 in das Substrat 105 geätzt. Im oberen
Bereich 120 des Grabens 115 wird der große Isolationskragen
150 gebildet. Der untere Bereich um den Graben 115 wird dann
so dotiert, daß sich die vergrabene Platte 145 bildet. Im un
teren Bereich 125 des Grabens 115 wird anschließend die die
lektrische Schicht 140 gebildet, der Graben wird mit der lei
tenden Grabenfüllung 130 gefüllt und die vergrabene Wanne 155
durch Einbringen von Dotierstoff gebildet. Anschließend wird
die leitende Grabenfüllung 130 mittels thermischer Oxidation
oxidiert und es bildet sich die isolierende Deckschicht 135
über der Öffnung des Grabens 115. Dies geschieht selbstju
stiert, da der Rest der Substratoberfläche zu diesem Zeit
punkt mit einer Hartmaske, die zu der Strukturierung des Gra
bens 115 verwendet wurde, bedeckt ist.
Anschließend wird die Hartmaske entfernt, so daß die Oberflä
che 106 des Substrats 105 zu diesem Zeitpunkt aus der isolie
renden Deckschicht 135, dem großen Isolationskragen 150 und
dem Substrat 105 gebildet wird. Nach Aufoxidation einer
Streuoxidschicht wird die vergrabene Wanne 155 durch Implan
tation von Dotierstoff gebildet. Sie verbindet die vergrabe
nen Platten der benachbarten Speicherzellen.
Nach Entfernung der Streuoxidschicht wird die Substratober
fläche 106 gereinigt und die Epitaxieschicht 245 selektiv
aufgewachsen. Dabei beginnt das Wachstum der Epitaxieschicht
245 auf dem freigelegten Substrat 105 und überwächst den mit
der isolierenden Deckschicht 135 verschlossenen Graben 115
Lateral von allen Richtungen her vollständig. Dabei bildet
sich über dem Zentrum der isolierenden Deckschicht 135 eine
epitaxiale Schließfuge 275.
Anschließend wird die Grabenisolierung 250 in zwei getrennten
Schritten hergestellt. Zuerst wird die in Bitleitungsrichtung
verlaufende erste Grabenisolierung 255 mit konventioneller
Technik so hergestellt, daß sie planar mit der Epitaxie
schicht 245 an deren Oberfläche abschließt.
Anschließend wird die zweite Grabenisolierung 260 in Wortlei
tungsrichtung gebildet. Dazu wird ein relativ dicker Mas
kenstapel strukturiert und mittels selektiver Plasmaätzung in
die Epitaxieschicht 245 und das Substrat 105 übertragen. Die
strukturierten Gräben werden anschließend mit Siliziumoxid
gefüllt und planar bis auf die Oberfläche des Maskenstapels
zurückgeätzt. Anschließend wird der Maskenstapel selektiv
entfernt und es bleibt die in Fig. 7 gezeigte zweite Grabe
nisolierung 260 stehen. Der Grabenkondensator 110 wird dabei
von der zweiten Grabenisolierung 260 bis unterhalb der iso
lierenden Deckschicht 135 überlappt und die Epitaxieschicht
245 wird in diesem Bereich entfernt. Anschließend werden an
den Flanken der zweiten Grabenisolierung 260 Opferabstands
stege 265 aus Siliziumoxid gebildet. Anschließend wird die
erste Wortleitung 180 mit ihrer ersten Isolationshülle 185
als seitlicher Randsteg (Spacer) an dem Abstandssteg 265 er
zeugt. Dies geschieht mittels isotroper Schichtabscheidung
und anisotroper selektiver Zurückätzung (Spacer-Technik).
Dabei wird die erste Wortleitung 180 senkrecht oberhalb der
isolierenden Deckschicht 135 gebildet, so daß der Transistor
160 als partieller SOI-Transistor ausgebildet wird. Anschlie
ßend wird das Source-Gebiet 170 mittels Implantation gebil
det. Der Spalt zwischen der ersten Wortleitung 180 und der
dritten Wortleitung 200, der sich oberhalb des Source-Gebiets
170 befindet, wird mit einer Isolationsfüllung 280 verfüllt.
Die zweite Wortleitung 190 wird parallel zur ersten Wortlei
tung an einer benachbarten Struktur der zweiten Grabenisolie
rung 260 gebildet.
Anschließend werden die oberflächlich freigelegten Wortlei
tungen 180, 190 und 200 selektiv zurückgeätzt und die durch
Rückätzung entstandenen Gräben mittels Schichtabscheidung und
Planarisierung mit einer Isolation aus Siliziumnitrid ver
füllt, um die erste und zweite Isolationshülle 185 und 195 zu
vervollständigen.
Mit Bezug auf Fig. 6 wird bei einem nachfolgenden photoli
thographischen Schritt der Opferabstandssteg 265 freigelegt
und bis auf die Oberfläche der Epitaxieschicht 245 mittels
Plasmaätzung selektiv zurückgeätzt. Dabei ist der Bereich, in
dem sich das Source-Gebiet 170 befindet maskiert. Aufgrund
einer geringeren Ätzrate wird dabei zugleich die zweite Gra
benisolierung 260 teilweise zurückgeätzt. Anschließend wird
das Drain-Gebiet 165 durch Implantation von Dotierstoff ge
bildet.
Der selbstjustierte Anschluß 220 wird zwischen der ersten
Grabenisolierung 255, der zweiten Grabenisolierung 260 und
der ersten Isolationshülle 185 der ersten Wortleitung 180 ge
bildet. Die Bildung des selbstjustierten Anschlusses 220 ge
schieht durch Verwendung von bereits vorhandenen Strukturen
und wird aus diesem Grund als selbstjustiert bezeichnet. Da
bei ist der Bereich, in dem sich das Source-Gebiet 170 befin
det, mit der Stoppschicht 240 maskiert.
Dazu wird mittels anisotroper Ätzung der Kontaktgraben 205
geätzt, der einen Teil des Drain-Gebiets 165 und der Epita
xieschicht 245 in diesem Bereich entfernt. Die selektive Ät
zung stoppt auf der isolierenden Deckschicht 135, die aus Si
liziumoxid besteht. Durch die Ätzung des Kontaktgrabens 205
wird die epitaxiale Schließfuge 275 entfernt.
Die isolierende Deckschicht 135 wird am Boden des Kontaktgra
bens 205 entfernt. Dieser Ätzschritt wird selektiv zu der er
sten Isolationshülle 185 und der Grabenisolierung 250 durch
geführt. Anschließend wird der Isolationskragen 235 durch
Oxidation, Siliziumoxid-Abscheidung und anisotrope Rückätzung
(Spacer-Technik) gebildet. In dem Isolationskragen 235 wird
nun das leitende Material 225 aus dotiertem Polysilizium ab
geschieden.
Anschließend wird der Isolationskragen 235 bis auf die Höhe
des Drain-Gebiets 165 zurückgeätzt. Nach einem Reinigungs
schritt wird die leitende Kappe 230 abgeschieden. Die leiten
de Kappe 230 wird in diesem Ausführungsbeispiel aus dotiertem
Polysilizium gebildet. Damit ist die leitende Grabenfüllung
130 über das leitende Material 225 und die leitende Kappe 230
mit dem Drain-Gebiet 165 elektrisch verbunden. Weiterhin ist
der Isolationskragen 235 so gebildet, daß weder die leitende
Grabenfüllung 130, das leitende Material 225 noch die leiten
de Kappe 230 elektrischen Kontakt zu der Epitaxieschicht 245
aufweisen. Durch diese Anordnung werden Leckströme, die den
Grabenkondensator 110 entladen könnten, verhindert.
Damit ist die Bildung des selbstjustierten Anschlusses 220
abgeschlossen und die Speicherzellenanordnung wird, wie aus
dem Stand der Technik bekannt ist, mit den übrigen Funktion
selementen komplettiert.
100
Speicherzelle
105
Substrat
106
Oberfläche des Substrats
110
Grabenkondensator
115
Graben
120
oberer Bereich des Grabens
125
unterer Bereich des Grabens
130
leitende Grabenfüllung als innere Kondensatorelektrode
135
isolierende Deckschicht
140
dielektrische Schicht
145
vergrabene Platte
150
großer Isolationskragen
155
vergrabene Wanne
160
Transistor
165
Drain-Gebiet
170
Source-Gebiet
175
Kanal des Transistors
180
erste Wortleitung
185
erste Isolationshülle
190
zweite Wortleitung
195
zweite Isolationshülle
200
dritte Wortleitung
205
Kontaktgraben
210
unterer Bereich des Kontaktgrabens
215
oberer Bereich des Kontaktgrabens
220
selbstjustierter Anschluß
225
leitendes Material
230
leitende Kappe
235
Isolationskragen
240
Stoppschicht
245
Epitaxie-Schicht
250
Grabenisolierung (STI)
255
erste Grabenisolierung
260
zweite Grabenisolierung
265
Opferabstandssteg
270
aktives Gebiet
275
epitaxiale Schließfuge
280
Isolatinosfüllung
Claims (16)
1. Speicher mit einer Speicherzelle (100), die zumindest
teilweise in einem Substrat (105) angeordnet ist,
- - mit einem Transistor (160), der ein Drain-Gebiet (165) und ein Source-Gebiet (170) aufweist;
- - mit einem Graben (115), in dem Substrat (105), der mit ei ner leitenden Grabenfüllung (130) zum Bilden eines Graben kondensators (110) aufgefüllt ist;
- - mit einer isolierenden Deckschicht (135), die sich auf der leitenden Grabenfüllung (130) befindet;
- - mit einer Epitaxieschicht (245), die auf dem Substrat (105) und zumindest teilweise auf der isolierenden Deck schicht (135) angeordnet ist;
- - mit einer Grabenisolierung (250), die benachbarte Spei cherzellen (100) voneinander isoliert;
- - mit einer ersten Wortleitung (180), die sich auf der Epi taxieschicht (245) befindet und teilweise den Graben (115) überdeckt, wobei die erste Wortleitung (180) von einer er sten Isolationshülle (185) umgeben ist;
- - mit einer zweiten Wortleitung (190), die auf der Grabeni solierung (250) angeordnet ist und von einer zweiten Iso lationshülle (195) umgeben ist und
- - mit einem Kontaktgraben (205), in dem sich ein selbstju stierter Anschluß (220) befindet, der die leitende Graben füllung (130) mit dem Drain-Gebiet (165) elektrisch ver bindet, wobei der Kontaktgraben (205) von der ersten Wort leitung (180) mit ihrer ersten Isolationshülle (185) zu der zweiten Wortleitung (190) mit ihrer zweiten Isolati onshülle (195) reicht.
2. Ein Speicher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kontaktgraben (205) auch von der Grabenisolierung
(250) begrenzt wird.
3. Ein Speicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem unteren Bereich (210) des Kontaktgrabens (205)
ein Isolationskragen (235) angeordnet ist.
4. Ein Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Kontaktgraben (205) ein leitendes Material (225)
auf der leitenden Grabenfüllung (130) angeordnet ist.
5. Ein Speicher nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Kontaktgraben (205) auf dem leitenden Material
(225) eine leitende Kappe (230) angeordnet ist.
6. Ein Speicher nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolationskragen (235) von der isolierenden Deck
schicht (135) zumindest bis an das Drain-Gebiet (165) heran
reicht und somit das leitende Material (225) und die leitende
Kappe (230) nicht direkt mit dem Substrat (105) oder mit der
Epitaxieschicht (245) verbunden sind.
7. Ein Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Grabenisolierung (250) tiefer in das Substrat (105)
hineinreicht, als die Tiefe der isolierenden Deckschicht
(135).
8. Verfahren zur Ausbildung eines Speichers mit Speicherzellen
(100) mit den Schritten:
- - Bereitstellen eines Substrats (105) mit einem Graben (115);
- - Füllen des Grabens (115) mit einer leitenden Grabenfüllung (130);
- - Bilden einer isolierenden Deckschicht (135) auf der leiten den Grabenfüllung (130);
- - Aufwachsen einer Epitaxieschicht (245) auf einer Oberfläche (106) des Substrats (105), so daß die Epitaxieschicht (245) die isolierende Deckschicht (135) zumindest teilweise über deckt;
- - Bilden einer Grabenisolierung (250) zumindest in der Epita xieschicht (245) zur Isolierung benachbarter Speicherzellen (100);
- - Bilden einer ersten Wortleitung (180) oberhalb der Epitaxie schicht (245) und einer zweiten Wortleitung (190) oberhalb der Grabenisolierung (250), wobei die erste Wortleitung (180) mit einer ersten Isolationshülle (185) umgeben wird und die zweite Wortleitung (190) mit einer zweiten Isolati onshülle (195) umgeben wird
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur selbstjustierten Bildung des Kontaktgrabens (205) die
Grabenisolierung (250) als Ätzmaske verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß im unteren Bereich (210) des Kontaktgrabens (205) ein Iso
lationskragen (235) gebildet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Kontaktgraben (205) zumindest ein leitendes Mate
rial (225) eingebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Kontaktgraben (205) oberhalb des leitenden Materi
als (225) und oberhalb des Isolationskragens (235) eine lei
tende Kappe (230) gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolationskragen (235) so gebildet wird, daß das lei
tende Material (225) und die leitende Kappe (230) nur über das
Drain-Gebiet (165) mit der Epitaxieschicht (245) elektrisch
verbunden ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Aufbringen der Epitaxieschicht (245) einem Temperatur
schritt durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Aufbringen der Epitaxieschicht (245) ein Planarisie
rungsschritt durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Epitaxie
schicht (245) während ihres Aufwachsens in situ dotiert wird.
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