DE19961085A1 - Verfahren zum Herstellen einer Tiefgrabenspeicherelektrode eines Kondensators - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen der Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators in einem Substrat wird beschrieben. Ein Substrat weist eine Kontaktflächen-Isolationsschicht und eine darauf liegende Hartmaskenschicht auf. In dem Substrat ist ein Tiefgraben ausgebildet, der gebildet wurde unter Verwendung der Hartmaskenschicht als Ätzmaske. Isolationsmaterial wird in den Tiefgraben abgeschieden, so dass eine Isolationsschicht gebildet wird, die den Tiefgraben bis zu einer Höhe unterhalb der Oberseite des Substrats ausfüllt. Abstandshalter aus Hartmaterial werden über den freigelegten Seitenwänden des Tiefgrabens gebildet. Die Isolationsschicht wird entfernt. Eine dotierte Schicht wird über dem freigelegten Substrat in dem unteren Teil des Tiefgrabens gebildet. Eine thermische Operation wird anschließend durchgeführt, wodurch ein dotiertes Gebiet in dem Substrat gebildet wird, welches Gebiet den unteren Teil des Tiefgrabens umgibt. Das dotierte Gebiet wirkt als Speicherelektrode.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherelektrode eines Kondensators. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators.

DRAM Kondensatoren (Dynamic random access memory) werden unterschieden in 2 Haupttypen, den Stabelkondensator und den Grabenkondensator. Sowohl bei einem Stabelkondensator als auch bei einem Grabenkondensator trifft man auf ernsthafte Schwierigkeiten bei deren Herstellung, wenn die Abmessungen der Halbleitervorrichtungen reduziert werden.

Bei einem Grabenkondensator erreicht der Graben ein Flächenverhältnis von 35 : 1 bei der Herstellung von Halbleiterelementen mit einer Leiterbahnbreite von 0,2 µm. Da die Leiterbahnbreite eines Halbleiterelements sich 0,18 µm annähert, werden die Abmessungen des Grabens weiter reduziert. Somit stellt die Herstellung einer Speicherelektrode mit einer großen Oberfläche unter Beibehaltung einer minimalen Kapazität ein Hauptanliegen der Halbleiterindustrie dar.

Fig. 1A bis 1E sind schematische Querschnittsansichten, die die Folge der Herstellungsschritte zum Herstellen der Speicherelektrode eines konventionellen Tiefgrabenkondensators (deep trench capacitor) beschreiben. Wie in Fig. 1A gezeigt ist, wird ein Substrat 100 mit einer Kontaktflächen-Oxidschicht (pad oxide layer) 102 und einer sich darauf befindenden Hartmaskenschicht 104 bereitgestellt. Ein Tiefgraben 106 wird in dem Substrat 100 gebildet, wobei die Hartmaskenschicht 104 als Ätzmaske genutzt wird.

Wie in Fig. 1B gezeigt ist, wird eine dotierte Isolationsschicht 112 über den inneren Seitenwänden des Tiefgrabens 106 gebildet. Eine Fotoresistschicht 114 wird in dem Tiefgraben 106 gebildet. Der Tiefgraben 106 ist nur teilweise gefüllt, so dass die Oberseite der Fotoresistschicht 114 unterhalb der Oberseite 100a des Substrats 100 ist. In anderen Worten bedeutet dies, dass ein Teil der dotierten Isolationsschicht 112 über die Fotoresistschicht 114 hinausragt. Die über die Fotoresistschicht 114 hinausragende dotierte Isolationsschicht 112 wird entfernt, so dass eine Isolationsschicht 112a in dem unteren Teil des Tiefgrabens gebildet wird, wie in Fig. 1C gezeigt ist. Oxidmaterial wird in dem Tiefgraben 106 abgeschieden und über dem Substrat 100 wird eine Kappenoxidschicht (nicht dargestellt) gebildet, beispielsweise eine Kappen-TEOS-Oxidschicht. Die Kappenoxidschicht wird weggeätzt, wodurch Kappenoxid- Abstandshalter 116 entlang den Seitenwänden des oberen Keils des Tiefgrabens ausgebildet werden, die über die Fotoresistschicht 114 hinaus ragen.

Wie in Fig. 1D gezeigt ist, wird die Fotoresistschicht 114 entfernt. Ein thermisches Verfahren wird durchgeführt so dass Dotieratome in der dotierten Isolationsschicht 112a in das Substratinnere hinein diffundieren zur Bildung eines dotierten Gebiets 118 in dem Substrat 100. Das dotierte Gebiet 118 umgibt das untere Gebiet 107 des Tiefgrabens 106. Das dotierte Gebiet 118 wirkt als die Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators. Die dotierte Isolationsschicht 112a und die Kappenoxidschicht 116 werden entfernt, wie in Fig. 1E gezeigt ist. Eine dielektrische Schicht 120 des Kondensators wird über der Speicherelektrode gebildet und dann wird eine obere Elektrode (nicht dargestellt) über der dielektrischen Schicht 120 des Kondensators gebildet.

Da die kritischen Abmessungen eines Halbleiterelements weiter schrumpfen, wird der Tiefgraben ein größeres Flächenverhältnis aufweisen (größer als 35). Je größer des Flächenverhältnis ist, um so schwieriger ist es, aus dem Substrat einen Tiefgraben herauszuätzen. Da die Seiten des Tiefgrabens 106 sich um so näher kommen, je weiter sie sich in dem unteren Teil 107 des Tiefgrabens 106 befinden, wird die Gesamtoberfläche der anschließend gebildeten Speicherelektrode reduziert. Somit verliert der Kondensator Kapazität.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Kapazität einer Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators zu erhöhen.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Tiefgrabenspeicherelektrode bereitgestellt. Es wird ein Substrat mit einer Kontaktflächen-Isolationsschicht und einer sich darauf befindenden Hartmaskenschicht bereitgestellt. Ein Tiefgraben wird in dem Substrat gebildet, wobei die Hartmaske als Ätzmaske verwendet wird. Isolationsmaterial wird in den Tiefgraben abgeschieden, so dass eine Isolationsschicht gebildet wird. Die Isolationsschicht füllt nur teilweise den Tiefgraben, so dass ein Teil der Seitenwände über die Isolationsschicht hinausragt. Hartmaterial-Abstandshalter (hard material spacer), d. h. Abstandshalter aus Hartmaterial werden über die freigelegten Seitenwände des Tiefgrabens gebildet. Die Isolationsschicht wird entfernt, so dass die Seitenwände des Substrats in dem unteren Teil des Tiefgrabens freigelegt werden. Eine dotierte Schicht wird über der Substratoberfläche in dem unteren Teil des Tiefgrabens gebildet. Ein thermisches Verfahren wird durchgeführt, so dass ein dotiertes Gebiet gebildet wird, das den unteren Teil des Tiefgrabens umgibt. Das dotierte Gebiet wirkt als Speicherelektrode.

Durch die Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer flaschenförmigen Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators bereitgestellt. Es wird ein Substrat bereitgestellt mit einer Kontaktflächen-Oxidschicht und einer sich darauf befindenden Hartmaskenschicht. Ein Tiefgraben wird in dem Substrat mittels Ätzen gebildet, wobei die Hartmaske als eine Ätzmaske verwendet wird. Eine Isolationsschicht wird in dem Tiefgraben gebildet, wobei der Tiefgraben bis zu einem ersten vorgegebenen Höhenniveau gefüllt wird, das niedriger ist als die oberer Oberfläche des Substrats. Hartmasken- Abstandshalter werden über dem freigelegten Substrat in dem oberen Teil des Substrats über der Isolationsschicht gebildet, jedoch ohne dass die Oberfläche der Isolationsschicht bedeckt wird. Die Isolationsschicht wird entfernt, so dass die Substratoberfläche in dem unteren Teil des Tiefgrabens freigelegt wird. Mittels Oxidation wird eine Oxidschicht auf der freigelegten Substratoberfläche in dem unteren Teil des Tiefgrabens gebildet. Die Oxidschicht wird entfernt, so daß ein flaschenförmiger Tiefgraben gebildet wird. Eine dotierte Siliziumoxidschicht wird auf der inneren Oberfläche des flaschenförmigen Gebiets des Tiefgrabens gebildet. Die Dotieratome in der dotierten Siliziumoxidschicht werden später durch Diffusion in das Substratinnere neben den flaschenförmigen Tiefgraben getrieben, so dass eine flaschenförmige Speicherelektrode gebildet wird.

Dementsprechend stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Tiefgrabenspeicherelektrode bereit, mit der es möglich ist, den unteren Teil des Tiefgrabens zu weiten, so dass die Gesamtfläche der Speicherelektrode erhöht wird.

Es ist zu bemerken, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft zu verstehen sind und sie dazu dienen sollen, weitere Erläuterungen der beanspruchten Erfindung bereitzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im weiteren unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1A bis 1E schematische Querschnittsansichten, die die Folge der Herstellungsschritte zur Herstellung der konventionellen Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators zeigen, und

Fig. 2A bis 2L schematische Querschnittsansichten, die die Folge der Herstellungsschritte zur Herstellung der Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.

Immer dann, wenn es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen und der Beschreibung zur Bezeichnung der gleichen Elementen oder der gleichen Teile verwendet.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Isolationsmaterial in einen Tiefgraben eines Substrats bis zu einem geeigneten Höhenniveau abgeschieden, so dass ein Teil des Substrats in dem oberen Teil des Tiefgrabens freigelegt wird. Hartmaterial-Abstandshalter werden über den freigelegten Seitenwänden in dem oberen Teil des Grabens gebildet. Das Isolationsmaterial wird entfernt. Anschließend wird die freigelegte Substratoberfläche in dem unteren Teil des Tiefgrabens oxidiert, wodurch eine Oxidschicht gebildet wird. Die Oxidschicht wird entfernt, so dass ein flaschenförmiger Tiefgraben gebildet wird. Eine dotierte Oxidschicht wird über der freigelegten Substratoberfläche in dem flaschenförmigen Teil des Tiefgrabens gebildet. Eine thermische Behandlung wird durchgeführt derart, dass die Dotieratome in der dotierten Oxidschicht in das Substratinnere um das flaschenförmige Gebiet des Tiefgrabens herum diffundieren, so dass ein dotiertes Substratgebiet gebildet wird. Das dotierte Substratgebiet wirkt als eine Speicherelektrode. Somit wird die Gesamtoberfläche der Speicherelektrode erhöht.

Fig. 2A bis 2L sind schematische Querschnittsansichten, die die Folge der Herstellungsschritte zur Herstellung der Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.

Wie in Fig. 2A dargestellt, wird ein Substrat 200 bereitgestellt, das eine Kontaktflächen-Isolationsschicht 204 mit einer sich darauf befindenden Hartmaskenschicht 202 aufweist. Fotolithographie-Technologien und Ätztechnologien werden eingesetzt um die Hartmaskenschicht 202, die Kontaktflächen-Isolationsschicht 204 und das Substrat 200 zu strukturieren, so daß ein Tiefgraben 206 gebildet wird.

Beispielsweise wird eine thermische Oxidation ausgeführt, so dass eine Kontaktflächen-Isolationsschicht gebildet wird, beispielsweise eine Kontaktflächen-Oxidschicht, die vorzugsweise eine Dicke von ungefähr 50 Å über dem Substrat 200 aufweist. Eine Siliziumnitridschicht oder eine Nitrid/Oxid- Kompositschicht, vorzugsweise mit einer Dicke von ungefähr 2000 Å, wird über der Kontaktflächen-Oxidschicht mittels chemischer Dampfabscheidung (Chemical Vapour Deposition) abgeschieden. Eine Fotoresistschicht (nicht dargestellt) wird über der Siliziumnitridschicht oder der Nitrid/Oxid-Kompositschicht gebildet. Anschließend wird eine Nitridschicht oder eine Nitrid/Oxidschicht und eine Kontaktflächen-Oxidschicht strukturiert, so dass ein Tiefgraben 206 in dem Substrat 200 gebildet wird.

Wie in Fig. 2B dargestellt ist, wird eine Isolationsschicht (nicht dargestellt) in dem Tiefgraben 206 gebildet, die den Graben 206 ausfüllt und die sich über die Hartmaskenschicht 202 erstreckt. Die Isolationsschicht wird weggeätzt, so dass das Isolationsmaterial über der Hartmaskenschicht 202 und einem Teil des Isolationsmaterials in dem oberen Teil des Tiefgrabens entfernt wird, so dass eine Isolationsschicht 208 gebildet wird. Die Isolationsschicht 208 erstreckt sich bis zu einer Höhe d von dem Boden des Tiefgrabens 206. Die obere Oberfläche 208a der Isolationsschicht 208 muß sich unterhalb einer oberen Oberfläche 200a des Substrats 200 befinden, so dass die Oberflächen der Seitenwände 206a in dem oberen Teil des Tiefgrabens 206 freigelegt werden. Die vorbestimmte Höhe d der Isolationsschicht 208 ist die gewünschte Höhe der anschließend gebildeten Speicherelektrode. Die Isolationsschicht 208 kann mittels Naßätzen oder Trockenätzen weggeätzt werden. Die Ätzmittel sollten so ausgewählt werden, daß die Ätzrate der Ätzmittel für die Hartmaskenschicht 202 und die Isolationsschicht 208 geeignet zusammenpassen. Somit kann die Hartmaskenschicht 202 das Substrat 200 gegen schädigende Effekte der Ätzmittel schützen. Die Isolationsschicht 208, die vorzugsweise eine Dicke von ungefähr 2000 Å aufweist, wird beispielsweise mittels Chemical Vapour Deposition gebildet. Die Oberseite 208a der Isoaltionsschicht 208 ist vorzugsweise auf eine Höhe von ungefähr 13000 Å unterhalb der Oberseite 200a des Substrats 200.

Wie in Fig. 2C gezeigt, werden die Hartmaterial-Abstandshalter 210 über den Seitenoberflächen 206a in dem oberen Teil des Tiefgrabens 206 gebildet ohne dass die Oberseite 208a der Isolationsschicht 208 bedeckt wird. Die Hartmaterial- Abstandshalter 210 können durch folgende beispielhafte Schritte gebildet werden. Eine konforme Hartmaterialschicht (nicht dargestellt) befindet sich über der Hartmaskenschicht 202, der Oberflächen 206a der Seitenwänden des Tiefgrabens 206 und der Isolationsschicht 208. Die konforme Hartmaterialschicht wird mittels eines anisotropen Ätzverfahrens weggeätzt, so dass das Hartmaterial über der Hartmaskenschicht 202 und der Isolationsschicht 208 entfernt wird. Letztendlich verbleibt einiges von dem Hartmaskenmaterial auf den Seitenwänden in dem oberen Teil des Tiefgrabens 206. Die Hartmaskenschicht kann geätzt werden, in dem die Isolationsschicht 208 als eine Schicht verwendet wird, die den Ätzvorgang stoppt. Somit sollte das Hartmaterial unter Verwendung eines Materials, das eine höhere Ätzrate aufweist als die Isolationsschicht, gebildet werden. Die konforme Hartmaterialschicht hat vorzugsweise eine Dicke von ca. 200 Å und kann beispielsweise mittels Chemical Vapour Deposition gebildet werden.

Wie in Fig. 2D gezeigt ist, wird die Isolationsschicht 208 entfernt, so dass die Oberflächen 206b der Seitenwände in dem unteren Teil des Tiefgrabens 206 freigelegt werden. Die Isolationsschicht 208 kann beispielsweise durch Naßätzen entfernt werden. Eine thermische Behandlung des Substrats 200 wird in einem Ofen oder durch Einsatz eines Kurzzeittemperverfahrens (rapid thermal processing, RTP) in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt. Bei einer hohen Temperatur reagiert Sauerstoff in der Atmosphäre mit Silizium, das sich auf dem freigelegten Substrat befindet, wodurch eine Oxidschicht 212 auf der Oberfläche 206b gebildet wird. Da die Oberflächen 206a der Seitenwände in dem oberen Teil des Tiefgrabens 206 durch die Abstandshalter 210 aus Hartmaterial geschützt sind, wird dort keine Oxidschicht ausgebildet. Die Dicke der Oxidschicht 212 hängt von den tatsächlichen Designanforderungen ab. Da die Oxidation einen Teil des Siliziummaterials von dem Substrat verbraucht, migriert die Schnittstelle des Siliziumoxids in Richtung des Substratinneren 200. Im allgemeinen wächst die Oxidschicht bis zu einer Dicke von 1000 Å und verschiebt dabei die Siliziumoxid-Schnittstelle in Richtung des Substratinneren um ungefähr 500 Å.

Die Oxidschicht 212 wird anschließend entfernt, beispielsweise durch Naßätzen. Da durch die Oxidation ein Teil des Materials der Oberfläche 206b in dem unteren Teil des Tiefgrabens 206 verbraucht wird, wird ein flaschenförmiger Graben 207 gebildet, wie in Fig. 2E gezeigt ist. Nach dem Entfernen der Oxidschicht 212 wird eine Oberfläche 206b' in dem flaschenförmigen Gebiet des Tiefgrabens 207 freigelegt. Da die Oberflächen 206a der Seitenwand in dem oberen Teil des flaschenförmigen Tiefgrabens 207 und die obere Oberfläche 200a des Substrats 200 jeweils mit den Abstandshaltern 210 beziehungsweise der Hartmaskenschicht 202 bedeckt sind, wird das Substrat 200 geschützt, wenn die Oxidschicht 212 durch Ätzen entfernt wird.

Eine dotierte Schicht 214 wird über der Oberfläche 206b' innerhalb des flaschenförmigen Tiefgrabens 207 über den Hartmaterial-Abstandshaltern 210 und über der Hartmaskenschicht 202 ausgebildet, wie in Fig. 2F gezeigt ist. Die dotierte Schicht 214 kann eine Siliziumoxidschicht sein, die beispielsweise mittels Chemical Vapour Deposition oder mittels eines Dotierungsverfahrens gemäß "In-situ"-Prinzip gebildet wird. Die Dotieratome in der dotierten Schicht 214 können beispielsweise Arsenionen sein. Eine thermische Behandlung des Substrats 200 wird durchgeführt, so dass die Dotieratome in der Dotierschicht 214 in das Substratinnere getrieben werden, wobei die Oberfläche 206b' durchquert wird. Folgerichtig wird ein dotiertes Gebiet 216 in dem flaschenförmigen Gebiet des Tiefgrabens 207 in dem Substrat 200 ausgebildet, wie in Fig. 2G gezeigt ist. Das dotierte Gebiet 216 wirkt als die Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators. Da der obere Teil des flaschenförmigen Tiefgrabens 207 noch immer durch die Hartmaterial-Abstandshaltern 210 bedeckt sind, diffundieren die Dotieratome von der dotierten Schicht 214 nur in das Gebiet des Substrats, das das flaschenförmige Gebiet des Tiefgrabens 207 umgibt.

Durch die Bildung eines flaschenförmigen Tiefgrabens 207 kann die effektive Oberfläche der Speicherelektrode 216 um 50% bis 100% erhöht werden. Somit wird die Ladungsträgerkapazität proportional erhöht, wodurch auch die Kapazität eines Tiefgrabenkondensators erhöht wird.

Nachdem die Speicherelektrode 216 gebildet wurde, wird die dotierte Schicht 214 entfernt, beispielsweise durch Naßätzen unter Verwendung einer gepufferten Fluorwasserstoffsäure oder einer verdünnten Fluorwasserstoffsäure. Somit werden Seitenwände des flaschenförmigen Tiefgrabens 207 freigelegt. In einem anschließenden Schritt werden eine dielektrische Schicht des Kondensators und eine obere Elektrode über der Speicherelektrode gebildet, so dass ein vollständiger Tiefgrabenkondensator ausgebildet wird. Der Prozess des Bildens der dielektrischen Schicht des Kondensators und der oberen Elektrode ist in den Fig. 2H bis 2L dargestellt.

Wie in Fig. 2H gezeigt ist, wird eine dielektrische Schicht des Kondensators 218, beispielsweise eine Nitrid/Oxid(NO)- Kompositschicht über der Speicherelektrode 216 gebildet. Ein erstes leitendes Material, beispielsweise Polysilizium, wird über der dielektrischen Schicht 218 des Kondensators abgeschieden, so dass eine erste leitende Schicht 220 gebildet wird, die vollständig den flaschenförmigen Tiefgraben 207 ausfüllt und sich über die Hartmaskenschicht 202 erstreckt. Die erste leitende Schicht 220 und die dielektrische Schicht 218 des Kondensators über der Hartmaskenschicht 202 und in einem Teil des flaschenförmigen Tiefgrabens 207 werden entfernt, so dass eine erste leitende Schicht 220a gebildet wird. Die erste leitende Schicht 220a füllt den Tiefgraben 207 zumindest bis zu der Speicherelektrode 216 aus. Die erste leitende Schicht 220 über der Hartmaskenschicht 202 kann beispielsweise durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt werden, während die erste leitende Schicht 220 in dem Graben 207 durch Naßätzen oder Trockenätzen entfernt werden kann. Die Ätzmittel zum Ätzen der ersten leitenden Schicht 220 werden derart ausgewählt, daß die Hartmaskenschicht 202 unbeschädigt bleibt. Die über die erste leitende Schicht 220a hinausragende dielektrische Schicht 218 des Kondensators wird entfernt, so dass eine dielektrische Schicht 218a des Kondensators gebildet wird. Letztendlich wird eine Oberfläche 206a der Seitenwand in dem oberen Teil des Tiefgrabens 207 freigelegt und die Speicherelektrode 216 ist durch die dielektrische Schicht 218a des Kondensators der ersten leitenden Schicht 220a isoliert.

Eine Ringoxidschicht 222 wird über der ersten leitenden Schicht 220a, der Oberfläche 206a der Seitenwand in dem oberen Teil des flaschenförmigen Tiefgrabens 207 und der Hartmaskenschicht 202 ausgebildet, wie in Fig. 2I gezeigt ist. Die Ringoxidschicht 222 kann mittels Chemical Vapour Depositon gebildet werden. Die Ringoxidschicht 222 über der ersten leitenden Schicht 220a wird entfernt, wobei nur eine Ringoxidschicht 222a über der Oberfläche 206a in dem oberen Teil des flaschenförmigen Tiefgrabens 207 beibehalten wird, wie in Fig. 2J gezeigt ist. Eine zweite leitende Schicht 224, beispielsweise eine Polysiliziumschicht, wird gebildet, so dass sie den flaschenförmigen Tiefgraben 207 ausfüllt und sich über die Hartmaskenschicht 202 erstreckt. Ein Teil der zweiten leitenden Schicht 224 wird entfernt, so dass die Oberseite der zweiten leitenden Schicht 224a unterhalb der Oberseite 200a des Substrats 200 liegt. Die zweite leitende Schicht 224a füllt den flaschenförmigen Tiefgraben bis zu einer Höhe von beispielsweise 1200 Å unterhalb der Oberseite 200a des Substrats 200 aus. Die zweite leitende Schicht 224a ist durch die Ringoxidschicht 222a von dem Substrat 200 isoliert, ist jedoch elektrisch mit dem der ersten leitenden Schicht 220a verbunden.

Wie in Fig. 2L gezeigt ist, wird eine dritte leitende Schicht 226, beispielsweise eine Polysiliziumschicht, in dem flaschenförmigen Tiefgraben 207 über der zweiten leitenden Schicht 224a und der Ringoxidschicht 222a gebildet. Die dritte leitende Schicht 226 ist elektrisch mit der zweiten leitenden Schicht 224 verbunden. Weiterhin ist die dritte leitende Schicht 226 elektrisch mit dem Substrat über die Oberfläche 206a der Seitenwand in dem oberen Teil des flaschenförmigen Tiefgrabens 207 verbunden. Die dritte leitende Schicht 226, die zweite leitende Schicht 224a und die erste leitende Schicht 220a dienen gemeinsam als obere Elektrode des Tiefgrabenkondensators. Die Ringoxidschicht 222a verhindert direkte Kurzschlüsse zwischen der Speicherelektrode 216 und dem Substrat 200 über die Oberfläche 206a in der oberen Region des Tiefgrabens.

In der Ausgestaltung dieser Erfindung wird eine flaschenförmige Speicherelektrode ausgebildet. Da die effektive Oberfläche der Speicherelektrode erhöht wird, wird ebenfalls die Kapazität des Tiefgrabenkondensators erhöht.

Claims (27)

1. Verfahren zum Herstellen einer Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Substrats mit einer Hartmaskenschicht und einer darauf liegenden Kontaktflächen-Isolationsschicht,
Strukturieren der Hartmaskenschicht und der Kontaktflächen-Isolationsschicht, so dass ein Tiefgraben mit Seitenwänden gebildet wird,
Bilden einer Isolationsschicht in dem Tiefgraben, wobei die Isolationsschicht nur einen Teil des Tiefgrabens ausfüllt, so dass ein Teil der Seitenwände über die Isolationsschicht in den oberen Teil des Tiefgrabens hinausragt,
Bilden von Hartmaterial-Abstandshaltern auf den Seitenwänden in dem oberen Teil des Tiefgrabens über der Isolationsschicht,
Entfernen der Isolationsschicht, wodurch das Substrat in dem unteren Teil des Tiefgrabens freigelegt wird,
Bilden einer dotierten Schicht über dem freigelegten Substrat in dem unteren Teil des Tiefgrabens,
Durchführen einer thermischen Behandlung zum Bilden eines dotierten Gebiets in dem Substrat im unteren Teil des Tiefgrabens, wobei das dotierte Gebiet als eine Speicherelektrode des Grabenkondensators wirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bildens der Isolationsschicht die folgenden Teilschritte aufweist:
Abscheiden von Isolationsmaterial in den Tiefgraben zum Bilden einer Isolationsschicht, die den Tiefgraben ausfüllt und über die Hartmaskenschicht hinaus ragt, und
Wegätzen der Isolationsschicht bis zu einem ersten Tiefenniveau, so dass die verbleibende Isolationsschicht nur teilweise den Tiefgraben ausfüllt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Bildens der Isolationsschicht ein Abscheiden von Oxidmaterial aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Bildens von Hartmaterial- Abstandshaltern die folgenden Teilschritte aufweist:
Bilden einer konformen Hartmaterialschicht über dem Substrat und dem Tiefgraben, und
Wegätzen der konformen Hartmaterialschicht zum Bilden der Hartmaterial-Abstandshalter und Freilegen einer Oberseite der Isolationsschicht in dem Tiefgraben.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Bildens der konformen Hartmaterialschicht ein Abscheiden von Siliziumnitrid aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Schritt des Entfernens der Isolationsschicht Naßätzen aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Schritt des Bildens der dotierten Schicht ein Abscheiden von dotiertem Siliziumoxid mittels chemischer Dampfabscheidung (Chemical Vapour Deposition) (CVD) aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Schritt des Bildens der Speicherelektrode zusätzlich ein Entfernen der dotierten Schicht aufweist.

9. Verfahren zum Herstellen einer flaschenförmigen Speicherelektrode eines Tiefgrabenkondensators in einem Substrat, mit folgenden Schritten:
Bilden einer Kontaktflächen-Oxidschicht und einer Hartmaskenschicht über dem Substrat,
Strukturieren der Kontaktflächen-Oxidschicht und der Hartmaksenschicht, so dass ein Tiefgraben in dem Substrat ausgebildet wird,
Bilden einer Isolationsschicht in dem Tiefgraben derart, dass die Isolationsschicht den Tiefgraben bis zu einer ersten vorbestimmten Höhe ausfüllt und die Oberseite der Isolationsschicht sich unterhalb der Oberseite des Substrats befindet,
Bilden von Hartmaterial-Abstandshaltern auf den Seitenwänden des Grabens in dem oberen Teil des Tiefgrabens derart, dass die Oberseite der Isolationsschicht freigelegt wird,
Entfernen der Isolationsschicht, so daß die Oberfläche des Substrats in dem Gebiet am Boden des Tiefgrabens freigelegt wird,
Bilden eines flaschenförmigen Gebiets im unteren Teil des Tiefgrabens,
Bilden einer dotierten Oxidschicht über der freigelegten Oberfläche des Substrats in dem Gebiet des Tiefgrabenbodens, und
Diffundieren der Dotieratome, die sich in der dotierten Oxidschicht befinden, in das Substratinnere, wodurch eine flaschenförmige Speicherelektrode in dem flaschenförmigen Gebiet des Tiefgrabens gebildet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der erste vorbestimmte Höhenwert gleich ist der Gesamthöhe der flaschenförmigen Speicherelektrode.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Schritt des Bildens der Isolationsschicht folgende Teilschritte aufweist:
Abscheiden von Isolationsmaterial in den Tiefgraben, so dass eine Isolationsschicht gebildet wird, die den Tiefgraben ausfüllt und sich über die Hartmaskenschicht erstreckt, und
Entfernen der Isolationsschicht über der Hartmaskenschicht und einem Teil der Isolationsschicht in dem Tiefgraben, so dass ein Teil der Seitenwände in dem oberen Teil des Tiefgrabens freigelegt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem Schritt des Bildens der Isolationsschicht ein Abscheiden von Oxidmaterial mittels chemischer Dampfabscheidung (Chemical Vapour Deposition) aufweist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem Schritt des Bildens der Hartmaterial-Abstandshalter folgende Teilschritte aufweist:
Bilden einer Hartmaterialschicht über dem Substrat und dem Tiefgraben derart, dass die Hartmaterialschicht konform ist zu dem Oberflächenprofil des Substrats und die Isolationsschicht bedeckt, und
Entfernen der Hartmaterialschicht über der Isolationsschicht, so dass die Oberseite der Isolationsschicht freigelegt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem der Schritt des Entfernens der Isolationsschicht Naßätzen aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem der Schritt des Bildens des flaschenförmigen Tiefgrabens folgende Teilschritte aufweist:
Oxidieren des freigelegten Substrats in dem unteren Teil des Tiefgrabens, so dass eine Oxidschicht gebildet wird, und
Entfernen der Oxidschicht, so dass ein flaschenförmiger Tiefgraben gebildet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Oxidierens des Substrats das Durchführen einer thermischen Behandlung aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem der Schritt des Entfernens der Oxidschicht Naßätzen aufweist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, bei dem der Schritt des Diffundierens der Dotieratome von der dotierten Oxidschicht in das Innere des Substrats in dem unteren Teil des Tiefgrabens das Durchführen einer thermischen Behandlung aufweist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, bei dem der Schritt des Bildens der flaschenförmigen Speicherelektrode zusätzlich das Entfernen der dotierten Oxidschicht aufweist.

20. Verfahren zum Herstellen eines Tiefgrabenkondensators in einem Substrat, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Tiefgrabens in einem Substrat,
Bilden einer Isolationsschicht in dem Tiefgraben, wobei eine Oberseite der Isolationsschicht unterhalb einer Oberseite des Substrats liegt,
Bilden von Hartmaterial-Abstandshaltern über Oberflächen von Seitenwänden in einem oberen Teil des Tiefgrabens, so dass die Isolationsschicht freigelegt wird,
Entfernen der Isolationsschicht aber nicht der Hartmaterial-Abstandshalter, so dass das Substrat in einem unteren Teil des Tiefgrabens freigelegt wird,
Bilden einer dotierten Oxidschicht über der freigelegten Oberfläche des Tiefgrabens,
Bilden eines dotierten Gebiets in dem Substrat, welches Gebiet den unteren Teil des Tiefgrabens umgibt, wobei das dotierte Gebiet als Speicherelektrode wirkt,
Entfernen der dotierten Oxidschicht,
Bilden einer dielektrischen Schicht des Kondensators über der Speicherelektrode, und
Bilden einer oberen Elektrode über der dielektrischen Schicht des Kondensators.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Schritt des Entfernens der dotierten Oxidschicht zusätzlich das Entfernen der Hartmaterial-Abstandshalter aufweist.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem der Schritt des Bildens der oberen Elektrode über der dielektrischen Schicht des Kondensators folgende Teilschritte aufweist:
Bilden einer ersten leitenden Schicht in dem Tiefgraben, wobei eine obere Oberfläche der ersten leitenden Schicht sich auf gleicher Höhe befindet wie die Speicherelektrode oder sich über der Speicherelektrode befindet, so dass die erste leitende Schicht durch die dielektrische Schicht des Kondensators von der Speicherelektrode isoliert ist und ein Teil einer Seitenwand in dem oberen Teil des Tiefgrabens freigelegt ist,
Bilden einer Ringoxidschicht über den freigelegten Seitenwänden in dem oberen Teil des Tiefgrabens während die obere Oberfläche der ersten leitenden Schicht freigelegt wird,
Bilden einer zweiten leitenden Schicht über der ersten leitenden Schicht, wobei eine obere Oberfläche der zweiten leitenden Schicht unterhalb der Oberseite des Substrats liegt, so dass die Seitenwände in dem oberen Teil des Tiefgrabens neben der oberen Oberfläche des Substrats freigelegt werden, und
Bilden einer dritten leitenden Schicht über der zweiten leitenden Schicht, so dass das Substrat auch elektrisch verbunden ist, wobei die erste leitende Schicht, die zweite leitende Schicht und die dritte leitende Schicht gemeinsam eine obere Elektrode bilden, die auch elektrisch mit dem Substrat verbunden ist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem der Schritt des Bildens der Isolationsschicht ein Abscheiden von Isolationsmaterial in den Tiefgraben sowie ein anschließendes Wegätzen der Isolationsschicht aufweist, so dass die Oberseite der Isolationsschicht unterhalb der Oberseite des Substrats liegt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem der Schritt des Bildens der Hartmaterial-Abstandshalter ein Abscheiden von Hartmaterial aufweist, so dass eine konforme Hartmaterialschicht über dem Substrat gebildet wird und anschließend die konforme Hartmaterial weggeätzt wird, so dass die Hartmaterialschicht über der Isolationsschicht entfernt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei dem der Schritt des Entfernens der Isolationsschicht Naßätzen aufweist.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei dem der Schritt des Bildens des dotierten Gebiets ein Durchführen einer thermischen Behandlung aufweist, so dass die Dotieratome, die sich in der dotierten Oxidschicht befinden, in das Substratinnere des unteren Gebiets des Tiefgrabens getrieben werden.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei dem der Schritt des Bildens der dielektrischen Schicht des Kondensators ein Abscheiden von Nitrid und Oxid aufweist, wodurch eine Nitrid/Oxid-Kompositschicht gebildet wird.