DE3521891C2

DE3521891C2 -

Info

Publication number: DE3521891C2
Application number: DE3521891A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro Tsukamoto; Kenji Itami Hyogo Jp Sugimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-08-20
Filing date: 1985-06-19
Publication date: 1992-07-30
Also published as: DE3521891A1; JPS6151869A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das einen geschnittenen Aufbau einer herkömmlichen Speicherzelle mit einem Transistor und einem Kondensator zeigt. In Fig. 1 weist die Speicherzelle einen Speicherkondensator 7 und ein Übertragungstor 8 auf. Der Speicherkondensator 7 weist ein Halbleitersubstrat 1 vom p^--Typ und eine Elektrode 4, die auf einem sehr dünnen isolierenden Film 3a auf dem Substrat 1 angeordnet ist, auf. Eine Spannung von der Leistungsquelle V_cc wird an die Elektrode 4 angelegt. Das Übertragungstor 8 weist n⁺-Diffusionsbereiche 6a und 6b, die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 gebildet sind, und eine Torelektrode (Wortzeile) 5 auf, die auf einem sehr dünnen Oxidfilm 3b, der einen elektrischen Ladungsübertragungsbereich zwischen den n⁺-Diffusionsbereichen 6a und 6b überlappt, vorgesehen ist. Der n⁺-Diffusionsbereich 6a ist auf der einen Seite mit einer Bit-Zeile zum Lesen und Schreiben eines Signals ver bunden. Am einen Ende der Speicherzelle ist ein Zellentren nungsbereich 2 aus einem dicken dielektrischen Film aus SiO₂ zum Beispiel gebildet, und dieser Bereich 2 ist elektrisch von der benachbarten Speicherzelle isoliert. Im folgenden wird der Betrieb der oben erwähnten Speicherzelle be schrieben.

Unter der Annahme, daß die Permittivität der Torisolier schicht 3a ε ist, die Dicke derselben t und die Fläche des Speicherkondensators 7 S beträgt, erhält man für die Kapazi tät C des Kondensators 7:

C = ε S/t.

Wenn die Spannung V von der Leistungsquelle V_cc an den Kon densator 7 mit der Kapazität C angelegt wird, wird die La dungsmenge Q in den Speicherkondensator 7 gespeichert:

Q = C · V.

Das Abspeichern der Daten ist gemäß des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der elektrischen Ladung Q bestimmt. Zum Zeitpunkt des Lesens wird die elektrische Ladung Q zu der Bit-Zeile über das Übertragungstor 8 übertragen, und das Vor handensein oder Nichtvorhandensein der elektrischen Ladung Q wird durch einen Leseverstärker, der mit der Bit-Zeile ver bunden ist, detektiert, so daß die abgespeicherten Daten ausgelesen werden.

Bei einem solchen Aufbau einer herkömmlichen Speicherzelle aus einem Transistor und einem Kondensator ist es zur Ver größerung der elektrischen Ladung Q, die in dem Kondensator teil gespeichert ist, notwendig, die Kapazität C des Konden satorteils zu vergrößern. Zum Zwecke des Vergrößerns der Kapazität C kann ein Verfahren zur Herstellung des Toriso lierfilms 3a mit einer geringen Dicke angewendet werden. In der Praxis werden Siliziumoxidfilme mit einer Dicke von un gefähr 10 nm verwendet. Wenn jedoch ein Torisolierfilm eine geringere Dicke als der oben angegebene Wert aufweist, führt ein solcher Film zu Fehlern wie z. B. Durchschlagslöchern, Verringerung der Ausbeute, und ein bemerkenswertes Ansteigen der elektrischen Feldstärke, die an den Torisolierfilm ange legt wird, und dessen Zerstörung hervorrufen kann, was zu einem Mangel an Zuverlässigkeit führt. Bei einem anderen Verfahren wird die Kapazität C durch Vergrößern der Fläche S des Kondensators vergrößert. Dies hat jedoch zur Folge, daß die von der Speicherzelle beanspruchte Fläche anwächst, was es sehr schwierig macht, eine Speichereinrichtung mit hoher Integrationsdichte herzustellen.

Daher ist in Fig. 1 vorgesehen, daß die Kondensator fläche des Speicherkondensators 7 mit einer Mehr zahl von Hohlrundungen und Ausbuchtungen mit gegenseitigen Abständen kleiner als 0,5 µm gebildet ist, wodurch die als Kondensator dienende Fläche durch Vergrößern des Oberflächen gebietes S des Kondensators vergrößert wird.

Unter der Annahme, daß der Abstand von jeweils zwei benachbar ren Hohlrundungen oder Ausbuchtungen (Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer Rille und dem der benachbarten Rille) A ist, und daß die Tiefe einer Rille D beträgt, wird das Ober flächengebiet S des Kondensators, verglichen mit dem Gebiet S_O, vor der Bildung der Hohlrundungen und Ausbuchtungen wie folgt vergrößert:

S/S_O = 1 + 2 D/A

Zum Beispiel beträgt für den Fall D/A=0,5 das Vergröße rungsverhältnis S/S_O=2; in dem Fall D/A=1 beträgt das Vergrößerungsverhältnis S/S_O=3 und in dem Fall D/A=2 be trägt das Vergrößerungsverhältnis S/S_O=5; und somit wird die Fläche S mit diesem Verhältnis vergrößert. Wenn die Rillen mit einer Tiefe von 1 µm mit einem Abstand A der Hohl rundungen und Ausbuchtungen von 0,5 µm gebildet werden, be trägt das Verhältnis D/A=2, und folglich erhält man aus der obigen Gleichung, daß das Oberflächengebiet des Kondensators auf den fünffachen Wert vergrößert wird.

Aus der DE-OS 23 28 090 ist eine Halbleiterspeichereinrichtung be kannt, die wie die in Fig. 1 gezeigte Halbleiterspeichereinrich tung eine Mehrzahl von Rillen in der Kondensatoroberfläche des Spei cherkondensators aufweist. Diese Rillenstruktur wird bei der be kannten Halbleiterspeichereinrichtung dadurch geschaffen, daß auf dem Substrat 1 eine ätzbeständige Schicht aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxyd oder Gold auf bekannte Weise abgeschieden ist. Dann wird durch ein übliches photolithografisches Ätzverfahren eine ge wünschte Maskenschablone erhalten, die selektiv in der Nitrid schicht über der Oberfläche des Substrates 1 angeordnet ist. Unter Anwendung von auf dem Gebiet der richtungsabhängigen Ätzung be kannten Prinzipien der Maskierungsausrichtung werden in der Mas kierungsschablone Öffnungen festgelegt. Dann werden unter Benutzung der Maskierungsschablone mit orientierungsabhängigem Ätzmittel die in Fig. 1 gezeigten Rillen geätzt. Obgleich die Tiefe D der Rillen gemäß der Abnahme des Abstandes A der Hohlrundungen und Ausbuch tungen der Rillen kleingemacht werden kann, ist es in der Praxis schwierig, konkave und konvexe Muster mit einem Abstand kleiner als 2 µm durch ein herkömmliches Lithographieverfahren zu bilden. Weiterhin ist es schwierig, die Photolackschicht, in der die Mas kenschablone zum Bilden der Rillen gebildet werden soll, genau auszurichten.

In der US 44 03 827 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Beu gungsgitters auf einem Siliziumsubstrat offenbart, bei dem mittels Holographie ein Streifenmuster auf einem Photolack erzeugt wird. Dieses Verfahren ist zur Strukturierung von Speicherbauelementen jedoch nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterspeichereinrichtung vorzusehen, bei dem eine sehr feine Rillenstruktur sehr genau ausgerichtet auf der Kondensator oberfläche einer Halbleiterspeichereinrichtung hergestellt werden kann.

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

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles des Ver fahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines geschnittenen Aufbaus einer herkömmlichen Speicherzelle;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zur Bildung eines feinen Musters durch Laser holographie zeigt und

Fig. 3A bis 3H Ansichten des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung gemäß einer Aus führungsform.

Es folgt die Beschreibung einer Technologie zur Bildung der Muster der feinen Streifen unter Verwendung der Laserholo graphie.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip der Laserholographie zeigt. In Fig. 2 wird ein Laserstrahl (mit einer Wellenlänge λ=325 nm) von einem He-Cd-Laser erzeugt, und der Laserstrahl wird durch eine Linde L2 geschickt, um einen Strahldurchmesser, der in etwa gleich der Oberfläche des Halbleitersubstrates ist, aufzuweisen. Dann wird der Laserstrahl in zwei Strahlen durch einen halbdurchlässigen Spiegel BS so geteilt, daß diese geteilten Laserstrahlen durch Spiegel M2 und M3 jeweils reflektiert werden, um auf das mit Photolack überzogene Halbleitersubstrat zu fallen. Auf dem mit dem Photolack überzogenen Halbleitersubtrat werden Interferenzmuster durch die zwei Laserstrahlen ge bildet. Der Abstand ∧ der Interferenzmuster ergibt sich wie folgt:

∧ = λ/2sinR

Demgemäß werden im Falle von R=90° Interferenzmuster mit ∧=162,5 nm gebildet, um den auf das Halbleitersubstrat geschichteten Photolack zu belichten, wodurch Photolackmuster in Streifen mit Abständen von ∧=162,5 nm erhalten werden.

Die Fig. 3A bis 3H sind Ansichten, die das Herstellungs verfahren einer Halbleiterspeichereinrichtung unter Verwen dung des Verfahrens der Bildung feiner Muster durch Laser holographie wie oben beschrieben zeigen. Im folgenden wird das Herstellungsverfahren einer Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der Erfindung in bezug auf die Fig. 3A bis 3H be schrieben.

Nach Bildung eines Zellentrennungsbereichs 2 auf dem Halb leitersubstrat 1 (wie in Fig. 3A gezeigt) wird die Oberfläche des Substrats 1, ausschließlich des Bereichs, der dem Spei cherkondensator entspricht, mit einem Photolack 9 beschich tet (wie in Fig. 3B gezeigt). Dann wird, wie in Fig. 3C ge zeigt, die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 mit Photolack 10 beschichtet, und danach wird das Muster der feinen Streifen auf dem Photolack 10 durch Laserholographie gebildet. Da die Streifenmuster auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats zu diesem Zeitpunkt unabhängig von dem Muster auf der Grundfläche gebildet werden kann, kann die Feinstruktur durch ein sehr einfaches Verfahren ohne die Notwendigkeit einer hohen Präzision zur Ausrichtung einer Maske, wie dies bei der herkömmlichen Bildung einer Fein struktur notwendig ist, gebildet werden. Dann wird, wie in Fig. 3D gezeigt, das Halbleitersubstrat 1 mit einer vorbe stimmten Tiefe unter Verwendung des Photolackmusters als Maske so geätzt, daß Streifenmuster mit feinen Hohlrundungen und Ausbuchtungen in dem Bereich, der dem Speicherkondensator 7 zugeordnet ist, gebildet werden. Darauffolgend wird gemäß dem bekannten Verfahren ein dünner dielektrischer Film 3 (in Fig. 3E gezeigt), eine Elektrode 4 (in Fig. 3F gezeigt), einer Torelektrode 5 (in Fig. 4G gezeigt), Source-Drain-Bereiche (n⁺-Diffusionsbereiche) 6a und 6b, elektrische Kontakte (nicht gezeigt), eine Phosphorsilikat- Glasschicht 11 und eine Aluminiumleitung 12 (in Fig. 3H gezeigt) so gebildet, daß eine Halbleiterspeichereinrich tung hergestellt wird.

Wie oben beschrieben ermöglicht es die Erfindung, die Kapa zität eines Kondensators durch Bilden einer Mehrzahl von Rillen auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats, das den Kondensator einer Halbleiterspeichereinrichtung bildet, zu vergrößern.

Da die Laserholographie als Verfahren zur Herstellung der Rillen in dem Kondensatorteil verwendet wird, können Rillen mit sehr kleinem Abstand (ungefähr 0,15 bis 0,5 µm) ohne Maskenjustierung gebildet werden.

Somit besitzt die Erfindung charakteristische Merkmale im Aufbau und dem Herstellungsverfahren wie oben beschrieben, wodurch die elektrische Kapazität des Speicherkondensators bemerkenswert vergrößert werden kann, ohne daß dabei die Fläche des Speicherkondensators vergrößert wird. Demgemäß kann bei Verwendung einer solchen Speicherzelle eine Halb leiterspeichereinrichtung mit hoher Integrationsdichte bei hoher Ausbeute und geringen Kosten hergestellt werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrich tung mit einem Halbleitersubstrat (1), einem Kondensatorteil (7) zum Speichern elektrischer Ladungen und einem mit dem Kondensatorteil (7) verbundenen Übertragungstor (8) zum Über tragen elektrischer Ladung, mit den Schritten:

- Beschichten der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) mit Ausnahme des Kondensatorteiles (7) mit einem ersten Fotolack (9),
- Beschichten des ersten Fotolackes (9) und des Kondensator teiles (7) mit einem zweiten Fotolack (10),
- Bilden eines Interferenzmusters feiner Streifen auf dem zweiten Fotolack (10) durch Laserholografie,
- Ätzen des Halbleitersubstrats (1) unter Verwendung der feinen Streifen als Maske,
- Ablösen des verbliebenen ersten und zweiten Fotolackes (9, 10),
- Bilden eines dielektrischen Filmes (3) auf der Oberfläche des Kondensatorbereiches (7),
- Bilden einer Elektrode (4) auf dem dielektrischen Film (3),
- Bilden einer Gateelektrode (5) auf dem dielektrischen Film (3) in dem Bereich des Übertragungstores (8),
- Herstellen von Source-Drain-Bereichen (6a, 6b) des Über tragungstores (8) durch Diffusion von Fremdatomen eines Leitungstypes, der entgegengesetzt zu dem Leitungstyp des Substrates (1) ist, und
- Abscheiden eines Isolierfilmes (11) unter Freilassung von Bereichen für verbindende Leitungen (12).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl mit kleiner Wel lenlänge verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Streifen in dem zwei ten Fotolack (10) einen Abstand von ungefähr 0,15 µm bis 0,5 µm aufweisen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Halbleitersubstrat (1) in dem Kondensatorteil (7) ein Streifenmuster mit feinen Hohlrundungen und Ausbuchtungen geätzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Streifen des zweiten Fotolackes (10) auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) und des Kondensatorteiles (7) gebildet werden.