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    • 专利摘要:
    EinGrabenkondensator mit verbesserter Kontaktbrücke wird offenbart. Die Kontaktbrücke ist über deroberen Oberflächedes Kondensators angeordnet. Die obere Oberfläche des Grabenkondensators,die durch die oberen Oberflächendes Kragens und der Speicherplatte gebildet wird, ist planar. Indemdie Kontaktbrückeauf einer planaren Oberflächeangeordnet wird, wird die in herkömmlichen Prozessen zum Ausbildenvon Kontaktbrückenvorliegende Ausnehmung vermieden. Dies führt zu verbesserter Zuverlässigkeitder Kontaktbrücken undverbesserten Eigenschaften des Bauelements.
    公开号:DE102004007242A1
    申请号:DE200410007242
    申请日:2004-02-13
    公开日:2004-10-28
    发明作者:Jochen Beintner；Stephan P. Kudelka；Helmut Horst Dr. Tews
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:H01L21-20
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft integrierte Schaltungen (ICs). DieErfindung betrifft insbesondere integrierte Schaltungen mit Grabenkondensatoren.
    [0002] EineZelle füreinen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM-Zelle) enthält einenan einen Kondensator gekoppelten Transistor. Bei einer Art von DRAM-Zellewird ein an einen Vertikaltransistor gekoppelter Grabenkondensatorverwendet. 1 zeigt eineQuerschnittsansicht eines herkömmlichenGrabenkondensators 140. Der Grabenkondensator ist, wiegezeigt, in einem unteren Teil 111a eines in einem Substrat 105 ausgebildetenGrabens 110 angeordnet. Eine Padschicht 190 istauf der Oberflächedes Substrats bereitgestellt. Die Padschicht umfasst eine Siliziumnitridschicht 192 über einerSiliziumoxidschicht 191. Die Padschicht vereinfacht dieVerarbeitung des Grabenkondensators.
    [0003] DerGrabenkondensator enthälteinen unteren und oberen Abschnitt 141a-b. Einevergrabene Platte 144 umgibt den Graben in dem unterenAbschnitt des Kondensators. Ein gut leitendes Halbleitermaterialoder Metall 142 (Füllmaterial)das durch eine Knotendielektrikumsschicht 146 von der vergrabenenPlatte getrennt ist, fülltden Graben. Die vergrabene Platte ist beispielsweise üblicherweisean andere Kondensatoren des Feldes und an eine Referenzspannung,wie etwa VDD/2, gekoppelt. Ein dicker dielektrischerKragen 165 kleidet die Sei tenwände des Grabens im oberen Abschnittdes Kondensators aus.
    [0004] Einnicht gezeigter Vertikaltransistor ist im oberen Teil 111b desGrabens vorgesehen. Um den Kondensator gegen den Transistor zu isolieren,ist eine isolierende Dielektrikumsschicht 148 auf dem Kondensatorvorgesehen. Um den Grabenkondensator an den Transistor zu koppeln,ist ein vergrabenes Diffusionsgebiet 132 vorgesehen. DasDiffusionsgebiet wird erzeugt durch Ausdiffundieren von Dotierstoffenaus dem Füllmaterialdurch eine zwischen dem Kragen und der isolierenden Dielektrikumsschichtangeordnete vergrabene Kontaktbrücke 174.
    [0005] 2 zeigt einen herkömmlichenProzess zum Ausbilden einer vergrabenen Kontaktbrücke. Nachdem Ausbilden des Kondensators wird das Grabenfüllmaterial bis unter die Oberfläche desSubstrats ausgenommen, wodurch der Kragen im oberen Teil 111b desGrabens freigelegt wird. Der freigelegte Teil des Kragens wird dannbeispielsweise durch Nassätzenentfernt. Die Ätzung überätzt denKragen, wodurch er bis unter die Oberfläche des Grabenfüllmaterials 142 ausgenommenwird. Durch Überätzen entstehteine Ausnehmung 271. Eine amorphe Siliziumschicht 273 wirddann abgeschieden, um den Graben auszukleiden und die Ausnehmungzu füllen.Die amorphe Siliziumschicht wird beispielsweise durch isotropesreaktives Ionenätzen(RIE) oder Nassätzen geätzt, damitdie amorphe Siliziumschicht 273 von der Padschicht unddem Speicherknotenmaterial entfernt wird, wodurch die amorphe Siliziumschichtzur Ausbildung der vergrabenen Kontaktbrücke in der Ausnehmung belassenwird.
    [0006] Wegender kleinen Abmessungen der Ausnehmung und der nicht idealen konformenAbscheidung der amorphen Siliziumschicht kann während des Prozesses zum Füllen derAusnehmungen ein Hohlraum 277 entstehen. Der Hohlraum führt zum unvollständigen Füllen derAusnehmungen, was die Kopplung zwischen dem Transistor und dem Kondensatorverschlechtern kann. Dies kann die Eigenschaften und/oder Zuverlässigkeitder Speicherzelle beeinträchtigen.
    [0007] Nachden obigen Ausführungenist es wünschenswert,einen Grabenkondensator bereitzustellen, durch den die mit herkömmlichenvergrabenen Kontaktbrückenverbundenen Probleme vermieden werden.
    [0008] DieErfindung betrifft integrierte Schaltungen und die Herstellung integrierterSchaltungen im allgemeinen. Insbesondere betrifft die ErfindungKontaktbrücken,die beispielsweise in Grabenkondensatoren verwendet werden. Beieiner Ausführungsformenthältder IC einen in einem Substrat ausgebildeten Graben. Der Grabenumfasst einen oberen und unteren Teil, wobei der untere Teil einenoberen und unteren Abschnitt enthält. Ein Grabenkondensator istim unteren Teil des Grabens angeordnet. Der Grabenkondensator enthält eineSpeicherplatte im unteren Teil des Grabens und eine die Seitenwände desGrabens im unteren Abschnitt auskleidende Knotendielektrikumsschicht.Ein dielektrischer Kragen kleidet die Seitenwände des Grabens im oberen Abschnitt desunteren Teils des Grabens aus. Die obere Oberfläche des Grabenkondensators,die durch die oberen Oberflächendes Kragens und die Speicherplatte gebildet ist, ist planar. EineKontaktbrückeist an mindestens einem Teil der oberen Oberfläche des Kondensators angeordnet.
    [0009] Indemdie Kontaktbrückeauf einer planaren Oberflächeausgebildet wird, wird die bei herkömmlichen Prozess zum Ausbildenvon Kontaktbrücken vorliegendeAusnehmung vermieden. Dies führtzu einer verbesserten Zuverlässigkeitder Kontaktbrückeund verbesserten Eigenschaften des Bauelements.
    [0010] 1 zeigt einen herkömmlichenGrabenkondensator;
    [0011] 2 zeigt einen Prozess zumAusbilden einer vergrabenen Kontaktbrücke in herkömmlichen Grabenkondensatoren;
    [0012] Die 3a und 3b zeigen ein Diagramm und eine Querschnittsansichteiner Speicherzelle gemäß einerAusführungsformder Erfindung und
    [0013] Die 4 bis 7 zeigen einen Prozess zum Ausbildeneiner vergrabenen Kontaktbrückeeines Grabenkondensators gemäß einerAusführungsform derErfindung.
    [0014] Die 3a und 3b zeigen ein Diagramm und eine Querschnittsansichteiner Speicherzelle 301 gemäß einer Ausführungsformder Erfindung. Die Speicherzelle enthält einen an einen Transistor 330 gekoppeltenGrabenkondensator 340. Ein erstes Diffusionsgebiet desTransistors ist an eine Bitleitung 380 gekoppelt, und eineGateelektrode 333 des Transistors ist an eine Wortleitung 385 gekoppelt.Mehrere Speicherzellen sind zur Ausbildung eines Speicherfeldesdurch Wortleitungen und Bitleitungen miteinander verbunden. DasFeld und die Unterstützungsschaltkreisefür denZugriff auf die Speicherzellen bilden beispielsweise einen Speicher-IC.Es können auchandere Arten von ICs ausgebildet werden, wie etwa Systeme auf einemChip, in die ein Speicher eingebettet ist.
    [0015] DerGrabenkondensator befindet sich in einem unteren Teil 311a einesin einem Substrat 305 ausgebildeten Grabens 310.Der Grabenkondensator umfasst einen unteren und oberen Abschnitt 341a und 341b.Eine erste Kondensatorplatte 342 befindet sich im Graben.Bei einer Ausführungsformist auch eine zweite Platte 344 vorgesehen. Die zweitePlatte umgibt den Graben im unteren Abschnitt des Kondensators.Die Platten sind durch eine Knotendielektrikumsschicht 346 getrennt.Zur Ausbildung der Knotendielektrikumsschicht können verschiedene dielektrischeMaterialien, wie etwa Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder ein dielektrischesMaterial mit einer hohen Dielektrizitätskonstante verwendet werden.Es kann auch nützlichsein, eine Knotendielektrikumsschicht vorzusehen, die mehrere verschiedenedielektrische Schichten umfasst (z.B. ein dielektrisches Sandwich).
    [0016] Einevergrabene Schicht 338 kann im Substrat vorgesehen sein.Die vergrabene Schicht koppelt bei einer Ausführungsform üblicherweise die zweiten Plattendes Feldes beispielsweise an eine Referenzspannung, wie etwa VDD/2. Es eignen sich auch andere Referenzspannungspegel,wie etwa Masse. Im oberen Abschnitt des Kondensators ist ein dielektrischerKragen 365 vorgesehen, der die Seitenwände des Grabens auskleidet.Der dielektrische Kragen umfasst Siliziumoxid oder ein anderes gutisolierendes Material.
    [0017] Wiegezeigt, weisen der obere und untere Abschnitt des Grabenkondensatorsetwa die gleichen Maßeauf. Es ist auch nütz lich,einen Grabenkondensator mit einem oberen und unteren Abschnitt,die verschiedene Maßeaufweisen, vorzusehen. Beispielsweise kann der untere Abschnittgrößer seinals der obere Abschnitt, damit ein flaschenförmiger Grabenkondensator gebildetwird. Der Grabenkondensator kann außerdem einen oberen Abschnittaufweisen, der größer istals der untere Abschnitt.
    [0018] Gemäß einerAusführungsformder Erfindung ist eine vergrabene Kontaktbrücke 374 über eineroberen Oberflächedes Grabenkondensators vorgesehen. Die obere Oberfläche desKondensators enthältdie oberen Oberflächendes dielektrischen Kragens und der ersten Platte. Bei einer Ausführungsformumfasst die obere Oberflächedes Kondensators eine im wesentlichen planare Oberfläche (z.B.sind die oberen Oberflächendes Kragens und der ersten Platte im wesentlichen koplanar). Somit wirddie in herkömmlichenProzessen zum Ausbilden von Kontaktbrücken vorgesehene Ausnehmungals solche vermieden. Der Prozess zum Füllen der Ausnehmung kann, wiebereits beschrieben, die Zuverlässigkeitund den Widerstand der Kontaktbrückebeeinflussen. Indem die Ausnehmung in Prozessen zum Ausbilden vonKontaktbrückenentfällt,kann man eine verbesserte Zuverlässigkeitund verbesserte Eigenschaften erhalten.
    [0019] Beieiner Ausführungsformumfasst die vergrabene KontaktbrückeSilizium. Die vergrabene Kontaktbrücke umfasst bevorzugt amorphabgeschiedenes Silizium. Es eignet sich auch Polysilizium für die vergrabeneKontaktbrücke.Es könnensich auch andere Arten von Material, wie etwa SiGe oder Ge, eignen.Die vergrabene Kontaktbrückekann dotiert oder undotiert sein. Eine dotierte vergrabene Kontaktbrücke wirdbevorzugt mit der Art von Dotierstoff dotiert, die der Art für den Transistorentspricht. Beispielsweise könnenDotierstoffe, wie etwa Phosphor (P) und/oder Arsen (As), für Transistorenvom n-Typ verwendet werden. Dotierstoffe, wie etwa Bor (B), werdenfür Transistorenvom p-Typ verwendet.
    [0020] Beieinem gegebenen Material steht die Dicke der Kontaktbrücke in direkterBeziehung zu ihrem elektrischen Widerstand (z.B. ist der elektrischeWiderstand um so höher,je dicker die Kontaktbrücke ist).Der elektrische Widerstand der Kontaktbrücke kann die Eigenschaften,wie etwa die Zugriffszeit, der Speicherzelle beeinflussen. Die Dickeder Kontaktbrückewird bevorzugt so gewählt,dass die Eigenschaften der Speicherzelle optimiert sind. Bei einer Ausführungsformbeträgtdie Dicke etwa 50 nm und 300 nm. Andere Dicken sind ebenfalls geeignetund könnenje nach Material- und/oder Anforderungen an die Eigenschaften variieren.
    [0021] DerTransistor umfasst eine Gateelektrode 333 und ein erstesund zweites Diffusionsgebiet 331 und 332. Beieiner Ausführungsformumfasst der Transistor einen Vertikaltransistor, dessen Gateelektrode,oder zumindest ein Teil von ihr, im oberen Teil des Grabens angeordnetist. Bei einer Ausführungsformumgibt der Transistor den Graben. Derartige Vertikaltransistorenwerden beispielsweise in Weis et al., „A Highly Cost Efficient 8F2 DRAM Cell with a Double Gate Vertical TransistorDevice for 100 nm and Beyond",International Electron Device Meeting IEDM, Washington, USA (2001),beschrieben, das füralle Zwecke hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Alternativ istder Transistor auf einer Seite des Grabens angeordnet (z.B. belegtdie Gateelektrode eine Seite des oberen Teils des Grabens). DerartigeArten von Vertikaltransistoren werden beispielsweise in Radens etal., „A0.135 mm2 6F2 Trench-SidewallVertical Device Cell for 4Gb/16Gb DRAM", Symposium on VLSI Technology, Hawaii, USA(2000), beschrieben, das füralle Zwecke durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Es eignen sich auchandere Arten von Vertikaltransistoren.
    [0022] DieGateelektrode des Transistors ist im oberen Teil des Grabens angeordnet,mit einem ersten Ende zur Oberflächedes Substrats und einem zweiten Ende neben der Unterseite des oberenTeils des Grabens. Bei einer Ausführungsform ist die Gateelektrodemindestens in einem Teil des oberen Teils des Grabens angeordnet.Die Gateelektrode belegt beispielsweise eine Seite des Grabens.Es ist auch nützlicheine im oberen Teil des Grabens angeordnete Gateelektrode vorzusehen.
    [0023] Daserste Diffusionsgebiet ist auf der Substratoberfläche angeordnet.Bei einer Ausführungsformist sich das Diffusionsgebiet benachbart zum dem ersten Ende derGateelektrode. Bevorzugt umgibt das Diffusionsgebiet mindestensden Teil des Grabens neben der Gateelektrode. Es ist auch nützlich dasDiffusionsgebiet auf der Substratoberfläche, die den Graben umgibt,vorzusehen. Bei einer Ausführungsformwerden Dotierstoffe von der ersten Platte durch die vergrabene Kontaktbrücke ausdiffundiert,um das zweite Diffusionsgebiet des Transistors auszubilden. Durchdas zweite Diffusionsgebiet ist der Transistor an den Kondensatorgekoppelt.
    [0024] Beieiner Ausführungsformist das zweite Diffusionsgebiet in dem Substrat um den Graben herum nebendem zweiten Ende der Gateelektrode angeordnet. Es ist auch nützlich einzweites Diffusionsgebiet vorzusehen, das den Graben neben der Grenzfläche zwischendem oberen und unteren Teil des Grabens umgibt. Bei Anwendungen,bei denen die Gateelektrode einen Teil des Grabens belegt, ist die vergrabeneKontaktbrückebevor zugt an einem Teil der Oberfläche des oberen Grabens benachbartzur Gateelektrode angeordnet. Dies kann erzielt werden, indem beispielsweisedie Gateelektrode und die vergrabene Kontaktbrücke zusammen strukturiert werden.
    [0025] Einedielektrische Schicht 335 kleidet die Seitenwand des Grabensaus. Es eignet sich auch das Auskleiden eines Teils der Seitenwanddes Grabens mit der dielektrischen Schicht. Bei einer Ausführungsformkleidet die dielektrische Schicht mindestens den zur Gateelektrodebenachbarten Teil der Seitenwand des Grabens aus. Die dielektrische Schichtdient als das Gateoxid des Transistors. Um die Gateelektrode vomKondensator zu isolieren, ist überder vergrabenen Kontaktbrückeeine isolierende Dielektrikumsschicht 348 vorgesehen.
    [0026] Beieiner Ausführungsformsind Kontakte 381 und 382 bereitgestellt, um dieGateelektrode und das erste Diffusionsgebiet an eine Wortleitungbzw. eine Bitleitung zu koppeln. Die Kontakte sind durch eine dielektrischeSchicht 393 wie etwa Siliziumoxid isoliert. Zum Isolierender Kontakte eignen sich auch andere dielektrische Materialien.
    [0027] Die 4 bis 8 zeigeneinen Prozess zum Ausbilden einer Speicherzelle gemäß einerAusführungsformder Erfindung. Unter Bezugnahme auf 4 istein Halbleitersubstrat 405 bereitgestellt. Das Substratumfasst beispielsweise Silizium. Es eignen sich auch andere Artenvon Substraten. Das Substrat ist bevorzugt mit Dotierstoffen vomp-Typ wie etwa Bor gering dotiert. Es eignet sich auch das Dotierendes Substrats mit anderen Arten von Dotierstoffen.
    [0028] DasSubstrat wird mit einem Grabenkondensator 440 hergestellt.Zur Erleichterung der Bearbeitung ist eine Padschicht 490 aufder Oberflächedes Substrats vorgesehen. Die Padschicht enthält beispielsweise ein Padoxid 491 untereinem Padnitrid 492. Bei einer Ausführungsform ist der Grabenkondensatorin einem in das Substrat geätztenGraben 410 ausgebildet. Der Graben ist beispielsweise etwa 8bis 10 μmtief. In der Regel ist die Breite des Grabens etwa gleich der kleinstenlithographischen Strukturelementgröße. Es eignen sich auch andere Maße für den Graben.
    [0029] DerGrabenkondensator kann durch verschiedene bekannte Techniken ausgebildetwerden. Derartige Techniken sind beispielsweise in Muller et al., „TrenchStorage Node Technology for Gigabit DRAM Generations", International ElectronDevice Meeting IEDM Technical Digest (1996), beschrieben, das hierfür alleZwecke durch Bezugnahme aufgenommen ist. Bei einer Ausführungsformwird der Grabenkondensator ausgebildet, indem ein Graben in einSubstrat geätztwird. Das Substrat kann, je nach Bedarf, mit dotierten Wannen unddotierten vergrabenen Schichten hergestellt werden. Zum Ätzen des Grabenswird eine Hartmaske verwendet. Die Hartmaskenschicht umfasst beispielsweiseSiliziumoxid. Es eignen sich andere Materialien für die Hartmaske. DieHartmaske ist beispielsweise überder Padschicht angeordnet. Sie wird nach dem Ätzen des Grabens durch nasschemisches Ätzen entfernt.
    [0030] DerGraben umfasst einen oberen und unteren Abschnitt. Der obere Teildes Grabens nimmt den Vertikaltransistor 111b des Feldesund den Kragen 141b des Grabens auf. Der untere Abschnittbeginnt in der Regel etwa 1 μmvon der Oberflächedes Substrats entfernt. Je nach den Anforderungen an Prozesse undEigenschaften ist es auch nützlicheinen Graben mit einem unteren Abschnitt, der bei anderen Tiefenbeginnt, vorzusehen.
    [0031] Eineerste Platte 442 des Kondensators ist im Graben angeordnet.Ein dielektrischer Kragen 465 kleidet den oberen Abschnittdes Grabens aus. Bei einer Ausführungsformumgibt eine zweite Platte 444, durch eine Knotendielektrikumsschicht 446 getrennt,die erste Platte im unteren Abschnitt des Grabens. Eine vergrabeneSchicht 438 ist im Substrat vorgesehen. Durch die vergrabeneSchicht beispielsweise werden üblicherweisedie zweiten Platten der Kondensatoren des Feldes an eine Referenzspannunggekoppelt. Die erste Platte, die zweite Platte und die vergrabeneSchicht umfassen Dotierstoffe eines ersten Typs. Bei einer Ausführungsformist der erste Dotierstofftyp vom n-Typ, wie etwa Arsen oder Phosphor.Alternativ sind die Dotierstoffe Dotierstoffe vom p-Typ wie etwaBor.
    [0032] Nachdem Ätzendes Grabens wird die vergrabene Platte ausgebildet. Bei einer Ausführungsformsind die Seitenwändedes Grabens mit einer Schicht ausgekleidet, die mit Dotierstoffendes ersten Typs dotiert ist. Die dotierte Schicht dient als eine Quellefür Dotierstoffe.Die Schicht umfasst beispielsweise Polysilizium oder Silikatglas,das mit Arsen dotiert ist. Es eignen sich auch andere Arten vonDotierstoffen oder Materialien. Dann wird die dotierte Schicht vonden Seitenwändenim oberen Teil des Grabens entfernt. Zum Entfernen der dotierten Schichtvom oberen Teil des Grabens kann ein Opfermaterial abgeschiedenwerden, um den Grabenteil zu füllen,und ausgenommen werden, um den oberen Teil freizulegen.
    [0033] Dannwird eine dielektrische Schicht abgeschieden, um die dotierte Schichtzu bedecken und den freiliegenden oberen Teil des Grabens zu schützen. Beieiner Ausführungsformumfasst die dielektrische Schicht Siliziumoxid. Es eignen sich auchandere Arten von dielektrischen Materialien wie etwa Siliziumnitrid.Es wird ein thermischer Zyklus durchgeführt, um die Dotierstoffe ausder dotierten Schicht in das den unteren Abschnitt des Grabens umgebende Substratauszudiffundieren, um die vergrabene Platte herzustellen. Nach demDiffusionsschritt werden die dielektrische Schicht und die dotierteSchicht entfernt.
    [0034] Dievergrabene Platte kann aber auch durch Dotieren aus der Gasphaseausgebildet werden. In diesem Fall wird der Kragen 465 oderein nicht gezeigter dielektrischer Opferkragen vor dem Schritt desAusdiffundierens ausgebildet und dient als Maske für die Ausbildungder vergrabenen Platte. Die Ausbildung der vergrabenen Platte durchDotieren aus der Gasphase wird beispielsweise beschrieben in Saidaet al., „SingleLayer Nitride Capacitor Dielectric Film and High Concentration DopingTechnology for 1Gb/4Gb Trench-type DRAMs", IEDM Technical Digest (1997), dasfür alleZwecke durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Bei einer weiterenAusführungsformkann die vergrabene Platte ausgebildet werden, indem eine dotierteSchicht hergestellt wird, die den unteren Abschnitt des Grabensauskleidet. Die dotierte Schicht umfasst beispielsweise Polysilizium(Poly) oder epi-Silizium. Es könnenauch andere Arten dotierter Schichten oder Metallschichten verwendetwerden, die als die vergrabene Platte dienen.
    [0035] Nachdem Ausbilden der vergrabenen Platte wird eine Knotendielektrikumsschichtausgebildet, die den unteren Abschnitt des Grabens auskleidet. DieKnotendielektrikumsschicht umfasst beispielsweise Siliziumoxid,Siliziumnitrid oder ein Verbundmaterial aus beiden. Es können auchandere Arten dielektrischer Materialien verwendet werden, insbesonderedie lektrische Schichten mit einer hohen Dielektrizitätskonstante(Materialien mit einem hohen k-Wert) oder ein dielektrisches Sandwich.Die Knotendielektrikumsschicht kann unter Verwendung verschiedenerherkömmlicherTechniken ausgebildet werden, wie etwa thermische Oxidation und/oderNitridation. FürDielektrika mit einem hohen k-Wert können Techniken der chemischenAbscheidung aus der Gasphase (CVD) oder Atomschichtabscheidung verwendetwerden. Der Graben wird dann mit einem gut leitenden Grabenfüllmaterialgefüllt(z.B. dotiertes Polysilizium). Überschüssiges Füllmaterialwird beispielsweise durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) odereinen Rückätzprozessentfernt. Es eignen sich auch andere Techniken zum Ausbilden des Grabenkondensators.
    [0036] DieKragenschicht 465 in den 4 bis 7 kann je nach dem technologischenProzess zum Ausbilden des Grabens auf mehrere unterschiedliche Weisenhergestellt werden. Der Kragen kann nach dem Ätzen des Grabens ausgebildetwerden. In diesem Fall dient er als Maske für das Ausbilden der vergrabenenPlatte. Außerdemgestattet er eine Verbesserung der Oberfläche des Grabens durch chemischesNass- oder Trockenätzenzur Erzeugung eines flaschenförmigenGrabens. Bei einem alternativen Verfahren wird der Kragen nach derAusbildung der vergrabenen Platte 444, des Knotendielektrikums 446 undder Grabenfüllung 442 ausgebildet.In diesem Fall wird das Grabenfüllmaterial 442 durchnass- oder trockenchemisches Ätzenbis auf die Tiefe des Kragens ausgenommen. Bei einem sich anschließenden Schrittwird der Kragen entweder durch thermische Oxidation oder durch Abscheideneines Oxids ausgebildet. Nach einem anisotropen Schritt der reaktivenIonenätzung(RIE) zum Öffnendes Bodens des abgeschiedenen Kragens wird der Graben wieder mitdem Grabenfüllmaterial 442 gefüllt und über CMP planarisiert.Es könntenauch andere alternative Verfahren für das Ausbilden des Kragensgeeignet sein.
    [0037] UnterBezugnahme auf 5 wirdder Kondensator von dem oberen Abschnitt des Grabens aus teilweiseausgenommen, wodurch ein Teil des Kragens zurückbleibt. Das Ausnehmen erzeugteine obere Öffnungdes Grabens überdem Kondensator. Bei einer Ausführungsformwird der Kondensator bis etwa 300 bis 500 nm unter der Oberfläche desSubstrats ausgenommen. Es eignet sich auch das Ausnehmen des Kondensatorsauf andere Tiefen über demoberen Abschnitt. Gemäß einerAusführungsformder Erfindung ist die obere Oberfläche des Kondensators im wesentlichenplanar. Das heißt,die Oberseite des ausgenommenen Kragens und die Oberseite der ausgenommenenersten Platte sind im wesentlichen koplanar.
    [0038] DerKragen und das Polysilizium werden in der Regel getrennt ausgenommen.Bei einer Ausführungsformwird das Polysilizium zuerst bis auf eine gewünschte Tiefe ausgenommen. Nachdem Ausnehmen des Polysiliziums wird der Kragen über dem Polysilizium freigelegt.Dann wird der freigelegte Teil des Kragens beispielsweise durchisotropisches nasschemisches Ätzenoder Trockenätzenentfernt. Es könnenauch andere Techniken zum Ausnehmen des Kragens und des Polysiliziumsverwendet werden.
    [0039] Zumindestan den freigelegten Seitenwändendes Grabens wird eine Schutzschicht 579 ausgebildet. DieSchutzschicht dient beispielsweise als ein Ätzstopp während eines anschließenden Prozesses zumEntfernen von Kontaktbrückenmaterial.Bei einer Ausführungsformumfasst die Schutzschicht Siliziumnitrid. Es können auch andere Arten vonSchutzmaterial, das als eine Ätzstoppschichtfür Kontaktbrückenmaterialdienen kann, verwendet werden. Die Dicke der Schutzschicht sollteausreichend sein, dass das Substrat während des Ätzprozesses zum Entfernen desKontaktbrückenmaterialsgeschützt ist.Die Dicke der Schutzschicht beträgtin der Regel etwa 0,5 bis 3 nm. Es eignen sich auch andere Dicken.Die Nitridschicht wird beispielsweise durch thermische Nitridationgebildet. Es eignen sich auch andere Techniken zum Ausbilden derSchutzschicht. Zu solchen Techniken zählen beispielsweise Technikender Plasmanitridation. Die Schutzschicht bedeckt die Padschicht,freigelegte Seitenwändedes Grabens und die obere Oberflächedes Kondensators.
    [0040] EineKontaktbrückenschicht 578 wirdauf dem Substrat abgeschieden, wobei sie das Substrat und die obere Öffnung desGrabens auskleidet. Bei einer Ausführungsform umfasst die KontaktbrückenschichtSilizium. Die Kontaktbrückenschichtumfasst bevorzugt amorphes Silizium. Zur Ausbildung der Kontaktbrückenschichtkönnenauch andere Materialien wie etwa SiGe und Ge verwendet werden. Die Kontaktbrückenschichtwird beispielsweise durch CVD bei niederem Druck abgeschieden. DieDicke der Kontaktbrückenschichtbeträgtin der Regel etwa 20 bis –50nm. Es könnensich auch andere Dicken eignen.
    [0041] UnterBezugnahme auf 6 wirdauf der unteren Oberflächeder oberen Öffnungdes Grabens eine Maske 696 ausgebildet. Bei einer Ausführungsformwird die Maskenschicht ausgebildet, indem eine Oxidschicht durchHDP-CVD (High Density Plasma CVD) abgeschieden wird. Durch HDP-CVD-Technikenwird Material horizontal mit einer größeren Rate als vertikal abgeschieden.Es wird ein Ätzendurchgeführt,wie etwa ein isotropes Nassätzendes Oxids mit gepufferter oder verdünnter HF (Flusssäure), umdas Maskenmaterial an den Seitenwänden unter Zurücklasseneines Teils der Maske am Boden des Grabens zu entfernen. Alternativwird die Maskenschicht durch Implantieren von Dotierstoffen aufder Oberflächeder Kontaktbrückenschichtim Boden des Grabens ausgebildet. Die Dotierstoffe umfassen beispielsweiseBor. Das Implantieren wird bei einer Ausführungsform mit einer hohenDosis und geringer Energie durchgeführt. Implantierungsenergienkönnen beispielsweiseetwa 1 bis 5 keV bei einer Dosis von 5e13 cm–2 bis5e14 cm–2 betragen.Dies führtzu einer dünnenhochdotierten Schicht am Boden der Öffnung des Grabens.
    [0042] UnterBezugnahme auf 7 wirdeine Ätzungvorgenommen, um das Kontaktbrückenmaterial anden Seitenwändendes Grabens zu entfernen. Bei einer Ausführungsform wird eine isotropeNass- oder Trockenätzung unterVerwendung von verdünntem Na4OH selektiv zur Schutz- und Maskenschicht durchgeführt. Durchdie Ätzungwird das Kontaktbrückenmaterialvon den Seitenwändenentfernt, wobei am Boden der Grabenöffnung über dem Kondensator eine vergrabeneKontaktbrücke 774 zurückbleibt.Erfindungsgemäß erfordertder Prozess des Ausbildens der vergrabenen Kontaktbrücke nichtdas Fülleneiner Ausnehmung wie bei einem herkömmlichen Prozess zum Ausbildenvon Kontaktbrücken.Dies führtzu verbesserter Zuverlässigkeitder Kontaktbrückeund verbesserten Eigenschaften des Bauelements.
    [0043] Beieiner Ausführungsformwird eine dielektrische Schicht 748 auf dem Substrat abgeschieden, diedie Substratoberflächebedeckt und die Öffnung desGrabens überdem Kondensator auskleidet. Die dielektrische Schicht umfasst beispielsweiseSiliziumoxid. Das Siliziumoxid kann beispielsweise durch HDP-CVD abgeschiedenwerden. Zur Ausbildung der dielektrischen Schicht können auchandere Techniken verwendet werden. Die Dicke der dielektrischenSchicht reicht aus, um den Kondensator vom Transistor zu isolieren.Die Dicke der dielektrischen Schicht beträgt in der Regel etwa 50 bis100 nm. Die dielek trischen Materialien an den Seitenwänden werdenentfernt, wodurch die isolierende Dielektrikumsschicht 748 amBoden der Grabenöffnung über der Kontaktbrücke zurückbleibt.
    [0044] ZurAusbildung des zweiten Diffusionsgebiets kann ein thermischer Schrittausgeführtwerden, damit der Dotierstoff aus dem Grabenfüllmaterial 442 durchdie Kontaktbrücke 774 indie Seitenwand des Grabens im Silizium ausdiffundiert. Der thermische Schrittkann an jedem Punkt im Verfahrensablauf nach dem Ausbilden der Kontaktbrücke ausgeführt werden.Bei einer Ausführungsformwird der thermische Schritt so spät wie möglich im Verfahrensablauf ausgeführt. Derthermische Schritt wird beispielsweise nach dem Ausbilden der Isolationsschicht 748 und vordem Ausbilden des Gateoxids ausgeführt. Alternativ kann das zweiteDiffusionsgebiet als Ergebnis der verschiedenen Verfahrensschrittebeim Verfahrensablauf nach der Ausbildung der vergrabenen Kontaktbrücke ausgebildetwerden.
    [0045] DerVerfahrensablauf wird fortgesetzt, um die Speicherzelle fertigzustellen.Die Speicherzelle wird unter Verwendung verschiedener herkömmlicherProzesse fertiggestellt. Auf diese Weise werden beispielsweise derVertikaltransistor (z.B. erste Diffusionsgebiete, Gateoxid, Gateelektrode)und Zwischenverbindungen zu den Bitleitungen und Plattenleitungeneinschließlichder erforderlichen Isolierung zwischen verschiedenen Interconnectsunter Verwendung herkömmlicherProzesse ausgebildet.
    [0046] Wenngleichdie Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformenim Einzelnen gezeigt und beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann,dass an der vorliegenden Erfindung Modifikationen und Änderungenvorgenommen werden können,ohne von ihrem Gedanken und Umfang abzuweichen. Der Umfang der Er findungsollte deshalb nicht unter Bezugnahme auf die obige Beschreibung, sondernunter Bezugnahme auf die beigefügtenAnsprüchezusammen mit ihrem vollen Umfang an Äquivalenten bestimmt werden.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Integrierte Schaltung mit einem Grabenkondensator,umfassend: einen in einem Substrat ausgebildeten Graben miteinem oberen und einem unteren Teil, wobei der Grabenkondensatoram unteren Teil des Grabens angeordnet ist und der untere Teil ineinen oberen und unteren Abschnitt unterteilt ist; eine Speicherplattedes Kondensators, die im unteren Teil des Grabens angeordnet ist; eineDielektrikumsschicht im unteren Abschnitt des Grabens, welche dieSpeicherplatte und das Substrat trennt; einen dielektrischenKragen, der die Seitenwand des oberen Abschnitts des unteren Teilsdes Grabens auskleidet, wobei eine obere Oberfläche des Kondensators im wesentlichenplanar ist und durch obere Oberflächen des dielektrischen Kragensund eine obere Oberflächeder Speicherplatte ausgebildet ist; und eine Kontaktbrücke, diean mindestens einem Teil der oberen Oberfläche des Kondensators angeordnetist.
    [2] Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, zusätzlich umfassendeine integrierte Speicherschaltung.
    [3] Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, zusätzlich umfassendeinen Vertikaltransistor, der im oberen Teil des Grabens angeordnetist, wobei der Transistor zur Ausbildung einer Speicherzelle anden Grabenkondensator gekoppelt ist.
    [4] Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis3, die zusätzlicheinen Transistor enthält, derumfasst: eine Gateelektrode, die zumindest in einem Teil des oberenTeils des Grabens angeordnet ist, wobei die Gateelektrode ein erstesEnde zu einer Oberfläche desSubstrats hin und ein zweites Ende zu einer Unterseite des oberenTeils des Grabens hin aufweist; ein Gateoxid, das mindestenseinen Teil einer Seitenwand des oberen Teils des Grabens der zurGateelektrode benachbart ist auskleidet; ein erstes Diffusionsgebiet,wobei das erste Diffusionsgebiet auf einer Oberfläche desSubstrats, die mindestens einen zur Gateelektrode benachbarten Teildes Grabens umgibt, angeordnet ist; und ein zweites Diffusionsgebietin zumindest einem Teil des Substrats um die vergrabene Kontaktbrücke herum,wobei das zweite Diffusionsgebiet den Transistor mit dem Kondensatorkoppelt.
    [5] Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis4, wobei die vergrabene Kontaktbrücke ein Material umfasst, dasaus Silizium, Germanium oder einer Kombination davon ausgewählt ist.
    [6] Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis5, wobei die vergrabene Kontaktbrücke amorph abgeschiedenes Siliziumumfasst.
    [7] Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis6, wobei die Dicke der vergrabenen Kontaktbrücke so ausgewählt ist,dass die Eigenschaften des Bauelements optimiert sind.
    [8] Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis7, wobei die Dicke der vergrabenen Kontaktbrücke etwa 30 bis 300 nm beträgt.
    [9] Verfahren zum Herstellen eines Grabenkondensators,umfassend: Bereitstellen eines Substrats einschließlich eines Grabensmit oberem Teil und unteren Teilen, wobei das Substrat mit einemGrabenkondensator im unteren Teil des Grabens versehen ist und eineobere Oberflächedes Grabenkondensators eine Planare Oberfläche umfasst; und Ausbildeneiner vergrabenen Kontaktbrücke über der oberenOberflächedes Grabenkondensators, wobei durch die Planare obere Oberfläche desGrabenkondensators die im herkömmlichenProzess zum Ausbilden von Grabenkondensatoren vorliegenden Ausnehmungenvermieden werden.
    [10] Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Ausbilden dervergrabenen Kontaktbrückeumfasst: Abscheiden einer Schicht aus Material für die vergrabeneKontaktbrücke über demSubstrat, wobei die Schicht aus Material für die vergrabene Kontaktbrücke dieSeitenwändedes Grabens im oberen Teil des Grabens und die obere Oberfläche desGrabenkondensators auskleidet; Ausbilden einer Maske auf einerunteren Oberfläche einer Öffnung desGrabens im oberen Teil des Grabens; und Entfernen der Schichtaus Material fürdie vergrabene Kontaktbrücke,welche die Seitenwändedes Grabens auskleidet, wobei die Schicht aus Material für die vergrabeneKontaktbrücke,welche die obere Oberflächedes Kondensators bedeckt zurückbleibt, umals die vergrabene Kontaktbrückezu dienen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20050158961A1|2005-07-21|
    US7157329B2|2007-01-02|
    US6853025B2|2005-02-08|
    US20040164313A1|2004-08-26|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-10-28| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2008-05-08| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE |
    2010-10-07| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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