DE3927176C2

DE3927176C2 -

Info

Publication number: DE3927176C2
Application number: DE3927176A
Authority: DE
Inventors: Jun-Young Seoul/Soul Kr Jeon
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-08-17
Publication date: 1992-03-26
Also published as: FR2647267B1; FR2647267A1; JPH02312270A; DE3927176A1; KR920010695B1; GB8926627D0; KR900019141A; GB2231718B; GB2231718A; JPH0715949B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamische Speicherzelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Speicherzelle.

Eine dynamische Speicherzelle enthält bekanntlich einen Transistor, bei dem ein Drainelektroden-Source-Elektrodenkanal zwischen einer Bitleitung und einem Zellenanschlußpunkt angekoppelt ist, und einen Speicherkondensator, der zwischen dem Zellenanschlußpunkt und einer Zellenplatte angeschlossen ist. Um die Speicherdichte eines dynamischen Speichers zu erhöhen, ist eine dynamische Speicherzelle entwickelt worden, die den Kondensator nach einer Graben- und Stapelkonstruktion besitzt, um eine Speicherkapazität auf einem vorgegebenen Bereich möglichst günstig zu gestalten.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform einer aus "Electronics", 18. Februar 1988, Seite 68, 69 bekannten Grabenkondensatorzelle zeigt.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält die bekannte Grabenkondensatorzelle einen MOS-Transistor mit einem n-Kanal, eine Diffusionsschicht 8, einen dielektrischen Film 9 und eine polykristalline Siliziumschicht 11. Der MOS-Transistor mit einem n-Kanal enthält einen Sourcebereich 3, der einem Feldoxid 10 benachbart ist, das auf der Oberfläche eines p-dotierten-Halbleitersubstrats ausgebildet ist, einen durch einen Kanal getrennten Drainbereich 2 und eine Wortleitung 5, die aus einem n-dotierten polykristallinen Silizium gebildet ist, das auf dem Substrat zwischen dem Drainbereich 2 und dem Sourcebereich 3 auf einem Gateoxid 4 gewachsen ist. Die Diffusionsschicht 8 ist außerhalb eines Grabens 7 im Substrat ausgebildet und wird durch eine Berührung mit dem Sourcebereich 3 als Anschlußpunkt einer Zelle benutzt. Auf der Innenseite des Grabens 7 ist der dielektrische Film 9 ausgebildet. Das auf dem dielektrischen Film 9 befindliche, polykristalline Silizium 11 wird durch eine Auffüllung des Grabens als Zellenplatte verwendet. Außerdem ist eine benachbarte Wortleitung 6, die eine Gateelektrode einer anliegenden Speicherzelle ist, auf einem Abschnitt eines Feldoxids 10 ausgebildet, der dabei von der polykristallinen Siliziumschicht 11 durch eine Isolierschicht 12 getrennt ist.

Bei dem oben erläuterten Grabenkondensator muß der Graben tief eingegraben sein, damit er eine große Speicherkapazität hat, auf diese Weise wird nach der Bildung des Kondensators ein Transistor ausgebildet, und eine unter dem Graben gebildete Diffusionsschicht wird durch fortlaufende Verfahrensschritte ausgebaut. Bei hoher Integration einer dynamischen Speicherzelle wird der Abstand zwischen Gräben verkleinert und der Abstand von Diffusionsbereichen benachbarter Zellen sehr klein; dabei ist von Nachteil, daß die in dem Kondensator gespeicherten Informationen infolge eines Leckstromes verlorengehen, der durch das Substrat fließt.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform eines zum Beispiel aus der US-PS 47 94 563 vorbekannten gestapelten Kondensators zeigt.

Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, enthält ein bekannter, gestapelter Kondensator einen MOS-Transistor mit einem n-Kanal, eine dielektrische Schicht 29 und polykristallines Silizium 31. Der MOS-Transistor mit dem n-Kanal besteht aus einem Sourcebereich 22, der sich neben einem Feldoxid 30 befindet, das über dem p-Halbleiter- Substrat 20 ausgebildet ist, einem durch einen Kanal abgetrennten Drainbereich 21 in einer Wortleitung 24, die durch ein n-dotiertes polykristallines Silizium gebildet ist, das auf dem Substrat zwischen dem Drainbereich 21 und dem Sourcebereich 22 über einem Gateoxid 23 gewachsen ist. Die verwendete dielektrische Schicht aus einem dielektrischen Material ist auf der Innenfläche eines Grabens 26 ausgebildet, die in dem Substrat unterhalb des Sourcebereiches 22 ausgebildet ist. Das über der dielektrischen Schicht 29 gebildete polykristalline Silizium 31 wird als Schicht einer Zellenplatte benutzt. Wortleitungen 24, 25 und ein als Zellenanschlußschicht verwendetes polykristallines Silizium 27 sind auch durch eine isolierende Schicht 28 getrennt; eine Bitleitung 35, die durch eine isolierende Schicht 34 über dem polykristallinen Silizium 31, das als Schicht einer Zellenplatte benutzt wird, getrennt ist, ist durch eine Öffnung mit dem Drainbereich 21 verbunden. Der isolierende Schicht 34 besteht aus einer Oxidschicht 32 und aus einer Schicht 33 eines Borphoshorsilikatglases.

Ein oben beschriebener, gestapelter Kondensator weist jedoch entsprechend der Ausdehnung der Fläche beim Grabenprozeß ein geringes Zunahmemaß an Speicherkapazität auf, was auf eine feststehende Dicke einer polykristallinen Siliziumschicht zurückzuführen ist, die als Zellenanschlußschicht verwendet wird; außerdem tritt ein Problem auf, daß es bei einem kleinen Grabenloch schwierig ist, polykristallines Silizium niederzuschlagen, um eine Zellenplatte auf der Innenseite des Grabens auszubilden.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dynamische Speicherzelle sowie ein Verfahren zur Herstellung vorzusehen, bei der bzw. bei dem die Speicherkapazität bei vorgegebener Fläche vergrößert ist bzw. wird und eine hohe Integrationsdichte erzielt wird.

Die Aufgabe wird durch eine dynamische Speicherzelle, die gemäß der kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 ausgebildet ist bzw. hergestellt wird, gelöst.

Durch die Erfindung wird die Speicherkapazität bei vorgegebener Fläche vergrößert, indem ein Grabenkondensator mit einem gestapelten Kondensator parallel geschaltet wird. Es ist ein Vorteil, daß eine Integration eines Elementes in großem Maßstab wie folgt erreicht werden kann:

Durch eine kurze thermische Behandlungszeit der Diffusionsschicht zur Ausbildung eines Grabenkondensators wird die Diffusionsschicht begrenzt, so daß der Abstand zwischen den Gräben vermindert werden kann. Die Öffnung des Grabens ist klein, weil polykristallines Silizium nicht auf der Oberfläche des Grabens zur Ausbildung einer Speicherelektrode niedergeschlagen wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform einer bekannten Grabenkondensatorzelle zeigt.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform einer bekannten gestapelten Kondensatorzelle zeigt.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Zelle, bei der gemäß der vorliegenden Erfindung ein gestapelter Kondensator mit einem Grabenkondensator parallel geschaltet ist.

Fig. 4A bis 4G sind Querschnittsansichten, die je eine Herstellungsstufe einer dynamischen Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer dynamischen Speicherzelle (DRAM), die nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Die Konstruktion der DRAM-Zelle enthält einen Transistor mit einem n-Kanal und wenigstens einen Speicherkondensator, der einen gestapelten Kondensator und einen Grabenkondensator aufweist. Der MOS-Transistor mit dem n-Kanal besteht aus einem Source-Bereich 53, der an einem Feldoxid 46 anliegt, das über der Oberfläche eines p-Halbleitersubstrats 40 gebildet ist, aus einem Drainbereich 52, der durch einen Kanal getrennt ist, und aus einer Wortleitung 50 oder einer Gateelektrode eines n-dotierten polykristallinen Siliziums, die auf dem Substrat zwischen dem Drainbereich 52 und dem Sourcebereich 53 über einem Gateoxid 48 gewachsen ist. Die erste polykristalline Siliciumschicht 56, die von den Wortleitungen 50, 51 durch eine erste isolierende Schicht 51 getrennt ist, ist mit dem Sourcebereich 53 verbunden, damit eine Zellenanschlußschicht eines gestapelten Kondensators entsteht. Der n-Diffusionsbereich 60 ist rund um einen Graben 58 zwischen dem Sourcebereich 53 und Feldoxid 46 gebildet, damit eine Zellenanschlußschicht eines Grabenkondensators entsteht. Die zweite polykristalline Siliziumschicht 64, die den Graben 58 ausfüllt, wird auf der dielektrischen Schicht 62 gebildet und als Zellenplattenschicht des gestapel ten Kondensators und des Grabenkondensators benutzt.

Daher enthält der gestapelte Kondensator das erste polykristalline Silizium 56, die dünne, dielektrische Schicht 62 und das zweite polykristal line Silizium 64, und der Grabenkondensator weist den Diffusionsbereich 60, die dünne, dielektrische Schicht 62 und das zweite polykristalline Silizium 64 auf. Der gestapelte Kondensator und der Grabenkondensator sind zum Source bereich 53 parallel geschaltet. Durch eine Öffnung ist eine Bitleitung 72, die durch eine zweite isolierende Schicht 70 von dem zweiten polykri stallinen Silizium 64 getrennt ist, mit dem Drainbereich 52 verbunden. Die zweite isolierende Schicht 70 besteht aus einem Oxid 66 und einem Borphosphor siliziumglasfilm 68. Auf dem Feldoxid 46 ist außerdem die Wortleitung 51 ausgebildet, damit eine Gateelektrode einer benachbarten Speicherzelle ent steht.

Die Fig. 4A bis 4F sind Querschnittsansichten, die die Verfahrens schritte zur Herstellung der DRAM-Zelle mit dem Aufbau der Fig. 3 veranschaulicht; dabei sollte angemerkt werden, daß dieselben Bezugsnummern dieselben Teile oder Zusammenstellungen angeben. Nun sei auf Fig. 4A bezuggenommen; das Ausgangsmaterial ist ein p-dotiertes Halbleitersubstrat mit einer Konzentration von 10¹⁶ Ionen/cm³. Es sei bemerkt, daß das Substrat eine p-Quelle sein kann, die in einem p-Plättchen mit einem Blattwiderstand von 10 Ω×cm ausgebildet ist. Für eine Isolierung zwischen Speicherzellen ist ein Feldoxid 46 auf dem Substrat 40 gebildet. Wie zu sagen ist, wird nach einer Aufbringung eines Oxids 42 in einer Dicke von et wa 200 Å und eines Nitrids 44 in einer Dicke von etwa 1000 Å auf dem Substrat 40 ein Abschnitt des Nitrids 44 mit Ausnahme eines Transistorbereiches durch ein übliches lichtlithographisches Verfahren entfernt; mit Hilfe eines Verfahrens, Silizium örtlich zu oxydieren, wird ein Feldoxid 46 zur Isolie rung zwischen Speicherzellen gebildet.

Nun sei auf Fig. 4B bezuggenommen; nach einer Beseitigung des Nitrids 44 und Oxids 42 läßt man ein Gateoxid in einer Dicke von ungefähr 160 Å auf dem Substrat 40 wachsen. Danach werden ein polykristallines Silizium in einer Dicke von ca. 2500 Å und ein Niedrigtemperaturoxid in einer Dicke von 1500 Å nacheinander auf dem Gateoxid 48 und dem Feldoxid 46 niedergeschlagen; nach einer Bildung einer Gateelektrode oder von Wortleitungen 50, 51 durch ein übliches lichtlithographisches Verfahren werden dann mit Hilfe einer Ioneneinpflanzung von Arsen in einer Menge von 5×10¹⁵ Ionen/cm³ bei einer Energie von 40 000 eV ein Source- 53 und ein Drainbereich 52 ausgebildet. Oberhalb wird die Wortleitung 51 auf dem Feldoxid 46 zu einer Gateelektrode einer benachbarten Zelle.

Nun sei auf Fig. 4C bezuggenommen; mit Hilfe einer bekannten Vakuum aufdampfung wird eine erste isolierende Schicht 71 in einer Dicke von 2000 Å, z. B. eine Niedrigtemperaturoxidschicht, auf den Wortleitungen 50, 51, dem Feld oxid 46 und dem freigelegten Gateoxid 48 aufgebracht. Um den Sourcebereich 53 freizulegen, wird eine Öffnung 54 an einem gegebenen Abschnitt des Source bereiches 53 ausgebildet.

Nun sei auf Fig. 4D bezuggenommen; nach einem Aufbringen eines ersten polykristallinen Siliziums 56 in einer Dicke von etwa 1000 Å auf der ersten isolierenden Schicht 71 und dem freigelegten Sourcebereich 53 wird dann ein lichtlithographisches Verfahren in Angriff genommen. Das erste polykristal line Silizium 56 wird als Zellenanschlußschicht eines gestapelten Kondensa tors benutzt und ist mit POC13 durch eine Ionenimplantation dotiert. Der Oberflächenbereich des ersten polykristallinen Siliziums wird umfangreich, was darauf zurückzuführen ist, daß er sich über die Wortleitungen 50, 51 erstreckt.

Nun sei auf Fig. 4E bezuggenommen; nach einer Ausbildung eines Grabens 58 in dem ersten polykristallinen Silizium 56, das mit dem Sourcebereich 53 und dem tieferen Substrat in Berührung gebracht ist, mit Hilfe einer anisotropen Ätzung, die einer üblichen Ätzung mit Reaktionsionen gleich kommt, wird ein n-Diffusionsbereich 60 durch eine Implantation mit Arsenio nen in einer Menge von 5×10¹⁵ Ionen/cm³ bei einer Energie von 130 000 eV ausgebildet; dann wird eine dielektrische Schicht 62 in einer Dicke von etwa 100 Å auf dem ersten polykristallinen Silizium 56 und auf der Innenfläche des Grabens 58 gebildet. Der n-Diffusionsbereich 60, der mit dem Sourcebereich 53 in Berührung steht, wird als Zellenanschlußpunkt des Grabenkon densators verwendet. Die dielektrische Schicht 62 wirkt außerdem als dielektri sches Material des gestapelten Kondensators und des Grabenkondensators und kann einen Oxidfilm oder eine SiO₂/Si₃N₄/SiO₂- Schicht enthalten.

Nun sei auf Fig. 4F bezug genommen. Auf die dielektrische Schicht 62 wird vollständig ein zweites polykristallines Silizium 64 niedergeschlagen, um das Innere des Grabens 58 zu füllen, und eine Zellenplatte wird durch ein lichtlithographisches Verfahren ausgebildet. Das zweite polykristalline Silizium 64 wird als Zellenplatte des gestapelten Kondensators und Grabenkondensators verwendet und mit POCl₃ dotiert.

Nun sei auf Fig. 4G bezug genommen. Eine Oxidschicht 66 mit einer Dicke von ungefähr 500 Å wird auf der dielektrischen Schicht 62 und dem zweiten polykristallinen Silizium 64 aufgebracht, und eine Borphosphorsilikatglas schicht 68 in einer Dicke von etwa 3000 Å wird auf der Oxidschicht 66 zur Glättung der Oberfläche ausgebildet. Die Oxidschicht 66 und die Borphosphorsilikatglasschicht 68 werden als zweite isolierende Schicht 70 benutzt. Nach dieser Bearbeitung wird ein Metallsilizid 72 in einer Dicke von ungefähr 3000 Å ausgebildet, um einen Kontakt mit einem Abschnitt des Drainbereiches 52 durch eine Öffnung herzustellen, die durch ein lichtlithographisches Verfahren gebildet ist. Das Metallsilizid 72 kann ein Silizid des Wolframs oder Titans sein und stellt eine Bitleitung dar.

Claims

1. Dynamische Speicherzelle mit einem Feldoxid (46), das auf der Oberfläche einer Halbleiter-Substrats (40) einer ersten Leitungsart zum Isolieren zwischen benachbarten Speicherzellen ausgebildet ist, mit einem Drain- (52) und Sourcebereich (53) einer zweiten Leitungsart, mit einem Gateoxid (48), das sich auf dem Substrat (40) zwischen dem Source- (53) und Drainbereich (52) befindet, mit Wortleitungen (50, 51), die auf dem Gateoxid (48) bzw. Feldoxid (46) aufgebracht sind, mit einem Graben (58), der unterhalb eines Abschnittes zwischen dem Sourcebereich (53) und Feldoxid (46) ausgebildet ist, mit einer ersten, als Speicherelektrode ausgebildeten polykristallinen Siliziumschicht (56), die mit dem Sourcebereich (53) verbunden ist, mit einer dielektrischen Schicht (62), mit einer zweiten auf der dielektrischen Schicht (62) als Gegenelektrode ausgebildeten und das Innere des Grabens (60) ausfüllenden polykristallinen Siliziumschicht (64), und mit einer Bitleitung (72), die mit dem Drain-Bereich (52) durch eine Öffnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sourcebereich (53) mit einer im Graben (58) ausgebildeten und durch Ionenimplantation gebildeten Diffusionsschicht (60) und der ersten polykristallinen Siliziumschicht (56) verbunden ist, und die dielektrische Schicht (62) zwischen der zweiten polykristallinen Siliziumschicht (64) und der ersten polykristallinen Siliziumschicht (56) zusammen mit der Diffusionsschicht (60) ausgebildet ist.

2. Verfahren zur Herstellung einer dynamischen Speicherzelle nach Anspruch 1 mit den Arbeitsschritten:
Bilden des dicken Feldoxids (45) auf einem Abschnitt der Oberfläche des Halbleiter-Substrats (40), des Sourcebereichs (53) einer zweiten Leitungsart benachbart zum Feldoxid (46) und des Drainbereichs (52) der zweiten Leitungsart, die durch einen Kanalbereich in der Oberfläche des Halbleiter-Substrats (40) getrennt sind, des Gateoxids (48) auf der Oberfläche des Source- (53), Kanal- und Drainbereichs (52) und der Wortleitungen (50, 51) der ersten Leitungsart oberhalb des Kanalbereichs auf einen Bereich des Gateoxids (48) bzw. des Feldoxids (46);
Bilden einer ersten isolierenden Schicht (71) auf den Wortleitungen (50, 51) und dem unbedeckten Gate- (48) und Feldoxid (46) und einer Öffnung (54) in der ersten isolierenden Schicht (71) und dem den Sourcebereich (43) überdeckenden Gateoxid (48), dadurch gekennzeichnet, daß diesen Arbeitsschritten die folgenden Schritte folgen:
Bilden der ersten polykristallinen Siliziumschicht (56) auf dem Sourcebereich (53) und über Abschnitten der Wortleitungen (50, 51);
Bilden eines Grabens (58) in der Öffnung (54) im Sourcebereich (53), Substrat (40) und der ersten polykristallinen Siliziumschicht (56) und der Diffusionsschicht (60) einer zweiten Leitungsart in dem den Graben (58) umgebenden Substrat (40) zum Verbinden mit dem Sourcebereich (53), und einer dielektrischen Schicht (62) auf der ersten isolierenden Schicht (71), der ersten polykristallinen Siliziumschicht (56) und der Oberfläche des Grabens (58);
Bilden der zweiten polykristallinen Siliziumschicht (64) auf der dielektrischen Schicht (62), um das Innere des Grabens (58) zu füllen und die einen Abschnitt der Wortleitungen (50, 51) überdeckt, Aufbringen eines Niedrigtemperaturoxids (66) und einer Bor-Phosphor-Silizium-Glasschicht (68) auf die zweite polykristalline Siliziumschicht (64) und die dieelektrische Schicht (62), und Bilden einer Öffnung zum Drainbereich (52) und Herstellen einer Metall-Silizid-Schicht (72).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Silizid-Schicht (72) mit Wolfram oder Titan gebildet ist.