DE4007582A1 - Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelementsInfo
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/31—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
Halbleiterbauelementen, insbesondere ein Verfahren zum Aus
bilden eines Kontakts in einem MOSFET, einem DRAM, usw.
In der jüngsten Zeit wurde die Erhöhung der Integrations
dichte und der Kapazität sogenannter MOS-DRAMs beschleunigt
durch die Entwicklung der Halbleiter-Herstellungsmethoden,
insbesondere durch die Entwicklung der Feinstrukturmetho
den.
Durch diese Zunahme der Integrationsdichte nimmt die Fläche
der Information (elektrische Ladungen) speichernden Konden
satoren ab, mit der Folge, daß als "soft errors" bezeich
nete Fehler auftreten, die darin bestehen, daß der Inhalt
eines Speichers fehlerhaft gelesen wird oder aber durch
beispielsweise α-Strahlen zerstört wird.
Zur Erhöhung der Integrationsdichte von DRAMs wurden zahl
reiche Verfahren vorgeschlagen, darunter das Ausbilden von
Speicherknoten auf einem Siliciumsubstrat und das Ver
größern der von den Kondensatoren belegten Fläche, das Ver
größern der Kondensatorkapazität und mithin der Menge im
Kondensator gespeicherter Ladungen.
Hierzu wurde eine Speicherzellenstruktur vorgeschlagen, die
als geschichtete Speicherzelle bezeichnet wird. Bei einer
solchen Speicherzelle ist in einem Speicherzellen-Flächen
bereich ein MOS-Kondensator schichtförmig ausgebildet, wo
bei eine Kondensatorelektrode und eine Elektrode eines auf
dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Schalttransistors mit
einander in leitende Verbindung gebracht werden, um so die
statische Kapazität des MOS-Kondensators wesentlich zu er
höhen.
Wie aus den Fig. 26(a) bis 26(c) ersichtlich ist, umfaßt
die geschichtete Speicherzelle einen Schalt-MOSFET, gebil
det aus Source- und Drainzonen 104 a und 104 b einer n-lei
tenden Diffusionsschicht, sowie einer Gateelektrode 106,
die über eine Gateisolierschicht 105 zwischen den Source-
und Drainzonen 104 a und 104 b in einem von zwei Bereichen
vorgesehen ist, in die ein p-leitendes Siliciumsubstrat 101
durch eine Bauelement-Trennisolierschicht 102 unterteilt
ist. Es ist ein Kondensator vorgesehen, der eine erste Kon
densatorelektrode 110 und eine zweite Kondensatorelektrode
112 sowie dazwischen eine Isolierschicht 111 umfaßt, wobei
die erste Kondensatorelektrode 110 derart gebildet ist, daß
sie die Sourcezone 104 a des MOSFET kontaktiert und über die
Isolierschicht 102 oberhalb der Gateelektroden (oder Wort
leitungen) des MOSFET und eines MOSFETs einer benachbarten
Speicherzelle liegt.
Die geschichtete Speicherzelle wird wie folgt aufgebaut: In
der Zelle wird der MOSFET als Schalttransistor ausgebildet,
indem die Source- und Drainzonen 104 a und 104 b aus einer n-
leitenden Diffusionsschicht gebildet werden und die Gate
elektrode 106 über der Gateisolierschicht 105 zwischen
Source- und Drainzonen 104 a und 104 b in dem p-leitenden
Siliciumsubstrat 101 gebildet wird.
Als Isolierschicht 107 wird auf der gesamten Substratober
fläche ein Siliciumoxidfilm gebildet, und es wird ein Spei
cherknotenkontakt 108 gebildet, der die Drainzone 104 b kon
taktiert, um ein Muster der ersten Kondensatorelektrode 110
der stark dotierten polykristallinen Siliciumschicht zu
bilden.
Dann wird eine Kondensator-Isolierschicht 111, beispiels
weise aus Siliciumoxid, sowie eine polykristalline Sili
ciumschicht nacheinander auf der ersten Kondensator
elektrode 110 aufgebracht.
Danach werden Ionen, z.B. Phosphorionen, in die polykri
stalline Siliciumschicht implantiert, die dann 120 Minuten
lang einer Warmbehandlung bei einer Temperatur von etwa
900°C unterzogen wird, um eine stark dotierte polykristal
line Siliciumschicht mit der gewünschten Leitfähigkeit zu
erhalten.
Die polykristalline Siliciumschicht wird mit einem Muster
versehen, um einen Kondensator auszubilden, der die erste
und die zweite Kondensatorelektrode 110 bzw. 112 mit der
dazwischenliegenden Isolierschicht 111 umfaßt.
Schließlich wird eine Zwischenisolierschicht 107′ gebildet,
es wird ein Bitleitungskontakt 113 gebildet, und es wird
beispielsweise aus Molybdänpolycid eine Bitleitung gebil
det. Eine Zwischenisolierschicht 107′′ wird dann auf der
Schicht 107′ gebildet, um eine Speicherzelle mit einem
MOSFET und einem Kondensator zu erhalten.
Bei dieser Struktur erstreckt sich die Speicherknotenelek
trode über die Bauelement-Trennzone, und man kann eine
Stufe in der Speicherknotenelektrode ausnutzen, damit die
Kapazität des Kondensators auf ein Vielfaches der Kapazität
einer planaren Struktur ansteigt.
Um eine geschichtete Speicherzelle mit einer vergrößerten
Kondensatormuster-Fläche zu erhalten, wird ein Verfahren
vorgeschlagen, bei dem ein Schalttransistor, eine Bitlei
tung und ein Kondensator in dieser Reihenfolge erzeugt wer
den, wie es in den Fig. 27(a) bis 27(c) skizziert ist.
Die den Schichtaufbau aufweisende Speicherzelle wird wie
folgt gebildet:.
Wie bei der Speicherzelle in Fig. 26 wird der MOSFET als
Schalttransistor gebildet, indem die Source- und Drainzonen
204 a und 204 b aus einer n-leitenden Diffusionsschicht er
zeugt werden und die Gateelektrode 206 über der Gateiso
lierschicht 205 zwischen Source- und Drainzone 204 a, 204 b
in dem p-leitenden Siliciumsubstrat 201 erzeugt wird.
Als Isolierschicht 207 auf der gesamten Substratoberfläche
wird eine Siliciumoxidschicht gebildet, und es werden ein
Bitleitungskontakt 213, der die Sourcezone 204 a kontak
tiert, und es wird ein Muster einer Bitleitung 214 gebil
det, z.B. aus Molybdänpolycid.
Dann wird eine Zwischenisolierschicht 207′ gebildet, und es
wird ein Speicherknotenkontakt 208 gebildet, um die Drain
zone 204 b zu kontaktieren und dadurch ein Muster der ersten
Kondensatorelektrode 210 aus einer stark dotierten polykri
stallinen Siliciumschicht zu bilden.
Dann werden auf der ersten Kondensatorelektrode 210 nach
einander eine Kondensatorisolierschicht 211, z.B. aus Sili
ciumoxid, und eine polykristalline Siliciumschicht gebil
det.
Anschließend werden Ionen, beispielsweise Phosphorionen, in
die polykristalline Siliciumschicht hineinimplantiert, die
dann 120 Minuten lang einer Warmbehandlung bei etwa 900°C
unterzogen wird, um dadurch eine stark dotierte polykri
stalline Siliciumschicht zu erhalten, die die gewünschte
Leitfähigkeit aufweist.
Die polykristalline Siliciumschicht (im folgenden: Polysi
liciumschicht) wird mit einem Muster versehen, um einen
Kondensator zu erhalten, der die erste und die zweite Kon
densatorelektrode 210 bzw. 212 und die dazwischenliegende
Isolierschicht 211 enthält. Die zweite Kondensatorelektrode
210 wird auf der gesamten Oberfläche des Substrats gebil
det.
Schließlich wird eine Zwischenisolierschicht 207′′ auf der
Schicht 207′ erzeugt, um die Speicherzelle mit dem MOSFET
und dem Kondensator zu erhalten.
Da die spezielle Ausgestaltung der Speicherknotenelektrode
sich in Ausbreitungsrichtung des Bitleitungskontakts er
streckt, erhöht sich die Kondensatorkapazität im Vergleich
zu den in Fig. 26 dargestellten Speicherzellen.
Allerdings ist auch bei dem DRAM mit einer derart geschich
tet aufgebauten Speicherzellenstruktur der Abstand zwischen
dem Speicherknotenkontakt und der Gateelektrode (in Fig.
26(a) und 27(a) mit 11 bezeichnet) sowie der Abstand zwi
schen dem Bitleitungskontakt und der Gateelektrode (in Fig.
26(a) und Fig. 27(a) mit 12 bezeichnet) zwangsläufig klei
ner, wenn feinstrukturierte Bauelemente infolge einer er
höhten Integrationsdichte hergestellt werden. Daher kommt
es mit höherer Wahrscheinlichkeit zu einem Kurzschluß zwi
schen dem Speicherknoten und der Gateelektrode sowie zwi
schen der Bitleitung und der Gateelektrode, so daß die Zu
verlässigkeit des Bauelements leidet.
Das Problem eines verringerten Abstands zwischen dem Kontakt
und der Gateelektrode stellt sich bei dem Muster der
Speicherzellen ebenso wie bei irgendwelchen anderen Mustern
von Peripherieschaltungen.
Fig. 28 zeigt als Beispiel einen Transistor in einer peri
pheren Schaltung. Mit dem Verfeinern des Aufbaus einer sol
chen peripheren Schaltung verringern sich die Abstände 13,
14 zwischen der Gateelektrode und dem benachbarten Kontakt,
so daß das Problem möglicher Kurzschlüsse entsteht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine in
hohem Maße zuverlässige, miniaturisierte Speicherzellen
struktur anzugeben, bzw. ein Verfahren zu dessen Herstel
lung anzugeben, durch das die Entstehung von Kurzschlüssen
zwischen dem Speicherknoten und der Gateelektrode, zwischen
der Bitleitung und der Gateelektrode oder zwischen einer
Leitung für jeden der Kontakte in peripheren Schaltungen
und der Gateelektrode ungeachtet der Verringerung des von
der Speicherzelle belegten Flächenbereichs verhindert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vor
teilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
Erfindungsgemäß ist die Gateelektrode mit einer dicken Iso
lierschicht bedeckt. Eine Polysiliciumschicht wird in einem
Zustand gebildet, in welchem mindestens die Gateelektrode
in dem Kontaktbildungsbereich bedeckt ist mit einer ersten
oxidationsbeständigen Isolierschicht. Dann wird eine Zwi
schenisolierschicht in einem Zustand gebildet, in welche
mindestens ein Teil der Polysiliciumschicht mit einer zwei
ten oxidationsbeständigen Isolierschicht bedeckt ist. Es
wird ein Kontaktloch gebildet, indem die Polysilicium
schicht als Ätzsperre verwendet wird, und dann wird die Po
lysiliciumschicht oxidiert. Weiterhin wird die Zwischeniso
lierschicht auf der Oberseite der zweiten oxidationsbestän
digen Isolierschicht mit einem Muster versehen, wobei die
unterhalb der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht
liegende Polysiliciumschicht als Ätzsperre dient.
Da die Polysiliciumschicht (d.h. die polykristalline Sili
ciumschicht) unter der Zwischenisolierschicht in dem Kon
taktbildungsbereich gebildet wird, so daß sie die Gateelek
trode des Halbleiterbauelements, das einen Mehrschichtkon
takt enthält, abdeckt, wirkt sie als Sperre, wenn der Spei
cherknotenkontakt gebildet wird. Dabei verhindert sie einen
Kurzschluß mit der Gateelektrode selbst dann, wenn über
haupt kein Abstand zwischen der Gateelektrode und dem Kno
tenkontakt vorhanden ist.
Das Sperr-Polysilicium wird durch selektives Ätzen der oxi
dationsbeständigen Isolierschicht geätzt, und das sich dar
aus ergebende halbfertige Produkt wird anschließend oxi
diert. Somit wird die Polysiliciumschicht, auf deren Ober
seite keine zweite oxidationsbeständige Isolierschicht ge
bildet wird, eine oxidierte Schicht, so daß keine Möglich
keit eines Kurzschlusses durch die Polysiliciumschicht hin
durch besteht.
Da die zweite oxidationsbeständige Isolierschicht auf der
Oberseite der Polysiliciumschicht gebildet wird, wirkt das
verbleibende, nicht oxidierte Polysilicium als Sperre beim
nächsten Kontaktbildungsschritt. Wenn zum Beispiel die
zweite oxidationsbeständige Isolierschicht so gebildet
wird, daß sie die Gateelektrode in dem Bereich des Bitlei
tungskontakts in einer geschichteten Zellenstruktur gemäß
Fig. 27 abdeckt, so läßt sich der darunter liegende Spei
cherknotenkontakt unter Verwendung des Polysiliciums als
Sperre bilden, und der Bitleitungskontakt kann anschließend
in ganz ähnlicher Weise ausgebildet werden, indem das Poly
silicium als Sperre verwendet wird. Selbst wenn also kein
Abstand zwischen dem Bitleitungskontakt und dem Gate vor
handen ist, besteht keine Gefahr eines Kurzschlusses.
Aus den obigen Erläuterungen geht hervor, daß, wenn die
Polysiliciumschicht bei Bedarf mit einer oxidationsbestän
digen Isolierschicht abgedeckt wird, sie als Sperre oder
Stopper verwendet werden kann, wenn der Bitleitungskontakt
gebildet wird, und sie ebenfalls als Sperre dienen kann,
wenn anschließend ein Kontakt in einer peripheren Schaltung
gebildet wird. Dadurch erhält man auf sehr einfache Weise
ein Halbleiterbauelement hoher Zuverlässigkeit.
Wenn die erste oxidationsbeständige Isolierschicht in dem
Kontaktbildungsbereich vor der Bildung der Polysilicium
schicht nach der Bildung der ersten oxidationsbeständigen
Schicht entfernt wird, kann die Polysiliciumschicht bei der
Kontaktherstellung durch Ionenimplantation dotiert werden.
Wenn andererseits die Polysiliciumschicht aus den Source-
und Drainzonen rediffundiert wird, so braucht sie bei der
Erzeugung des Kontakts nicht entfernt zu werden und kann
dazu dienen, eine Stufe der Oberfläche zu verkleinern.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an
hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1(a) bis 1(c) ein DRAM mit einer geschichteten
Speicherzellenstruktur als Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
Fig. 2 bis 9 Skizzen, die einzelne Verfahrensschritte
beim Aufbau des DRAMs mit der Speicherzellenstruk
tur veranschaulichen;
Fig. 10 bis 15 jeweils einen Abschnitt eines Prozesses beim
Herstellen eines DRAMs nach einem anderen Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 16 bis 21 eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 22 bis 25 eine dritte Ausführungsform der Erfindung;
und
Fig. 26 bis 28 ein herkömmliches DRAM mit einer geschichte
ten Speicherzellenstruktur.
Fig. 1(a) bis (c) zeigen zwei benachbarte Bitzellen eines
DRAMs einer geschichteten Speicherzellenstruktur als Aus
führungsbeispiel der Erfindung, die in Bitleitungs-Richtung
angeordnet sind, und zwar in Draufsicht (Fig. 1(a)), als
Schnitt entlang der Linie A-A′ (Fig. 1(b)) und als Schnitt
ansicht entlang der Linie B-B′ (Fig. 1(c)). Der Kondensator
ist unterhalb der Bitleitung gebildet.
Das DRAM ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gateelektrode
6 des MOSFETs oben und an der Seite durch eine dicke Iso
lierschicht 8 bedeckt ist, und daß der Bitleitungskontakt
und der Speicherknotenkontakt sehr nahe bei der Gateelek
trode, oder diese überlappend, gebildet sind. Die anderen
strukturellen Bestandteile sind ähnlich wie bei dem her
kömmlichen DRAM mit schichtförmiger Zellenstruktur, in der
ein Kondensator unterhalb der Bitleitung gebildet ist.
Ein p-leitendes Siliciumsubstrat mit einem spezifischen Wi
derstand von etwa 5 Ohm×cm wird durch eine Bauelement-
Trennschicht 2 in zwei aktive Zonen unterteilt, und in je
der der Zonen wird ein MOSFET gebildet, welches n-leitende
Diffusionsschichten 4 a und 4 b, welche die Source- und
Drainzonen bilden, und eine Gateelektrode 6 enthält, die
über einer Gateisolierschicht 5 zwischen Source- und Drain
zonen liegt. Es wird ein Kondensator gebildet, und der Kon
densator enthält: eine Speicherknotenelektrode 16, die so
gebildet wird, daß sie in Kontakt ist mit der n-leitenden
Diffusionsschicht 4 a, und zwar über einen Kontakt, der in
der auf dem MOSFET gebildeten Zwischenisolierschicht ausge
bildet ist; eine obere Belagelektrode 18, und eine Konden
sator-Isolierschicht 17 zwischen den Elektroden 16 und 18.
Über einen in der Zwischenisolierschicht 19 gebildeten Bit
leitungskontakt 20 wird eine Bitleitung 21 gebildet.
Die Gateelektrode 6 ist derart ausgebildet, daß sie sich
durchgehend in eine Richtung des Speicherfeldes erstreckt,
so daß sie eine Wortleitung bildet.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des DRAMs
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 2 bis 9 veranschaulichen die Herstellungsschritte des
DRAMs. Die Bezugszeichen (a)-(c) in den Figuren bedeuten
jeweils eine Draufsicht, eine Schnittansicht entlang der
Linie A-A′ bzw. eine Schnittansicht entlang der Linie B-B′,
von zwei benachbarten Bit-DRAM-Strukturen, die in Längser
streckung der Bitleitung angeordnet sind. Auf einer Fläche
eines p-leitenden Siliciumsubstrats 1 mit einem spezifi
schen Widerstand von etwa 5 Ohm×cm wird unter Verwendung
des üblichen LOCOS-Verfahrens gemäß Fig. 2(a)-(c) eine
zum Trennen benachbarter Bauelemente dienende
Isolierschicht 2 sowie eine p-leitende Diffusionsschicht 3 als
Sperre für einen Durchgriff gebildet. Durch thermische Oxi
dation wird eine Gateisolierschicht 5 aus einer Silicium
oxidschicht mit einer Dicke von etwa 10 nm gebildet. Auf
der gesamten Oberfläche des sich so ergebenden halbfertigen
Produkts wird eine Polysiliciumschicht (polykristalline
Siliciumschicht), eine Metallschicht oder eine Polycid
schicht als Gateelektrodenmaterial gebildet. Auf dem Gate
elektrodenmaterial wird eine etwa 100-300 nm dicke Iso
lierschicht gebildet, z.B. aus Siliciumoxid. Dies geschieht
mit Hilfe des CVD-Verfahrens. Die Gateelektrode 6 und die
Isolierschicht 7 auf dem Gate werden gleichzeitig unter
Einsatz von Photolithographie und anisotropem Ätzen mit Mu
stern versehen.
Als Isolierschicht 7 auf dem Gate kann eine Siliciumnitrid
schicht oder eine Verbundschicht aus einer Siliciumnitrid
schicht und einer Siliciumoxidschicht verwendet werden. Im
Vergleich zu der Siliciumoxidschicht weist die Siliciumni
tridschicht eine höhere Ätzbeständigkeit bei einem Ätzvor
gang mit einer verdünnten Fluorwasserstofflösung auf, der
bei der Ausbildung des Kontakts und der Verdrahtungsschicht
durchzuführen ist. Deshalb verhindert die Siliciumnitrid
schicht in wirksamerer Weise das Auftreten von Kurzschlüs
sen zwischen der Gateelektrode und der Verdrahtungsschicht
oberhalb des Kontakts.
Unter Verwendung der Gateelektrode 6 als Maske werden
Arsen- oder Phosphorionen implantiert, um Source- und
Drainzonen 4 a, 4 b aus einer n-leitenden Diffusionsschicht
zu erzeugen und dadurch den MOSFET als Schalttransistor zu
erhalten. Die Tiefe der Diffusionsschicht sollte beispiels
weise 150 nm betragen. Anschließend wird zur Erhöhung der
Isolator-Durchbruchspannung an der Gateisolierschicht eine
thermische Oxidation bei Bedarf vorgenommen. Auf der ge
samten Oberfläche des so erhaltenen halbfertigen Produkts
wird eine Isolierschicht in Form einer Siliciumoxidschicht
oder einer Siliciumnitridschicht mit einer Dicke von etwa
100 nm oder weniger aufgebracht. Die gesamte Fläche des
sich ergebenden MOSFET wird dann mittels reaktiven Ionen
ätzens (RIE) geätzt, um eine Seitenwand-Isolierschicht 8
stehenzulassen und damit eine Selbstausrichtung bezüglich
der Seiten der Gateelektrode 6 zu erhalten. Anschließend
erfolgt eine leichte Oxidation derart, daß die Kontaktzone
mit einer dünnen Isolierschicht 9 bedeckt wird. Wie bei der
Isolierschicht auf dem Gate ist es auch bei dieser Schicht
möglich, durch Verwendung einer Siliciumnitridschicht für
die Seitenwand-Isolierschicht 8 die Durchbruchspannung wei
ter zu erhöhen.
Dann werden, wie in den Fig. 3(a) bis 3(c) gezeigt ist,
eine erste Siliciumnitridschicht 10 mit einer Dicke von
etwa 20 nm, eine Polysiliciumschicht 11 mit einer Dicke von
etwa 70 nm und eine zweite Siliciumnitridschicht 12 mit
einer Dicke von etwa 10 nm mit Hilfe des CVD-Verfahrens auf
den Film 9 aufgebracht und mit Mustern versehen. Die jewei
ligen Schichten werden je nach Bedarf mit einem Muster aus
gestattet. Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel hier kann
die zweite Siliciumnitridschicht 12 mit einem Selektiv-Ver
hältnis von 5 bis 15 bezüglich dem unter der Schicht 12
liegenden Polysilicium mit einem Muster versehen werden,
indem mit reaktivem Ionenätzen (RIE) gearbeitet wird, bei
dem beispielsweise CHF3 und O2 eingesetzt werden. Die Mu
sterbildung erfolgt so, daß die Bitleitungskontaktzone und
die sie umgebende Polysiliciumschicht abgedeckt werden.
Nach einer derartigen Bildung von drei Schichten wird auf
der gesamten Drei-Schicht-Struktur eine Zwischenisolier
schicht 13 aus beispielsweise Phosphatglas gebildet.
Dann wird gemäß Fig. 4(a)-(c) die Zwischenisolierschicht
13 unter Einsatz von Photolithographie und reaktivem Ionen
ätzen mit einem Muster versehen, um einen Speicherknoten
kontakt 14 zu bilden. Jetzt werden Ätzbedingungen gewählt,
bei denen die Ätzgeschwindigkeit der Polysiliciumschicht im
Vergleich zu der Ätzgeschwindigkeit der Schicht 13 weit
herabgesetzt ist, damit die Polysiliciumschicht 13 als Ätz
sperre dient und damit verhindert, daß zwischen der Gate
elektrode 6 und dem Speicherknotenkontakt 14 ein Kurzschluß
auftritt. Der Kurzschluß tritt auch dann nicht auf, wenn
praktisch kein Abstand zwischen dem Knotenkontakt 14 und
der Gateelektrode 6 vorhanden ist. Die Ätzbedingungen wer
den hinsichtlich des Ätzverhältnisses auf ein Selektions-
Verhältnis von 5-15 eingestellt, wodurch gewährleistet
ist, daß die unten liegende Polysiliciumschicht durch das
reaktive Ionenätzen mit CHF3 und O2 beispielsweise nicht zu
schnell abgetragen wird.
Wie in den Fig. 5(a)-(c) gezeigt ist, wird anschließend
die Polysiliciumschicht 11 in dem Speicherknoten-Kontaktab
schnitt 14 durch chemisches Trockenätzen (CDE-Verfahren)
oder durch isotropes Trockenätzen weggeätzt, um die darun
ter liegende Siliciumnitridschicht 10 freizulegen. Jetzt
beträgt das Selektionsverhältnis 10-20 oder noch mehr für
die darunter liegende Siliciumnitridschicht beim isotropen
Trockenätzen unter Einsatz von CF4 und O2.
Wie in den Fig. 6(a)-(c) gezeigt ist, werden die Bereiche
der Polysiliciumschicht 11, die an der Seitenwand des Spei
cherknotenkontakts freiliegen und nicht von der zweiten Si
liciumnitridschicht 12 bedeckt sind, in einer Dampfatmo
sphäre oxidiert, um eine oxidierte Siliciumschicht 15 zu
bilden. Die dabei vorherrschenden Bedingungen sollten so
sein, daß zum Beispiel 30 Minuten lang bei 900°C eine Warm
behandlung erfolgt. Das Phosphatglas ist auf der Polysili
ciumschicht gebildet, und das Phosphor in dem Glas wird in
das Polysilicium hineindotiert, so daß die Oxidationsge
schwindigkeit des Polysiliciums zunimmt, wodurch das Poly
silicium in einem Oxidationsschritt bei relativ geringer
Temperatur innerhalb kurzer Zeitspanne oxidiert. Da die
Siliciumoxidschicht 15 dazwischenliegt, besteht keine Ge
fahr eines Kurzschlusses von Leitungen durch die Polysili
ciumschicht 11 hindurch. Wenn eine Isolierschicht mit nied
rigem Schmelzpunkt, zum Beispiel eine Schicht aus Phosphat
glas, als Zwischenisolierschicht eingesetzt wird, so wird
diese Zwischenisolierschicht bei dem Oxidationsvorgang an
geschmolzen und flacht ab. Beim Oxidationsschritt des poly
kristallinen Siliziums ist der Speicherknoten-Kontaktab
schnitt mit den Öffnungen von der oxidationsbeständigen
Isolierschicht wie der ersten Siliciumnitridschicht abge
deckt, damit das darunter liegende Siliciumsubstrat nicht
oxidiert wird.
Anschließend werden die erste Siliciumnitridschicht des
Speicherknoten-Kontaktabschnitts und die darunter liegende
Oxidschicht entfernt, zum Beispiel durch anisotropes Ätzen
mit CHF3 und O2 als Ätzgas, um die Oberfläche des Silicium
substrats freizulegen. Nun ist die Gateelektrode oben und
an den Seiten mit einer dicken Isolierschicht abgedeckt,
und es besteht keine Gefahr, daß die Gateelektrode erreicht
wird. Alternativ kann man die Gateelektrode mit einer
Schicht abdecken, die für das Ätzen ein geeignetes selekti
ves Ätzbehältnis aufweist.
Nach dieser Bildung des Speicherknotenkontakts wird auf der
gesamten Oberfläche des halbfertigen Produkts eine polykri
stalline Siliciumschicht aufgebracht. Anschließend erfolgt
ein Dotieren, und die Speicherknotenelektrode 16 wird mit
tels Photolithographie und reaktivem Ionenätzen mit einem
Muster versehen. Dann wird mit CVD auf der mit Muster ver
sehenen Elektrodenoberfläche eine Siliciumnitridschicht mit
einer Dicke von etwa 10 nm aufgebracht. Anschließend wird
das halbfertige Produkt etwa 30 Minuten lang bei 900°C in
einer Dampfatmosphäre oxidiert, um eine Kondensator-Iso
lierschicht 17 einer Zwei-Schicht-Struktur der Siliciumni
tridschicht und der Siliciumoxidschicht zu erhalten. Auf
der Oberseite der Isolierschicht 17 wird eine Polysilicium
schicht aufgebracht, es erfolgt eine Dotierung, und mit
Hilfe von Lithographie und reaktivem Ionenätzen wird die
Plattenelektrode 18 mit einem Muster versehen. Anschließend
werden nicht benötigte Abschnitte der Kondensator-Isolier
schicht unter Verwendung der Plattenelektrode 18 als Maske
entfernt. Eine Zwischenisolierschicht 19 aus Siliciumoxid
wird auf der Oberfläche des halbfertigen Bauelements gebil
det. Auf diese Weise erhält man einen Kondensator, wie er
in den Fig. 7(a) bis 7(c) gezeigt ist.
Anschließend wird gemäß Fig. 8(a) bis 8(c) ein Bitleitungs
kontakt 20 gebildet. Zunächst werden die Zwischenisolier
schichten 19 und 13 sowie die Siliciumnitridschicht 12 un
ter Verwendung der Polysiliciumschicht 11 als Ätzsperre
einem anisotropen Ätzvorgang unterzogen. Ein Selektionsver
hältnis von 5-15 oder mehr ist erzielbar bei Anwendung
des reaktiven Ionenätzens (RIE) mit CHF3 und O2 als Ätzmit
tel, ähnlich wie bei der Bildung des Speicherknotenkon
takts.
Anschließend wird gemäß Fig. 9(a) bis 9(c) die Polysili
ciumschicht 11 für das Freilegen des Bitleitungskontakts 20
beispielsweise mittels CDE fortgeätzt.
Das halbfertige Produkt wird dann geglättet und einer Warm
behandlung unterzogen, um die verbliebene Polysilicium
schicht nach Bedarf zu oxidieren, und die Siliciumnitrid
schicht 10 sowie die dünne Oxidschicht 9 werden durch
anisotropes Ätzen weggeätzt. Anschließend werden eine Ver
bundschicht aus einer beispielsweise mit Arsen dotierten
Polysiliciumschicht und einer Molybdänsilicid-Schicht auf
gebracht und durch Photolithographie und reaktives Ionen
ätzen mit einem Muster versehen, um eine Bitleitung 21 zu
bilden.
Anschließend wird als Schutzfilm eine Siliciumoxidschicht
22 aufgebracht, um das fertige DRAM zu erhalten, wie es in
den Fig. 1(a) bis 1(c) dargestellt ist.
Da bei diesem Verfahren ein polykristallines Silicium als
Ätzsperre zu jeder Zeit während der Bildung des Speicher
knotenkontakts und des Bitleitungskontakts vorhanden ist,
ist es nicht notwendig, eine Grenze vorzusehen, die eine
gewisse Fehlausrichtung bezüglich der Gateelektrode gestat
tet. Es läßt sich also eine höhere Miniaturisierung und
eine verbesserte Zuverlässigkeit der Bauelemente erreichen.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die
Warmbehandlung als Mittel zum Oxidieren des Polysiliciums
nur beispielhaft angegeben, die bei Bedarf eingesetzt wird.
Wenn zum Beispiel als erste und zweite oxidationsbeständige
Isolierschichten Siliciumnitridschichten verwendet werden,
werden deren Oxidationsbeständigkeiten verbessert, indem
man die Schichten einer Warmbehandlung unterzieht, zum Bei
spiel in einer nitrierenden Atmosphäre, oder die Schichten
einer Oxidation unterzieht, nachdem die Isolierschichten
aufgebracht sind. Dadurch wird auch die Fähigkeit der er
sten Siliziumnitridschichten als Sperre verbessert, wenn es
darum geht, die obere Polysiliciumschicht zu ätzen. Diese
Warmbehandlung kann zwischen dem Aufbringen der ersten und
der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht und dem
Ätzen der Polysiliciumschichten durchgeführt werden.
Alternativ kann eine Zwischenisolierschicht, zum Beispiel
eine Phosphatglasschicht, auf der Polysiliciumschicht auf
gebracht werden, die unter Verwendung einer N2-Atmosphäre
bei 900°C im Rahmen einer Warmbehandlung geschmolzen und
abgeflacht wird, um anschließend die Kontaktbildung durch
zuführen. Selbst dann, wenn kein Phosphatglas als Zwischen
isolierschicht verwendet wird, läßt sich das Abflachen mit
Hilfe eines anderen Glättungsverfahrens erreichen, bei
spielsweise durch Zurückätzen.
Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die
Isolierschicht vorab auf der Gateelektrode aufgebracht und
mit einem Muster versehen wird, und die aufgebrachte Iso
lierschicht erneut auf der gesamten Oberfläche des sich er
gebenden Produkts durch anisotropes Ätzen derart behandelt
wird, daß sie an der Seitenwand der Gateelektrode stehen
bleibt, um die Gateelektrode und deren Seitenwand selbst
ausrichtend abzudecken, so können doch andere Verfahren an
gewandt werden, darunter beispielsweise das Oxidieren in
einer Dampfatmosphäre, nachdem die Gateelektrode mit einem
Muster versehen wurde. Da die Gateelektrode stark dotiert
ist, wird in diesem Fall eine Oxidschicht gebildet, die
dicker ist als die Oberfläche des Siliciumsubstrats.
Während bei dem obigen Ausführungsbeispiel die Source- und
Drainzone lediglich aus einer n-leitenden Diffusionsschicht
gebildet sind, lassen sich Ionen mit hoher Dichte nach der
Ausbildung der Seitenwand-Isolierschicht 8 implantieren, um
eine LDD-Struktur zu erhalten und so das Leistungsvermögen
des sich ergebenden Transistors zu verbessern.
Wie in den Fig. 10(a) bis 10(c) gezeigt ist, kann man nach
der Ausbildung der Seitenwand-Isolierschicht 8 eine Sili
ciumschicht 23 mit einer Dicke von etwa 200 nm durch selek
tives epitaxiales Wachstum (SEG) in den Source- und Drain
zonen ausbilden, und man kann Ionen mit hoher Dichte im
plantieren, anstatt eine direkte Implantation mit Ionen ho
her Dichte in die Substratoberfläche hinein vorzunehmen.
Wie in den Fig. 11(a) bis 11(c) gezeigt ist, läßt sich
ein Kurzkanaleffekt aufgrund der durch die hochdichten
Störstellen bewirkten Verlängerung der Diffusionslänge ver
meiden, so daß die Zuverlässigkeit verbessert wird.
Bei diesem Aufbau wird eine Stufe in dem Gate verkleinert,
und die Bauelementzonen expandieren, wie aus Fig. 11(c) er
sichtlich ist. Dies wird zusätzlich zu den obengenannten
Vorteilen erreicht.
Wie in den Fig. 12(a) bis 12(c) gezeigt ist, wird die Aus
bildungsgenauigkeit der Bitleitung verbessert, wenn eine
Siliciumschicht 23 durch epitaxiales Wachstum (SEG-Verfah
ren) nach der Ausbildung des Bitleitungskontakts ausgebil
det wird, und die Stufe des Bitleitungskontakts wird besei
tigt. Damit verringert sich der Kontaktwiderstand bei Ver
besserung des Leistungsvermögens.
Die Ausbildung der Siliciumschicht auf dem Bitleitungskon
takt läßt sich vor der Erzeugung des Kondensators durchfüh
ren. Alternativ kann bei Bedarf eine mehrmals wiederholte
Ionenimplantation zur Bildung der Schicht durchgeführt wer
den.
Das Einbetten des Kontakts muß nicht notwendigerweise in
der Polysiliciumschicht vorgenommen werden, das Einbetten
kann auch in anderen Metallen oder Siliciden vorgenommen
werden.
Während gemäß Fig. 3(a)-3(c) der Drei-Schicht-Aufbau aus
Siliciumnitridschicht 10, Polysiliciumschicht 11 und Sili
ciumnitridschicht 12 nach Bedarf mit einem Muster versehen
wird, so kann die Polysiliciumschicht 11, die zwischen der
Gateelektrode 6 und der Trennzone 2 liegt, vorab mit einem
Muster versehen und durch Photolithographie und reaktives
Ionenätzen entfernt werden, wie es in den Fig. 13(a)-13(c)
durch das Bezugszeichen 200 angedeutet ist.
Dieser Aufbau ist wirksam bei der Bildung und insbesondere
bei der Verbesserung der Zuverlässigkeit von feinstruktu
rierten Bauelementen. Wenn der Abstand zwischen den Gate
elektroden 6 und der Trennzone 2 schmaler wird, würde sonst
der Raum bei 6 mit einem Teil der auf die Elektroden auf
gebrachten Polysiliciumschicht 11 gefüllt. Wenn die Polysi
liciumschicht 11 so, wie sie ist, belassen würde, würde
sich die Polysiliciumschicht in diesem Abschnitt verdicken,
so daß die Oxidation während des Oxidationsschritts unzu
reichend wäre und Polysilicium in diesem Abschnitt unverän
dert verbliebe, was möglicherweise Ursache für einen Kurz
schluß wäre. Selbst dann, wenn eine Oxidation erfolgt,
würde eine sehr starke Belastung auf die Gateelektrode ein
wirken, mit der möglichen Folge von Kristallfehlern und Ga
teverformungen aufgrund der Volumenausdehnung, die durch
das Oxidieren der in dem Leerraum eingebetteten Polysili
ciumschicht verursacht wird. Dieses Problem läßt sich ver
meiden, indem man den Abschnitt der Polysiliciumschicht 11
in dem Bereich zwischen den Gateelektroden 6 und der Trenn
zone 2 entfernt, wie oben ausgeführt ist.
Dies gilt für jegliche Muster, bei denen der Abstand zwi
schen den Gateelektroden gering ist.
Bei der Ausbildung des Bitleitungskontakts in Fig. 8(a) bis
8(c) hat der Abstand zwischen dem Bitleitungskontakt und
der Belagelektrode 18 die Neigung, zusammen mit einer Ver
feinerung der Bauelementstruktur abzunehmen, so daß die Ge
fahr eines Kurzschlusses zwischen dem Bitleitungskontakt
und der Elektrode 18 besteht. Um diesem Problem zu begeg
nen, kann man nach der Bildung einer Öffnung in dem Bitlei
tungskontakt eine Seitenwand-Isolierschicht an der Seiten
wand des Kontakts vorsehen.
Um das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen dem Bitlei
tungskontakt und der Elektrode 18 zu verhindern, kann das
Muster der Elektrode 18 vorab ausgebildet werden, derart,
daß es in Richtung auf die Bitleitungskontakte derart vor
steht, daß Teile des Bitleitungskontakts die Elektrode 18
überlappen, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Das polykristalline
Silicium 11, das als Sperre verwendet wird, kann geätzt
werden, während die in die Kontakte vorstehende Elektrode
18 fortgeätzt wird, wie in Fig. 15 zu sehen ist, und es
kann gemäß Fig. 16 eine Oxidation erfolgen. Damit wird die
Oberfläche des Polysiliciums der Plattenelektrode an der
Seitenwand des Bitleitungskontakts oxidiert zu einer Sili
ciumoxidschicht 15′, wie sie in Fig. 16(a) bis 16(c) ge
zeigt ist, so daß ein Kurzschluß zwischen dem Bitleitungs
kontakt und der Plattenelektrode 18 vermieden ist.
Auch in diesem Fall kann eine Siliciumoxidschicht oder eine
Siliciumnitridschicht auf die gesamte Oberfläche des halb
fertigen Bauelements aufgebracht werden, z. B. mittels CVD,
anstatt die Siliciumoxidschicht durch Oberflächenoxidation
zu bilden, und die Seitenwand-Isolierschicht kann unter An
wendung von anisotropem Ätzen in einem Verfahrensschritt
gebildet werden, in welchem eine Seitenwand stehenbleibt.
Alternativ lassen sich die Oxidation und das Stehenlassen
der Seitenwand kombinieren.
Alternativ läßt sich ein weiteres Verfahren anwenden, bei
dem die Polysiliciumschicht der Plattenelektrode 18 auf dem
gesamten Bitleitungskontakt stehengelassen wird. Beim Ätzen
der Zwischenisolierschicht 19 erfolgt ein zeitweiliges
Sperren durch die Polysiliciumschicht; anschließend wird
die Polysiliciumschicht 17 geätzt; die Zwischenisolier
schicht 13 wird bis zu der polykristallinen Siliciumschicht
11 geätzt, die anschließend geätzt wird; es erfolgt ein
Oxidieren, um die Polysiliciumschicht als Sperre an der
Seite zu oxidieren, und die Siliciumnitridschicht 10 sowie
die dünne Siliciumoxidschicht 9 werden zur Bildung des Kon
takts geätzt.
Auch in diesem Fall läßt sich ein Verfahren anwenden, bei
dem nach dem Ätzen der Polysiliciumschicht 11 und dem Oxi
dieren eine Isolierschicht, z.B. eine Siliciumoxidschicht
oder eine Siliciumnitridschicht, erneut aufgebracht wird,
eine Isolierschicht durch anisotropes Ätzen geringfügig an
der Seitenwand überätzt wird, und die Siliciumnitridschicht
10 und die dünne Siliciumoxidschicht geätzt werden.
Bei der Bildung der in den Fig. 3(a) bis 3(c) gezeigten
Drei-Schicht-Struktur können die Siliciumnitridschicht 10
und die dünne Siliciumoxidschicht 9 des Bitleitungskontakts
unter Anwendung der Lithographie und des reaktiven Ionen
ätzens mit einem Muster versehen werden, wie in den Fig.
17(a) bis 17(c) gezeigt ist. Die Ätzbedingungen sind hier
bei ähnlich denen wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Bei
Bedarf können Arsenionen oder dergleichen in die polykri
stalline Siliciumschicht implantiert werden.
Dies hat zur Folge, daß die Polysiliciumschicht 11 in dem
Bitleitungskontakt nicht fortgeätzt werden muß, wenn der
Bitleitungskontakt gebildet wird, da die Siliciumschicht 11
bei diesem Prozeß elektrisch leitend bezüglich der Source-
und Drainzonen in dem Substrat ist. Es wird auch in vor
teilhafter Weise eine Stufe in dem Kontakt verringert. Nach
der Bildung des Kontakts kann die Polysiliciumschicht 11
dotiert werden.
Während bei dem speziellen Ausführungsbeispiel die Sili
ciumnitridschicht direkt als die zweite oxidationsbestän
dige Isolierschicht auf der Polysiliciumschicht gebildet
wird, muß die darunter liegende Polysiliciumschicht in die
sem Fall beim Ätzen ein Selektionsverhältnis aufweisen, um
eine Musterbildung in der oxidationsbeständigen Isolier
schicht zu erhalten. Beim Ätzen kommt nun das anisotrope
Ätzen mit CHF3 und O2 in Frage. Wenn daher in der Oberfläche
eine hohe Stufe vorhanden ist, wäre das Ätzen an der Stufe
unzureichend. Damit kann die Siliciumnitridschicht gebildet
werden durch die Siliciumoxidschicht, die erzeugt wird
durch Oxidieren der Oberfläche der Polysiliciumschicht. Da
durch läßt sich isotropes Ätzen, z.B. chemisches Trocken
ätzen mit CF4 und O2 mit einem Selektionsverhältnis von 5 -
15 oder mehr für die Oxidschicht unterhalb der oxidations
beständigen Isolierschicht beim Ätzen der oxidationsbestän
digen Isolierschicht verwenden, so daß ein unzureichendes
Ätzen unwahrscheinlich ist, wenn sich in der Oberfläche
eine hohe Stufe befindet. Beim Einsatz von isotropem Ätzen
ist es schwierig, Bedingungen zu schaffen, unter denen das
Verhältnis des selektiven Ätzens der Siliciumnitridschicht
gegenüber der Polysiliciumschicht eine starke Differenz
aufweist, es ist jedoch einfach, Bedingungen zu schaffen,
bei denen die Ätzverhältnisse der Siliciumnitridschicht und
der Siliciumoxidschicht stark abweichen. Wenn die so auf
dem Polysilicium freiliegende Siliciumoxidschicht geätzt
werden muß, nachdem die zweite Siliciumnitridschicht durch
isotropes Ätzen mit der Siliciumoxidschicht als Sperre oder
Maske mit einem Muster versehen ist, so kann man beispiels
weise mit Naßätzmitteln arbeiten, z.B. mit NH4F, so daß die
Siliciumoxidschicht leicht weggeätzt wird, ohne daß dabei
die darunter liegende Polysiliciumschicht geätzt wird.
Ein Grund für das Durchführen des Atzens der Siliciumoxid
schicht auf dem polykristallinen Silicium ist darin zu
sehen, daß das Polysilicium und das Phosphatglas durch das
Ätzen miteinander in Berührung gelangen, so daß in dem
Phosphatglas enthaltenes Phosphor in das Polysilicium
diffundiert. Damit wird das Polysilicium während der Bil
dung des Speicherknotenkontakts sicher oxidiert.
Wenn die Siliciumoxidschicht nicht beseitigt werden muß, so
kann man eine Zwischenisolierschicht aus beispielsweise
Phosphatglas auf der vorhandenen Siliciumoxidschicht bil
den. Da in diesem Fall das Polysilicium und das Phosphat
glas nicht miteinander in Berührung gelangen, befindet sich
das Polysilicium stets in nicht-dotiertem Zustand. Das Ätz-
Selektionsverhältnis ist deshalb stets konstant, und man
erreicht ein starkes Selektionsverhältnis beim reaktiven
Ionenätzen, das beim Ätzen der Zwischenisolierschicht wäh
rend der Kontaktbildung angewendet wird. (Beim Dotieren er
gibt sich im allgemeinen eine hohe Ätzgeschwindigkeit bei
herabgesetztem Ätz-Selektions-Verhältnis.)
Während in dem speziell dargestellten Ausführungsbeispiel
die oxidationsbeständige Isolierschicht so dargestellt ist,
daß sie mit der von einer dünnen Siliciumoxidschicht be
deckten kontaktbildenden Zone gebildet wird, so ist es be
absichtigt, Spannungen zu beseitigen, damit die Schicht
durch eine andere Isolierschicht ersetzt oder, bei Bedarf,
fortgelassen werden kann.
Während bei dem speziellen Ausführungsbeispiel die einen
schichtartigen Aufbau aufweisende Speicherzellenstruktur
einen Kondensator aufweist, der unterhalb der Bitleitung
gebildet wird, so ist dieses Konzept anwendbar auf eine ge
schichtete Speicherzellenstruktur, bei der der Kondensator
oberhalb der Bitleitung gebildet ist.
Fig. 18(a)-18(c) zeigen zwei benachbarte Bitzellen eines
DRAMs mit einer einen Schichtaufbau aufweisenden Speicher
zellenstruktur nach einer zweiten Ausführungsform der Er
findung, wobei die Bitzellen entlang der Bitleitung des RAM
dargestellt sind, und zwar zeigt Fig. 18(a) eine Drauf
sicht, Fig. 18(b) eine Schnittansicht entlang der Linie A-A′,
und Fig. 18(c) eine Schnittansicht entlang der Linie B-B′.
Bei dieser Ausführungsform ist der Kondensator auf der
Bitleitung gebildet.
Das DRAM ist dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite und
die Seitenflächen der Gateelektrode 6 eines MOSFETs mit
einer dicken Isolierschicht 8 bedeckt sind, und daß der
Bitleitungskontakt und der Speicherknotenkontakt sehr nahe
bei der Gateelektrode oder diese überlappend ausgebildet
sind. Die übrigen strukturellen Einzelheiten des DRAMs sind
ähnlich wie bei dem DRAM mit der herkömmlichen Speicherzel
lenstruktur, bei der der Kondensator oberhalb der Bitlei
tung liegt.
Anhand der Zeichnung soll nun ein Verfahren zum Herstellen
des DRAMs erläutert werden. Fig. 19 bis 21 zeigen die Her
stellungsschritte für das DRAM. In jeder der Fig. 19 bis 21
bezeichnen die Bezugszeichen (a)-(c) eine Draufsicht
zweier benachbarter Bitzellen des DRAMs entlang der Bitlei
tung, eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A′, bzw.
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B′ in der jeweili
gen Figur.
Wie in Fig. 2(a) bis 2(c) der ersten Ausführungsform sind
eine Bauelement-Trennschicht 2 und eine p-leitende Diffu
sionsschicht 3 als Durchgriffssperre in der Oberfläche
eines p-leitenden Siliciumsubstrats 1 gebildet, und gleich
zeitig sind die Gateisolierschicht 5, die Gateelektrode 6
und eine Isolierschicht 7 auf dem Gate mit einem Muster
versehen.
Dann werden Ionen in die entstandene Oberfläche des halb
fertigen Produkts implantiert, wobei die Gateelektrode 6
als Maske dient, so daß Source- und Drainzonen 4 a und 4 b
gebildet werden, so daß als Schalttransistor ein MOSFET
entsteht.
Auf der Gesamtfläche des MOSFET wird mittels CVD eine Iso
lierschicht aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid aufge
bracht. Durch reaktives Ionenätzen (RIE) wird dann die er
haltene Gesamt-Isolierschichtfläche geätzt, um eine seitli
che Isolierschicht 8 an der Seite der Gateelektrode 6 in
selbstausrichtender Weise stehenzulassen. Anschließend er
folgt ein leichtes Oxidieren, um die Kontaktfläche mit
einer dünnen Isolierschicht 9 zu überziehen (Fig. 19(a) bis
19(c)).
Danach werden wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 eine erste Siliciumnitridschicht 10, eine Polysilicium
schicht 11, eine zweite Siliciumschicht 12 und eine Zwi
schenisolierschicht aus Phosphatglas auf der Isolierschicht
9 gebildet. Während beim ersten Ausführungsbeispiel die
zweite Siliciumnitridschicht 12 auf der Seite des Bitlei
tungskontakts gebildet wurde, wird zunächst ein Bitlei
tungskontakt, wie bei 20, gebildet, und erst dann wird ein
Speicherknotenkontakt, wie bei 14, gebildet, so daß die
zweite Siliciumnitridschicht 12 auf der später gebildeten
Seite ausgebildet wird (Fig. 20(a) bis 20(c)). Im speziel
len Ausführungsbeispiel erfolgt eine leichte Oxidation nach
der Bildung der Polysiliciumschicht, um eine dünne
Siliciumoxidschicht 100 auf der Polysiliciumschicht 11 zu
bilden, und anschließend wird eine zweite Siliciumnitrid
schicht 12 gebildet.
Wie oben erwähnt, kann die Musterbildung in der zweiten
Siliciumnitridschicht 12 erfolgen durch isotropes
Trockenätzen bei Verwendung der darunter liegenden Sili
ciumoxidschicht als Stopper oder Sperre. Nach der Muster
bildung der zweiten Siliciumnitridschicht 12 kann die Sili
ciumoxidschicht 100 stehenbleiben, während bei dem speziel
len Ausführungsbeispiel die Schicht 100 geätzt wird, zum
Beispiel mit einer NH4F-Lösung, um die Siliciumoxidschicht
100 in dem freiliegenden Bereich zu entfernen.
Anschließend wird ein Bitleitungskontakt gebildet, indem
ein ähnliches Verfahren eingesetzt wird wie bei der Bildung
des Speicherknotenkontakts 14 des ersten Ausführungsbei
spiels, um eine Bitleitung 21 zu erhalten, und um die Zwi
schenisolierschicht 13 zu bilden.
Anschließend wird die Zwischenisolierschicht 13 mit einem
Muster versehen, um den Speicherkontaktknoten 14 zu erhal
ten, und dann wird ein Kondensator zur Vervollständigung
des DRAMs gebildet, wie er in Fig. 18(a) bis 18(c) gezeigt
ist.
Während bei dem obigen Ausführungsbeispiel das DRAM eine
schichtförmige Speicherzellenstruktur aufweist, wie sie im
einzelnen beschrieben wurde, so ist das Verfahren hier auch
wirkungsvoll bei der Ausbildung eines Bauelements, bei der
der Schritt zur Bildung mehrerer Kontakte durchgeführt
wird, ohne daß eine Beschränkung auf DRAMs mit mehrschich
tigem Speicherzellenaufbau besteht.
Im speziellen Ausführungsbeispiel werden drei Arten von
Kontakten A, B und C in der Source-, Drain- bzw. Gatezone
gebildet. Für den Kontakt C wird das Verfahren zum Bilden
eines Kontakts gemäß der Erfindung einschließlich des
Schritts des vorübergehenden Ätz-Stopps an der polykristal
linen Siliciumschicht nicht verwendet.
Das Muster der zweiten Siliciumnitridschicht variiert ab
hängig von der Folge beim Erzeugen der Kontakte A, B und C.
Zunächst wird die Bildung des Kontakts A in der Source-Zone
beschrieben (Fig. 22(a) bis 22(c)). In diesem Fall wird die
zweite Siliciumnitridschicht 12 vorab in einem Bereich ge
bildet, in welchem der Kontakt B später unter Verwendung
der Polysiliciumschicht als Stopper gebildet wird.
Entsprechend der Bildung des Speicherknotenkontakts des er
sten Ausführungsbeispiels wird eine Leitung a gebildet. Es
wird ein Kontakt B zur Erzeugung einer Leitung b erzeugt,
und dann wird der Kontakt C zur Bildung einer Leitung c ge
bildet. Die Folge bei der Bildung der Kontakte b und c kann
umgekehrt werden.
Für den Kontakt B wird dort, wo die zweite Siliciumnitrid
schicht 11 gebildet ist, die Zwischenisolierschicht mit
einem Muster versehen, wobei die Polysiliciumschicht 11 als
Ätzstopper fungiert, und es erfolgt eine Oxidation zu der
Siliciumoxidschicht 15, wie bei der Ausbildung des Bitlei
tungskontakts beim ersten Ausführungsbeispiel. Der Kontakt
C wird direkt in der Gateelektrode gebildet, wie es bei der
Bildung eines normalen Kontakts der Fall ist.
Zunächst soll anhand der Fig. 23(a) bis 23(c) die erste
Ausbildung des Kontakts C in dem Gate-Bereich beschrieben
werden. In diesem Fall kann der Kontakt C gebildet werden,
nachdem das unter dem Kontakt C liegende Polysilicium oxi
diert ist.
Wenn die zweite Siliciumnitridschicht 12 vorab in der Zone
gebildet wird, in der die Kontakte A und B zu bilden sind,
um so zu verhindern, daß die Polysiliciumschicht verschwin
det, werden die Kontakte A und B wie bei der Erzeugung des
Bitleitungskontakts des ersten Ausführungsbeispiels herge
stellt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die
Kontakte A und B gleichzeitig gebildet.
Fig. 24 zeigt die Bildung des Kontakts B nach der Ausbil
dung der Kontakte A und C als Kontakte für die gleiche Lei
tung. In diesem Fall ist es wünschenswert, die zweite Sili
ciumnitridschicht auf der Seite des später zu bildenden
Kontakts B zu erzeugen. Für die Kontakte A und B wird der
Kontakt A geöffnet wie bei der Bildung des Speicherknoten
kontakts des ersten Ausführungsbeispiels, und dann wird der
Kontakt C wie bei der Ausbildung eines herkömmlichen Kon
takts mittels Lithographie und unter Anwendung von Ätzver
fahren erzeugt.
Wie oben beschrieben wurde, werden die beiden Kontakte un
ter Verwendung getrennter Masken in zwei Schritten gebil
det, und dann werden Leitungen gebildet.
Wie oben beschrieben, können die Kontakte selbst dann ge
trennt gebildet werden, wenn ein regelmäßiger Kontakt C
vorhanden ist. Das Polysilicium an dem Kontakt C läßt sich
entfernen, indem man direkt nach dem Aufbringen des Polysi
liciums Muster bildet.
Wie Fig. 25 zeigt, kann man die zweite Siliciumnitrid
schicht 12 gemeinsam für die Kontakte A und B verwenden. In
diesem Fall würde die Polysiliciumschicht zwischen den Kon
takten A und B bleiben, es gibt jedoch keine Gefahr eines
Kurzschlusses durch die Polysiliciumschicht 11, da die Po
lysiliciumschicht auf der Seite der Kontakte A und B zu
einer Oxidschicht umgewandelt ist.
Wie oben erläutert, ist es nicht notwendig, die Siliciumni
tridschicht 12 für jeden Kontakt mit einem Muster zu verse
hen. Wie erläutert, wird bei der erfindungsgemäßen Halblei
terspeicher-Herstellung die Gateelektrode des MOSFETs durch
eine dicke Isolierschicht abgedeckt, die untere und die
obere kontaktbildende Zone werden mit dicken Isolierschich
ten abgedeckt, und zumindest die Oberseite der Gateelek
trode wird von der ersten oxidationsbeständigen Isolier
schicht abgedeckt. Die Polysiliciumschicht wird gebildet,
und zumindest ein Teil dieser Polysiliciumschicht wird dann
mit der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht abge
deckt. Unter diesen Bedingungen wird dann die Zwischeniso
lierschicht gebildet, das darunter liegende Kontaktloch
wird in der Zwischenisolierschicht erzeugt, wobei die Poly
siliciumschicht als Ätzsperre dient, die Polysilicium
schicht in dem Kontakt wird beseitigt, und es erfolgt ein
Oxidationsvorgang derart, daß die Polysiliciumschicht in
dem nicht von der zweiten oxidationsbeständigen Isolier
schicht abgedeckten Bereich oxidiert wird. Bei dieser Oxi
dation wird die von der Oxidation nicht betroffene, auf
grund der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht also
übrigbleibende Polysiliciumschicht als Stopper oder Sperre
bei dem nächsten Kontaktbildungsvorgang eingesetzt und kann
als später durch Oxidation gebildete Oxidschicht fungieren.
Deshalb ist der Aufbau besonders wirksam bei der Bildung
von Kontakten im anschließenden Prozeß, um ein zuverläs
siges miniaturisiertes Halbleiterbauelement zu schaffen.
Claims (14)
1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauele
ments mit einer Schichtkondensatorstruktur, umfassend:
eine Zelle mit einem MOSFET und einem Kondensator in
einem Substrat; wobei
der Kondensator auf einer Isolierschicht gebildet
ist, die die Oberfläche des Substrats, auf der der MOSFET
gebildet ist, abdeckt, derart, daß eine Speicherknotenelek
trode (16) des Kondensators eine Source- oder Drainzone
(4 a, 4 b) des MOSFETs über einen in der Isolierschicht (8)
offenen Speicherknotenkontakt (14) kontaktiert,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bilden des MOSFETs in dem Halbleitersubstrat (1);
Bedecken der Gateelektrode des MOSFETs oben und an den Seiten mit einer Isolierschicht (8);
Ausbildung einer ersten oxidationsbeständigen Iso lierschicht (10) in einer Zone des Speicherknotenkontakts (14), einer Bitleitungskontakt-Zone oder beiden Zonen, der art, daß zumindest ein Teil der Gateelektrode (6) bedeckt ist;
Ausbilden einer polykristallinen Siliciumschicht (11) auf der ersten oxidationsbeständigen Schicht (10);
Ausbilden einer zweiten oxidationsbeständigen Iso lierschicht (12) auf zumindest einem Teil der polykristal linen Siliciumschicht (11) ;
Ausbilden einer ersten Zwischenisolierschicht (13) auf der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht (12);
Entfernen eines Teils der ersten Zwischenisolier schicht (13), um die polykristalline Siliciumschicht (12) freizulegen;
Ätzen der polykristallinen Siliciumschicht (12), um die erste oxidationsbeständige Isolierschicht (10) freizu legen;
Oxidieren der polykristallinen Siliciumschicht (11), um diese polykristalline Siliciumschicht in dem in der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht (12) freilie genden Bereich in eine Siliciumoxidschicht umzuwandeln;
Entfernen der ersten oxidationsbeständigen Isolier schicht (10), um den Speicherknotenkontakt (14) oder den Bitleitungskontakt (20) zu bilden;
Bilden einer Leitung (21) oder eines Bauteils, um den ersten Kontakt zu kontaktieren, und Bilden einer zweiten Zwischenisolierschicht; und
Bilden eines zweiten Kontakts auf der zweiten Zwi schenisolierschicht unter Verwendung der polykristallinen Siliciumschicht, die von der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht bedeckt ist und nicht-oxidiert bleibt, als Ätz-Stopper.
Bilden des MOSFETs in dem Halbleitersubstrat (1);
Bedecken der Gateelektrode des MOSFETs oben und an den Seiten mit einer Isolierschicht (8);
Ausbildung einer ersten oxidationsbeständigen Iso lierschicht (10) in einer Zone des Speicherknotenkontakts (14), einer Bitleitungskontakt-Zone oder beiden Zonen, der art, daß zumindest ein Teil der Gateelektrode (6) bedeckt ist;
Ausbilden einer polykristallinen Siliciumschicht (11) auf der ersten oxidationsbeständigen Schicht (10);
Ausbilden einer zweiten oxidationsbeständigen Iso lierschicht (12) auf zumindest einem Teil der polykristal linen Siliciumschicht (11) ;
Ausbilden einer ersten Zwischenisolierschicht (13) auf der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht (12);
Entfernen eines Teils der ersten Zwischenisolier schicht (13), um die polykristalline Siliciumschicht (12) freizulegen;
Ätzen der polykristallinen Siliciumschicht (12), um die erste oxidationsbeständige Isolierschicht (10) freizu legen;
Oxidieren der polykristallinen Siliciumschicht (11), um diese polykristalline Siliciumschicht in dem in der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht (12) freilie genden Bereich in eine Siliciumoxidschicht umzuwandeln;
Entfernen der ersten oxidationsbeständigen Isolier schicht (10), um den Speicherknotenkontakt (14) oder den Bitleitungskontakt (20) zu bilden;
Bilden einer Leitung (21) oder eines Bauteils, um den ersten Kontakt zu kontaktieren, und Bilden einer zweiten Zwischenisolierschicht; und
Bilden eines zweiten Kontakts auf der zweiten Zwi schenisolierschicht unter Verwendung der polykristallinen Siliciumschicht, die von der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht bedeckt ist und nicht-oxidiert bleibt, als Ätz-Stopper.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste oxi
dationsbeständige Isolierschicht in der ersten kontaktbil
denden Zone beseitigt wird, nachdem die erste oxidationsbe
ständige Isolierschicht gebildet ist, und bevor die Polysi
liciumschicht gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Kon
taktbildungsschritt die Bildung einer Bitleitung umfaßt,
und bei dem der zweite Kontaktbildungsschritt die Bildung
eines Speicherknotenkontakts umfaßt.
4. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbau
elements, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bilden einer definierten Bauelementfläche in einem Halbleitersubstrat;
Bilden einer ersten Elektrode;
Abdecken der Oberseite und der Seite der ersten Elek trode mit einer Isolierschicht;
Bilden einer ersten oxidationsbeständigen Isolier schicht in einem Kontaktbildungsbereich derart, daß sie zu mindest einen Teil der ersten Elektrode abdeckt;
Bilden einer polykristallinen Siliciumschicht auf der ersten oxidationsbeständigen Isolierschicht;
Bilden einer zweiten oxidationsbeständigen Isolier schicht auf zumindest einem Teil der polykristallinen Sili ciumschicht;
Bilden einer ersten Zwischenisolierschicht auf der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht;
Freilegen der polykristallinen Siliciumschicht durch Beseitigen eines Teils der ersten Zwischenisolierschicht;
Ätzen der polykristallinen Siliciumschicht, um die erste oxidationsbeständige Isolierschicht freizulegen;
Oxidieren der polykristallinen Siliciumschicht, um die polykristalline Siliciumschicht in dem in der zweiten oxidationsbeständigen Schicht freiliegenden Bereich umzu wandeln in eine Siliciumoxidschicht;
Bilden eines ersten Kontakts durch Entfernen der er sten oxidationsbeständigen Isolierschicht;
Bilden einer gewünschten Leitung oder eines Bauele ments derart, daß eine Verbindung mit dem ersten Kontakt entsteht, und anschließendes Bilden einer zweiten Zwischen isolierschicht; und
Bilden eines zweiten Kontakts in der zweiten Zwi schenisolierschicht unter Verwendung der polykristallinen Siliciumschicht, die von der zweiten oxidationsbeständigen Schicht bedeckt bleibt und nicht oxidiert ist, als Ätz- Stopper.
Bilden einer definierten Bauelementfläche in einem Halbleitersubstrat;
Bilden einer ersten Elektrode;
Abdecken der Oberseite und der Seite der ersten Elek trode mit einer Isolierschicht;
Bilden einer ersten oxidationsbeständigen Isolier schicht in einem Kontaktbildungsbereich derart, daß sie zu mindest einen Teil der ersten Elektrode abdeckt;
Bilden einer polykristallinen Siliciumschicht auf der ersten oxidationsbeständigen Isolierschicht;
Bilden einer zweiten oxidationsbeständigen Isolier schicht auf zumindest einem Teil der polykristallinen Sili ciumschicht;
Bilden einer ersten Zwischenisolierschicht auf der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht;
Freilegen der polykristallinen Siliciumschicht durch Beseitigen eines Teils der ersten Zwischenisolierschicht;
Ätzen der polykristallinen Siliciumschicht, um die erste oxidationsbeständige Isolierschicht freizulegen;
Oxidieren der polykristallinen Siliciumschicht, um die polykristalline Siliciumschicht in dem in der zweiten oxidationsbeständigen Schicht freiliegenden Bereich umzu wandeln in eine Siliciumoxidschicht;
Bilden eines ersten Kontakts durch Entfernen der er sten oxidationsbeständigen Isolierschicht;
Bilden einer gewünschten Leitung oder eines Bauele ments derart, daß eine Verbindung mit dem ersten Kontakt entsteht, und anschließendes Bilden einer zweiten Zwischen isolierschicht; und
Bilden eines zweiten Kontakts in der zweiten Zwi schenisolierschicht unter Verwendung der polykristallinen Siliciumschicht, die von der zweiten oxidationsbeständigen Schicht bedeckt bleibt und nicht oxidiert ist, als Ätz- Stopper.
5. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend den Schritt
des Bildens eines dritten Kontakts in der Isolierschicht,
die durch nicht vorhandene polykristalline Siliciumschicht
gebildet ist, entweder vor oder nach der Bildung des ersten
oder des zweiten Kontakts.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
folgende Schritte:
Freilegen von Source- und Drain-Zonen durch Ätzen; und
Bilden einer Siliciumschicht in den Source- und Drain-Zonen durch selektives epitaxiales Wachstum, nachdem die Gateelektrode bedeckt ist und bevor die erste oxida tionsbeständige Isolierschicht gebildet ist.
Freilegen von Source- und Drain-Zonen durch Ätzen; und
Bilden einer Siliciumschicht in den Source- und Drain-Zonen durch selektives epitaxiales Wachstum, nachdem die Gateelektrode bedeckt ist und bevor die erste oxida tionsbeständige Isolierschicht gebildet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Kon
taktbildungsschicht die Bildung eines Speicherknotenkon
takts aufweist, die zweite Kontaktbildungsschicht die Bil
dung eines Bitleitungskontakts umfaßt, und weiterhin fol
gende Schritte vorgesehen sind:
Ätzen eines Teils der Belagelektrode, wenn die in dem Bitleitungskontakt freiliegende Polysiliciumschicht geätzt wird, wobei die Kondensator-Elektrode derart gebildet wird, daß sie einen Teil des Bitleitungskontakts überlappt; und
Oxidieren der in dem Kontakt freiliegenden polykri stallinen Siliciumschicht sowie eines Endes der Elektrode.
Ätzen eines Teils der Belagelektrode, wenn die in dem Bitleitungskontakt freiliegende Polysiliciumschicht geätzt wird, wobei die Kondensator-Elektrode derart gebildet wird, daß sie einen Teil des Bitleitungskontakts überlappt; und
Oxidieren der in dem Kontakt freiliegenden polykri stallinen Siliciumschicht sowie eines Endes der Elektrode.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zweite Kon
taktbildungsschritt die Bildung eines Kontakts umfaßt, an
den ein anderes Bauelement angeschlossen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der
Bildung der ersten oxidationsbeständigen Schicht die Bil
dung einer Siliciumnitridschicht (10) enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bildung
der zweiten oxidationsbeständigen Isolierschicht die Bil
dung einer Siliciumnitridschicht (12) enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt
zur Bildung der zweiten oxidationsbeständigen Schicht die
Bildung einer Siliciumoxidschicht und einer Siliciumnitrid
schicht umfaßt und der zweite Kontaktbildungsschritt ein
isotropes Ätzen umfaßt.
12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Abdecken
der Gateelektrode folgende Schritte umfaßt:
Bilden einer oberen Isolierschicht durch Aufbringen einer Isolierschicht auf die Gateelektrode und Muster-Bil dung in der Isolierschicht; und
Bilden einer Seitenwand-Isolierschicht durch Aufbrin gen einer Isolierschicht auf die gesamte Oberfläche der oberen Isolierschicht, wobei die Isolierschicht nur an einer Seitenwand der Gateelektrode stehengelassen wird, in dem durch anisotropes Ätzen eine Seitenwand-Isolierschicht in selbst ausrichtender Weise erzeugt wird.
Bilden einer oberen Isolierschicht durch Aufbringen einer Isolierschicht auf die Gateelektrode und Muster-Bil dung in der Isolierschicht; und
Bilden einer Seitenwand-Isolierschicht durch Aufbrin gen einer Isolierschicht auf die gesamte Oberfläche der oberen Isolierschicht, wobei die Isolierschicht nur an einer Seitenwand der Gateelektrode stehengelassen wird, in dem durch anisotropes Ätzen eine Seitenwand-Isolierschicht in selbst ausrichtender Weise erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Abdecken
der Gateelektrode die Warmbehandlung der Gateelektrode in
einer Dampfatmosphäre beinhaltet, so daß die Oberfläche der
Gateelektrode nach deren Bildung oxidiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Zwi
schenisolierschicht aus Phosphatglas gebildet wird.
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