DE4126046A1 - Herstellungsverfahren und struktur eines dram-speicherzellenkondensators - Google Patents

Herstellungsverfahren und struktur eines dram-speicherzellenkondensators

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterspeichereinrichtung und insbesondere ein Herstellungsverfahren und eine Struktur eines DRAM-Speicherzellenkondensators mit hoher Kapazität.
Da bei Halbleitereinrichtung allgemein eine Tendenz zu einer höheren Chipintegrationsdichte zu beobachten ist, werden die durch die Halbleitereinrichtung eingenommenen Flächen mehr und mehr reduziert. Demgemäß ist es bei der Herstellung einer DRAM-Speicherzelle mit einem Transistor und einem Kondensator insbesondere wichtig, auf einer begrenzten Fläche die Kapazität zu erhöhen.
In den Fig. 1A bis 1C ist ein Herstellungsprozeß eines konventionellen zylindrischen Kondensators dargestellt, wie es in "Symposium On VLSI Technology", S. 13-14, veröffentlicht 1990, offenbart ist. In Fig. 1A sind auf einem Halbleitersubstrat 2 eines ersten Leitfähigkeitstyps eine Feldoxidschicht 4, ein Gate 6, eine Bitleitung 8 und eine Zwischenisolationsschicht 10 gebildet. Polyimid 12 wird auf das Substrat 2 aufgeschleudert und dadurch ein umgekehrtes Muster der Speicherelektrode gebildet.
In Fig. 1B ist Polysilicium über die gesamte Oberfläche 2 durch das CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) abgelagert, um eine erste Leitfähigkeitsschicht 14 zu bilden. Danach wird Photolack 16 über die gesamte Oberfläche der ersten Leitfähigkeitsschicht 14 aufgetragen, und ein Rückwärtsverfahren durchgeführt, bis die erste Leitfähigkeitsschicht 14 auf der Spitze des Polyimid 12 freigelegt ist.
In Fig. 1C werden die freigelegten Abschnitte der ersten Leitfähigkeitsschicht 14, des Photolacks 16 und des Polyimid 12 nacheinander entfernt, um eine zylindrische Speicherelektrode 18 zu bilden. Danach werden eine Isolationsschicht 20 aus Ta2O5 und eine Zellelektrode 22 aus Wolfram aus dem Substrat 2 gebildet, um die Herstellung des Kondensators zu vervollständigen. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei einem konventionellen zylindrischen Kondensator beide Enden der Speicherelektroden senkrecht zum Substrat nach oben weisen, so daß die Kapazität des Kondensators stark vergrößert werden kann.
Es ist allerdings von Nachteil, daß das als Aufreißschicht zur Bildung des Speicherelektrodenmusters verwendete Polyimid hitzeempfindlich ist. Demgemäß gab es die Schwierigkeit, daß das Polyimid bei der hohen Temperatur, bei der die Polysiliciumschicht abgelagert wird, transformiert oder kontaminiert werden kann. Weiterhin war das Anwachsen der Kapazität begrenzt, da nur ein einzelner konkaver Bereich im Kondensator gebildet wurde.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines DRAM-Speicherzellenkondensators unter Verwendung einer Aufreißschicht bereitzustellen, welche zur Bildung eines Speichermusters verwendet wird und die nicht durch Hitze transformiert oder kontaminiert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines DRAM-Speicherzellenkondensators mit hoher Kapazität durch einen einfachen und sicheren Herstellungsprozeß zu gewährleisten.
Aufgrund einer weiteren Aufgabe der Erfindung wird eine DRAM-Zelle mit einer Vielzahl von konkaven Bereichen in einer Speicherelektrode bereitgestellt.
Zur Lösung der vorangehenden Aufgabe und anderer Merkmale der Erfindung verwendet eine Ausführungsform der Erfindung eine Oxidschicht anstelle der Polyimidschicht als Aufreißschicht zur Bildung des Speicherelektrodenmusters.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird bei einer Ausführungsform der Erfindung ein erster konkaver Bereich durch Verwendung einer Oxidschicht als Aufreißschicht gebildet und darauffolgend eine Isolationszwischenlage aus Oxidschicht im ersten konkaven Bereich gebildet. Danach wird eine Leitungsschicht gebildet und dann die Leitungsschicht in dem konkaven Bereich und die Spitze der Leitungsschicht entfernt, wodurch ein Kondensator mit einer Vielzahl von konkaven Bereichen gebildet wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A bis 1D einen Herstellungsprozeß eines DRAM- Speicherzellenkondensators nach einem konventionellen Verfahren;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines DRAM-Speicherzellenkondensators gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des DRAM-Speicherzellenkondensators entlang der Linie A-A′ aus Fig. 2, und
Fig. 4A bis 4F einen Herstellungsprozeß des erfindungsgemäßen DRAM-Speicherzellenkondensators.
In Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen DRAM-Speicherzellenkondensators dargestellt. Eine Feldoxidschicht 28 ist auf einem Halbleitersubstrat 26 eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet. Source- und Drain-Bereiche 34, 36 des anderen Leitfähigkeitstyps sind durch eine zwischen ihnen ausgebildete Kanalregion in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet. Gates 32 sind oberhalb der Feldoxidschicht 28 und dem Kanalbereich gebildet. Zusätzlich weist die Speicherelektrode 72 eine Vielzahl von konkaven Bereichen 64, 66, 68 und 70 auf, die so gebildet sind, daß der Source-Bereich 34 und die Gates 32 benachbart zum Source-Bereich mit dem unteren Teil der Speicherelektrode 72 verbunden sind. In Fig. 3 ist ein Querschnitt des erfindungsgemäßen DRAM-Speicherzellenkondensators dargestellt. Es werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder äquivalente Teile gemäß Fig. 2 verwendet. In der Figur sind zwei Transistoren und zwei Kondensatoren dargestellt. Jeder Kondensator hat eine Speicherelektrode 71 mit eine Vielzahl von konkaven Bereichen. Außerdem sind eine dielektrische Schicht 74 und eine Zellenelektrode 76 auf der Speicherelektrode 72 aufgetragen.
In den Fig. 4A bis 4F wird ein Herstellungsprozeß des erfindungsgemäßen DRAM-Speicherzellenkondensators beschrieben. Gleiche Bezugszeichen werden wiederum für gleiche oder äquivalente Teile gemäß den Fig. 2 und 3 verwendet.
In Fig. 4A ist ein Halbleitersubstrat 26 eines ersten Leitfähigkeitstyps dargestellt, auf dem eine Feldoxidschicht 28 mit einer Dicke von 2000A-3000A aufgetragen ist. Die Gateoxidschicht 30 weist eine Dicke von 100-200A auf. Source 34 und Drain 36 des anderen Leitfähigkeitstyps sind getrennt durch den Kanalbereich gebildet. Darauffolgend ist die Isolationsschicht 38 auf dem Kanalbereich, dem Gate 32 und den Seitenwänden des Gates 32 auf der Feldoxidschicht 28 aufgetragen. Eine erste Oxidschicht 40 und Nitridschicht 42 sind aufeinanderfolgend auf das Substrat aufgebracht. Danach wird ein erster Photolack 44 auf das Substrat 26 mit einer Dicke von 0,5 µm-1 µm aufgetragen und ein Photoätzverfahren durchgeführt, um den ersten Photolack nur in Bereichen, in denen die Speicherelektrode geformt werden soll, zu belassen. Zwischen dem ersten verbleibenden Photolackmuster wird eine zweite Feldoxidschicht 26 eingefüllt. Ein Rückwärtsprozeß wird solange durchgeführt, bis der erste Photolack 44 vollständig abgeätzt ist. Die zweite Feldoxidschicht, die zwischen das erste Photolackmuster eingefüllt wurde, ist durch eine Nitridschicht oder durch eine SOG (Spin-On-Glass) Schicht ersetzbar.
In Fig. 4B ist die erste Photolackschicht 44 entfernt, um ein umgekehrtes Muster der ersten Speicherelektrode in einem ersten konkaven Bereich 54 zu bilden. Bei dieser Ausführungsform sind die verbleibenden Wände der zweiten Oxidschicht 46 Aufreißschichten zur Bildung eines Speicherelektrodenmusters.
In Fig. 4C sind freigelegte Bereiche der Nitridschicht 42 und der unter dieser gebildeten Oxidschicht 40 entfernt, um die Oberfläche des Source-Bereichs 34 freizulegen. Eine erste Polysiliciumschicht 48 wird auf das Substrat 26 aufgetragen, wobei diese mit den freigelegten Abschnitten des Source-Bereiches 34 in Kontakt steht. Vorzugsweise wird die erste Polysiliciumschicht 48 mit einer Dicke von etwa 1000 A ausgebildet. Danach wird ein zweiter Photolack 50 auf die Oberfläche 26 aufgetragen und ein Rücksetzprozeß durchgeführt, bis die erste Polysiliciumschicht auf der Spitze der zweiten Oxidschicht 46 freigelegt ist. In Fig. 4D sind die freigelegten Abschnitte der ersten Polysiliciumschicht 48 entfernt, um eine Speicherelektrode 52 im ersten konkaven Bereich 54 zu bilden. Der im Zentrum des ersten konkaven Bereichs 54 verbleibende zweite Photolack 50 wird entfernt, um eine Öffnung 56 zu bilden, welche erste und zweite Seitenwände aufweist, die in einem bestimmten Abstand von den zwei zugewandten Wänden des ersten konkaven Bereichs 54 angeordnet sind. Die Öffnung 56 umfaßt weiterhin eine dritte und eine vierte Wand der ersten Polysiliciumschicht, die im wesentlichen zwischen der ersten und zweiten Wand und senkrecht zu diesen verlaufen. Die Enden der dritten und vierten Wand sind mit dem vorderen und entsprechenden hinteren Ende der ersten und zweiten Wand verbunden. Eine dritte Oxidschicht mit einer Dicke von 1500 A ist auf dem Substrat 26 angeordnet und in einem darauffolgenden Rückätzprozeß werden auf den Wänden der Öffnung 56 die isolierende Schicht 58 aus der dritten Oxidschicht gebildet.
In Fig. 4E wird der noch verbliebene Rest des zweiten Photolacks 50 aus dem ersten konkaven Bereich 54 entfernt. Eine zweite Polysiliciumschicht 60 der Dicke 500 bis 1000 A wird auf dem Substrat 26 abgelagert. Ein dritter Photolack 62 wird auf das Substrat 26 aufgetragen und ein Rückätzprozeß durchgeführt, bis die zweite Polysiliciumschicht 60 auf der Spitze der zweiten Oxidschicht 46 und auf der isolierenden Schicht 58 freigelegt ist.
In Fig. 4F werden die freigelegten Abschnitte der zweiten Polysiliciumschicht 60 entfernt und darauffolgend nacheinander ein dritter Photolack 62 und die isolierende Schicht 58 aus der dritten Oxidschicht entfernt, um die Speicherelektrode 72 mit einem zweiten bis fünften konkaven Bereich 64, 66, 68 und 70 zu bilden. Danach werden die zweite Oxidschicht 46, die unter dieser gebildete Nitridschicht 42 und die erste Oxidschicht 40 entfernt. Dann wird die dielektrische Schicht 74 und die Zellelektrode 76 auf dem Substrat 26 gebildet, um die Herstellung eines Vielkammertyp-Kondensators mit einer Vielzahl von konkaven Bereichen zu vervollständigen. Bei dieser Ausführungsform ist die dieelektrische Schicht 74 vorzugsweise eine Schicht aus Ta2O5, eine ONO-Schicht oder eine PZT-Schicht, jeweils in der Dicke von 300-80A. Die Zellelektrode 76 ist 1000A-3000A dick.
Wie vorstehend beschrieben, weist eine Ausführungsform der Erfindung eine Speicherelektrode 72 auf, bei der die linke und rechte Seitenwand 58 der Öffnung 56 in einem bestimmten Abstand zueinander und parallel zu den entsprechenden Seitenwänden 52 des ersten konkaven Bereichs 54 gebildet sind, wobei ringförmig ein rechteckiger konkaver Bereich 66 einen mittleren konkaven Bereich 68 des ersten konkaven Bereichs 54 umgibt und zwei konkave Bereiche 64 und 70 symmetrisch auf der linken und rechten Seite davon angeordnet sind.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Speicherelektrode so geformt sein, daß vier Seitenwände der Öffnung 56 mit einem bestimmten Abstand untereinander parallel zu entsprechenden Seitenwänden des ersten konkaven Bereichs 54 angeordnet sind, wobei ein erster und zweiter konkaver Bereich ringgleich um einen zentralen konkaven Bereich 68 des ersten konkaven Bereichs 54 angeordnet ist.
Der erfindungsgemäße DRAM-Speicherzellenkondensators verwendet anstelle des konventionellen Polyimids als Aufreißschicht eine Oxidschicht, um ein Speicherelektrodenmuster zu bilden. Deshalb wird die Aufreißschicht aus Oxid auch in einem darauffolgenden, bei hoher Temperatur durchgeführten Polysiliciumabscheidungsschritt nicht transformiert oder kontaminiert, so daß ein gewünschtes Speicherelektrodenmuster geformt werden kann und das Ergebnis des Prozesses verbessert wird.
Außerdem weist der erfindungsgemäße DRAM-Speicherzellenkondensators eine Vielzahl von konkaven Bereichen auf, die im ersten konkaven Bereich durch Bilden der Isolationsschicht im Speicherelektrodenmuster geformt sind. Aufgrund dessen kann die Kapazität im Vergleich zu einem konventionellen zylindrischen Kondensator erheblich gesteigert werden. Demgemäß kann im Falle einer hochintegrierten Halbleiterspeichereinrichtung mit mehr als 64 Mbit der erfindungsgemäße DRAM-Speicherzellenkondensators ohne eine Zunahme der durch den Kondensator benötigten Fläche genügend Kapazität aufweisen.

Claims (17)

1. Herstellungsverfahren eines DRAM-Speicherzellenkondensators mit einem Transistor und einem Kondensator mit den Verfahrensschritten:
Bilden einer ersten und zweiten Isolationsschicht (40, 42) und eines ersten Photolacks (44) nacheinanderfolgend auf einem Halbleitersubstrat (26) eines ersten Leitfähigkeitstyps, auf dem der Transistor gebildet ist, und Entfernen des auf dem Substrat abgelagerten ersten Photolacks außer von einem Diffusionsbereich (34) und einem benachbart zum Diffusionsbereich angeordneten Gate (32);
Auftragen einer dritten Isolationsschicht (46) zwischen das verbleibende erste Photolackmuster und Entfernen des verbleibenden ersten Photolacks, um eine Vielzahl von aus der dritten Isolationsschicht gebildeten Wänden und einen ersten konkaven Bereich (54) zu bilden, der von der dritten Isolationsschicht (46) umgeben ist;
Ätzen von freiliegenden Abschnitten der ersten und zweiten Isolationsschichten (40, 42) und Freilegen der Oberfläche des Diffusionsbereichs (34), um eine erste Leitungsschicht (48) auf dem Substrat (26) abzulagern;
Auftragen eines zweiten Photolacks (50) auf der ersten Leitungsschicht (48) und Durchführen eines Rückätzprozesses, bis die erste auf der Spitze der dritten Isolationsschicht (46) abgelagerte Leitungsschicht (48) freiliegt, und
Entfernen der freiliegenden Abschnitte der ersten Leitungsschicht (48) und des zweiten Photolacks (50), um eine Speicherelektrode zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Isolationsschicht (40) eine Oxidschicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Isolationsschicht (42) eine Nitridschicht ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dritte Isolationsschicht (46) entweder eine Oxidschicht, eine Nitridschicht oder eine SON (Spin-On-Glass) Schicht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Leitungsschicht eine Polysiliciumschicht ist.
6. Herstellungsverfahren eines DRAM-Speicherzellenkondensators mit einem Transistor und einem Kondensator, mit den folgenden Schritten.
Bilden eines ersten konkaven Bereichs (54), der von Oxidwänden (46) umgeben ist, die auf dem Halbleitersubstrat (26) außerhalb eines Diffusionsbereiches (34) und eines benachbart zum Diffusionsbereich angeordneten Gates (32) gebildet sind;
Bilden einer ersten Leitungsschicht (48) in dem ersten konkaven Bereich (54), die in Kontakt mit dem Diffusionsbereich (34) steht;
Auftragen eines ersten Photolacks (50) auf der ersten Leitungsschicht (48) und Durchführen eines Rückätzprozesses, bis die auf der Spitze der Oxidwände (46) aufgetragene Leitungsschicht (48) freigelegt ist;
Entfernen der freigelegten Bereiche der ersten Leitungsschicht (48) und Ätzen eines vorbestimmten Bereiches des ersten im ersten konkaven Bereich (54) verbleibenden Photolacks (50), bis die erste oben auf dem Diffusionsbereich (34) aufgetragene erste Leitungsschicht freiliegt, um eine Öffnung (56) und auf deren inneren Wänden eine Isolationstrennschicht (58) aus einer Isolationsschicht zu bilden;
Entfernen der verbleibenden Abschnitte des ersten Photolacks (50), um auf dem Substrat (26) eine zweite Leitungsschicht (60) zu bilden;
Auftragen eines zweiten Photolacks (62) auf der zweiten Leitungsschicht (60) und Durchführen eines Rückätzprozesses, bis die oben auf den Oxidwänden (46) und der Isolationstrennschicht (58) gebildete zweite Leitungsschicht (60) freiliegt; und
Entfernen der freiliegenden Abschnitte der zweiten Leitungsschicht (60) und des zweiten Photolacks (62) und der Isolationstrennschicht, um eine Speicherelektrode mit einer Vielzahl von konkaven Bereichen (64, 66, 68, 70) im ersten konkaven Bereich (54) zu bilden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Öffnung (56) erste und zweite im bestimmten Abstand zueinander angeordnete Wände (58) aufweist, welche parallel zu einer linken und rechten Seitenwand (52) des ersten konkaven Bereichs (54) verlaufen, und mit dritten und vierten Wänden aus der ersten Leitungsschicht (48), die zwischen den ersten und zweiten Wänden angeordnet sind, wobei die dritten und vierten Wände im wesentlichen senkrecht entsprechend mit den vorderen und hinteren Enden der ersten und zweiten Wände verbunden sind.
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Öffnung (56) vier in einer bestimmten Entfernung zu den entsprechenden Wänden des ersten konkaven Bereichs (54) angeordnete Wände umfaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Leitungsschicht (48) eine Polysiliciumschicht ist.
10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zweite Leitungsschicht (60) eine Polysiliciumschicht ist.
11. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Isolationstrennschicht eine Oxidschicht ist.
12. Verfahren nach Anspruch 6 mit den weiteren Schritten:
Bilden einer ersten und zweiten Isolationsschicht auf dem Substrat (26) vor dem Verfahrensschritt der Bildung eines ersten konkaven Bereiches (54).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Isolationsschicht eine Oxidschicht ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite Isolationsschicht eine Nitridschicht ist.
15. Ein DRAM-Speicherzellenkondensator, gekennzeichnet durch eine Speicherelektrode (72) mit eine Vielzahl von konkaven Bereichen (64, 66, 68, 70), die auf einem Diffusionsbereich (34) und zwei zum Diffusionsbereich benachbart angeordneten Gates (32) ausgebildet sind; einer Zellelektrode (76), die auf der Oberfläche der Speicherelektrode (72) mit einer dazwischen angeordneten Isolationsschicht (74) gebildet ist.
16. Der DRAM-Speicherzellenkondensator nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Speicherelektrode (72) mit einem ersten konkaven Bereich (68), der auf dem Diffusionsbereich (34) angeordnet ist; einem zweiten ringähnlich konkaven Bereich (66), der um den ersten konkaven Bereich (68) angeordnet ist, und einem dritten und vierten konkaven Bereich (64, 70), die symmetrisch auf der linken und rechten Seite des ringähnlichen konkaven Bereiches (66) angeordnet sind.
17. Der DRAM-Speicherzellenkondensator nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Speicherelektrode (72) mit einem ersten konkaven Bereich (68), der auf dem Diffusionsbereich (34) angeordnet ist; einem zweiten ringähnlich konkaven Bereich (66), der um den ersten konkaven Bereich (68) angeordnet ist, und einem dritten ringähnlichen konkaven Bereich, der um den zweiten ringähnlichen konkaven Bereich angeordnet ist.
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