WO2001017019A2

WO2001017019A2 - Speicher mit grabenkondensator und auswahltransistor und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: WO2001017019A2
Application number: PCT/DE2000/002866
Authority: WO
Inventors: Dietmar Temmler; Herbert Benzinger; Wolfram Karcher; Catharina Pusch; Martin Schrems; Jürgen Faul
Original assignee: Infineon Technologies Ag
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2001-03-08
Also published as: US6664167B2; DE19941148A1; DE19941148B4; JP2003508915A; KR20020025996A; WO2001017019A3; TW459386B; KR100445308B1; US20020137278A1; JP3878019B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst einen Speicher mit einer Speicherzelle (100), die in einem Substrat (105) gebildet ist und aus einem Grabenkondensator (110) und einem Transistor (160) besteht. Der Grabenkondensator (110) ist mit einem selbstjustierten Anschluss (220) an den Transistor (160) angeschlossen. Der Transistor (160) überdeckt zumindest teilweise den Grabenkondensator (110). Der Grabenkondensator (110) ist mit einer leitenden Grabenfüllung (130) gefüllt und auf der leitenden Grabenfüllung (130) befindet sich eine isolierende Deckschicht (135). Oberhalb der isolierenden Deckschicht (135) befindet sich eine Epitaxieschicht (245). Der Transistor (160) ist in der Epitaxieschicht (245) gebildet. Der selbstjustierte Anschluss (220) ist in einem Kontaktgraben (205) gebildet und besteht aus einem Isolationskragen (235), in dem ein leitendes Material (225) eingebracht ist. Auf dem leitenden Material ist eine leitende Kappe (230) gebildet.

Description

Beschreibung

Speicher mit Grabenkondensator und Auswahltransistor und Verfahren zu seiner Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Grabenkondensator mit einem Auswahltransistor und ein entsprechendes Herstellungsverfahren .

Die vorliegende Erfindung wird m Bezug auf einen m einer DRAM-Speicherzelle verwendeten Grabenkondensator erläutert. Zu Diskussionszwecken wird die Erfindung hinsichtlich der Bildung einer einzelnen Speicherzelle beschrieben.

Integrierte Schaltungen (ICs) oder Chips enthalten Kondensatoren zum Zwecke der Ladungsspeicherung, wie zum Beispiel ein dynamischer Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) . Der Ladungszustand in dem Kondensator repräsentiert dabei ein Datenbit.

Ein DRAM-Chip enthalt eine Matrix von Speicherzellen, welche m Form von Zeilen und Spalten angeordnet sind und von Wort- leitungen und Bitleitungen angesteuert werden. Das Auslesen von Daten aus den Speicherzellen, oder das Schreiben von Da- ten m die Speicherzellen, wird durch die Aktivierung geeigneter ortleitungen und Bitleitungen bewerkstelligt.

Eine DRAM-Speicherzelle enthalt üblicherweise einen mit einem Kondensator verbundenen Transistor. Der Transistor besteht unter anderem aus zwei Diffusionsgebieten, welche durch einen Kanal voneinander getrennt sind, der von einem Gate gesteuert wird. Abhangig von der Richtung des Stromflusses wird ein Diffusionsgebiet als Drain und der andere als Source bezeichnet. Das Source-Gebiet ist mit einer Bitleitung, das Drain- Gebiet ist mit dem Grabenkondensator und das Gate ist mit einer Wortleitung verbunden. Durch Anlegen geeigneter Spannungen an das Gate wird der Transistor so gesteuert, daß ein Stromfluß zwischen dem Dram-Gebiet und dem Source-Gebiet durch den Kanal ein- und ausgeschaltet wird.

Die m dem Kondensator gespeicherte Ladung baut sich mit der Zeit aufgrund von Leckstromen ab. Bevor sich die Ladung auf einen Pegel unterhalb eines Schwellwertes abgeoaut hat, muß der Speicherkondensator aufgefrischt werden. Aus diesem Grund werden diese Speicher als dynamisches RAM (DRAM) bezeichnet.

Das zentrale Problem bei den bekannten DRAM-Varianten auf Basis eines Grabenkondensators ist die Erzeugung einer ausreichend großen Kapazität des Grabenkondensators. Diese Problematik verschärft sich m Zukunft durch die fortschreitende Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen. Die Erhöhung der Integrationsdichte bedeutet, daß die pro Speicherzelle zur

Verfugung stehende Flache und damit die Kapazität des Grabenkondensators immer weiter abnimmt.

Leseverstarker erfordern einen ausreichenden Signalpegel für ein zuverlässiges Auslesen der in der Speicherzelle befindlichen Information. Das Verhältnis der Speicherkapazität zu der Bitleitungskapazitat ist entscheidend bei der Bestimmung des Signalpegels. Falls die Speicherkapazität zu gering ist, kann dieses Verhältnis zu klein zur Erzeugung eines hinreichenden Signals sein.

Ebenfalls erfordert eine geringere Speicherkapazität eine höhere Auffrischfrequenz, denn die m dem Grabenkondensator gespeicherte Ladungsmenge ist durch seine Kapazität begrenzt und nimmt zusatzlich durch Leckstrome ab. irα eine Mmdest- ladungsmenge in dem Speicherkondensator unterschritten, so ist es nicht mehr möglich, die m ihm gespeicherte Information mit den angeschlossenen Leseverstarkern auszulesen, die Information geht verloren und -es kommt zu Lesefehlern.

Zur Vermeidung von Lesefehlern bietet sich die Reduktion der Leckstrome an. Zum einen können Leckstrome durch Transisto- ren, zum anderen Leckstrome durch Dielektrika, wie zum Beispiel das Kondensatordielektrikum, reduziert werden. Durch diese Maßnahmen kann eine unerwünscht verringerte Haltezeit (Retension ti e) verl ngert werden.

Üblicherweise werden in DRAMs Stapelkondensatoren oder Grabenkondensatoren verwendet. Beispiele für DRAM-Speicherzellen mit Grabenkondensator sind in den Patenten US-5,658,816 , US- 4,649,625 , US-5,512,767 , US-5,641,694 , US-5,691,549 , US- 5,065,273 , US-5,736,760 , US-5,744,386 und TJS-5, 869, 868 gegeben. Ein Grabenkondensator hat eine dreidimensionale Struktur, welche zum Beispiel in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist. Eine Erhöhung der Kondensatorelektrodenflache und damit der Kapazität des Grabenkondensators kann zum Beispiel durch tieferes Atzen in das Substrat und damit durch tiefere Graben erreicht werden. Dabei bewirkt die Steigerung in der Kapazität des Grabenkondensators keine Vergrößerung der von der Speicherzelle beanspruchten Substratoberflache. Dieses Verfahren ist aber auch beschrankt, da die erzielbare Atztie- fe des Grabenkondensators von dem Grabendurchmesser abhangt, und bei der Herstellung nur bestimmte, endliche Aspektver- haltnisse zwischen Grabentiefe und Grabendurch esser erzielbar sind.

Bei fortschreitender Erhöhung der Integrationsdichte nimmt die, pro Speicherzelle zur Verfugung stehende Substratoberflache, immer weiter ab. Die damit verbundene Reduktion des Grabendurchmessers fuhrt zu einer Verringerung der Grabenkon- densatorkapazitat . Ist die Grabenkondensatorkapazitat so ge- ring bemessen, daß die speicherbare Ladung nicht zum einwandfreien Auslesen mit den nachgeschalteten Leseverstarkern ausreicht, so hat dies Lesefehler zur Folge.

Dieses Problem wird zum Beispiel m der Veröffentlichung N.C.C. Lou, IEDM 1988, Seite 588ff. gelost, indem der Transistor, der sich üblicherweise neben dem Grabenkondensator befindet, an eine Position verlagert wird, die sich oberhalb des Grabenkondensators befindet. Dadurch kann der Graben einen Teil der Substratoberfläche einnehmen, die herkömmlicherweise für den Transistor reserviert ist. Durch diese Anordnung teilen sich der Grabenkondensator und der Transistor ei- nen Teil der Substratoberflache . Ermöglicht wird diese Anordnung durch eine Epitaxieschicht, die oberhalb des Grabenkondensators gewachsen wird.

Problematisch ist allerdings der elektrische Anschluß des Grabenkondensators an den Transistor. Dazu wird in N.C.C.

Lou, TEDM 1988, Seite 588ff , ein Verfahren beschrieben, bei dem die lithographische Justage der einzelnen lithographischen Ebenen zueinander einen Mindestabstand zwischen Grabenkondensator und Transistor erfordert. Dadurch benötigen die Speicherzellen in einem Speicherzellenfeld eine relativ große Fläche und sind für die Integration in einem hochintegrierten Zellenfeld ungeeignet.

Des weiteren ist aus der JP 10-321813 A ebenfalls eine DRAM- Speicherzelle bekannt, bei der sich der Auswahltransistor in einer nachträglich gewachsenen, epitaktischen Siliziumschicht direkt oberhalb des Grabenkondensators befindet. Eine sog. „surface strap" Diffusionsschicht 35 ist vorgesehen, um die innere Kondensatorelektrode 25 mit den Source/Drain-Gebieten 34 elektrisch zu verbinden.

Ferner ist aus der US-Patentschrift US 5 843 820 eine DRAM- Speicherzelle bekannt, bei der sich der Auswahltransistor in einer nachträglich gewachsenen, egitaktischen Siliziumschicht oberhalb eines horizontalen Grabenkondensators befindet.

Überdies ist aus der US-Patentschrift US 5 410 503 eine Speicherzelle mit einem Auswahltransistor und einem Grabenkondensator bekannt. Dabei ist der Auswahltransistor in einer nach- träglich gewachsenen, epitaktischen Siliziumschicht angeordnet und grenzt horizontal an den Grabenkondensator an, so daß die Source-Elektrode mit der äußeren Kondensatorelektrode elektrisch leitend verbunden ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Grabenkondensator in einer Weise elektrisch an den Transistor anzuschließen, die für ein hochintegriertes Zellenfeld geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den in Anspruch 1 angegebenen Speicher gelöst. Weiterhin wird die gestellte

Aufgabe durch das in Anspruch 8 angegebene Verfahren gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche .

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht in der Verwendung eines selbstjustierten Anschlusses, der den Grabenkondensator elektrisch an den Transistor anschließt. Zur Bildung des selbstjustierten Anschlusses werden dabei be- reits auf einem Substrat vorhandene Strukturen verwendet.

Vorteilhafterweise werden dabei Wortleitungen mit ihren Isolationshüllen als Ätzmaske zur Bildung eines Kontaktgrabens verwendet. In dem Kontaktgraben kann anschließend der selbst- justierte Anschluss gebildet werden.

In einer weiteren vorteilhaf en Ausführung der Erfindung wird eine Grabenisolierung (STI) als Ätzmaske zur Bildung eines Kontaktgrabens verwendet, in dem anschließend der selbstju- stierte Anschluß gebildet wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung befindet sich in dem unteren Bereich des Kontaktgrabens ein Isolationskragen . In einer weiteren vorteilhaf en Ausführung der Erfindung befindet sich in dem Kontaktgraben ein leitendes Material, welches zu der elektrischen Verbindung zwischen Grabenkondensator und Transistor beiträgt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung befindet sich in dem Kontaktgraben auf dem leitenden Material eine leitende Kappe, die ebenfalls zu der elektrischen Verbindung zwischen Grabenkondensator und Transistor beiträgt.

Vorteilhaf erweise erstreckt sich der Isolationskragen von einer isolierenden Deckschicht bis zu einem Drain-Gebiet des Transistors. Dadurch wird das leitende Material und die leitende Kappe so isoliert, daß Leckströme, die den Grabenkon- densator entladen könnten, reduziert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung der Erfindung reicht die Grabenisolierung mindestens bis auf Tiefe der isolierenden Deckschicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung eines Speichers mit Speicherzellen, welche jeweils einen Transistor mit einem Drain-Gebiet, einem Source-Gebiet , einem Kanal und einer zwischen Source-Gebiet und Drain-Gebiet angeordneten ersten Wortleitung sowie einen Grabenkondensator mit innerer Elektrode, äußerer Elektrode und dielektrischer Schicht aufweisen, umfaßt die Schritte Bereitstellen eines Substrats mit einem Graben, Füllen des Grabens mit einer leitenden Grabenfüllung zur Bildung der inneren Elektrode des Grabenkondensa- tors , Bilden einer isolierenden Deckschicht auf der leitenden Grabenfüllung, Aufwachsen einer Epitaxieschicht, auf einer Oberfläche des Substrats, so daß die Epitaxieschicht die isolierende Deckschicht zumindest teilweise überdeckt, Bilden einer Grabenisolierung zumindest in der Epitaxieschicht zur Isolierung benachbarter Speicherzellen, Bilden einer ersten Wortleitung oberhalb der Epitaxieschicht und einer zweiten Wortleitung oberhalb der Grabenisolierung, wobei die erste Wortleitung mit einer ersten Isolationshülle umgeben wird und die zweite Wortleitung mit einer zweiten Isolationshülle umgeben wird, Definieren des Source-Gebiets und des Drain- Gebiets in der Epitaxieschicht, Ätzen eines Kontaktgrabens durch die Epitaxieschicht und die isolierende Deckschicht bis zur leitenden Grabenfüllung, wobei die erste Wortleitung mit ihrer ersten Isolationshülle und die zweite Wortleitung mit ihrer zweiten Isolationshülle als Ätzmaske für die Ätzung des Kontaktgrabens verwendet werden, und Bereitstellen eines selbstjustierten Anschlusses in dem Kontaktgraben, der die leitende Grabenfüllung mit dem Drain-Gebiet elektrisch ver- bindet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Kontaktgraben selbstjustiert zwischen der ersten und der zweiten Wortleitung gebildet. Das bedeutet, das die erste und zweite Wort- leitung mit ihrer ersten bzw. zweiten Isolationshülle als Ätzmaske zur Bildung des Kontaktgrabens verwendet wird.

In einer weiteren Ausprägung wird die Grabenisolierung als Ätzmaske zur Bildung des Kontaktgrabens gebildet.

Vorteilhafterweise wird in dem Kontaktgraben ein Isolationskragen gebildet. Weiterhin wird in dem Kontaktgraben zumindest ein leitendes Material eingebracht, welches zum elektrischen Anschluß zwischen Grabenkondensator und Transistor bei- trägt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung des Herstellungsverfahrens wrid oberhalb des leitenden Materials und oberhalb des Isolationskragens eine leitende Kappe gebildet, die eben- falls zu dem elektrischen Anschluß beiträgt. Vorteilhafterweise wird der Isolationskragen so gebildet, daß das leitende Material und die leitende Kappe nur über das Drain-Gebiet mit der Epitaxieschicht elektrisch verbunden

S sind. Dadurch werden Leckströme verringert, die den Grabenkondensator entladen können.

Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren führt eine in situ Do- tierung der Epitaxieschicht durch. Dadurch kann die Kanaldotierung des Transistors und die Wannendotierung bereits beim Aufwachsen der Epitaxieschicht eingestellt werden. Weiterhin wird die Bildung sehr steilflankiger Dotierprofile ermöglicht, die zu kleinen Leckströmen führen und die Bauelemente skalierbar gestalten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine epitaxiale Schließfuge in der Epitaxieschicht gebildet, die zumindest teilweise durch die Gra- benisolierung und/oder durch den Kontaktgraben entfernt wird. Außerdem ist es vorteilhaft das Layout des Grabens so auf eine Kristallorientierung des Substrats auszurichten, daß die epitaxiale Schließfuge möglichst klein wird.

In einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante wird die ^'isolierende Deckschicht vor dem Entfernen einer Hartmaske, mit deren Hilfe der Graben strukturiert wurde, gebildet. Dadurch ist es möglich, die isolierende Deckschicht selektiv in dem Graben auf der leitenden Grabenfüllung zu bilden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Epitaxieschicht mit einem Temperaturschritt zu behandeln, der die Defekte in der Epitaxieschicht verringert und die epitaxialen Schließfuge ausheilt. Dabei wird die Kristallstruktur der epitaxialen Schließfuge möglichst vollständig rekonstruiert.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Epitaxieschicht mit einem Planarisierungsschritt zu behandeln, der die Oberfläche der Epitaxieschicht glättet und teilweise zurückätzt.

In einer vorteilhaften Ausprägung werden die Wortleitungen und ihre, Isolationshüllen als seitliche Randstege (spacer) an Ao den Flanken der Grabenisolierung gebildet. Dies hat den Vorteil, daß die Wortleitungen e ne Breite aufweisen können, die unterhalb des kleinsten Lithographiemasses F liegt.

Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend naher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausfuhrungsbeispiel einer DRAM-Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung, entsprechend einer ersten Ausfuhrungsform des erfindungsgema- ßen Verfahrens;

Figur 2 die Draufsicht auf das Ausfuhrungsbeispiel eines DRAM-Speicherzellenarrays gemäß Figur 1;

Figur 3 eine weitere Draufsicht auf das Ausfuhrungsbeispiel eines DRAM-Speicherzellenarrays gemäß Figur 1 ;

Figur 4 eine weitere Draufsicht auf das Ausfuhrungsbeispiel eines DRAM-Speicherzellenarrays gemäß Figur 1;

Figur 5 eine weitere Draufsicht auf das Ausfuhrungsbeispiel eines DRAM-Speicherzellenarrays gemäß Figur 1;

Figur 6 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer DRAM- Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung, entsprechend einer zweiten Ausfuhrungsform des erfindungsge aßen Verfahrens;

Figur 7 ein früheres Prozeßstadium des Ausfuhrungsbei- spiels nach Figur 6 und λλ

Figur 8 die Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel einer DRAM-Speicherzellenarrays gemäß Figur 6.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente.

Mit Bezug auf Figur 1 ist eine erste Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine Speicherzelle 100 besteht aus einem Grabenkondensator 110 und einem Transistor 160. Der Grabenkondensator 110 wird in einem Substrat 105 gebildet, das eine Oberfläche 106 aufweist. In dem Substrat 105, das beispielsweise aus p-dotiertem Silizium besteht, ist eine vergrabene Wanne 155 eingebracht, die zum Beispiel aus n-dotiertem Silizium besteht. Zur Dotierung von Silizium sind Bor, Arsen oder Phosphor als Dotierstoff geeignet. Der Grabenkondensator 110 weist einen Graben 115 mit einem oberen Bereich 120 und einem unteren Bereich 125 auf. In dem oberen Bereich 120 des Grabens 115 befindet sich ein großer Isolationskragen 150. Der untere Bereich 125 des Grabens durchdringt die vergrabene Wanne 155 zumindest teilweise. Um den unteren Bereich 125 des Grabens 115 ist eine vergrabene Platte 145 angeordnet, welche die äußere Kondensatorelektrode des Grabenkondensators 110 bildet. Die vergrabenen Platten der benachbarten Speicherzellen werden durch die vergrabene Wanne 155 elektrisch miteinander verbunden. Die vergrabene Platte 145 besteht beispielsweise aus n-dotiertem Silizium.

Der untere Bereich 125 des Grabens 115 ist mit einer dielektrischen Schicht 140 verkleidet, welche das Speicherdielek- triku des Grabenkondensators 110 bildet. Die dielektrische

Schicht 140 kann aus Schichten beziehungsweise Schichtstapeln hergestellt werden, die aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Silizium-Oxynitrid bestehen. Es können auch Speicherdielektrika verwendet werden, die eine hohe Dielektrizitätskonstan- te aufweisen, wie zum Beispiel Tantaloxid, Titanoxid, BST

(Bariu -Strontium-Titanat) , sowie jedes andere geeignete Dielektrikum. co ⁾ ) KJ l-¹ -¹ cπ o Cn o Cπ o cπ

umoxid. D e Position der Grabemsolierung wird anhand von Figur 2 naher erläutert. Oberhalb der Grabemsolierung 250 verlauft einer zweite Wortleitung 190, die von einer zweiten Isolationshulle verkleidet ist. Neben der ersten Wortleitung 180 verlauft eine dritte Wortleitung 200. Oberhalb der Wortleitung und des Source-Gebiets 170 ist eine Stoppschicht 240 angeordnet, die zwischen der ersten und der zweiten Wortleitung entfernt ist. Die Stoppschicht schützt den Bereich zwischen der ersten Wortleitung 180 und der dritten Wortleitung 200.

Ein Aktives Gebiet 270 wird rundherum von der Grabemsolierung 250 umgeben und befindet sich m der Epitaxieschicht 245.

In Figur 2 ist die Draufsicht auf das in Figur 1 gezeigte Ausfuhrungsbeispiel der erfmdungsgemaßen Speicherzelle gezeigt. Das Aktive Gebiet 270 wird rundherum von der Grabemsolierung 250 umgeben. An einem Ende des aktiven Gebiets 270 befindet sich der Graben 115.

In Figur 3 ist eine weitere Draufsicht auf die in Figur 1 dargestellte Speicherzelle dargestellt. Der Übersichtlichkeit wegen ist der Graben 115 nicht mit eingezeichnet, befindet sich aber an der m Figur 2 gezeigten Position. In Fig. 3 verlauft die erste Wortleitung 180 mit ihrer ersten Isolationshulle 185 ber das aktive Gebiet 270. Die zweite Wortleitung 190 mit ihrer zweiten Isolationshulle verlauft über der Grabemsolierung 250. Der selbstjustierte Anschluß 220 wird von der ersten Wortleitung 180 mit erster Isolationshulle

185, von der zweiten Wortleitung 190 mit zweiter Isolationshulle 195 und von dem Grabemsolierung 250 begrenzt. Zusätzlich ist das Source-Gebiet 170 zwischen der Grabemsolierung 250, der ersten Wortleitung 180 und der dritten Wortleitung 200 angeordnet. Figur 4 stellt eine weitere Draufsicht der in Figur 1 dargestellten Speicherzelle dar. Im Unterschied zu Figur 3 ist die Position des Grabens 115 eingezeichnet.

In Figur 5 ist eine weitere Draufsicht auf die in Figur 1 dargestellte Speicherzelle gezeigt. Die Größe der Speicherzelle 100 ist durch einen Rahmen gekennzeichnet. Es handelt sich um eine 8 F² Zelle, wobei F das kleinste erzielbare Lithographiemaß ist. Innerhalb des Rahmens, der die Speicher- zelle 100 kennzeichnet, wird ein großer Teil der Substratoberfläche 106 von dem Graben 115 verwendet. Im Vergleich zu Figur 4 ist die Position der epitaxialen Schießfuge 275 gezeigt, die auf der isolierenden Deckschicht 135 gebildet wird.

Der Transistor 160, der von der ersten Wortleitung 180 gesteuert wird, und ein benachbarter Transistor, der von der dritten Wortleitung 200 gesteuert wird, verwenden beide das gemeinsame Source-Gebiet 170, welches zwischen diesen beiden Wortleitungen angeordnet ist.

In dem oberen Bereich von Figur 5 ist die Grabenisolierung 250 der Übersichtlichkeit wegen, ohne Wortleitungen gezeigt, welche auf der Grabemsolierung 250 verlaufen.

Mit Bezug auf Figur 1 bis 5 wird das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Speicherzelle erläutert. Es wird das Substrat 105 bereitgestellt, in und auf dem die DRAM- Speicherzelle herzustellen ist. Bei der vorliegenden Variante ist das Substrat 105 leicht mit p-Typ-Dotierstoffen dotiert, wie zum Beispiel Bor. In das Substrat 105 wird in geeigneter Tiefe eine n-dotierte, vergrabene Wanne 155 gebildet. Zur Dotierung der vergrabenen Wanne 155 kann zum Beispiel Phosphor oder Arsen als Dotierstoff verwendet werden. Die vergrabene Wanne 155 kann zum Beispiel durch Implantation erzeugt werden und bildet eine leitende Verbindung zwischen den vergrabenen Platten der benachbarten Kondensatoren. Alternativ kann die AS vergrabene Wanne 155 durch epitaktisch aufgewachsene, dotierte Siliziumschichten oder durch eine Kombination von Kristallwachstum (Epitaxie) und Implantation gebildet werden. Diese Technik ist in dem US-Patent 5,250,829 von Bronner et al. beschrieben.

Mit einer geeigneten Hartmaskenschicht als Atzmaske für einen reaktiven Ionenatzschritt (RIE) wird der Graben 115 gebildet. Anschließend wird in dem oberen Bereich 120 des Grabens 115 der große Isolationskragen 150 gebildet, der zum Beispiel aus Siliziumoxid besteht. Anschließend wird die vergrabene Platte 145 mit n-Typ-Dotierstoffen, wie zum Beispiel Arsen oder Phosphor als äußere Kondensatorelektrode gebildet. Der große Isolationskragen 150 dient dabei als Dotiermaske, welche die Dotierung auf den unteren Bereich 125 des Grabens 108 beschrankt. Zur Bildung der vergrabenen Platte 145 kann eine Gasphasendotierung, eine Plasmadotierung oder eine Plas aim- mersions-Ionemmplantation (PIII) verwendet werden. Diese Techniken sind beispielsweise m Ranso et al., J. Electro- chemical. Soc, Band 141, Nr. 5 (1994), S.1378ff.; US-Patent 5,344,381 und US-Patent 4,937,205 beschrieben. Eine Ionenimplantation unter Verwendung des großen Isolationskragens 150 als Dotiermaske ist ebenfalls möglich. Alternativ kann die vergrabene Platte 145 unter Verwendung eines dotierten Sili- katglases als Dotierstoffquelle, wie zum Beispiel ASG (Arsen Silikat Glas), gebildet werden. Diese Variante ist beispielsweise m Becker et al . , J. Electrochemical . Soc, Band 136 (1989), Seite 3033ff. beschrieben. Wird dotiertes Silikatglas zur Dotierung verwendet, so wird es nach der Bildung der ver- grabenen Platte 145 entfernt.

Anschließend wird eine dielektrische Schicht 140 gebildet, die den unteren Bereich 125 des Grabens 115 auskleidet. Die dielektrische Schicht 140 dient als Speicherdielektπkum zum Separieren der Kondensatorelektroden. Die dielektrische

Schicht 140 besteht beispielsweise aus einem Siliziumoxid, einen Siliziummtrid, einem Silizium-Oxymtπd oder einem co co t > t ⁾ h- ^■ P* cπ o π o cπ o cπ

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Anschließend wird das Dram-Gebiet 165 und das Source-Gebiet 170 mit Ionenimplantation gebildet. Dabei dienen die aus Po- lysilizium gebildeten Wortleitungen mit ihren Isolationshul- len als Implantationsmaske. Da die erste Wortleitung 180 so angeordnet ist, daß sie teilweise senkrecht oberhalb der isolierenden Deckschicht 135 verlauft, befindet sich ein Teil des Kanals 175 des Transistors 160 direkt oberhalb der isolierenden Deckschicht 135, so daß der Transistor 160 als par- tieller SOI-Transistor gebildet wird.

Anschließend wird die Stoppschicht 240 konform abgeschieden, so daß sie die Isolationshullen der Wortleitungen bedeckt. Die Stoppschicht 240 wird beispielsweise aus Siliziumnitrid gebildet. Danach wird eine Oxidschicht abgeschieden und bis auf die Stoppschicht 240 zuruckplanaπsiert, so daß zum Beispiel die Isolationsfullung 280 zwischen der ersten Wortleitung 180 und der dritten Wortleitung 200 gebildet wird. Anschließend wird mittels Fotolithografie und Atzung ein Fen- ster m der Stoppschicht 240 geöffnet. Dabei wird die Stoppschicht 240 zwischen der ersten Wortleitung 180 und der zweiten Wortleitung 190, oberhalb des Dram-Gebiets 165 entfernt. Mit anisotropem Plasmaatzen, welches selektiv zu der Grabemsolierung 250, die aus Siliziumoxid besteht und selektiv zu der ersten Isolationshulle 185 und der zweiten Isolationshulle 195, die aus Siliziumnitrid bestehen, wird das Dram- Gebiet 165 und die Epitaxieschicht 245 bis auf die isolierende Deckschicht 135 heruntergeatzt. Die Atzung stoppt aufgrund ihrer Selektivität auf der isolierenden Deckschicht 135. Zu- satzlich ist die Atzung selbstjustiert, da sie lateral durch die Isolationshullen der Wortleitungen und durch die Grabemsolierung 250 begrenzt wird. Bei dieser Atzung wird Vorzugs- weise der Rest der entstandenen epitaxialen Schließfuge 275 entfernt.

Anschließend wird der freigelegte Teil der isolierenden Deck- schicht 135 entfernt. Dies wird mit einer selektiven Atzung durchgeführt, welche die isolierende Deckschicht 135, die aus Siliziumoxid besteht, selektiv entfernt. Die Selektivität besteht gegenüber der leitenden GrabenfüUung 130, die aus dotiertem Polysilizium besteht, gegenüber der Epitaxieschicht 245, die aus Silizium besteht und gegenüber der ersten und zweiten Isolationshulle 185 und 195 und der Stoppschicht 240, die aus Siliziumnitrid besteht.

Danach wird m dem unteren Bereich 210 des Kontaktgrabens 205 ein Isolationskragen 143 gebildet. Zu diesem Zweck wird eine thermische Oxidation durchgeführt und eine Siliziumoxid- schicht abgeschieden, aus welcher der Isolationskragen 235 durch anisotrope Ruckatzung gebildet wird (Spacer-Techmk) .

Anschließend wird das leitende Material 225 m dem Isolati- onskragens 235 gebildet. Das leitende Material 225 besteht beispielsweise aus dotiertem Polysilizium und kann mit einem

CVD-Verfahren abgeschieden werden.

Der Isolationskragen 235 wird bis auf die Tiefe des Dram- Gebiets 165 selektiv zuruckgeatzt . Nach einem Reinigungsschritt wird die leitende Kappe 230 abgeschieden und kontaktiert somit das Dram-Gebiet 165 und das leitende Material 225. Über das leitende Material 225 ist somit die leitende GrabenfüUung 130 elektrisch mit dem Dram-Gebiet 165 verbun- den. Bei dieser Anordnung sind die leitende Kappe 230 und das leitende Material 225 durch den Isolationskragen 235 von der Epitaxieschicht 245 isoliert, so daß der Grabenkondensator nicht durch Leckstrome entladen werden kann.

Damit ist das Verfahren zur Herstellung einer ersten Variante eines Speichers mit selbstjustiertem Anschluß 220 dargestellt und die nachfolgenden Prozeßschritte dienen dazu, den Spei- Sfi eher mit den aus dem Stand der Technik bekannten Funktionselementen in üblicher Weise zu komplettieren.

In Figur 6 ist eine weitere Variante eines Speichers mit selbstjustiertem Anschluß dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine 1-Transistor-Speicherzellenanordnung mit 4F²- Zellen-Layout mit offener Bitleitungsarchitektur, mit Grabenkondensator und partiellem SOI-Transistor. Die dargestellte Speicherzelle 100 besteht aus einem Grabenkondensator 110 und einem Transistor 160. Der Grabenkondensator 110 wird in und auf einem Substrat 105 gebildet- -In dem Substrat 105 ist eine vergrabene Wanne 155 eingebracht, die zum Beispiel aus n- dotiertem Silizium besteht. Der Grabenkondensator 110 weist einen Graben 115 mit einem oberen Bereich 120 und einem unte- ren Bereich 125 auf. In dem oberen Bereich 120 des Grabens

115 befindet sich ein großer Isolationskragen 150. Der untere Bereich 125 des Grabens 115 durchdringt die vergrabene Wanne 155 zumindest teilweise. Um den unteren Bereich 125 des Grabens 115 ist eine vergrabene Platte 145 angeordnet, welche die äußere Kondensatorelektrode bildet. Die vergrabenen Platten 145 der benachbarten Speicherzellen werden durch die vergrabene Wanne 155 elektrisch miteinander verbunden.

Der untere Bereich 125 des Grabens 115 ist mit einer dielek- trischen Schicht 140 verkleidet, welche das Speicherdielektrikum des Grabenkondensators bildet. Die dielektrische Schicht 140 kann aus Schichten beziehungsweise Schichtstapeln hergestellt werden, die aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Silizium-Oxynitrid bestehen. Der Graben 115 ist mit einer leitenden Grabenfüllung 130 aufgefüllt, welche die innere

Kondensatorelektrode bildet. Oberhalb der leitenden Grabenfüllung 130, innerhalb des großen Isolationskragens 150 befindet sich die isolierende Deckschicht 135.

Auf der isolierenden Deckschicht 135, auf dem großen Isolationskragens 150 und auf dem Substrats 101 befindet sich die Epitaxieschicht 245. Der Transistor 160 ist in der Epitaxie- co co r > P* P¹ cπ o Cπ o Cπ o cπ

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Dazu wird mittels anisotroper Ätzung der Kontaktgraben 205 geätzt, der einen Teil des Drain-Gebiets 165 und der Epitaxieschicht 245 in diesem Bereich entfernt. Die selektive Ät- zung stoppt auf der isolierenden Deckschicht 135, die aus Siliziumoxid besteht. Durch die Atzung des Kontaktgrabens 205 wird die epitaxiale Schließfuge 275 entfernt.

Die isolierende Deckschicht 135 wird am Boden des Kontaktgra- bens 205 entfernt. Dieser Ätzschritt wird selektiv zu der ersten Isolationshülle 185 und der Grabenisolierung 250 durchgeführt. Anschließend wird der Isolationskragen 235 durch Oxidation, Siliziumoxid-Abscheidung und anisotrope Rückätzung (Spacer-Technik) gebildet. In dem Isolationskragen 235 wird nun das leitende Material 225 aus dotiertem Polysilizium abgeschieden.

Anschließend wird der Isolationskragen 235 bis auf die Höhe des Drain-Gebiets 165 zurückgeätzt. Nach einem Reinigungs- schritt wird die leitende Kappe 230 abgeschieden. Die leitende Kappe 230 wird in diesem Ausführungsbeispiel aus dotiertem Polysilizium gebildet. Damit ist die leitende Grabenfüllung 130 über das leitende Material 225 und die leitende Kappe 230 mit dem Drain-Gebiet 165 elektrisch verbunden. Weiterhin ist der Isolationskragen 235 so gebildet, daß weder die leitende Grabenfüllung 130, das leitende Material 225 noch die leitende Kappe 230 elektrischen Kontakt zu der Epitaxieschicht 245 aufweisen. Durch diese Anordnung werden Leckströme, die den Grabenkondensator 110 entladen könnten, verhindert.

Damit ist die Bildung des selbstjustierten Anschlusses 220 abgeschlossen und die Speicherzellenanordnung wird, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, mit den übrigen Funktionselementen komplettiert. Bezugszeichenliste

100 Speicherzelle

105 Substrat

106 Oberfläche des Substrats 110 Grabenkondensator

115 Graben

120 oberer Bereich des Grabens

125 unterer Bereich des Grabens

130 leitende Grabenfüllung als innere Kondensatorelektrode

135 isolierende Deckschicht

140 dielektrische Schicht

145 vergrabene Platte

150 großer Isolationskragen

155 vergrabene Wanne

160 Transistor

165 Drain-Gebiet

170 Source-Gebiet

175 Kanal des Transistors

180 erste Wortleitung

185 erste Isolationshulle

190 zweite Wortleitung

195 zweite Isolationshulle

200 dritte Wortleitung

205 Kontaktgraben

210 unterer Bereich des Kontaktgrabens

215 oberer Bereich des Kontaktgrabens

220 selbstjustierter Anschluß

225 leitendes Material

230 leitende Kappe

235 Isolationskragen

240 Stoppschicht

245 Epitaxie-Schicht

250 Grabenisolierung (STI)

255 erste Grabenisolierung

260 zweite Grabenisolierung

265 Opferabstandssteg 21-

270 aktives Gebiet

275 epitaxiale Schließfuge

280 Isolatinosfüllung

Claims

2Patentansprüche

1. Speicher mit einer Speicherzelle (100), die zumindest teilweise in einem Substrat (105) angeordnet ist und einen Transistor (160) mit einem Drain-Gebiet (165), einem Source- Gebiet (170), einem Kanal (175) und einer zwischen Source- Gebiet (170) und Drain-Gebiet (165) angeordneten ersten Wortleitung (180) sowie einen Grabenkondensator (110) mit innerer Elektrode (130) , äußerer Elektrode (145) und dazwischen ange- ordneter dielektrischer Schicht (140) aufweist, mit einem Graben (115) in dem Substrat (105), der mit einer leitenden Grabenfüllung (130) zum Bilden der inneren Elektrode (130) des Grabenkondensators (110) aufgefüllt ist; - mit einer isolierenden Deckschicht (135), die sich auf der leitenden Grabenfüllung (130) befindet; mit einer Epitaxieschicht (245), die auf dem Substrat (105) und zumindest teilweise auf der isolierenden Deckschicht (135) angeordnet ist und in welcher das Source- Gebiet (170), das Drain-Gebiet (165) und der Kanal (175) des Transistors gebildet sind; mit einer Grabenisolierung (250), die benachbarte Speicherzellen (100) voneinander isoliert; wobei die erste Wortleitung (180) auf der Epitaxieschicht (245) angeordnet ist und teilweise den Graben (115) überdeckt und von einer ersten Isolationshülle (185) umgeben ist; mit einer zweiten Wortleitung (190), die auf der Grabenisolierung (250) angeordnet ist und von einer zweiten Iso- lationshülle (195) umgeben ist; und mit einem Kontaktgraben (205), in dem sich ein selbstjustierter Anschluß (220) befindet, der die leitende Grabenfüllung (130) mit dem Drain-Gebiet (165) elektrisch ver- bindet, wobei der Kontaktgraben (205) zwischen der ersten Wortleitung (180) mit ihrer ersten Isolationshülle (185) und der zweiten Wortleitung (190) mit ihrer zweiten Isolationshülle (195) gebildet ist.

2. Speicher nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kontaktgraben (205) auch von der Grabemsolierung (205) begrenzt wird.

3. Speicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einem unteren Bereich (210) des Kontaktgrabens (205) ein Isolationskragen (235) angeordnet ist.

4. Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Kontaktgraben (205) ein leitendes Material (225) auf der leitenden Grabenfüllung (130) angeordnet ist.

5. Speicher nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Kontaktgragen (205) auf dem leitenden Material (225) eine leitende Kappe (230) angeordnet ist.

6. Speicher nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolationskragen (235) von der isolierenden Deckschicht (135) zumindest bis an das Drain-Gebiet (165) heran- reicht und somit das leitende Material (225) und die leitende Kappe (230) nicht direkt mit dem Substrat (105) oder mit der Epitaxieschicht (245) verbunden sind.

7 . Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Grabenisolierung (250) tiefer in das Substrat (105) hineinreicht, als die Tiefe der isolierenden Deckschicht (135).

8. Verfahren zur Ausbildung eines Speichers mit Speicherzellen (100), welche jeweils einen Transistor (160) mit einem Drain-Gebiet (165) , einem Source-Gebiet (170) , einem Kanal (175) und einer zwischen Source-Gebiet (170) und Drain-Gebiet (165) angeordneten ersten Wortleitung (180) sowie einen Grabenkondensator (110) mit innerer Elektrode (130), äußerer Elektrode (145) und dazwischen angeordneter dielektrischer Schicht (140) aufweisen, mit den Schritten: - Bereitstellen eines Substrats (105) mit einem Graben (115) ;

Füllen des Grabens (115) mit einer leitenden Grabenfüllung (130) zur Bildung der inneren Elektrode (130) des Grabenkondensators (110); - Bilden einer isolierenden Deckschicht (135) auf der leitenden Grabenfüllung (130) ;

Aufwachsen einer Epitaxieschicht (245) auf einer Oberfläche (106) des Substrats (105), so daß die Epitaxieschicht (245) die isolierende Deckschicht (135) zumindest teilwei- se überdeckt;

Bilden einer Grabemsolierung (250) zumindest in der Epitaxieschicht (245) zur Isolierung benachbarter Speicherzellen (100); Bilden einer ersten Wortleitung (180) oberhalb der Epita- xieschicht (245) und einer zweiten Wortleitung (190) oberhalb der Grabemsolierung (250), wobei die erste Wortleitung (180) mit einer ersten Isolationshülle (185) umgeben 24 wird und die zweite Wortleitung (190) mit einer zweiten Isolationshülle (195) umgeben wird;

Definieren des Source-Gebiets (170) und des Drain-Gebiets (165) in der Epitaxieschicht (245); - Ätzen eines Kontaktgrabens (205) durch die Epitaxieschicht (245) und die isolierende Deckschicht (135) bis zur leitenden Grabenfüllung (130), wobei die erste Wortleitung (180) mit ihrer ersten Isolationshulle (185) und die zweite Wortleitung (190) mit ihrer zweiten Isolationshülle (195) als Ätzmaske für die Ätzung des Kontaktgrabens verwendet werden; und

Bereitstellen eines selbstjustierten Anschlusses in dem Kontaktgraben (205), der die leitende Grabenfüllung (130) mit dem Drain-Gebiet (165) elektrisch verbindet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur selbs justierten Bildung des Kontaktgrabens (205) die Grabenisolierung (250) als Ätzmaske verwendet v/ird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im unteren Bereich (210) des Kontaktgrabens (205) ein Isolationskragen (235) gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Kontaktgraben (205) zumindest ein leitendes Material (225) eingebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , I daß in dem Kontaktgraben (205) oberhalb des leitenden Materials (225) und oberhalb des Isolationskragens (235) eine leitende Kappe (230) gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolationskragen (235) so gebildet wird, daß das leitende Material (225) und die leitende Kappe (230) nur über das Drain-Gebiet (165) mit der Epitaxieschicht (245) elek- trisch verbunden ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nach Aufbringen der Epitaxieschicht (245) einem Tempera- turschritt durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nach Aufbringen der Epitaxieschicht (245) ein Planarisie- rungsschritt durchgeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Epitaxieschicht (245) während ihres Aufwachsens in situ dotiert wird.