WO2002039501A2 - Verfahren zur herstellung von grabenkondensatoren - Google Patents

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WO2002039501A2
WO2002039501A2 PCT/EP2001/012733 EP0112733W WO0239501A2 WO 2002039501 A2 WO2002039501 A2 WO 2002039501A2 EP 0112733 W EP0112733 W EP 0112733W WO 0239501 A2 WO0239501 A2 WO 0239501A2
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trench
mesopores
trenches
semiconductor substrate
electrode
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PCT/EP2001/012733
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French (fr)
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Albert Birner
Martin Franosch
Matthias Goldbach
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Infineon Technologies Ag
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Priority to US10/436,426 priority patent/US6878600B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01—Manufacture or treatment
    • H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/038—Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate
    • H10B12/0387—Making the trench

Definitions

  • the invention relates to a method for producing trench capacitors for both discrete capacitors and for integrated components and in particular for integrated semiconductor memories.
  • Dielectric constant through the choice of new materials leads in particular to the enlargement of the surfaces of the capacitor electrodes in a given volume to a larger capacitance-to-volume ratio.
  • the enlargement of surfaces for a given volume can e.g. by roughening or by structuring the surfaces of a substrate on which the electrodes and the dielectric layers are applied as finely as possible.
  • a technique which has now proven itself for the production of capacitors with a large capacitance-to-volume ratio is the production of capacitors in trenches which are produced in the substrate and which are coated by a first electrode, a dielectric layer and a second electrode.
  • This technology is used both for the production of capacitors in highly integrated components, which require a minimization of the space requirement on the substrate for a given minimum capacitance, and for the production of discrete capacitors request to maximize capacity at a given volume.
  • this capacitor structure has a large number of trenches in a silicon substrate, all with one electrode, one dielectric layer and a second 1 shows an embodiment of such a trench capacitor on an n-doped silicon substrate 1-1, the trenches 1-2 with a trench depth of approximately 100-250 ⁇ m and a trench hole width of 0.5-3
  • the silicon substrate 11 also serves as the first electrode.
  • an insulation layer 1-3 which serves as a dielectric and a second electrode 1-4 is embedded.
  • the contact layer 1-6 serves to contact the second electrode 1-4
  • the capacitance of the capacitor is essentially made up of the sum of those in each Digging generated capacity together.
  • the trench capacitors of a highly integrated memory component usually have one trench per trench capacitor. At least one of the two
  • electrodes In this device, electrodes must be structured in such a way that the electrodes of adjacent trenches have no electrical connection to one another.
  • the capacitance of the storage capacitor In order to be able to reproducibly read out the charge stored in a storage capacitor of a memory cell, the capacitance of the storage capacitor should have at least a value of approximately 30 fF. At the same time, the lateral expansion of the capacitor must be as small as possible.
  • FIGS. 2a) to 2d) The manufacture of trench capacitors for DRAM semiconductor memories according to the prior art is described schematically in FIGS. 2a) to 2d) in a first step (FIG. 2a)), a thin oxide layer 2-2, which has the function of a pad oxide, a nitride layer 2-3 and a further oxide layer 2-4 are applied to a p-doped silicon wafer 2-1. Furthermore, a photoresist mask layer 2-6 is applied to the oxide layer 2-4 and structured photolithographically in such a way that the openings of the photoresist mask 2-6 reflect the position and cross section of the trenches to be etched.
  • the mask openings 2-13 have an oval or almost round or square cross-section, so that in practice, viewed from above, they are largely perceived as holes.
  • 2a) shows the structure after the layer stack of pad oxide 2-2, nitride layer 2-3 and oxide layer 2-4 is structured on the structured photoresist mask 2-6 in an anisotropic etching step, preferably with a first dry etching gas 2-7 has been .
  • a hard mask has thus been produced, with the aid of which the trenches can be etched into the p-doped silicon wafer 2-1.
  • the photoresist layer 2-6 is removed after this structuring.
  • the trenches 2-15 are etched essentially selectively to the oxide layer 2-4 in an anisotropic dry etching step, e.g. by an RIE etching step with a second dry etching gas 2-8 (Fig. 2b)).
  • the oxide layer 2-4 is then removed again.
  • the inner walls of the trenches 2-15 are n-doped so that they are isolated from the p-doped region surrounding them as the first electrode 2-10
  • Arsenic silicate glass penetrates the side wall and creates an n-doped layer that completely surrounds the trenches.
  • the n-doped layers surrounding the trenches represent the first electrode 2-10 (n-buried plate) for the trench capacitors.
  • the arsenic silicate glass layer is then removed again (FIG. 2c).
  • first electrodes 2-10 there now follows an n-implantation for short-circuiting adjacent first electrodes 2-10 (not shown in FIG. 2d)), the deposition of a dielectric 2-11, e.g. an oxide-nitride-oxide (ONO) layer, on the first electrode 2-10 and the deposition of an n-doped polysilicon layer, which serves as the second electrode 2-12.
  • a subsequent chemical-mechanical (CMP) polishing step leaves the dielectric 2-11 and the polysilicon layer, which represents the second electrode 2-12, only in the trenches (FIG. 2d)).
  • CMP chemical-mechanical
  • Trench capacitors for DRAMs are currently routinely manufactured with a trench diameter on the substrate surface of approximately 300 nm and a depth of up to 10 ⁇ m in order to be able to provide a sufficient trench wall surface for the electrodes.
  • the production of trenches with such a high depth-cross-sectional aspect ratio places high demands on the etching step and is accordingly lengthy and expensive.
  • a further reduction in the trench diameter as the trench depth increases in order to enlarge the trench wall area is becoming increasingly difficult.
  • An alternative method for increasing the surface of the trench wall are surface-enlarging methods such as roughening the surface of the trench wall (see, for example, US Pat. Nos. 5,981,350 or 6,025,225) or Expansion of the trench cross-section to a greater depth was developed (bottle-shaped trenches). In both methods, however, care must be taken that the widening of the trenches is not carried out too far, so that the partition walls between adjacent trenches are not destroyed, since this would reduce the surfaces again.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method which does not have the difficulties discussed and which significantly increases the trench wall surface in a cost-effective manner without the risk of the partition walls being destroyed between adjacent trenches.
  • the formation of short circuits between adjacent trench capacitors should be prevented for semiconductor memories.
  • a method for producing at least one trench capacitor is provided with the following steps: a semiconductor substrate having one or a plurality of trenches on the front side of a semiconductor substrate is provided, the trench having a predetermined n-doping on the trench wall surface;
  • a liquid electrolyte is applied to the front of the semiconductor substrate
  • An electrical voltage is applied between the back of the semiconductor substrate and the liquid electrolyte, so that an electrical current flows with a predetermined current density and mesopores are generated in the trench wall;
  • a first electrode is created in the trench and the associated mesopores
  • a dielectric is applied to the first electrode
  • a second electrode is applied to the dielectric.
  • a semiconductor component with at least one trench capacitor is provided on the front side of a semiconductor substrate,
  • the trench capacitor has at least one trench in the semiconductor substrate with mesopores in the trench wall;
  • mesopores are generated in the trench wall which, with a sufficient number, sufficient length and sufficient diameter, significantly increase the total surface area of a trench and thus the total surface area of the electrodes of a trench capacitor.
  • Mesopores are electrochemically produced channels in a semiconductor substrate with a defined pore diameter between 2 nm and 50 nm.
  • the mesopores preferably arise on n-doped surfaces of the semiconductor substrate, which come into contact with the electrolyte according to the invention under a suitable electrical voltage.
  • the mesopores preferably form on the n-doped regions of the trench wall surfaces and grow as “wood wormhole-like” channels from the trench wall surface into the n-doped trench wall interior.
  • the trench wall interior is the material of the semiconductor substrate that directly surrounds the trench.
  • the trench or trenches, on the trench wall surfaces of which the mesopores are produced, are produced on the front side of the semiconductor substrate.
  • the trenches serve to provide as large a surface as possible for accommodating trench capacitors with the largest possible capacitance with a minimal space requirement on the semiconductor substrate.
  • the trench wall surfaces on which the mesopores are created are provided.
  • the trench walls of the trenches are provided with a predetermined n-doping.
  • the mesopores are formed electrochemically.
  • the method according to the invention uses electrochemical processes at the interface between the liquid electrolyte and the n-doped surfaces of the semiconductor substrate so that when an external electrical voltage is applied between the rear side of the semiconductor substrate and the liquid electrolyte, semiconductor substrate material is etched from n-doped surfaces at such locations, which are characterized by a topology-related local elevation of the electric field.
  • the invention uses the selectivity of the etching which arises in the electrochemical etching and which prefers the etching at the mesopore tips while others
  • the passivation on the sides of the mesopores through the space charge zones also limits the mesopore density, since the smallest distance between two mesopores is a good approximation due to the dimensions of the two space charge zones. Since the extent of the space charge zones is determined both by the n-doping concentration of the trench walls and by the electric field, the density of the mesopores can be set using these two parameters.
  • the electrical voltage between the back of the semiconductor substrate and the liquid electrolyte serves to produce a selective etching on the trench walls.
  • the electrical voltage is applied to the back so that the back is set to a homogeneous electrical potential in the area of the mesopores to be etched, i.e. the corresponding rear areas are preferably in low-resistance contact with one another. This results in a homogeneous current density distribution perpendicular to the rear surface on the rear surface. In this way, the trenches "see" the same electrical field distribution in the first order, so that the mesopores can form at the different trenches under largely the same conditions.
  • a first electrode is generated in a trench and the associated mesopores.
  • the first electrode is produced on the surfaces of trenches and the associated mesopores.
  • the first electrode is preferably applied as a conductive layer to the surfaces of trenches and the associated mesopores.
  • the first electrode is given by n-doped regions of the trench walls.
  • the n-doping of the first electrode can be done by the n-doping required for the mesopore generation or by an additional n-doping step can be given.
  • the n-doping is preferably carried out to a depth so that a low-resistance electrical connection is established between the trench wall surfaces of adjacent trenches.
  • the first electrodes of the trench capacitors are connected to one another with low resistance and can be connected to a common potential.
  • the n-doping can be understood as a conductive layer (“buried plate”).
  • a dielectric is applied to the first electrode in each case.
  • the dielectric preferably covers the first electrode over a wide range in order to obtain a large surface area for the largest possible capacitance.
  • a second electrode is applied to the dielectric, which preferably also largely covers the dielectric.
  • the dielectric is determined by the dielectric constant of its material or its
  • the dielectric is therefore preferably applied to the first electrode as a thin layer.
  • the trenches according to the invention preferably have an oval or essentially round or square
  • the trenches preferably have essentially the same shape, ie preferably have approximately the same cross sections and approximately the same depth ( ⁇ 20% variation in depth).
  • the trenches are preferably produced by an etching step and preferably by an etching on a mask, which thus arranges the Trenches determined.
  • the trenches can also be produced as macropores by electrolytic means (for more information, see the patent application filed on the same day “Process for producing trench capacitors for highly integrated semiconductor memories”).
  • the trenches are preferably arranged in a regular two-dimensional structure.
  • the structure preferably results from the layout of the memory cells, which should be packed as densely as possible, the space required for
  • the trenches are arranged there individually or preferably as closely adjacent trench pairs, trench triplets or other trench multipletts in such a way that the individual trenches or trench multipletlets are preferably at a regular distance A1 in one direction and a regular distance A2 in another direction.
  • the two directions are preferably arranged largely perpendicular to one another. In this way, a high packing density for the trench capacitors can be achieved on the front side of the semiconductor substrate.
  • the trenches are preferably more than ten and preferably also more than thirty times as deep as the maximum diameter of the respective trench cross section on the semiconductor substrate surface. The deeper the trench, the larger the trench wall surface and the larger the area for the generation of mesopores for a given one
  • the surface of the semiconductor substrate in the regions between the trenches is preferably electrical with a horizontal one during the applied electrical voltage insulating covering layer covered.
  • the horizontal electrically insulating cover layer prevents the liquid electrolyte from touching the surface of the semiconductor substrate. On the one hand, this prevents mesopores from forming on the surface of the semiconductor substrate during the electrochemical etching; on the other hand, this also prevents an increased current flowing during electrochemical etching, particularly in regions with p-doped surfaces, which interferes with the formation of electrical fields for the formation of mesopores and thus impedes the formation of mesopores in the trenches.
  • the horizontal electrically insulating covering layer preferably has a nitride layer, in particular also a nitride layer on an oxide layer.
  • the trenches preferably each have an upper one
  • Trench region and a lower trench region wherein the trench wall surfaces of the upper trench regions are covered by vertical electrically insulating cover layers during the applied electrical voltage and the trench wall surfaces of the lower trench regions are free of covers.
  • the vertical electrically insulating cover layers prevent the liquid electrolyte from touching the semiconductor substrate and thus the generation of mesopores in the upper trench region.
  • the vertical electrically insulating covering layers preferably cover p-doped surface areas and thus prevent an increased current flow between the p-doped regions and the liquid electrolyte.
  • the vertical electrically insulating covering layer is preferably a nitride layer and preferably also a nitride layer on an oxide layer.
  • the vertical electrically insulating covering layer preferably covers the trench wall surface as far as the surface of the semiconductor substrate, so that only the trench wall surfaces of the lower trench region are not covered in the trenches.
  • the upper trench region extends to a depth of the trench of preferably more than 0.5 ⁇ m, preferably less than 2 ⁇ m.
  • a typical value for the depth, into which the upper trench area extends into the trench is 1 ⁇ m.
  • the vertical electrically insulating cover layers are preferably produced in several steps.
  • the trenches are filled with a filling material, preferably made of polysilicon, up to the height up to which no covering of the trench wall surface is to be produced. This height defines the dividing line between the upper and lower trench area.
  • a filling material preferably made of polysilicon
  • the surface of the semiconductor substrate and that of the trench walls are largely covered with a covering layer, preferably a nitride layer.
  • the n-doping through the TEAS / TEOS oxide layer of the trench walls in the lower trench region is now preferably carried out by an annealing step.
  • the horizontally running regions of the covering layer are removed by a largely anisotropic etching step, so that only the vertically running layer regions remain.
  • the filling material and the remaining TEAS / TEOS oxide layer parts are then preferably removed again.
  • the trench walls of the lower trench regions are preferably n-doped.
  • the doping of the trench walls of the lower trench regions and the current density during the application of the voltage are preferably selected such that a predetermined average mesopore density is generated.
  • the extent of the passivated areas next to the mesopores or inverse surface peaks and thus the average density of the mesopores on the trench walls are determined via current density and doping of the trench walls.
  • the n-doping of the lower trench regions is preferably achieved by diffusing in arsenic, phosphorus and / or antimony.
  • the diffusion is carried out by means of a layer produced by tri-ethyl arsenate (TEAS or AsO (OC 2 H 5 ) 3 ), which is brought onto the trench walls, and by means of of an anneal / drive-in step.
  • TEAS tri-ethyl arsenate
  • AsO OC 2 H 5
  • the diffusion is carried out by means of a gas phase deposition step.
  • the predetermined current density is preferably generated by an electrical voltage between the rear of the semiconductor substrate and a counterelectrode incorporated in the liquid electrolyte.
  • the surface of the rear side of the semiconductor substrate is preferably low-resistance in the region in which mesopores are to be produced on the front side, so that the rear side in this region is largely at the same electrical potential. It is thereby achieved that the current in this area flows largely vertically and with a largely identical current density through the back of the semiconductor substrate to the trenches.
  • the electrical contacting of the back is preceded by a doping step for producing a doping layer on the back of the semiconductor substrate.
  • a doping step for producing a doping layer on the back of the semiconductor substrate.
  • the doping is preferably a p + doping, since with a basic p-doping of the semiconductor substrate no blocking pn junction is produced on the rear side.
  • the doping is preferably generated by p-implantation.
  • the doping layer on the rear side of the semiconductor substrate is preferably removed again after the mesopores have been produced in order to contaminate the front side of the
  • the electrical contacting of the rear side is produced by a conductive liquid which is in contact with the rear side of the semiconductor substrate.
  • the conductive one is preferred Liquid is an electrolyte and preferably hydrofluoric acid (HF) in an aqueous solution.
  • HF hydrofluoric acid
  • Omitting the back implantation step saves the application of a protective layer on the front of the disc before the disc is placed on its front for implantation on the back, and the subsequent etching off of the doping layer on the back and the protective layer on the front after the implantation has taken place.
  • an additional wet etching step is saved, which is necessary for the removal of natural silicon oxide that has formed on all exposed silicon surfaces.
  • the liquid electrolyte on the front side of the semiconductor substrate is preferably an aqueous HF solution which has an HF content of preferably at most 25% and typically of 3%.
  • the electrical voltage between the back of the semiconductor substrate and the liquid electrolyte is designed so that the current density through the
  • Back of the semiconductor substrate is less than 100 mA / cm2 and preferably less than 50 mA / cm2.
  • the mesopore density on the trench walls is given by the expansion of the space charge zones on the sides of the mesopores, which, as a passivation layer, protect a mesopore from the growth of an adjacent mesopore.
  • N-doping, and current density are preferably selected such that the thickness of the space charge zones at the sides of the mesopores nm to 50 nm and preferably about 10 1 0 nm to 30 nm.
  • the minimum distance between two mesopores is a good approximation of the sum of the dimensions of the two space charge zones. In this way, adjacent mesopores preferably have a minimum distance of 20 nm to 60 nm 5.
  • the mesopores of a trench according to the electrochemical method preferably have a diameter of 2 to 5 nm.
  • the mesopores are preferred after their generation
  • LO expanded to have enough space in the mesopores for the application of conductive and insulating layers for the production of electrodes and dielectric for the trench capacitors.
  • the widening increases the radius and length of the mesopores by preferably approximately
  • the expansion is preferably smaller than the space charge zone extent, in order to prevent mesopores of a first trench from touching mesopores of an adjacent trench (“short circuit”).
  • the mesopores for semiconductor memories are expanded to diameters of up to 50 nm.
  • the expansion of the mesopores can be carried out using many standard methods. For example,
  • the widening can take place by wet chemical oxidation, for example with H 2 O 2 , and a subsequent etching of the oxide, for example with hydrofluoric acid.
  • the expansion is carried out by an electrochemical method according to the prior art
  • the trenches have mesopores with 5 lengths, preferably greater than a quarter and preferably greater than half the trench wall thickness to the nearest trench.
  • the shortest distance is under the trench wall thickness between two trenches from wall to wall.
  • the largest possible mesopore length makes the surface in the trenches and mesopores as large as possible, so that a large area is available for the application of capacitors with the largest possible electrode areas. Due to a self-passivation process, there is no danger during the generation of the mesopores that a mesopore grows into the neighboring trench or into a mesopore of the neighboring trench, which can result in a short circuit between adjacent trench capacitors.
  • self-passivation allows the mesopores to grow further in directions in which no closest trench is arranged than would be possible in a direction to the closest trench. Due to the self-passivation, the n-doped volume between trenches can be used to a maximum for mesopore formation regardless of the arrangement of the trenches with respect to one another, without short circuits between mesopores.
  • the mesopore growth stops automatically in length if the trench wall thickness from the mesopore, for example to an adjacent mesopore or to an adjacent trench or to another cavity, falls below a minimum value.
  • the self-passivation is given by the thickness of the space charge zone, which generates the electrical voltage in the boundary layer between the liquid electrolyte and the semiconductor substrate in the semiconductor substrate.
  • the minimum trench wall thickness value therefore depends mainly on the doping concentration and the current density. The self-passivation thus provides the possibility of operating the generation of mesopores over an almost unlimited period of time without the risk of a short circuit between adjacent trenches or mesopores.
  • the volume in the semiconductor substrate can be below the surface of the Semiconductor substrates can be used for the production of the largest possible capacitor areas.
  • the volume in the semiconductor substrate below the transistors adjacent to the trench capacitors for mesopore formation is the volume in the semiconductor substrate below the transistors adjacent to the trench capacitors for mesopore formation and
  • Capacitor area formation can be used, with which a further increase in packing density can be achieved.
  • Semiconductor substrate preferably longer than the time given by the ratio of half the trench wall thickness to the closest trench to the average etching rate.
  • the mean etching rate is given by the etching rate averaged over time. Since there is no danger of a mesopore producing a "short circuit" with an adjacent mesopore or adjacent trench due to the self-passivation, the period of the electrochemical process, which is given by the duration of the application of the electrical voltage between the liquid electrolyte and the semiconductor substrate, can be considerably longer than would be the case without self-passivation. Without self-passivation, the electrochemical process would have to be shorter than the ratio of half the trench wall thickness to the closest trench to the average " etching rate, so that there is no contact between mesopores and neighboring trenches.
  • An electrochemical process that is longer than the ratio of half the trench wall thickness to the closest trench to the mean etching rate has the advantage that the mesopores can continue to grow in directions in which no closest trench is arranged in order to maximize the volume available for mesopore formation use.
  • the first electrode of a trench capacitor is preferably given by the n-doped regions of the trench wall surface and the surfaces of the mesopores of the trench. This simplifies production, since the n-doping of the trench and / or mesopore walls was already specified for the mesopore generation.
  • a further n-doping step is carried out for the completion of the first electrode.
  • the doping concentration required for the formation of the mesopores can be selected independently of the doping concentration required for the production of the first electrode.
  • the n-doping is preferably generated by a gas phase deposition step and / or a TEAS, TEOS and subsequent anneal step (TEOS stands for tetraethyl orthosilicate).
  • the first electrode is produced by applying a conductive layer to the n-doped regions of the trench wall regions and surfaces of the mesopores.
  • the conductive layer is preferably a metal or silicide, e.g. Tungsten or tungsten silicide.
  • the current density is preferably increased in this case to such an extent that the desired mesopore density value is recovered.
  • the dielectric for semiconductor memories is preferably an oxide-nitride-oxide (ONO) layer, a nitride-oxide (NO) layer, an aluminum oxide layer or a zirconium oxide layer. All of these layers are process compatible with the production of trench capacitors and also enable in the case of a very thin layer structure, breakdown-proof electrical insulation of the two electrodes from one another is required.
  • the dielectric is preferably also silicon oxide and / or nitride.
  • the dielectric preferably covers the entire n-doped mesopore wall surface of a trench and the predominant part of the associated trench wall surface, since a trench capacitor with the largest possible area can be produced in this way.
  • the second electrode for semiconductor memories is preferably a conductive material and preferably polysilicon, tungsten silicide or another silicide.
  • the second electrode is also preferably aluminum.
  • the second electrode preferably covers the
  • the second electrode is preferably produced by filling the trenches and / or mesopores with a conductive material.
  • the conductive material is doped polysilicon and particularly preferably n-doped polysilicon.
  • the trench capacitors are preferably used as discrete capacitor components.
  • the mesopores make it possible to increase the capacitance of comparable trench capacitors without mesopores by a multiple.
  • the trench capacitors with the first electrode, dielectric and second electrode are preferably used as storage capacitors for memory cells, the memory cells preferably having at least one selection transistor.
  • the selection transistor is preferably connected to the second electrode.
  • the memory cells are memory cells for non-volatile semiconductor memories, in particular for ferroelectric memories.
  • the dielectric is preferably a ferroelectric material, in particular one from the group of the perovskite group and in particular SrBi 2 Ta 2 0g (SBT), Pb (Zr, Ti) 0 3 (PZT), or Bi 4 Ti 3 0 12 (BTO).
  • the trenches are also produced by an electrochemical process.
  • the trenches are preferably also produced by applying a voltage between the back of the semiconductor substrate and a liquid electrolyte which is applied to the front of the semiconductor substrate.
  • a preferred method for producing trenches by means of electrochemical methods is described in the patent application filed on the same day “Method for producing trench capacitors for highly integrated semiconductor memories”.
  • the electrical contacting of the back for the electrochemical Process for the production of the trenches and the mesopores is carried out in the same electrochemical chamber if the trenches are also produced by an electrochemical process (macropores).
  • the generation of the trenches and mesopores is then preferred with only one
  • Fig. 1 a discrete trench capacitor according to the prior art.
  • FIG. 4 schematic representation of a first arrangement according to the invention of
  • Trench capacitors with mesopores for semiconductor memories (as supervision). 5) schematic representation of a second arrangement according to the invention of trench capacitors with mesopores for semiconductor memories (as a top view).
  • a thin oxide layer which is preferably a thin pad oxide 3-2, a nitride layer 3-3 and a BSG layer 3-4 are applied to the silicon wafer 3-1, which is used as mask material for the mask to produce the trenches for the trench capacitors serve.
  • pad oxide 3-2 and nitride layer 3-3 are usually also formed on the back of the silicon wafer 3-1.
  • a rear implantation then follows through the pad oxide 3-2 and the nitride layer 3-3 with a p-implant 3-5, which is used for a low-resistance and uniform p-implantation layer 3-6 for rear-side contacting for the later electrochemical Process for the creation of the mesopores.
  • a typical implantation dose for the Back implantation with boron is 10 16 l / cm 2 at an energy of about 120 keV. This process step is shown in Fig. 3a).
  • the BSG layer 3-4, the nitride layer 3-3, the pad oxide 3-2 and possibly other overlying layers for the trench formation are structured.
  • the trenches 3-9 are then produced by an anisotropic dry etching step, preferably using the RIE etching method (FIG. 3b).
  • the trenches shown in FIG. 3b) have 3-9a, 3-9b and 3-9c are individually identified, a diameter of preferably 200 nm and smaller and a depth of preferably about 10 ⁇ m.
  • the minimum distance between two closest trenches 3-9 in this embodiment is approximately 200 nm.
  • the trench wall thickness 3-8 can change in the directions to other neighboring trenches be several times larger. The mesopores to be generated can therefore be significantly longer in these directions.
  • TEAS / TEOS oxide layer 3-10 produced by a TEAS / TEOS step, which after the trenches 3-9 have been produced by a low-pressure chemical vapor deposition method (LPCVD ) on the TEAS / TEOS step.
  • LPCVD low-pressure chemical vapor deposition method
  • the layer produced by the TEAS step preferably has a planar thickness of approximately 15 nm and the layer lying thereon by a TEOS step preferably has a planar thickness of approximately 10 nm.
  • TEAS / TEOS oxide layer 3-10 from the trench wall surface 3-11.
  • the arsenic from the TEAS / TEOS oxide layer 3-10 is required for the later n-doping of the trench wall surface 3-11 with arsenic.
  • 3c) shows schematically the silicon wafer 3-1 after the trenches 3-9 are filled with polysilicon 3-14 and at the upper edge of the trench, at least 500 nm and preferably around 1500 nm from the upper edge of the trench, preferably in a dry chemical etching step. Then the TEAS / TEOS oxide layer 3-10 is wet-chemically etched so that it only remains in the lower part of the trenches. This results in the striking structure shown in FIG. 3c) in that the etched-back polysilicon 3-14 in the trenches 3-9 protrudes beyond the etched-back TEAS / TEOS oxide layer 3-10 by preferably about 100 nm.
  • the etched back polysilicon 3-14 serves as
  • the trench 3-9 is divided into two in an upper trench region 3-12, on the trench wall region of which no mesopores are subsequently created, and in a lower trench region 3-13, on the trench wall region of which mesopores are generated.
  • the suppression of the mesopore formation in the upper trench region 3-12 prevents, among other things, that mesopores arise too close to the surface of the silicon wafer 3-1 and thereby the functioning of adjacent structures on the surface of the silicon wafer 3-1, e.g. by a selection transistor.
  • the n-doping required for the mesopores only takes place in the lower trench region 3-13.
  • the upper trench region 3-12 is preferably also required to provide space for an oxide collar, which is usually required for trench capacitors with a common first electrode (“buried plate trench capacitors”).
  • FIG. 3d) shows the structure after the application of a second electrically insulating covering layer 3-15a, which supplies the material for the vertical electrically insulating covering layers to be produced.
  • the layer thickness of the second electrically insulating cover layer 3-15a is typically 20 nm in this embodiment.
  • an annealing step is preferably carried out, by means of which the arsenic of the TEAS / TEOS oxide layer 3-10 remaining on the trench wall is diffused into the trench wall of the lower trench regions 3-13 and activated.
  • the trench walls of the lower trench regions 3-13 are n-doped.
  • Diffusion of the arsenic is preferably carried out to a depth and with a dose which is sufficient for the silicon to be completely n-doped between adjacent trenches 3-9, so that an n-doped layer 3-17 is formed in the trench region.
  • a preferred n-doping concentration is in the range of lxlO 19 l / cm 3 .
  • the entire area between the walls of adjacent trenches is made available as a volume for the growth of mesopores.
  • the maximum available volume for each trench 3-9 can be used for surface extraction and thus electrode surface extraction.
  • FIG. 3e shows the structure after the following steps.
  • the vertical electrically insulating cover layers 3-15 serve to suppress the
  • the electrochemical method for producing the mesopores can be carried out.
  • the silicon wafer 3-1 after an HF dip, is preferably placed in the back of an electrochemical chamber 3-20 on a conductive contact layer 3-21 and possibly pressed there, so that an electrical contact between the silicon wafer 3-1 and the conductive contact layer is made.
  • An embodiment of the electrochemical chamber 3-20 is shown schematically in Fig. 3f).
  • the conductive contact layer 3-21 is used for the electrically conductive connection between the substrate holder 3-22 and the silicon wafer 3-1 in order to be able to put the back of the silicon wafer 3-1 at a defined potential.
  • an etching cup 3-23 is preferably placed on the silicon wafer 3-1, which seals watertightly with the silicon wafer 3-1 via an O-ring.
  • the liquid electrolyte 3-24 is filled into the etching cup 3-23 and thus preferably only covers the front of the silicon wafer 3-1 and fills the trenches on the front of the silicon wafer 3-1.
  • the counterelectrode 3-25 is immersed in the liquid electrolyte 3-24, the surface of which is directed towards the silicon wafer 3-1 and is largely coplanar with the silicon wafer 3-1, and which covers the area of.
  • Trench capacitors on the silicon wafer 3-1 largely covered.
  • a homogeneous current density is ensured in the region of the rear side of the silicon wafer 3-1, the current direction preferably running largely perpendicular to the rear side of the silicon wafer 3-1.
  • the voltage required for the current flow is through a voltage source 3-26 between counter electrode 3-25 and Substrate holder 3-22 provided.
  • the voltage at the counter electrode 3-25 is preferably negative with respect to the substrate holder 3-22.
  • the voltage is set to a value for which the current density in the area of the back of the silicon wafer 3-1 is in the range from 1 to 100 mA / cm 2 .
  • the current and thus the average current density is measured on a current meter 3-27.
  • a preferred detailed version of the electrochemical chamber is described in the first German application of May 31, 2000, which is filed under the file number 10027931.7.
  • aqueous HF solution which has an HF content of preferably at most 25% and preferably 3% is preferably used as the liquid electrolyte.
  • the mean etching rate is approximately 60 nm / min.
  • the duration of this electrochemical process is preferably about 5 minutes. It therefore takes about three times longer than the time given by the ratio of half the trench wall thickness to the nearest trench 3-8 to the average etching rate.
  • mesopores with a length that is approximately 1.5 times as long as the trench wall thickness to the nearest trench can be produced.
  • these long mesopores can only grow in directions in which no closest trench is arranged. In this way, the areas between adjacent trenches are also used to form mesopores.
  • the etched mesopores 3-30 have a diameter between 2 - 20 nm and preferably between 2 - 10 nm. Their maximum length is given by the length of the electrochemical process. In this version, it is about 1.5 times as long as the trench wall thickness to the nearest trench, i.e. about 300 nm. However, the self-passivation prevents the mesopores from reaching the full length if the mesopore is previously closer to another mesopore or trench as about twice the space charge zone thickness increases.
  • the space charge zone on the sides of the mesopores is approximately 10-30 nm
  • a minimal distance 3-41 between two mesopores of approximately 20-60 nm is defined.
  • the minimum distance that adjacent mesopores can have from each other is essentially given by the current density between 1 and 100 mA / cm 2 and the n-doping concentration of approximately 10 19 l / cm 3 .
  • the p-implantation layer 3-6 on the rear side is preferably removed by one-sided etching.
  • the mesopores 3-30 are preferably widened.
  • the expansion must be significantly smaller than the minimum distance between two mesopores given by the space charge zone in order to ensure that the expansion does not lead to “short circuits” between adjacent mesopores of adjacent trenches.
  • the expanded mesopores 3-30a each side preferably expanded by approximately 10 nm to 20 nm so that the diameter of the expanded mesopores 3-30a increases to approximately 25 nm to 50 nm, and the length of the expanded mesopores 3-30a also increases accordingly by 10 nm to 20 nm.
  • the expansion in this embodiment of the method according to the invention is preferably carried out by oxidizing the trench surfaces and the surfaces of the mesopores 3-30 and then etching the oxide with, for example, hydrofluoric acid.
  • the oxidation can be carried out by several prior art processes. In this embodiment, the oxidation was carried out wet-chemically with H 2 0 2 / HF and H 2 0. 3h) schematically shows the structure after the mesopores have been expanded in diameter and length by an oxidation and oxidation etching step. It is not shown in the following figures that the mesopores grow like a wormhole, ie that they change direction during the growth process and can therefore be curved. The mesopores can continue to be of different lengths and have a changing diameter.
  • the mesopores 3-30 of adjacent trenches 3-9 do not come into contact, but are at a minimal distance from one another.
  • the minimum distance between two mesopores is reduced by the expansion; however, it is sufficient as long as the expansion of the mesopores is smaller than the space charge zone thickness that passivates the mesopores.
  • Doping step to increase the n-doping in the lower trench region 3-13 has been generated.
  • the second n-doping is preferably carried out by gas phase deposition doping or alternatively with a further TEAS / TEOS coating step and a subsequent annealing process which
  • Doping material on the open silicon ie in particular on the trench walls 3-9 of the lower trench regions 3-13 and on the walls of the expanded mesopores 3-30a, drives in and activates them.
  • the layer highly n-doped in this way preferably forms a buried n-doped layer 3-31 in the region of the trenches 3-9, which on the one hand preferably the first electrode layer of the trench capacitors and on the other hand preferably a low-resistance connection between the first electrodes of adjacent trenches represents, so that the first electrodes are at a common potential.
  • a "buried plate" has been produced in an advantageous manner.
  • the following steps are state of the art and are shown schematically in FIG. 3i). They consist of the deposition of a nitride layer and the production of an oxide layer, which together forms a thin layer as an NO layer
  • Dielectric layer 3-34 forms on the surfaces of the trenches 3-9 and expanded mesopores 3-30a. This is followed by the introduction of an n-doped polysilicon filling as the second electrode 3-36 of the storage capacitor onto the dielectric layers 3-34 in the trenches and mesopores, the polysilicon of the second electrode 3-36 preferably being etched back by about 1300 nm in order to leave space for the isolation of the trench collars. The dielectric layer 3-34 and the vertical electrically insulating cover layer 3-15 are then removed again by hydrofluoric acid up to the polysilicon.
  • the further steps relate in particular to the contacting of the buried n-doped layer 3-31 and the second electrodes 3-36 of the trench capacitors with e.g. Selection transistors and DC potentials. These steps can be carried out using methods according to the prior art and are not described further here.
  • FIG. 4 shows a first schematic illustration of an embodiment of trench capacitors 3-40 according to the invention for semiconductor memories as a top view of the surface of a silicon wafer 3-1.
  • the trench capacitors 3-40 in FIG. 4) are arranged in a regular two-dimensional structure with a distance Al in a first direction and a distance A2 in a second direction, both directions being largely perpendicular to one another in the present case.
  • the second electrode 3-36 and the dielectric layer 3-34 are shown, each in the trench 3-9 of the trench capacitor 3-40 are arranged.
  • the expanded mesopores 3-30a which are largely oriented radially away from the trench walls and have been expanded by oxidation and subsequent oxide etching, are shown schematically. In reality, the expanded mesopores 3-30a are not visible because they are located below the surface of the silicon wafer 3-1.
  • the widened mesopores 3-30a serve to increase the total surface area of a trench 3-9.
  • Dielectric layer 3-34 and second electrode 3-36 are not shown in the mesopores for reasons of space.
  • the first electrodes are provided by the buried n-doped layer, which is also below the surface of the silicon wafer and is not shown in FIG. 4).
  • the expanded mesopores 3-30a of a trench 3-9 have different lengths due to the self-passivation of the mesopores when the mesopores grow. Self-passivation begins as soon as the minimum distance between two mesopores 3-41 (or to a trench) is reached. The mesopores are therefore particularly long in the directions in which an adjacent trench is further away.
  • the mesopores preferably grow up to the point where other mesopores have already formed. In this way, areas of the volume between the trenches can also be used for the formation of mesopores, which could not be achieved otherwise, for example if the trenches were radially widened to increase the surfaces. Furthermore, there is no danger that if the minimum distances between mesopores of different trenches are not observed, "short circuits" will form between mesopores, since the self-passivation not only prevents touching two mesopores, but even guarantees a safety distance. Because of the properties of the self-passivation, this can be available standing Silicon volume between the trenches to form the largest possible surface for electrodes can be used in an optimal manner.
  • FIG. 5 shows another preferred embodiment of the trench capacitors according to the invention. It differs from the embodiment in FIG. 4) primarily in the arrangement of the trenches 3-9 for the trench capacitors 3-40.
  • the trenches are arranged as trench pairs in such a way that they are at a regular distance A1 in one direction and a regular distance A2 in the other direction A2.
  • the arrangement of closely adjacent pairs would only allow concentric widening of the trenches 3-9 to increase the surface of the trench wall to a small extent, since otherwise there is a risk of the trench pairs coming into contact with one another. Much of the volume between the trenches would be unused.
  • mesopores 3-9 it is possible to use the mesopores to produce trench surfaces even in the more distant regions of the trenches, without forming "short circuits" with the closest trench pair partner.
  • trenches can be used effectively for the highest possible capacitance of the trench capacitor surfaces.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren beschrieben, die Gräben (3-9) mit Mesoporen (3-12) aufweisen. Diese Grabenkondensatoren eignen sich sowohl für diskrete Kondensatoren wie für integrierte Halbleiterspeicher. Die Mesoporen erhöhen die Oberfläche für Elektroden für die Grabenkondensatoren und damit die Kapazität der Grabenkondensatoren signifikant. Die Mesoporen, die kleine holzwurmlochähnliche Kanäle mit Durchmessern im Bereich von 2 bis 50 nm sind, werden erfindungsgemäss auf elektrochemischem Wege hergestellt. Dieses Verfahren ermöglicht die Erzeugung von Kapazitäten mit grossem Kapazität-zu-Volumen Verhältnis. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Wachstum der Mesoporen spätestens dann zum Stillstand Kommt, wenn die Mesoporen einen minimalen Abstand zu einer anderen Mesopore oder benachbarten Graben erreichen (Selbstpassivierung). Auf diese Weise kann selbstreguliert die Bildung von 'Kurzschlüssen' zwischen zwei benachbarten Mesoporen vermieden werden. Weiterhin wird ein Halbleiterbauelement mit mindestens einem Grabenkondensator auf der Vorderseite eines Halbleitersubstrats beschrieben, das mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden kann.

Description

Besehreibung
Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren für sowohl diskrete Kondensatoren als auch für integrierte Bauelemente und insbesondere für integrierte Halbleiterspeicher.
Die zunehmende Miniaturisierung von elektronischen Schaltungselementen führt zu der Forderung nach Kondensatoren mit größtmöglichem Kapazität-zu-Volumen Verhältnis. Neben der Dickenreduzierung der Dielektrikumsschichten zwischen den beiden Kondensatorelektroden und der Erhöhung der
Dielektrizitätskonstante durch die Wahl neuer Materialien führt insbesondere die Vergrößerung der Oberflächen der Kondensatorelektroden in einem vorgegebenen Volumen zu einem größeren Kapazität-zu-Volumen Verhältnis.
Die Vergrößerung von Oberflächen bei vorgegebenem Volumen kann z.B. durch eine Aufrauung oder durch eine möglichst feine Strukturierung der Oberflächen eines Substrats, auf denen die Elektroden und die Dielektrikumsschichten aufgebracht werden, erreicht werden.
Eine inzwischen bewährte Technik für die Herstellung von Kondensatoren mit großem Kapazität-zu-Volumen Verhältnis ist die Erzeugung von Kondensatoren in Gräben, die in dem Substrat erzeugt werden und die durch eine erste Elektrode, eine Dielektrikumsschicht und eine zweite Elektrode beschichtet werden. Diese Technik wird sowohl für die Herstellung von Kapazitäten in höchstintegrierten Bauelementen, die eine Minimierung des Flächenbedarfs auf dem Substrat bei einer vorgegebene Mindestkapazität verlangen, als auch für die Herstellung von diskreten Kondensatoren, die eine Maximierung der Kapazität bei einem vorgegebenen Volumen verlangen, angewendet.
Eine Ausführung von diskreten Grabenkondensatoren ist in der deutschen Patentanmeldung Nr. 19940825.4-33 mit dem Titel „KondensatorStruktur" beschrieben. Diese Kondensatorstruktur weist zur Erhöhung der Kapazität eine Vielzahl von Gräben in einem Siliziumsubstrat auf, die alle mit einer Elektrode, einer Dielektrikumsschicht und einer zweiten Elektrode beschichtet werden und so zusammen einen Kondensator bilden. Fig. 1 zeigt eine Ausführung eines solchen Grabenkondensators auf einem n-dotierten Silizumsubstrat 1-1, das Gräben 1-2 mit einer Grabentiefe von etwa 100 - 250 μm und einer Grabenlochbreite von 0.5 -3 μm aufweist. Das Siliziumsubstrat l-l dient gleichzeitig als erste Elektrode. In die Gräben 1-2 sind weiterhin eine Isolationsschicht 1-3, die als Dielektrikum dient und eine zweite Elektrode 1-4 eingelassen. Die Kontaktschicht 1-6 dient der Kontaktierung der zweiten Elektrode 1-4. Die Kapazität des Kondensators setzt sich so im wesentlichen aus der Summe der in jedem Graben erzeugten Kapazität zusammen.
Im Unterschied dazu weisen die Grabenkondensatoren eines hochintegrierten Speicherbauelements gewöhnlich einen Graben pro Grabenkondensator auf. Zumindest eine der beiden
Elektroden muß bei dieser Vorrichtung so strukturiert sein, daß die Elektroden von benachbarten Gräben keine elektrische Verbindung miteinander haben. Um die in einem Speicherkondensator einer Speicherzelle gespeicherte Ladung reproduzierbar auslesen zu können, sollte die Kapazität des Speicherkondensators mindestens einen Wert von etwa 30 fF besitzen. Gleichzeitig muß die laterale Ausdehnung des Kondensators so klein wie möglich sein.
Die Herstellung von Grabenkondensatoren für DRAM- Halbleiterspeicher nach Stand der Technik ist in den Figuren 2a) bis 2d) schematisch beschrieben, in einem ersten Schritt (Fig. 2a)) werden eine dünne Oxidschicht 2-2, die die Funktion eines Pad-Oxids hat, eine Nitridschicht 2-3 und eine weitere Oxidschicht 2-4 auf eine p-dotierte Siliziumscheibe 2-1 aufgebracht. Auf die Oxidschicht 2-4 wird weiterhin eine Photoresistmaskenschicht 2-6 aufgebracht und photolithographisch so strukturiert, daß die Öffnungen der Photoresistmaske 2-6 die Position und Querschnitt der zu ätzenden Gräben wiedergeben. Typischerweise haben die Maskenöffnungen 2-13 dabei einen ovalen oder nahezu runden oder quadratischen Querschnitt, so daß sie in der Praxis, von oben gesehen, weitgehend als Löcher wahrgenommen werden. Fig.2a) zeigt die Struktur, nachdem der Schichtstapel aus Pad-Oxid 2-2, Nitridschicht 2-3 und Oxidschicht 2-4 an der strukturierten Photoresistmaske 2-6 in einem anisotropen Ätzschritt, bevorzugt mit einem ersten Trockenätzgas 2-7, strukturiert worden ist . Damit ist eine Hartmaske hergestellt worden, mit deren Hilfe die Gräben in die p-dotierte Siliziumscheibe 2-1 geätzt werden können. Die Photoresistschicht 2-6 wird nach dieser Strukturierung entfernt.
Das Ätzen der Gräben 2-15 erfolgt im wesentlichen selektiv zur Oxidschicht 2-4 in einem anisotropen Trockenätzschritt, z.B. durch einem RIE-Ätzschritt mit einem zweiten Trockenätzgas 2-8 (Fig. 2b)). Danach wird die Oxidschicht 2-4 wieder entfernt.
In einem weiteren Schritt werden die Innenwände der Gräben 2-15 n-dotiert, damit sie isoliert von dem sie umgebenden p-dotierten Gebiet als erste Elektrode 2-10
(„buried plate") für die zu erzeugenden Kondensatoren dienen können. Die n-Dotierung der Grabeninnenwände geschieht z.B. durch die Abscheidung einer Arsensilikatglasschicht an den Innenwänden der Gräben 2-15. Ein anschließender Diffusionsschritt bewirkt, daß das Arsen des
Arsensilikatglases in die Seitenwand eindringt und eine n- dotierte Schicht erzeugt, die die Gräben vollständig umgibt. Die die Gräben umgebenden n-dotierten Schichten stellen die erste Elektrode 2-10 (n-buried Plate) für die Grabenkondensatoren dar. Die Arsensilikatglasschicht wird anschließend wieder beseitigt (Fig. 2c) .
Es folgen nun eine n-Implantation zum Kurzschließen benachbarter erster Elektroden 2-10 (nicht gezeigt in Fig. 2d) ) , die Abscheidung eines Dielektrikums 2-11, z.B. eine Oxid-Nitrid-Oxid (ONO) -Schicht, auf der ersten Elektrode 2-10 und die Abscheidung einer n-dotierten Polysiliziumschicht, die als zweite Elektrode 2-12 dient. Durch einen anschließenden Chemisch-Mechanischen (CMP) Polierschritt bleiben das Dielektrikum 2-11 und die Polysiliziumschicht, die die zweite Elektrode 2-12 darstellt, nur in den Gräben zurück (Fig. 2d) ) . Damit ist die Herstellung der Grabenkondensatoren weitgehend abgeschlossen.
Grabenkondensatoren für DRAMs werden derzeit routinemäßig mit einem Grabendurchmesser an der Substratoberfläche von etwa 300 nm und einer Tiefe von bis zu 10 μm hergestellt, um eine ausreichende Grabenwandoberfläche für die Elektroden bereitstellen zu können. Die Herstellung von Gräben mit einem so hohen Tiefen- Querschnitt-Aspektverhältnis stellt jedoch hohe Anforderungen an den Ätzschritt und ist dementsprechend langwierig und teuer. Ein weiteres Verkleinern der Grabendurchmesser bei größer werdender Grabentiefe zur Vergrößerung der Grabenwandfläche wird immer schwieriger.
Eine weitere Erhöhung der Kapazität-zu-Volumen Verhältnisse von diskreten oder integrierten Grabenkondensatoren durch eine Verdichtung oder Vertiefung von Gräben stößt schnell an technologische oder kostenmäßige Grenzen. Als alternatives Verfahren zur Erhöhung der Grabenwandoberfläche sind oberflächenvergrößernde Verfahren wie die Aufrauung der Grabenwandoberfläche (siehe z.B. die Patentschriften US 5,981,350 oder US 6,025,225) oder die Erweiterung des Grabenquerschnitts in größerer Grabentiefe entwickelt worden (flaschenförmige Gräben) . Bei beiden Verfahren muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Erweiterung der Gräben nicht zu weit durchgeführt wird, damit die Zwischenwände zwischen benachbarten Gräben nicht zerstört werden, da dies die Oberflächen wieder reduzieren würde. Bei Halbleiterspeichern würde eine Zerstörung der Zwischenwände sogar zu Kurzschlüssen zwischen benachbarten Grabenkondensatoren führen. In diesem Fall muß daher ein Sicherheitsabstand zwischen den Gräben eingehalten werden, der. einer größtmöglichen Erweiterung der Grabenquerschnitte entgegensteht . Die Erhöhung der Grabenwandoberfläche ist mit diesen Methoden daher begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, daß die besprochenen Schwierigkeiten nicht aufweist und die Grabenwandoberfläche signifikant auf kostengünstige Weise erhöht, ohne daß die Gefahr einer Zerstörung der Zwischenwände zwischen benachbarten Gräben auftritt. Für Halbleiterspeicher soll dabei insbesondere die Kurzschlußbildung zwischen benachbarten Grabenkondensatoren verhindert werden.
Diese Aufgabe wird von dem Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren nach Anspruch 1 und durch ein Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von mindestens einem Grabenkondensator mit den folgenden Schritten bereitgestellt: ein Halbleitersubstrat mit einem oder einer Mehrzahl von Gräben auf der Vorderseite eines Halbleitersubstrats wird bereitgestellt, wobei der Graben an der Grabenwandoberfläche eine vorgegebene n- Dotierung aufweisen;
- ein flüssiger Elektrolyt wird auf die Vorderseite des Halbleitersubstrats aufgebracht;
- eine elektrische Spannung zwischen der Rückseite des Halbleitersubstrats und dem flüssigen Elektrolyt wird angelegt, so daß ein elektrischer Strom mit einer vorgegebenen Stromdichte fließt und Mesoporen in der Grabenwand erzeugt werden;
eine erste Elektrode wird in dem Graben und den dazugehörigen Mesoporen erzeugt;
ein Dielektrikum wird auf die erste Elektrode aufgebracht;
- eine zweite Elektrode wird auf das Dielektrikum aufgebracht .
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Halbleiterbauelement mit mindestens ein Grabenkondensator auf der Vorderseite eines Halbleitersubstrats bereitgestellt,
- wobei der Grabenkondensator mindestens einen Graben im Halbleitersubstrat mit Mesoporen in der Grabenwand aufweist;
- wobei die Grabenwand und die Wände der Mesoporen des Grabenkondensators eine erste Elektrode aufweist oder auf der Grabenwand und auf den Wänden der Mesoporen des Grabenkondensators eine erste Elektrode aufgebracht ist ;
- wobei auf der ersten Elektrode des Grabenkondensators ein Dielektrikum aufgebracht ist ;
- wobei auf dem Dielektrikum des Grabenkondensators eine zweite Elektrode aufgebracht ist ;
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Mesoporen in der Grabenwand erzeugt, die bei ausreichender Zahl, ausreichender Länge und ausreichendem Durchmesser die Gesamtoberfläche eines Grabens und damit die Gesamtoberfläche der Elektroden eines Grabenkondensators signifikant erhöhen.
Mesoporen sind elektrochemisch hergestellte Kanäle in einem Halbleitersubstrat mit einem definitionsgemäßen Porendurchmesser zwischen 2 nm und 50 nm. Die Mesoporen entstehen bevorzugt an n-dotierten Oberflächen des Halbleitersubstrats, die mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten unter einer geeigneten elektrischen Spannung in Kontakt kommen. Insbesondere entstehen die Mesoporen bevorzugt an den n-dotierten Gebieten der Grabenwandoberflächen und wachsen als „holzwurmlochartige" Kanäle von der Grabenwandoberfläche in das n-dotierte Grabenwandinnere. Das Grabenwandinnere ist dabei das den Graben unmittelbar umgebende Material des Halbleitersubstrats .
Der oder die Gräben, an deren Grabenwandoberflächen die Mesoporen erzeugt werden, sind auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats erzeugt. Die Gräben dienen der Bereitstellung einer möglichst großen Oberfläche für die Unterbringung von Grabenkondensatoren mit möglichst großer Kapazität bei minimalem Flächenbedarf auf dem Halbleitersubstrat. Erfindungsgemäß weisen die Gräben gleichzeitig die Grabenwandoberflächen auf, an denen die Mesoporen erzeugt werden. Um die Mesoporenbildung zu ermöglichen, sind die Grabenwände der Gräben mit einer vorgegebenen n-Dotierung versehen.
Die Bildung der Mesoporen geschieht auf elektrochemischem Wege. Das erfindungsgemäße Verfahren benutzt elektrochemische Prozesse an der Grenzfläche zwischen dem flüssigen Elektrolyten und den n-dotierten Oberflächen des Halbleitersubstrats dazu, daß bei Anlegen einer äußeren elektrischen Spannung zwischen Rückseite des Halbleitersubstrats und dem flüssigen Elektrolyten Halbleitersubstratmaterial von n-dotierten Oberflächen an solchen Stellen geätzt wird, die durch eine topologiebedingte lokale Überhöhung des elektrischen Feldes ausgezeichnet sind.
Die Erfindung nutzt dabei die Selektivität des Ätzens, die sich bei der elektrochemischen Ätzung einstellt und die das Ätzen an den Mesoporenspitzen bevorzugt während andere
Bereiche der Grenzfläche ungeätzt bleiben. Ohne auf diese Erklärung festgelegt sein zu wollen, sind die Erfinder der Ansicht, daß sich diese Selektivität aus dem elektrischen Feldverlauf und der Ausbildung von Raumladungszonen auf den unebenen Grenzflächen bei Anlegen der äußeren elektrischen Spannung ergibt . Die Unebenheiten der Grenzfläche zwischen flüssigem Elektrolyt und Halbleitersubstrat erzeugen Bereiche unterschiedlicher Feldstärke. Spitze Vertiefungen in der Grabenwand erzeugen z. B. ein starkes Feld, wodurch der Ätzvorgang beschleunigt wird. Da die Raumladungszonen gleichzeitig eine Passivierung an den Seiten der Vertiefungen bewirken, wachsen die Vertiefungen zu „holzwurmlochartig" verlaufenden Mesoporen. Typischerweise liegt der Durchmesser dieser Mesoporen im Bereich zwischen 2 nm und 20 nm, wobei der genaue Durchmesser durch n-Dotierungs-konzentration und die Stromdichte eingestellt werden kann. Die Passivierung an den Seiten der Mesoporen durch die Raumladungszonen bewirkt auch eine Begrenzung der Mesoporendichte, da der kleinste Abstand zwischen zwei Mesoporen in guter Näherung durch die Ausdehnungen der beiden Raumladungszonen gegeben ist . Da die Ausdehung der Raumladungszonen sowohl durch die n-Dotierungskonzentration der Grabenwände als auch durch das elektrische Feld bestimmt ist, kann die Dichte der Mesoporen durch diese beiden Parameter eingestellt werden.
Die elektrische Spannung zwischen Rückseite des Halbleitersubstrats und dem flüssigen Elektrolyt dient der Erzeugung einer selektiven Ätzung an den Grabenwänden. Bevorzugt wird die elektrische Spannung an der Rückseite so angelegt, daß im Flächenbereich der zu ätzenden Mesoporen die Rückseite auf ein homogenes elektrisches Potential gelegt ist, d.h. die entsprechenden Rückseitenbereiche stehen bevorzugt niederohmig in Kontakt miteinander. Dadurch erhält man an der Rückseitenfläche eine homogene Stromdichteverteilung senkrecht zur Rückseitenfläche. Auf diese Weise „sehen" die Gräben in erster Ordnung die gleiche elektrische Feldverteilung, so daß die Mesoporen an den verschiedenen Gräben sich unter weitgehend gleichen Bedingungen bilden können.
Weiterhin wird eine erste Elektrode jeweils in einem Graben und den dazugehörigen Mesoporen erzeugt. Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die erste Elektrode auf den Oberflächen von Graben und den dazugehörigen Mesoporen erzeugt. Bevorzugt wird die erste Elektrode dabei als eine leitende Schicht auf die Oberflächen von Graben und den dazugehörigen Mesoporen aufgebracht .
In einer anderen bevorzugten Ausführung ist die erste Elektrode durch n-dotierte Bereiche der Grabenwände gegeben. Dabei kann die n-Dotierung der ersten Elektrode durch die für die Mesoporenerzeugung benötigte n-Dotierung oder durch einen zusätzlichen n-Dotierungsschritt gegeben sein. Bevorzugt wird die n-Dotierung dabei bis in eine Tiefe durchgeführt, so daß eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den Grabenwandoberflächen benachbarter Gräben hergestellt wird. Auf diese Weise sind die ersten Elektroden der Grabenkondensatoren niederohmig miteinander verbunden und können auf ein gemeinsames Potential gelegt werden. Die n- Dotierung kann in diesem Fall als eine leitende Schicht („Buried Plate") aufgefaßt werden.
Weiterhin wird ein Dielektrikum jeweils auf die erste Elektrode aufgebracht . Das Dielektrikum deckt die erste Elektrode bevorzugt in einem weiten Bereich ab, um eine große Oberfläche für eine möglichst große Kapazität zu erhalten. Auf das Dielektrikum wird schließlich jeweils eine zweite Elektrode aufgebracht, die das Dielektrikum bevorzugt ebenfalls weitgehend abdeckt.
Das Dielektrikum bestimmt durch die Dielektrizitätskonstante seines Materials oder seiner
Materialien, durch die Fläche, mit der es die erste Elektrode von der zweite Elektrode isoliert, sowie durch seine Dicke, die den Abstand der ersten Elektrode von der zweiten Elektrode definiert, die Kapazität des Grabenkondensators. Um eine große Kapazität zu erzielen, wird daher das Dielektrikum bevorzugt als dünne Schicht auf die erste Elektrode aufgebracht .
Bevorzugt haben die erfindungsgemäßen Gräben einen ovalen oder im wesentlichen runden oder quadratischen
Querschnitt auf der Vorderseite des Halbleitersubstrates. Weiterhin haben die Gräben untereinander bevorzugt im wesentlichen die gleiche Form, d.h. weisen bevorzugt in etwa die gleichen Querschnitte und in etwa die gleiche Tiefe auf (< 20-% Schwankung bzgl . der Tiefe) . Bevorzugt werden die Gräben durch einen Ätzschritt erzeugt und bevorzugt durch eine Ätzung an einer Maske, die somit die Anordnung der Gräben bestimmt. In einer anderen bevorzugten Ausführung können die Gräben jedoch auch als Makroporen auf elektrolytischem Wege erzeugt werden (näheres siehe dazu die am gleichen Tag eingereichte Patentanmeldung „Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren für hochintegrierte Halbleiterspeicher") .
Bevorzugt sind die Gräben in einer regelmäßigen zweidimensionalen Struktur angeordnet. Bei Halbleiterspeichern ergibt sich die Struktur bevorzugt aus dem Layout der Speicherzellen, die möglichst dicht gepackt sein sollen, wobei der Platzbedarf für
Speicherzellenkomponenten (Transistor und Graben) und für Zuleitungen auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats zu berücksichtigen ist. Insbesondere sind die Gräben dort einzeln oder bevorzugt als dicht nebeneinander liegende Grabenpaare, Grabentripletts oder andere Grabenmultipletts so angeordnet, daß die einzelnen Gräben oder Grabenmultipletts bevorzugt einen regelmäßigen Abstand AI in die eine Richtung voneinander und einen regelmäßigen Abstand A2 in eine andere Richtung voneinander aufweisen. Bevorzugt sind die beiden Richtungen weiterhin weitgehend senkrecht zueinander angeordnet . Auf diese Weise kann eine große Packungsdichte für die Grabenkondensatoren auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats erzielt werden.
Bevorzugt sind die Gräben mehr als zehn und bevorzugt auch mehr als dreißig mal so tief wie der maximale Durchmesser des jeweiligen Grabenquerschnitts an der Halbleitersubstratoberfläche. Je tiefer der Graben, um so größer die Grabenwandoberfläche und um so größer die Fläche für die Erzeugung von Mesoporen bei gegebenem
Grabenque schnitt für die Erzeugung eines Grabenkondensators.
Bevorzugt ist die Oberfläche des Halbleitersubstrats in den Bereichen zwischen den Gräben während der angelegten elektrischen Spannung mit einer horizontalen elektrisch isolierenden Abdeckschicht abgedeckt. Die horizontale elektrisch isolierende Abdeckschicht verhindert die Berührung des flüssigen Elektrolyten mit der Oberfläche des Halbleitersubstrats. Damit wird zum einen verhindert, daß sich während der elektrochemischen Ätzung Mesoporen auch an der Oberfläche des Halbleitersubstrats bilden; zum anderen wird damit aber auch verhindert, daß insbesondere in Regionen mit p-dotierten Oberflächen bei der elektrochemischen Ätzung ein erhöhter Strom fließt, der die Ausbildung elektrischer Felder zur Mesoporenbildung stört und so die Mesoporenbildung in den Gräben behindert. Bevorzugt weist die horizontale elektrisch isolierende Abdeckschicht eine Nitridschicht auf, insbesondere auch eine Nitridschicht auf einer Oxidschicht.
Bevorzugt weisen die Gräben jeweils einen oberen
Grabenbereich und einen unteren Grabenbereich auf, wobei die Grabenwandoberflächen der oberen Grabenbereiche während der angelegten elektrischen Spannung durch vertikale elektrisch isolierende Abdeckschichten abgedeckt sind und die Grabenwandoberflächen der unteren Grabenbereiche frei von Abdeckungen sind. Die vertikalen elektrisch isolierenden Abdeckschichten verhindert eine Berührung des flüssigen Elektrolyten mit dem Halbleitersubstrat und damit die Erzeugung von Mesoporen im oberen Grabenbereich. Weiterhin decken die vertikalen elektrisch isolierenden Abdeckschichten bevorzugt p-dotierte Oberflächenbereiche ab und verhindern so einen erhöhten Stromfluß zwischen den p-dotierten Regionen und dem flüssigen Elektrolyt. Bevorzugt ist die vertikale elektrisch isolierende Abdeckschicht eine Nitridschicht und bevorzugt auch eine Nitridschicht auf einer Oxidschicht. Bevorzugt deckt die vertikale elektrisch isolierende Abdeckschicht die Grabenwandoberfläche bis zur Oberfläche des Halbleitersubstrats ab, so daß in den Gräben nur die Grabenwandoberflächen des unteren Grabenbereichs nicht abgedeckt sind. In diesem Fall reicht der obere Grabenbereich bis in eine Tiefe des Grabens von bevorzugt mehr als 0,5 μm bevorzugt weniger als 2 μm. Ein typischer Wert für die Tiefe, in die der obere Grabenbereich in den Graben hineinreicht ist 1 μm.
Die Erzeugung der vertikalen elektrisch isolierenden Abdeckschichten geschieht bevorzugt in mehreren Schritten. In einem ersten Schritt werden die Gräben mit einem Füllmaterial, bevorzugt aus Polysilizium, bis zu der Höhe aufgefüllt, bis zu der keine Abdeckung der Grabenwandoberfläche erzeugt werden soll . Diese Höhe legt die Trennlinie zwischen oberem und unterem Grabenbereich fest. In einem zweiten Schritt wird die Oberfläche des Halbleitersubstrats und die der Grabenwände weitgehend konform mit einer abdeckenden Schicht, bevorzugt einer Nitridschicht, bedeckt . Bevorzugt wird nun die n- Dotierung durch die TEAS/TEOS-Oxidschicht der Grabenwände im unteren Grabenbereich durch einen Annealschritt vorgenommen. In einem weiteren Schritt werden die horizontal verlaufenden Bereiche der abdeckenden Schicht durch einen weitgehend anisotropen Ätzschritt entfernt, so daß nur noch die vertikal verlaufenden Schichtbereiche übrigbleiben. Bevorzugt wird das Füllmaterial und die übriggebliebenen TEAS/TEOS- Oxidschichtteile anschließend wieder entfernt .
Bevorzugt sind die Grabenwände der unteren Grabenbereiche n-dotiert. Bevorzugt ist die Dotierung der Grabenwände der unteren Grabenbereiche und die Stromdichte während des Anlegens der Spannung so gewählt, daß eine vorgegebene mittlere Mesoporendichte erzeugt wird. Über Stromdichte und Dotierung der Grabenwände wird die Ausdehnung der passivierten Bereiche neben den Mesoporen bzw. inversen Oberflächenspitzen und damit die mittlere Dichte der Mesoporen an den Grabenwänden festlegt . Die n-Dotierung der unteren Grabenbereiche wird bevorzugt durch eine Eindiffusion von Arsen, Phosphor und/oder Antimon erreicht. In einer bevorzugten Ausführung wird die Eindiffusion mittels einer durch Tri-Ethyl-Arsenat (TEAS oder Asθ(OC2H5)3) erzeugten Schicht, die auf die Grabenwände gebracht wird, und mittels eines Anneal/Drive-in-Schrittes erreicht. In einer anderen bevorzugten Ausführung wird die Eindiffusion mittels eines Gas-Phase-Deposition-Schrittes durchgeführt .
Bevorzugt wird die vorgegebene Stromdichte durch eine elektrische Spannung zwischen der Rückseite des Halbleitersubstrats und einer in dem flüssigen Elektrolyten eingebrachten Gegenelektrode erzeugt . Bevorzugt ist die Oberfläche der Rückseite des Halbleitersubstrats in dem Gebiet, in dem auf der Vorderseite Mesoporen erzeugt werden sollen, niederohmig, so daß die Rückseite in diesem Gebiet weitgehend auf gleichem elektrischen Potential liegt. Dadurch wird erreicht, daß der Strom in diesem Gebiet weitgehend senkrecht und mit weitgehend gleicher Stromdichte durch die Rückseite des Halbleitersubstrats zu den Gräben fließt.
In einer bevorzugten Ausführung geht der elektrischen Kontaktierung der Rückseite ein Dotierungsschritt zur Erzeugung einer Dotierungsschicht auf der Rückseite des Halbleitersubstrats voran. Mit diesem Schritt kann auf einfache Weise eine niederohmige Rückseitenschicht auf dem Halbleitersubstrat erzeugt werden. Bevorzugt ist die Dotierung eine p+-Dotierung, da bei einer p-Grunddotierung des Halbleitersubstrats so kein sperrender pn-Übergang auf der Rückseite erzeugt wird. Die Dotierung wird bevorzugt durch eine p-Implantation erzeugt.
Bevorzugt wird die Dotierungsschicht auf der Rückseite des Halbleitersubstrats nach der Erzeugung der Mesoporen wieder entfernt, um eine Verunreinigung der Vorderseite des
Halbleitersubstrats durch das Dotierungsmaterial während nachfolgender Prozessschritte zu vermeiden.
In einer anderen bevorzugten Ausführung wird die elektrische Kontaktierung der Rückseite durch eine leitende Flüssigkeit, die mit der Rückseite des Halbleitersubstrats in Kontakt steht, hergestellt. Bevorzugt ist die leitende Flüssigkeit ein Elektrolyt und bevorzugt Flusssäure (HF) in einer wässrigen Lösung. Die Kontaktierung mittels einer leitenden Flüssigkeit sorgt für einen über die Rückseite verteilten homogenen niederohmigen Kontakt und macht damit den Rückseiten-Implantationsschritt überflüssig. Das
Weglassen des Rückseiten-Implantationsschrittes wiederum erspart das Aufbringen einer Schutzschicht auf der Scheibenvorderseite, bevor die Scheibe für die rückseitige Implantation auf ihre Vorderseite gelegt wird, sowie das spätere Abätzen der Dotierungsschicht auf der Rückseite als auch der Schutzschicht auf der Vorderseite nach erfolgter Implantation. Überdies wird, bei Verwendung eines HF-haltigen Rückseitenelektrolyten ein zusätzlicher Nassätzschritt eingespart, welcher für die Entfernung von sich gebildetem natürlichen Siliziumoxid auf allen offenliegenden Siliziumflächen notwendig ist.
Bevorzugt ist der flüssige Elektrolyt auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats eine wässrige HF-Lösung, die einen HF-Anteil von bevorzugt höchstens 25% und typischerweise von 3% aufweist.
Bevorzugt ist die elektrische Spannung zwischen der Rückseite des Halbleitersubstrats und dem flüssigen Elektrolyt so ausgelegt, daß die Stromdichte durch die
Rückseite des HalbleiterSubstrats kleiner als 100 mA/cm2 und bevorzugt kleiner als 50 mA/cm2 ist. Die Stromdichte, bzw. die damit verknüpfte Spannung, welche über der Raumladungszone abfällt, bestimmt zusammen mit der n- Dotierstoffkonzentration an den Grabenwänden die
Mesoporendichte an den Grabenwänden. Die Mesoporendichte ist durch die Ausdehnung der Raumladungszonen an den Seiten der Mesoporen gegeben, die als Passivierungsschicht eine Mesopore vor dem Wachsen einer benachbarten Mesopore schützen. Bevorzugt sind n-Dotierung und Stromdichte so gewählt, daß die die Dicke der Raumladungszonen an den Seiten der Mesoporen bei etwa 10 nm bis 50 nm und bevorzugt 10 nm bis 30 nm liegen. Der Mindestabstand zweier Mesoporen ist in guter Näherung durch die Summe der Ausdehnungen der beiden Raumladungszonen gegeben. Auf diese Weise weisen benachbarte Mesoporen bevorzugt einen Mindestabstand von 20 nm bis 60 nm 5 auf .
Bevorzugt weisen die Mesoporen eines Grabens nach dem elektrochemischen Verfahren einen Durchmesser von 2 bis 5 nm auf . Bevorzugt werden die Mesoporen nach ihrer Erzeugung
LO aufgeweitet, um in den Mesoporen ausreichend Platz für die Aufbringung von leitenden und isolierenden Schichten für die Herstellung von Elektroden und Dielektrikum für die Grabenkondensatoren zur Verfügung zu haben. Die AufWeitung vergrößert Radius und Länge der Mesoporen um bevorzugt etwa
L5 das gleiche Maß. Bei der Herstellung von Halbleiterspeichern ist die Aufweitung bevorzugt kleiner als die Raumladungszonenausdehnung, um zu vermeiden, daß bei der Aufweitung Mesoporen eines ersten Grabens Mesoporen eines benachbarten Grabens berühren („Kurzschluß") . Bevorzugt
!0 werden die Mesoporen für Halbleiterspeicher auf Durchmesser von bis zu 50 nm aufgeweitet.
Die Aufweitung der Mesoporen kann auf viele standardmäßige Methoden durchgeführt werden. Beispielsweise
15 kann in einer ersten bevorzugten Ausführung die AufWeitung durch eine naßchemische Oxidation, z.B. mit H202, und eine anschließende Ätzung des Oxids, z.B. mit Flußsäure, geschehen. In einer zweiten bevorzugten Ausführung wird die Aufweitung durch ein elektrochemisches Verfahren nach Stand
0 der Technik erreicht. Denkbar sind jedoch auch andere Verfahren zur Aufweitung der Mesoporen durch Abtrag von Wandflächenschichten der Mesoporen.
Bei Halbleiterspeichern weisen die Gräben Mesoporen mit 5 Längen bevorzugt größer als ein Viertel und bevorzugt größer als die Hälfte der Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben auf. Unter Grabenwanddicke ist dabei die kürzeste Entfernung zwischen zwei Gräben von Wand zu Wand zu verstehen. Durch eine möglichst große Mesoporenlänge wird die Oberfläche in den Gräben und Mesoporen möglichst groß, so daß eine große Fläche für die Aufbringung von Kondensatoren mit möglichst großen Elektrodenflächen zur Verfügung steht . Die Gefahr beim Erzeugen der Mesoporen, daß eine Mesopore in den Nachbargraben oder in eine Mesopore des benachbarten Grabens hineinwächst, was einem Kurzschluß zwischen benachbarten Grabenkondensatoren mit sich bringen kann, besteht aufgrund eines Selbstpassivierungsprozesses nicht. Umgekehrt erlaubt die Selbstpassivierung, daß die Mesoporen in Richtungen, in denen kein nächstliegender Graben angeordnet ist, weiter wachsen können als dies in einer Richtung zum nächstliegenden Graben möglich wäre. Durch die Selbstpassivierung kann somit das n-dotierte Volumen zwischen Gräben unabhängig von der Anordnung der Gräben zueinander maximal zur Mesoporenbildung genutzt werden, ohne daß es zu Kurzschlüssen zwischen Mesoporen kommt .
Unter Selbstpassivierungsprozess wird in diesem
Zusammenhang der Effekt verstanden, daß das Mesoporenwachstum in der Länge selbstständig aufhört, wenn die Grabenwanddicke von der Mesopore z.B. zu einer benachbarten Mesopore oder zu einem benachbarten Graben oder zu einem anderen Hohlraum, einen minimalen Wert unterschreitet. Die Selbstpassivierung ist nach dem gegenwärtigen Verständnis durch die Dicke der Raumladungszone gegeben, die die elektrische Spannung in der Grenzschicht zwischen flüssigem Elektrolyt und Halbleitersubstrat im Halbleitersubstrat erzeugt . Der minimale Grabenwanddickenwert hängt demnach hauptsächlich von der Dotierungskonzentration und der Stromdichte ab. Die Selbstpassivierung liefert damit die Möglichkeit, die Erzeugung von Mesoporen über einen beinahe unbegrenzte Zeitraum zu betreiben, ohne daß die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen benachbarten Gräben oder Mesoporen besteht. Auf diese Weise kann das Volumen im Halbleitersubstrat unterhalb der Oberfläche des Halbleitersubstrats für die Erzeugung für möglichst großen Kondensatorenflächen maximal genutzt werden. Bei Halbleiterspeichern kann auf diese Weise auch das Volumen im Halbleitersubstrat unterhalb der den Grabenkondensatoren benachbarten Transistoren für die Mesoporenbildung und
Kondensatorflächenbildung genutzt werden, womit eine weitere Packungsdichtenerhöhung erzielt werden kann.
Bei Halbleiterspeichern dauert das Anlegen der elektrischen Spannung zwischen flüssigem Elektrolyt und
Halbleitersubstrat bevorzugt länger, als die Zeit, die durch das Verhältnis der halben Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben zur mittleren Ätzrate gegeben ist . Die mittlere Ätzrate ist dabei durch die über die Zeit gemittelte Ätzrate gegeben. Da aufgrund der Selbstpassivierung keine Gefahr besteht, daß eine Mesopore einen „Kurzschluß" mit einer benachbarten Mesopore oder benachbarten Graben erzeugt, kann der Zeitraum des elektrochemischen Prozesses, der durch die Dauer des Anlegens der elektrischen Spannung zwischen flüssigem Elektrolyt und Halbleitersubstrat gegeben ist, wesentlich länger sein, als es ohne Selbstpassivierung der Fall wäre. Ohne Selbstpassivierung müßte der elektrochemische Prozeß kürzer sein als das Verhältnis von halber Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben zur mittleren " Ätzrate, damit keine Berührung zwischen Mesoporen und benachbarten Gräben entsteht.
Ein elektrochemischer Prozeß, der länger als das Verhältnis von halber Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben zur mittleren Ätzrate ist, bringt den Vorteil, daß die Mesoporen in Richtungen, in denen kein nächstliegender Graben angeordnet ist, weiter wachsen können, um das vorhandene Volumen zur Mesoporenbildung maximal zu nutzen.
Bevorzugt ist die erste Elektrode eines Grabenkondensators durch die n-dotierten Bereiche der Grabenwandoberfäche und der Oberflächen der Mesoporen des Grabens gegeben. Dies vereinfacht die Herstellung, da die n-Dotierung der Grabe - und/oder Mesoporenwände schon für die Mesoporenerzeugung vorgegeben war. In einer ersten bevorzugten Ausführung wird für die Fertigstellung der ersten Elektrode ein weiterer n- Dotierungsschritt durchgeführt. Auf diese Weise kann die Dotierungskonzentration, die für die Bildung der Mesoporen benötigt wird, unabhängig von der Dotierungskonzentration, die für die Erzeugung der ersten Elektrode erforderlich ist, gewählt werden. Bevorzugt wird die n-Dotierung durch einen Gas-Phase-Deposition-Schritt und/oder einen TEAS-, TEOS- und anschließenden Anneal-Schritt erzeugt (TEOS steht für Tetra- Ethyl-Ortho-Silicate) .
In einer anderen bevorzugten Ausführung wird die erste Elektrode durch Aufbringen einer leitenden Schicht auf die n- dotierten Bereiche der Grabenwandbereiche und Oberflächen der Mesoporen erzeugt . Die leitende Schicht ist bevorzugt ein Metall oder Silizid, z.B. Wolfram oder Wolframsilizid. Auf diese Weise kann die Raumladungszone, die durch den Übergang von Dielektrikum und n-Silizium am Grabenwandbereich erzeugt wird und die eine parasitäre Kapazität zum Grabenkondensator bildet, eliminiert werden.
In einer zweiten bevorzugten Ausführung sind die n- dotierten Bereiche der Grabenwandoberflächen und der
Oberflächen der Mesoporen bereits so hoch dotiert, daß kein zweiter n-Dotierungsschritt durchgeführt werden muß. Um jedoch der durch die hohe n-Dotierungskonzentration unerwünscht hohen Mesoporendichte entgegenzuwirken, wird in diesem Fall bevorzugt die Stromdichte so weit erhöht, daß der gewünschte Mesoporendichtewert wieder zuückgewonnen wird.
Bevorzugt ist das Dielektrikum für Halbleiterspeicher eine Oxid-Nitrid-Oxid (ONO) Schicht, eine Nitrid-Oxid (NO) Schicht, eine Aluminium-Oxidschicht oder eine Zirkonium- Oxidschicht. All diese Schichten sind prozeßkompatibel mit der Hersteilung.von Grabenkondensatoren und ermöglichen auch bei sehr dünnem Schichtaufbau eine im erforderlichen Maße durchbruchsfeste elektrische Isolation der beiden Elektroden voneinander. Für diskrete Grabenkondensatoren ist das Dielektrikum bevorzugt auch Siliziumoxid und/oder Nitrid. Bevorzugt deckt das Dielektrikum die gesamte n-dotierte Mesoporenwandoberfläche eines Grabens und den überwiegenden Teil der dazugehörigen Grabenwandoberfläche ab, da auf diese Weise ein Grabenkondensator mit größtmöglicher Fläche erzeugt werden kann.
Bevorzugt ist die zweite Elektrode für Halbleiterspeicher ein leitendes Material und bevorzugt Polysilizium, Wolfram- Silizid oder ein anderes Silizid. Für diskrete Grabenkondensatoren ist die zweite Elektrode bevorzugt auch Aluminium. Bevorzugt deckt die zweite Elektrode die
Dielektrikumsschicht weitgehend ab, da auf diese Weise ein Grabenkondensator mit größtmöglicher Fläche erzeugt werden kann. Die zweite Elektrode wird nach Aufbringung des Dielektrikums bevorzugt durch Füllen der Gräben und/oder Mesoporen mit einem leitenden Material erzeugt. Auf diese Weise entstehen keine Hohlräume im Graben- und Mesoporenber ich, die durch chemische Reaktionen (Oxidation etc.) im Laufe der Zeit Isolationsinseln erzeugen und den Grabenkondensator unbrauchbar machen. In einer bevorzugten Ausführung ist das leitende Material dotiertes Polysilizium und insbesondere bevorzugt n-dotiertes Polysilizium. Bevorzugt wird das Polysilizium nach dem Füllen der Gräben von der Vorderseite des Halbleitersubstrates her zurückgeätzt, wobei der untere Grabenbereich weiterhin mit Polysilizium gefüllt bleibt.
In einer ersten Ausführung dienen die Grabenkondensatoren bevorzugt als diskrete Kondensator-Bauelemente. Durch die Mesoporen ist es möglich, die Kapazität von vergleichbaren Grabenkondensatoren ohne Mesoporen um eine Mehrfaches zu erhöhen. In einer zweiten Ausführung dienen die Grabenkondensatoren mit erster Elektrode, Dielektrikum und zweiter Elektrode bevorzugt als Speicherkondensatoren für Speicherzellen, wobei die Speicherzellen bevorzugt mindestens einen Auswahltransistor aufweisen. Bevorzugt wird der Auswahltransistor an die zweiten Elektrode angeschlossen. Die Kontaktierung der Grabenkondensatoren an die jeweiligen Schaltungselemente, insbesondere an den jeweiligen Auswahltransistor, und an die gewünschten Potentiale, insbesondere an ein gemeinsames Bezugspotential, geschieht bevorzugt in Schritten, wie sie für die Herstellung von Halbleiterspeichern und insbesondere von DRAM-Bauelementen üblich sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die Speicherzellen Speicherzellen für nichtflüchtige Halbleiterspeicher, insbesondere für ferroelektrische Speicher. In diesem Fall ist das Dielektrikum bevorzugt ein ferroelektrisches Material, insbesondere eines aus der Gruppe der Perowskit-Gruppe und insbesondere SrBi2Ta20g (SBT) , Pb(Zr, Ti) 03 (PZT) , oder Bi4Ti3012 (BTO) .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden auch die Gräben durch einen elektrochemischen Prozeß erzeugt.
Bevorzugt werden die Gräben dabei auch durch ein Anlegen einer Spannung zwischen der Rückseite des Halbleitersubstrats und einem flüssigem Elektrolyten, der auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats aufgebracht ist, erzeugt. Ein bevorzugtes Verfahren zur Erzeugung von Gräben mittels elektrochemischer Verfahren ist in der am gleichen Tag eingereichten Patentanmeldung „Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren für hochintegrierte HalbleiterSpeicher" beschrieben.
In einer vorteilhaften Ausführung wird die elektrische Kontaktierung der Rückseite für das elektrochemische Verfahren für die Erzeugung der Gräben und der Mesoporen in der gleichen Elektrochemischen Kammer durchgeführt wird, wenn die Gräben ebenfalls durch eine elektrochemischen Prozeß erzeugt werden (Makroporen) . Bevorzugt wird die Erzeugung der Gräben und Mesoporen dann auch nur mit einem
Rückkontaktierungsschritt zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung zwischen der Spannungsquelle und der Rückseite der Halbleitersubstrats durchgeführt. Auf diese Weise werden einige Prozessierungsschritte eingespart. Eine detaillierte Beschreibung dieses Kontaktierungsverfahrens ist in der deutschen Patentanmeldung Nr. 901 09 039.9 unter dem Titel„Verfahren zur großflächigen elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterkδrpers mit Hilfe von Elektrolyten" beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1) einen diskreten Grabenkondensator nach Stand der Technik.
Fig. 2a) - 2e) schematische Darstellung eines Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators für einen Halbleiterspeicher nach Stand der Technik.
Fig. 3a) - 3e) schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung von Grabenkondensatoren für einen Halbleiterspeicher.
Fig. 4) schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Anordnung von
Grabenkondensatoren mit Mesoporen für Halbleiterspeicher (als Aufsicht) . Fig. 5) schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung von Grabenkondensatoren mit Mesoporen für Halbleiterspeicher (als Aufsicht) .
Fig. 1) sowie Fig. 2a) bis 2d) sind bereits weiter oben beschrieben worden.
Fig. 3a) bis 3i) beschreiben in schematischer
Darstellung das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Grabenkondensatoren auf der Vorderseite einer p-dotierten Siliziumscheibe. Das Verfahren ist bevorzugt Teil einer Prozeßschrittfolge für die Herstellung von Halbleiterspeichern und bevorzugt DRAM-Halbleiterspeichern. Maße und Skalierungen der dargestellten Figuren sind, wenn nicht anders ausdrücklich gesagt, dabei als nicht maßstabsgetreu zu verstehen.
Fig. 3a) zeigt eine p-dotierte Siliziumscheibe 3-1 mit einer Grunddotierung von etwa 3xl015 1/cm3 . Bevorzugte Kristallorientierung der Siliziumscheibe ist <100>. Auf die Siliziumscheibe 3-1 wird zunächst eine dünne Oxidschicht, die bevorzugt ein dünnes Pad-Oxid 3-2 ist, eine Nitridschicht 3-3 und eine BSG-Schicht 3-4 aufgebracht, die als Maskenmaterial für die Maske zur Erzeugung der Gräben für die Grabenkondensatoren dienen. Pad-Oxid 3-2 und Nitridschicht 3- 3 entstehen bei den Herstellungsverfahren gewöhnlich auch auf der Rückseite der Siliziumscheibe 3-1.
In einer vorteilhaften Ausführung folgt dann eine Rückseitenimplantation durch das Pad-Oxid 3-2 und die Nitridschicht 3-3 hindurch mit einem p-Implantat 3-5, die für eine niederohmige und gleichmäßige p-Implantationsschicht 3-6 zur Rückseitenkontaktierung für den späteren elektrochemischen Prozeß für die Erzeugung der Mesoporen sorgt. Eine typische Implantationsdosis für die Rückseitenimplantation mit Bor ist 1016 l/cm2 bei einer Energie von etwa 120 keV. Dieser Verfahrensschritt ist in Fig. 3a) gezeigt.
im nächsten Schritt werden die BSG-Schicht 3-4, die Nitridschicht 3-3, das Pad-Oxid 3-2 und möglicherweise weitere aufliegende Schichten für die Grabenerzeugung strukturiert. Es folgt die Erzeugung der Gräben 3-9 durch einen anisotropen Trockenätzschritt, bevorzugt im RIE- Ätzverfahren (Fig. 3b)) In dieser Ausführung haben die Gräben, die in Fig. 3b) mit 3-9a, 3-9b und 3-9c einzeln gekennzeichnet sind, einen Durchmesser von bevorzugt 200 nm und kleiner und eine Tiefe von bevorzugt etwa 10 μm. Der minimale Abstand zweier nächstliegender Gräben 3-9 ist in dieser Ausführung etwa 200 nm. Daraus folgt eine minimale Grabenwanddicke 3-8 von etwa 200 nm. Je nach Anordnung der Gräben kann die Grabenwanddicke 3-8 in den Richtungen zu anderen benachbarten Gräben jedoch um das mehrfache größer sein. In diese Richtungen können die zu erzeugenden Mesoporen daher deutlich länger sein.
Ebenfalls in Fig. 3b) zu sehen ist die durch einen TEAS/TEOS-Schritt erzeugte TEAS/TEOS-Oxidschicht 3-10, die nach der Erzeugung der Gräben 3-9 durch ein Low-Pressure Chemical-Vapor-Deposition-Verfahren (LPCVD) auf die
Siliziumscheibe 2-1 aufgebracht wird. Die durch den TEAS- Schritt erzeugte Schicht weist in dieser Ausführung bevorzugt eine planare Dicke von etwa 15 nm und die darauf aufliegende durch einen TEOS-Schritt erzeugte Schicht bevorzugt eine planare Dicke von etwa 10 nm auf. Insbesondere deckt die
TEAS/TEOS-Oxidschicht 3-10 die Grabenwandoberfläche 3-11 ab. Das Arsen aus der TEAS/TEOS-Oxidschicht 3-10 wird für die später zu erfolgende n-Dotierung der Grabenwandoberfläche 3- 11 mit Arsen benötigt.
Fig. 3c) zeigt schematisch die Siliziumscheibe 3-1, nachdem die Gräben 3-9 mit Polysilizium 3-14 aufgefüllt und am oberen Grabenrand, um mindestens 500 nm und bevorzugt um etwa 1500 nm von der Grabenoberkante, bevorzugt in einem trockenchemischen Ätzschritt, wieder zurückgeätzt worden sind. Anschließend wird die TEAS/TEOS-Oxidschicht 3-10 naßchemisch geätzt, so daß sie nur noch im unteren Teil der Gräben zurückbleibt. Es ergibt sich dadurch die in Fig. 3c) gezeigte auffällige Struktur, daß das zurückgeätzte Polysilizium 3-14 in den Gräben 3-9 über die zurückgeätzte TEAS/TEOS-Oxidschicht 3-10 um bevorzugt etwa 100 nm hinausragt. Das zurückgeätzte Polysilizium 3-14 dient als
Hilfsstruktur für die Erzeugung einer seitlichen elektrisch isolierenden Abdeckschicht der Grabenwandoberflächen 3-11.
Durch das Zurückätzen des Polysiliziums 3-14 und der TEAS/TEOS-Oxidschicht 3-10 im Graben 3-9 wird eine
Zweiteilung des Grabens 3-9 in einen oberen Grabenbereich 3- 12, an dessen Grabenwandbereich später keine Mesoporen erzeugt werden, und in einen unteren Grabenbereich 3-13, an dessen Grabenwandbereich Mesoporen erzeugt werden, festgelegt. Die Unterdrückung der Mesoporenbildung im oberen Grabenbereich 3-12 verhindert unter anderem, daß Mesoporen zu dicht an der Oberfläche der Siliziumscheibe 3-1 entstehen und dadurch die Funktionsweise benachbarter Strukturen an der Oberfläche der Siliziumscheibe 3-1, z.B. von einem Auswahltransistor, beeinträchtigt wird. Weiterhin findet durch das Zurückätzen der TEAS/TEOS-Oxidschicht 3-10 die für die Mesoporen erforderliche n-Dotierung nur im unteren Grabenbereich 3-13 statt. Der obere Grabenbereich 3-12 wird bevorzugt auch dafür benötigt, um Raum für einen Oxidkragen bereitzustellen, der für Grabenkondensatoren mit einer gemeinsamen ersten Elektrode („Buried-Plate Grabenkondensatoren") gewöhnlich benötigt wird.
Fig. 3d) zeigt die Struktur nach dem Aufbringen einer zweiten elektrisch isolierenden Abdeckschicht 3-15a, die das Material für die zu erzeugenden vertikalen elektrisch isolierenden Abdeckschichten liefert. Bevorzugt ist die zweite elektrisch isolierende Abdeckschicht 3-15a aus Nitrid. Aufgrund der Teilfüllung der Gräben 3-9 mit Polysilizium 3-14 und TEAS/TEOS-Oxidschicht 3-10 kann die zweite elektrisch isolierende Abdeckschicht 3-15a nur die Grabenwandoberfläche des oberen Grabenbereichs 3-12 abdecken. Die Schichtdicke der zweiten elektrisch isolierenden Abdeckschicht 3-15a ist in dieser Ausführung typischerweise 20 nm.
Nach der Abdeckung mit der zweiten Abdeckschicht 3-15a wird bevorzugt ein Anneal-Schritt durchgeführt, durch den das Arsen der an der Grabenwand verbliebenen TEAS/TEOS- Oxidschicht 3-10 in die Grabenwand der unteren Grabenbereiche 3-13 eindiffundiert und aktiviert wird. Auf diese Weise werden die Grabenwände der unteren Grabenbereiche 3-13 n- dotiert. Die Diffusion des Arsens wird bevorzugt bis in eine Tiefe und mit einer Dosis durchgeführt, die ausreicht, daß das Silizium zwischen benachbarten Gräben 3-9 komplett n- dotiert wird, so daß im Grabenbereich eine n-dotierte Schicht 3-17 geformt ist. Eine bevorzugte n-Dotierungskonzentration ist im Bereich von lxlO19 l/cm3. Auf diese Weise wird der gesamte Bereich zwischen den Wänden benachbarter Gräben als Volumen für das Wachstum von Mesoporen zur Verfügung gestellt. Mit Hilfe der Mesoporen kann so für jeden Graben 3- 9 das zur Verfügung stehende Volumen maximal für die Oberflächengewinnung und damit Elektrodenflächengewinnung genutzt werden.
Fig. 3e) zeigt die Struktur nach den folgenden Schritten. Erst werden die horizontal verlaufenden Bereiche der zweiten elektrisch isolierenden Abdeckschicht 3-15a durch einen anisotropen Ätzschritt entfernt, so daß nur noch die vertikalen elektrisch isolierenden Abdeckschichten 3-15 an den Grabenwandoberflächen in den oberen Grabenbereichen 3- 12 zurückbleiben. Die vertikalen elektrisch isolierenden Abdeckschichten 3-15 dienen der Unterdrückung der
Mesoporenbildung im oberen Grabenbereich 3-12 und der Unterdrückung eines schädlichen Kurzschlußstromes zwischen flüssigem Elektrolyt und p-dotierten Regionen im oberen Grabenbereich. Dann werden das Polysilizium 3-14 und der verbliebene Anteil der TEAS/TEOS-Oxidschicht 3-10 aus den Gräben entfernt.
Nachdem in Ätzschritten die p-Implantationsschicht 3-6 auf der Rückseite der Siliziumscheibe 3-1 freigelegt worden ist, kann das elektrochemische Verfahren zur Erzeugung der Mesoporen durchgeführt werden. Dazu wird die Siliziumscheibe 3-1 nach einem HF-Dip bevorzugt in einer Elektrochemischen Kammer 3-20 mit der Rückseite auf eine leitfähige Kontaktschicht 3-21 aufgelegt und ggf. dort angedrückt, so daß ein elektrischer Kontakt zwischen Siliziumscheibe 3-1 und leitfähiger Kontaktschicht hergestellt ist. Eine Ausführung der Elektrochemischen Kammer 3-20 ist in Fig. 3f) schematisch dargestellt. Die leitfähige Kontaktschicht 3-21 dient der elektrisch leitenden Verbindung zwischen Substrathalter 3-22 und Siliziumscheibe 3-1, um die Rückseite der Siliziumscheibe 3-1 auf ein definiertes Potential legen zu können.
Auf der Siliziumscheibe 3-1 ist weiterhin bevorzugt ein Ätzbecher 3-23 aufgesetzt, der über einen O-Ring wasserdicht mit der Siliziumscheibe 3-1 abschließt. In den Ätzbecher 3-23 wird der flüssige Elektrolyt 3-24 eingefüllt, der somit bevorzugt nur die Vorderseite der Siliziumscheibe 3-1 bedeckt und die Gräben auf der Vorderseite der Siliziumscheibe 3-1 füllt. In den flüssigen Elektrolyt 3-24 ist die Gegenelektrode 3-25 eingetaucht, deren zur Siliziumscheibe 3- 1 gerichteten Oberfläche weitgehend koplanar zur Siliziumscheibe 3-1 ist und die den Bereich der .
Grabenkondensatoren auf der Siliziumscheibe 3-1 weitgehend überdeckt. Auf diese Weise wird für eine homogene Stromdichte im Gebiet der Rückseite der Siliziumscheibe 3-1 gesorgt, wobei die Stromrichtung bevorzugt weitgehend senkrecht zur Rückseite der Siliziumscheibe 3-1 verläuft. Die für den Stromfluß erforderliche Spannung wird durch eine Spannungsquelle 3-26 zwischen Gegenelektrode 3-25 und Substrathalter 3-22 bereitgestellt. Die Spannung an der Gegenelektrode 3-25 ist bevorzugt negativ in Bezug zum Substrathalter 3-22. Die Spannung wird auf einen Wert eingestellt, für den die Stromdichte im Bereich der Rückseite der Siliziumscheibe 3-1 im Bereich von 1 bis 100 mA/cm2 liegt. Der Strom und damit die mittlere Stromdichte wird an einem Strommeßgerät 3-27 gemessen. Eine bevorzugte detaillierte Ausführung der Elektrochemischen Kammer ist in der deutschen Erstanmeldung vom 31.5.2000, die unter dem Aktenzeichen 10027931.7 geführt wird, beschrieben.
Als flüssiger Elektrolyt dient bevorzugt eine wässrige HF-Lösung, die einen HF-Anteil von bevorzugt höchstens 25% und bevorzugt 3% aufweist. Die mittlere Ätzrate beträgt in Abhängigkeit auch vom Elektrolyten in etwa 60 nm/min. Die Dauer dieses elektrochemischen Vorgangs beträgt bevorzugt etwa 5 Minuten. Sie dauert damit um etwa das 3-fache länger als die Zeit, die durch das Verhältnis der halben Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben 3-8 zur mittleren Ätzrate gegeben ist. Auf diese Weise können Mesoporen mit einer Länge, die etwa 1.5 mal so lang wie die Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben ist, erzeugt werden. Diese langen Mesoporen können jedoch nur in Richtungen wachsen, in denen kein nächstliegender Graben angeordnet ist. Auf diese Weise werden auch die Bereiche zwischen benachbarten Gräben zur Bildung von Mesoporen genutzt .
Fig. 3g zeigt schematisch die Grabenanordnung nach dem elektrochemischen Verfahren. Die geätzten Mesoporen 3-30 haben je nach Stromdichte und Dotierung einen Durchmesser zwischen 2 - 20 nm und bevorzugt zwischen 2 - 10 nm. Ihre maximale Länge ist durch die Länge des elektrochemischen Verfahrens gegeben. In dieser Ausführung ist sie in etwa 1.5 mal so lang wie die Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben, also etwa 300 nm. Die Selbstpassivierung hindert die Mesoporen jedoch daran, die volle Länge zu erreichen, wenn die Mesopore zuvor an eine andere Mesopore oder Graben näher als etwa die doppelte Raumladungszonendicke heranwächst. Da in dieser Ausführung die Raumladungszone an den Seiten der Mesoporen etwa 10 - 30 nm beträgt, ist damit ein minimaler Abstand 3-41 zwischen zwei Mesoporen von etwa 20 - 60 nm definiert. Der minimale Abstand, den benachbarter Mesoporen zueinander haben können, ist im wesentlichen durch die Stromdichte zwischen 1 und 100 mA/cm2 und die n- Dotierungskonzentration von etwa 1019 l/cm3 gegeben.
Nach der elektrochemischen Ätzung der Mesoporen wird, um eine Verunreinigung der Vorderseite der Siliziumscheibe 3-1 durch die ggf. hochdotierte Rückseite zu verhindern, bevorzugt die p-Implantationsschicht 3-6 auf der Rückseite durch einseitiges Ätzen entfernt.
Um die Einbringung einer Dielektrikumsschicht und einer zweiten Elektrodenschicht in die Mesoporen 3-30 für die Herstellung von Kondensatoren zu erleichtern, werden die Mesoporen 3-30 bevorzugt aufgeweitet. Die AufWeitung muß jedoch deutlich kleiner sein als der durch die Raumladungszone gegebene minimale Abstand zwischen zwei Mesoporen, um zu gewährleisten, daß die Aufweitung nicht zu „Kurzschlüssen" zwischen benachbarten Mesoporen benachbarter Gräben führt. In der vorliegenden Ausführung werden die aufgeweiteten Mesoporen 3-30a an jeder Seite um bevorzugt etwa 10 nm bis 20 nm aufgeweitet, so daß der Durchmesser der aufgeweiteten Mesoporen 3-30a auf etwa 25 nm bis 50 nm anwächst. Die Länge der aufgeweiteten Mesoporen 3-30a steigt entsprechend auch um 10 nm bis 20 nm an.
Die Aufweitung in dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschieht bevorzugt durch eine Oxidierung der Grabenoberflächen und der Oberflächen der Mesoporen 3-30 und eine anschließende Ätzung des Oxids z.B. mit Flußsäure. Die Oxidierung kann durch mehrere Verfahren nach Stand der Technik erfolgen. In dieser Ausführung ist die Oxidierung naßchemisch mit H202/ HF und H20 ausgeführt worden. Fig. 3h) zeigt schematisch die Struktur, nachdem die Mesoporen durch einen Oxidations- und Oxidationsätzschritt in Durchmesser und Länge aufgeweitet wurden. Nicht gezeigt ist in den folgenden Figuren, daß die Mesoporen holzwurmlochartig wachsen, d.h. daß sie im Wachstumsprozeß die Richtung ändern und somit kurvenförmig verlaufen können. Die Mesoporen können weiterhin unterschiedlich lang sein und einen sich ändernden Durchmesser haben.
Aufgrund der Selbstpassivierung geraten die Mesoporen 3- 30 benachbarter Gräben 3-9 nicht in Berührung, sondern weisen einen minimalen Abstand zueinander auf. Der minimale Abstand zwischen zwei Mesoporen wird durch die Aufweitung zwar reduziert; er ist jedoch ausreichend, solange die Aufweitung der Mesoporen kleiner als die Raumladungszonendicke, die die Mesoporen passiviert, ist.
Weiterhin zeigt Fig. 3h) eine zusätzliche vergrabene n- dotierte Schicht 3-31, die durch einen zweiten
Dotierungsschritt zur Erhöhung der n-Dotierung im unteren Grabenbereich 3-13 erzeugt worden ist. Die zweite n-Dotierung geschieht bevorzugt durch Gas-Phase-Deposition-Doping oder alternativ mit einem weiteren TEAS/TEOS-Beschichtungsschritt und einem anschließenden Anneal-Prozeß, der das n-
Dotierungsmaterial am offenen Silizium, d.h. insbesondere an den Grabenwänden 3-9 der unteren Grabenbereiche 3-13 und an den Wänden der aufgeweiteten Mesoporen 3-30a hineintreibt und aktiviert. Die auf diese Weise hoch n-dotierte Schicht bildet im Bereich der Gräben 3-9 bevorzugt eine vergrabene n- dotierte Schicht 3-31, die zum einen bevorzugt die erste Elektrodenschicht der Grabenkondensatoren und zum anderen bevorzugt eine niederohmige Verbindung zwischen den ersten Elektroden benachbarter Gräben darstellt, so daß die ersten Elektroden auf einem gemeinsamen Potential liegen. Auf diese Weise ist in einer vorteilhaften Weise eine „Buried Plate" erzeugt worden. Die folgenden Schritte sind Stand der Technik und sind in Fig. 3i) schematisch gezeigt. Sie bestehen aus der Abscheidung einer Nitridschicht und der Erzeugung einer Oxidschicht, die als NO-Schicht zusammen eine dünne
Dielektrikumsschicht 3-34 auf den Oberflächen der Gräben 3-9 und aufgeweiteten Mesoporen 3-30a bildet. Es folgt das Einbringen einer n-dotierten Polysiliziumfüllung als zweite Elektrode 3-36 des Speicherkondensators auf die Dielektrikumsschichten 3-34 in den Gräben und Mesoporen, wobei das Polysilizium der zweiten Elektrode 3-36 bevorzugt um etwa 1300 nm wieder zurückgeätzt wird, um dort Raum für die Isolierung der Grabenkrägen zu schaffen. Anschließend wird die Dielektrikumsschicht 3-34 und die vertikale elektrisch isolierende Abdeckschicht 3-15 durch Flußsäure bis zum Polysilizium wieder entfernt .
Die weiteren Schritte betreffen insbesondere die Kontaktierungen der vergrabenen n-dotierten Schicht 3-31 und der zweiten Elektroden 3-36 der Grabenkondensatoren mit z.B. Auswahltransistören und Gleichspannungspotentialen. Diese Schritte können mit Methoden nach Stand der Technik durchgeführt werden und werden hier nicht weiter beschrieben.
Fig. 4) zeigt eine erste schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführung von Grabenkondensatoren 3-40 für Halbleiterspeicher als Aufsicht auf die Oberfläche einer Siliziumscheibe 3-1.
Die Grabenkondensatoren 3-40 in Fig. 4) sind in einer regelmäßigen zweidimensionalen Struktur angeordnet mit einem Abstand AI in eine erste Richtung und einem Abstand A2 in eine zweite Richtung, wobei im vorliegenden Fall beide Richtungen weitgehend senkrecht aufeinander stehen. Zu jedem Grabenkondensator 3-40 in Fig. 4) sind die zweite Elektrode 3-36 und die Dielektrikumsschicht 3-34 eingezeichnet, die jeweils in dem Graben 3-9 des Grabenkondensators 3-40 angeordnet sind. Schematisch sind die weitgehend radial von den Grabenwänden wegorientierten aufgeweiteten Mesoporen 3- 30a, die durch Oxidierung und anschließende Oxidätzung aufgeweitet worden sind, eingezeichnet. In der Wirklichkeit sind die aufgeweiteten Mesoporen 3-30a nicht sichtbar, da sie sich unterhalb der Oberfläche der Siliziumscheibe 3-1 befinden. Die aufgeweiteten Mesoporen 3-30a dienen der Erhöhung der Gesamtoberfläche eines Grabens 3-9. Dielektrikumsschicht 3-34 und zweite Elektrode 3-36 sind in den Mesoporen aus Platzgründen nicht eingezeichnet. Die ersten Elektroden sind in dieser bevorzugten Ausführung durch die vergrabene n-dotierte Schicht gegeben, die ebenfalls unterhalb der Oberfläche der Siliziumscheibe liegt und in Fig. 4) nicht dargestellt ist.
Die aufgeweiteten Mesoporen 3-30a eines Grabens 3-9 haben unterschiedliche Länge aufgrund der Selbstpassivierung der Mesoporen beim Wachsen der Mesoporen. Die Selbstpassivierung setzt ein, sobald der minimale Abstand zwischen zwei Mesoporen 3-41 (oder zu einem Graben) erreicht ist. Die Mesoporen sind daher besonders lang in die Richtungen, in denen ein benachbarter Graben weiter entfernt ist.
Durch die Wahl einer langen Zeitdauer des elektrochemischen Prozesses wachsen auf diese Weise die Mesoporen bevorzugt bis zu der Stelle, an der sich schon andere Mesoporen gebildet haben. Auf diese Weise können auch Bereiche des Volumens zwischen den Gräben für die Mesoporenbildung genutzt werden, die anders, z.B. bei einer radialen Erweiterung der Gräben zur Erhöhung der Oberflächen, nicht erreicht werden könnten. Weiterhin besteht nicht die Gefahr, daß bei Nichtbeachtung von Minimalabständen zwischen Mesoporen verschiedener Gräben sich „Kurzschlüsse" zwischen Mesoporen bilden, da die Selbstpassivierung das Berühren zweier Mesoporen nicht nur verhindert, sondern sogar einen Sicherheitsabstand garantiert. Aufgrund der Eigenschaften der Selbstpassivierung kann daher das zur Verfügung stehende Siliziumvolumen zwischen den Gräben zur Bildung einer möglichst großen Oberfläche für Elektroden auf optimale Weise genutzt werden.
Fig. 5) zeigt eine andere bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Grabenkondensatoren. Sie unterscheidet sich von der Ausführung von Fig. 4) vor allem durch die Anordnung der Gräben 3-9 für die Grabenkondensatoren 3-40. In dieser bevorzugten Ausführung sind die Gräben als Grabenpaare so angeordnet, daß sie in die eine Richtung einen regelmäßigen Abstand AI und in die andere Richtung A2 einen regelmäßigen Abstand A2 aufweisen. Durch die Anordnung von dicht nebeneinanderliegenden Paaren wäre eine konzentrische Aufweitung der Gräben 3-9 zur Erhöhung der Grabenwandoberflächen nur in geringem Umfang möglich, da sonst die Gefahr einer Berührung der Grabenpaare miteinander besteht . Ein Großteil des Volumens zwischen den Gräben wäre ungenutzt .
Aufgrund des erfindungsgemäßen selbstpassivierenden
Wachstums von Mesoporen 3-9 ist es jedoch möglich, mit Hilfe der Mesoporen Grabenoberflächen auch in den entfernter liegenden Regionen der Gräben zu erzeugen, ohne „Kurzschlüsse" mit dem nächstliegenden Grabenpaar-Partner zu bilden. Das Volumen des Halbleitersubstrats zwischen den
Gräben kann auf diese Weise effektiv für eine möglichst hohe Kapazität der Grabenkondensatoroberflächen genutzt werden.
Figurenlegende :
1-1 Siliziumsubstrat
1-2 Graben
5 1-3 Isolationsschicht
1-4 zweite Elektrode
1-6 Kontaktschicht
LO 2-1 Siliziumscheibe
2-2 Pad-Oxid
2-3 Nitridschicht
2-4 Oxidschicht
2-5 Polysiliziumschicht
L5 2-6 Photoresistmaskenschicht
2-7 erstes Trockenätzgas
2-8 zweites Trockenätzgas
2-10 erste Elektrode
20 2-11 Dielektrikum
2-12 zweite Elektrode
2-13 Maskenöffnungen
2-15 Graben
!5
3-1 Siliziumscheibe
3-2 Pad-Oxid
3-3 Nitridschicht
3-4 BSG-Schicht
3-5 p-Implantat
3-6 p-Implantationsschicht
3-8 Grabenwanddicke
3-9 Graben
3-10 TEAS/TEOS-Oxidschicht
3-11 Grabenwandoberfläche
3-12 oberer Grabenbereich 3- -13 unterer Grabenbereich
3- -14 Polysilizium
3- -15 vertikale elektrisch isolierende Abdeckschicht
3- -15a zweite elektrisch isolierende Abdeckschicht
3- -16 horizontale elektrisch isolierende Abdeckschicht
3- -17 n-dotierte Schicht
3- -20 elektrochemische Kammer
3- -21 leitfähige Kontaktschicht
3- -22 Substrathalter
3- -23 Ätzbecher
3- -24 flüssiger Elektrolyt
3- -25 Gegene1ektrode
3- -26 Spannungsquelle
3- -27 Strommeßgerät
3- -30 Mesoporen
3- -30a aufgeweitete Mesoporen
3- -31 vergrabene n-dotierte Schicht
!0
3- -34 Dielektrikumsschicht
3- -36 zweite Elektrode
3- -40 Grabenkondensatoren
3- -41 minimaler Abstand zwischen zwei Mesoporen

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von mindestens einem 5 Grabenkondensator mit den folgenden Schritten:
- ein Halbleitersubstrat mit einem oder einer Mehrzahl von Gräben auf der Vorderseite eines Halbleitersubstrats wird bereitgestellt, wobei der
.0 Graben an der Grabenwandoberfläche eine vorgegebene n- Dotierung aufweist;
- ein flüssiger Elektrolyt wird auf die Vorderseite des Halbleitersubstrats aufgebracht;
L5 eine elektrische Spannung zwischen der Rückseite des Halbleitersubstrats und dem flüssigen Elektrolyt wird angelegt, so daß ein elektrischer Strom mit einer vorgegebenen Stromdichte fließt und Mesoporen in der
20 Grabenwand erzeugt werden;
- eine erste Elektrode wird in dem Graben und den dazugehörigen Mesoporen erzeugt;
5 - ein Dielektrikum wird auf die erste Elektrode aufgebracht;
eine zweite Elektrode wird auf das Dielektrikum aufgebracht . 0
Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß die Gräben in einer regelmäßigen zweidimensionalen Struktur angeordnet sind. 5
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß die Gräben im wesentlichen die gleiche Form haben.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Querschnitt der Gräben von der Oberfläche des
Halbleitersubstrats aus gesehen oval oder im wesentlichen rund ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gräben mehr als zehn mal so tief sind wie der maximale Querschnitt des jeweiligen Grabens an der Oberfläche des Halbleitersubstrats .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberfläche des Halbleitersubstrats in den Bereichen zwischen den Gräben während der angelegten elektrischen Spannung mit einer horizontalen elektrisch isolierenden Abdeckschicht, bevorzugt aus Nitrid, abgedeckt ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gräben jeweils einen oberen Grabenbereich und jeweils einen unteren Grabenbereich aufweisen, wobei die
Grabenwandoberflächen der oberen Grabenbereiche während der angelegten elektrischen Spannung mit vertikalen elektrisch isolierenden Abdeckschichten, bevorzugt aus Nitrid, abgedeckt sind, und die Grabenwandoberflächen der unteren Grabenbereiche während der angelegten elektrischen Spannung frei von elektrisch isolierenden Abdeckschichten sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Grabenwände der unteren Grabenbereiche n-dotiert sind.
9. Verfahren nach Anspruch 7 bis 8, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , daß die Dotierung der Grabenwände der unteren Grabenbereiche und die Stromdichte so gewählt werden, daß eine 5 vorgegebene mittlere Mesoporendichte erzeugt wird.
10.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , daß die vorgegebene Stromdichte durch eine elektrische LO Spannung zwischen der Rückseite des Halbleitersubstrats und einer in dem flüssigen Elektrolyten eingebrachten Gegenelektrode erzeugt wird.
11.Verfahren nach Anspruch 10,
L5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der elektrischen Kontaktierung der Rückseite des Halbleitersubstrats ein Dotierungsschritt zur Erzeugung einer Dotierungsschicht auf der Rückseite des Halbleitersubstrats vorangeht.
50
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 , daß die Dotierungsschicht auf der Rückseite des Halbleitersubstrats nach der Erzeugung der Mesoporen
!5 entfernt wird.
13.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , daß der flüssige Elektrolyt eine wässrige HF-Lösung ist, die 0 einen HF-Anteil von bevorzugt höchstens 25% aufweist.
14.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrische Spannung zwischen Rückseite des 5 Halbleitersubstrats und flüssigem Elektrolyt so ausgelegt ist, daß die Stromdichte durch die Rückseite des Halbleitersubstrats kleiner als 100 mA/cm2 und bevorzugt kleiner als 50 mA/cm2 ist.
15.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e nn z e i c hn e t , daß der Mesoporendurchmesser der Mesoporen eines Grabens im Mittel größer als 5 nm ist.
16.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mesoporen vor dem Aufbringen des Dielektrikums aufgeweitet werden.
17.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mesoporendurchmesser der Mesoporen eines Grabens im Mittel kleiner als 50 nm ist.
18.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , daß die Gräben Mesoporen mit einer Länge größer als ein Viertel und bevorzugt größer als die Hälfte der Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben aufweisen.
19.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß das Anlegen der elektrischen Spannung zwischen flüssigem Elektrolyt und Halbleitersubstrat länger dauert als die Zeit, die durch das Verhältnis der halben Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben zur mittleren Ätzrate gegeben ist.
20.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mesoporen benachbarter Gräben sich nicht berühren.
21.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Elektrode eines Grabenkondensators durch die n-dotierten Bereiche der Grabenwandoberfläche und der Oberflächen der Mesoporen des Grabens gegeben ist.
22.Verfahren nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , daß für die Fertigstellung der ersten Elektrode eines Grabenkondensators ein n-Dotierungsschritt durchgeführt wird.
23.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Dielektrikum des Grabenkondensators eine Oxid-Nitrid- Oxidschicht, Nitrid-Oxidschicht, Aluminium-Oxidschicht oder Zirkonium-Oxidschicht ist .
24.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Elektrode eines Grabenkondensators Polysilizium oder Wolfram-Silizit ist.
25.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Grabenkondensatoren Speicherkondensatoren für Speicherzellen sind.
26.Verfahren nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Speicherzellen Speicherzellen von DRAM-Bauelementen oder von ferroelektrischen Halbleiterspeicher sind.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gräben durch ein elektrochemisches Verfahren erzeugt worden sind.
28.Verfahren nach Anspruch 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrische Kontaktierung der Rückseite für das elektrochemische Verfahren für die Erzeugung der Gräben und der Mesoporen in der gleichen Elektrochemischen Kammer durchgeführt wird.
29.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Halbleitersubstrat eine p-dotierte Siliziumscheibe ist.
30.Halbleiterbauelement mit mindestens einem Grabenkondensator auf der Vorderseite eines Halbleitersubstrats,
wobei der Grabenkondensator mindestens einen Graben im Halbleitersubstrat mit Mesoporen in der Grabenwand aufweist;
- wobei die Grabenwand und die Wände der Mesoporen des Grabenkondensators eine erste Elektrode aufweist oder auf der Grabenwand und auf den Wänden der Mesoporen des Grabenkondensators eine erste Elektrode aufgebracht ist;
- wobei auf der ersten Elektrode des Grabenkondensators ein Dielektrikum aufgebracht ist;
wobei auf dem Dielektrikum des Grabenkondensators eine zweite Elektrode aufgebracht ist;
31. Halbleiterbauelement nach Anspruch 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Grabenkondensator in einer Pluralität und bevorzugt in einer regelmäßigen zweidimensionalen Struktur angeordnet ist.
5 32.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 31, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß die Gräben untereinander im wesentlichen die gleiche Form haben.
LO 33.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 32, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß der Querschnitt des Grabens von der Oberfläche des Halbleitersubstrats aus gesehen oval oder im wesentlichen rund ist.
L5
34.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 33, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Graben mehr als zehn mal so tief sind wie der maximale
Querschnitt des Grabens an der Oberfläche des
!0 Halbleitersubstrats.
35.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 34, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Graben einen oberen Grabenbereich und einen unteren !5 Grabenbereich aufweist, wobei nur der untere Grabenbereich Mesoporen aufweist .
36.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 35, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß 0 der mittlere Mesoporendurchmesser des Grabens jeweils größer als 5 nm ist.
37.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 36, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß 5 der mittlere Mesoporendurchmesser des Grabens jeweils kleiner als 50 nm ist.
38.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Graben Mesoporen mit einer Länge größer als ein Viertel und bevorzugt größer als die Hälfte der Grabenwanddicke zum nächstliegenden Graben aufweisen.
3 .Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 38, d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß die Mesoporen benachbarter Gräben sich nicht berühren.
40. Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 39, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Dielektrikum eines Grabenkondensators eine Oxid- Nitrid-Oxidschicht, Nitrid-Oxidschicht, Aluminium- Oxidschicht oder Zirkonium-Oxidschicht ist.
41.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 40, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Elektrode eines Grabenkondensators Polysilizium oder Wolfram-Silizit ist.
42.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 41, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Halbleitersubstrat aus Silizium ist.
43.Halbleiterbauelement nach Anspruch 30 bis 42, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Grabenkondensatoren Speicherkondensatoren für Speicherzellen sind.
44.Halbleiterbauelement nach Anspruch 43, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Speicherzellen Speicherzellen von DRAM-Bauelementen oder ferroelektrischen Halbleiterspeichern sind.
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