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    • 专利摘要:
    Dievorliegende Erfindung stellt Verfahren zum Herstellen von Grabenstrukturenmit Füllungenbereit, die im wesentlichen frei von Hohlräumen sind. Die Füllungenkönnenvon einem Linermaterial, wie etwa Polysilizium, aus aufgewachsenwerden, das entlang der Seitenwändeeines Grabens ausgebildet ist. Zuvor ausgebildete Hohlräume können ausgeheiltwerden, indem die Hohlräumefreigelegt werden und epitaxiales Silizium aufgewachsen wird.
    公开号:DE102004012241A1
    申请号:DE200410012241
    申请日:2004-03-12
    公开日:2004-10-28
    发明作者:Kevin K. Chan；Subhash B. Kulkarni；Gangadhara S. Mathad；Rajiv M. Ranade
    申请人:Infineon Technologies AG；International Business Machines Corp；
    IPC主号:H01L21-205
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft Halbleiterbauelemente und insbesondereGrabenstrukturen in Halbleitern, die ein Füllmaterial, beispielsweiseaus Silizium oder polykristallinem Silizium aufweisen.
    [0002] Halbleiterbauelementewerden in verschiedenen Systemen für eine große Vielfalt von Anwendungeneingesetzt. Die Herstellung von Bauelementen beinhaltet in der Regeleine Reihe von Prozessschritten, die ein Ausbilden von Materialschichtenauf einem Wafer mit Halbleitersubstrat, ein Strukturieren und Ätzen voneiner oder mehreren der Materialschichten, ein Dotieren ausgewählter Schichtenund ein Reinigen des Wafers einschließen.
    [0003] Herstellervon Halbleitern suchen ständig nachneuen Wegen, um die Eigenschaften von Halbleiterbauelementen zuverbessern, die Kosten von Halbleiterbaueelementen zu senken unddie Kapazitätvon Halbleiterbauelementen zu erhöhen. Verbesserungen bei Kapazität und Kostenkönnendurch Verkleinern der Größe von Bauelementenerzielt werden. Im Fall eines Chips für einen dynamischen Speichermit wahlfreiem Zugriff ("DRAM") beispielsweise können mehrSpeicherzellen auf den Chip passen, wenn die Größe von Komponenten für Speicherzellen,wie etwa Kondensatoren und Transistoren, reduziert wird. Die Verminderungder Größe führt zu einer größeren Speicherkapazität für den Chip.Eine Verminderung der Kosten wird über Einsparungen durch Größenvorteileerreicht. Leider könnensich die Eigenschaften verschlechtern, wenn Komponen ten von Bauelementenverkleinert werden. Die Eigenschaften gegen andere Zwangsbedingungenan die Herstellung abzuwägen,stellt deshalb eine Herausforderung dar.
    [0004] EinVerfahren zum Verkleinern der Größe von Bauelementenbesteht darin, die Komponenten vertikal aufzubauen, entweder ineinem Stapel über demHalbleitersubstrat oder innerhalb des eigentlichen Substrats. EineMöglichkeit,innerhalb des Substrats einen derartigen vertikalen Aufbau zu erzielen, beinhaltetdas Ausbilden eines Grabens im Substrat. Zum Beispiel kann ein Kondensatorinnerhalb eines Grabens hergestellt werden. Ein derartiger Kondensatorist als ein "Grabenkondensator" bekannt.
    [0005] DerKondensator speichert Ladung und enthält ein Paar von Elektroden,die durch ein dielektrisches Material getrennt sind. Die Ladungkann einen Datenwert fürdie Verwendung in einer Speicherzelle, wie etwa einer DRRM-Zelle,repräsentieren.Wenngleich es wünschenswertist, den Inhalt der Oberflächeeines Grabenkondensators zu verkleinern, um die Dichte der Speicherzellenzu erhöhen,muß der Grabenkondensatorin der Lage sein, eine ausreichende Menge an Ladung zu speichern.Beispielsweise erfordert ein Grabenkondensator einer DRAM-Zelleunabhängigvon der Größe eineLadung in der Größenordnungvon 25 bis 30 fF (Femtofarad). Es ist deshalb notwendig, dass Grabenkondensatorenin der Lage sind, ausreichend viel Ladung zu speichern. Dies erreichtman durch Ausbilden von Gräben,die sich relativ tief in das Substrat erstrecken.
    [0006] EinherkömmlicherGrabenkondensator wird in der Regel wie folgt ausgebildet. Zunächst wirdein Graben in das Substrat geätzt.Der Graben weist Seitenwändeauf, die durch umgebende Teile des Substrats festgelegt sind. Dannwird eine Außenelektrode, eine "vergrabene Platte", durch Implantiereneines Dotierstoffs in das den Graben umgebende Substrat ausgebildet.Als nächsteswird entlang der Seitenwändeeine dielektrische Linerschicht, das "Knotendielektrikum", ausgebildet, das die Außenelektrode bedeckt.Danach wird außerhalbdes Grabens eine Innenelektrode abgeschieden. Die Innenelektrode setztsich in der Regel aus einem polykristallinen Silizium, das auchals "Polysilizium" oder "Poly-Si" bekannt ist, zusammen.
    [0007] Beieinem herkömmlichenVerfahren wird der Graben relativ tief im Substrat ausgebildet.Beispielsweise kann sich ein "tieferGraben" auf einergegebenen Stufe im Herstellungsprozess zwischen 4 und 8 μm unter dieSubstratoberflächeerstrecken. Tiefe Gräbensind in der Regel Gräbenmit einem großen "Aspektverhältnis". Das Aspektverhältnis istdas Verhältnisder Tiefe eines Grabens im Vergleich zur Breite der Öffnung ander Oberseite des Grabens. Zum Beispiel können Gräben mit einem hohen Aspektverhältnis beider Herstellung hochentwickelter Halbleiter ein Aspektverhältnis zwischen20:1 und 60:1 oder höheraufweisen.
    [0008] EinGraben mit hohem Aspektverhältnis wirkt,sich auf die Ausbildung der Innenelektrode nachteilig aus, und zwarwegen der Art und Weise, wie die Innenelektrode ausgebildet wird.Die Poly-Si-Innenelektrode wird durch einen Abscheidungsprozess,wie etwa chemisches Aufdampfen ("CVD") ausgebildet. Beispielsweisekann ein CVD-Prozess unter Ultrahochvakuum ("UHV")verwendet werden, bei dem der Druck unter 1 × 10–7 Torrliegt. Während derAbscheidung wächstdas Poly-Si von den Seitenwändenaus nach innen. Bei diesem Prozess entstehen jedoch in der Regelin einem Mittelteil der Innenelektrode Hohlräume, Spalten oder Nähte.
    [0009] 9 veranschaulicht einenherkömmlichen Grabenkondensator 430 miteinem Hohlraum 422. Ein Graben 406 ist in demSubstrat 400 ausgebildet worden. Ein aus einem Padoxid 402a undeinem Padnitrid 402b bestehender Padstapel 402 bedeckt dieOberflächedes Substrats 400. Die Seitenwände 404 des Grabens 406 erstreckensich durch den Padstapel 402 in das Substrat 400.Ein unterer Teil der Seitenwände 404 istmit einem Knotendielektrikum 410 bedeckt, und ein obererTeil der Seitenwände 404 istvon einem Oxidkragen 408 bedeckt. Ein äußeres Dielektrikum 412 istinnerhalb des Substrats 400 neben dem Knotendielektrikum 410 ausgebildet. EineInnenelektrode 420 aus Poly-Si ist im Graben 406 ausgebildet.Wie oben beschrieben, entsteht durch die herkömmliche Abscheidung des Poly-Siin der Regel der Hohlraum 422 (oder eine Spalte oder eineNaht) innerhalb der Innenelektrode 420. Der Hohlraum 422 vergrößert denWiderstand des Grabenkondensators 430, was seine Eigenschaftenbeeinträchtigenkann. Zudem vergrößert derHohlraum 422 in der Regel die Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitungdes herkömmlichenGrabenkondensators 430. Beispielsweise kann das Poly-Siim Graben 406 bis auf eine gewünschte Tiefe unter der Oberfläche desSubstrats 400 ausgenommen oder zurückgeätzt werden. Der Hohlraum 422 kannbewirken, dass dieser Schritt des Ausnehmens, beispielsweise hinsichtlichder Ätzrate,der Tiefe und Breite, nicht mehr vorhersagbar ist. Falls sich derHohlraum 422 währenddes Ausnehmens oder Zurückätzens des Poly-Siinnerhalb des Ätzbereichsbefindet, zum Beispiel etwa 1,3 bis 1,5 μm unter der Grenzfläche zwischenPadoxid 402a und Substrat 400, dann ist die Tiefedes Ausnehmens oder Zurückätzens möglicherweisenicht mehr steuerbar. In einem derartigen Fall würde durch das Ätzen/Ausnehmenam Boden des ausgenommenen Grabens ein Vorsprung mit "V"-Form zurückbleiben. Wenn dann der Kragen 408 abgeschiedenwird, könnteer im Hohlraum abgeschieden werden. Sich anschließende Prozessschrittewürdenim Hohlraum zurückbleibendesOxid nicht entfernen, was zu einem vergrößerten Kontaktwiderstand zwischenden zum Ausbilden der Innenelektrode 420 abgeschiedenenSchichten aus Poly-Si führt. DasVorliegen des Hohlraums 422 kann zudem eine nicht-planareOberflächefür dieInnenelektrode 420 erzeugen, was spätere Herstellungsschritte beeinflußt.
    [0010] EinHerstellen eines Grabens mit einem abgeschrägten oberen Teil kann das Ausbildenvon Hohlräumenvermindern, da durch den abgeschrägten oberen Teil der Prozessdes Abscheidens einen besseren Zugang zu dem Graben erhält, waszu einer vollständigerenFüllungführt.Allgemein wird durch Vergrößern desWinkels der Abschrägung,z. B. Verbreitern der Grabenöffnung,die Entstehung von Hohlräumenvermindert. Eine größere Anschrägung beeinträchtigt jedochdie "wirksame" Grabentiefe (d.h.die Tiefe des Grabens ohne den abgeschrägten Teil).
    [0011] EinHohlraum wird entdeckt, indem durch das Poly-Si geätzt wird,bis der Hohlraum freigelegt wird. Der Hohlraum wird in der Regelausgeheilt, indem Poly-Si nach der Ausbildung des Kragenoxids imHohlraum abgeschieden wird. GroßeHohlräume führen jedochoftmals zu Problemen, etwa einer schlechten Steuerung der Tiefedes ausheilenden Abscheidungsprozesses. Daher kann die Abscheidungvon Poly-Si innerhalb langer Hohlräume, die im wesentlichen entlangder Tiefe des Grabens verlaufen, den Defekt nicht ausreichend ausheilen.
    [0012] Eswerden somit neue Verfahren zum Ausbilden von Innenelektroden vonKondensatoren sowie zum Ausbilden von anderen Füllmaterialien erwünscht. Durchdie Verfahren sollte die Ausbildung von Hohlräumen in gefüllten Grabenstrukturen minimiertoder eliminiert werden. Es besteht auch ein Bedarf an verbessertenVerfahren zum Ausheilen von bereits existierenden Hohlräumen.
    [0013] Dievorliegende Erfindung stellt Verfahren zum Ausbilden von Füllungen,die frei von Hohlräumensind, in Grabenstrukturen bereit. Es ist zu berücksichtigen, dass die verwendetenZahlen (fürbeispielsweise Temperatur, Zeit und Druck) Näherungswerte sind und abgewandeltwerden könnenund bestimmte Schritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werdenkönnen.
    [0014] Gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einesHalbleiterbauelements angegeben. Das Verfahren umfasst zunächst dasAusbilden eines Grabens mit Seitenwänden in einem Halbleitersubstrat. Alsnächsteswird eine Linerschicht überden Seitenwändenabgeschieden. Dann wird eine Füllungim Graben von der Linerschicht aus aufgewachsen. Bevorzugt ist dieLinerschicht aus Polysilizium. Außerdem kann die Füllung aufnicht-selektive Weise aufgewachsen werden. Das Verfahren kann fakultativ dasEntfernen eines nativen Oxids von einer freigelegten Oberfläche derLinerschicht vor dem Aufwachsen der Füllung beinhalten.
    [0015] Gemäß einerweiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einesHalbleiterbauelements angegeben. Das Verfahren umfaßt zunächst dasAusbilden eines Grabens mit Seitenwänden in einem Halbleitersub strat unddann das Abscheiden einer ersten Linerschicht über den Seitenwänden. Alsnächsteswird eine zweite Linerschicht überder ersten Linerschicht abgeschieden. Dann wird im Graben eine Maskeausgebildet, wobei die Maske ein Segment der zweiten Linerschichtbedeckt. Als nächsteswerden Teile der zweiten Linerschicht, die nicht von der Maske bedeckt sind,geätzt.Dann wird die Maske entfernt. Nach dem Entfernen der Maske werdendann Teile der ersten Linerschicht, die von der zweiten Linerschichtnicht bedeckt sind, geätzt.Die zurückbleibendenTeile der zweiten Linerschicht werden geätzt, und dann wird eine Füllung imGraben von der verbleibenden ersten Linerschicht aus aufgewachsen.Bevorzugt besteht die zweite Linerschicht aus einem Oxid, und besondersbevorzugt ist sie zwischen 5 und 15 nm dick. Das Verfahren kannein Dotieren der Füllungdurch ein in-situ-Dotieren einschließen. Dies kann während desSchrittes des Aufwachsens durchgeführt werden. Der Schritt desAusbildens der Maske beinhaltet vorzugsweise zunächst das Abscheiden der Maske imGraben und dann das Ausnehmen der Maske bis auf eine gewünschte Tiefeinnerhalb des Grabens.
    [0016] Gemäß noch einerweiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einesHalbleiterbauelements angegeben. Das Verfahren umfaßt zunächst dasBereitstellen eines Füllmaterialsinnerhalb eines Grabens, wobei der Graben Seitenwände aufweistdie in einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Als nächstes wirdein Hohlraum innerhalb des Füllmaterialsfreigelegt. Dann wird von dem Füllmaterialaus ein Ausheilmaterial aufgewachsen, wobei das Ausheilmaterialden Hohlraum im wesentlichen füllt.Vorzugweise wird das Ausheilmaterial selektiv von dem Füllmaterialaus aufgewachsen. Besonders bevorzugt ist das Ausheilmaterial epitaxialesSilizium.
    [0017] Gemäß noch einerweiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einesKondensators angegeben. Das Verfahren umfaßt zunächst das Ausbilden eines Grabens,der Seitenwändeaufweist, in einem Halbleitersubstrat und das Ausbilden einer vergrabenenPlatte in dem zu einem unteren Teil des Grabens benachbarten Halbleitersubstrat.Als nächsteswird eine dielektrische Linerschicht entlang der Seitenwände im unterenTeil des Grabens aufgebracht. Dann wird entlang der Seitenwände in einemoberen Teil des Grabens ein Kragen ausgebildet. Dann wird über den Seitenwänden eineLinerschicht ausgebildet. Schließlich wird eine Innenelektrodeinnerhalb des Grabens von der Linerschicht aus aufgewachsen. DasVerfahren beinhaltet vorzugsweise auch einen Maskenprozess. DerMaskenprozess umfasst die Schritte des Ausbildens einer ersten Maske über der Linerschicht,das Abscheiden einer zweiten Maske innerhalb des Grabens, wobeidie zweite Maske ein Segment der ersten Maske bedeckt, das Entfernen vonTeilen der ersten Maske, die nicht von der zweiten Maske bedecktsind, und das Entfernen der zweiten Maske, dann das Entfernen vonTeilen der Linerschicht, die nicht von der ersten Maske bedecktsind, und das Entfernen verbleibender Teile der ersten Maske.
    [0018] 1 ist eine schematischeQuerschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Schrittes bei einemgegenwärtigenVerfahren zum Ausbilden eines Füllmaterials,das im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, in einem Graben.
    [0019] 2 ist eine schematischeQuerschnittsansicht zur Veranschaulichung eines nachfolgenden Schrittesbei einem gegen wärtigenVerfahren zum Ausbilden eines Füllmaterials,das im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, in einem Graben.
    [0020] 3 ist eine schematischeQuerschnittsansicht, zur Veranschaulichung eines nachfolgenden Schrittesbei einem alternativen Verfahren zum Ausbilden eines Füllmaterials,das im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, in einem Graben.
    [0021] 4 ist eine schematischeQuerschnittsansicht, zur Veranschaulichung eines nachfolgenden Schrittesbei dem alternativen Verfahren zum Ausbilden eines Füllmaterials,das im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, in einem Graben.
    [0022] 5 ist eine schematischeQuerschnittsansicht, zur Veranschaulichung eines weiteren Schrittesbei dem alternativen Verfahren zum Ausbilden eines Füllmaterials,das im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, in einem Graben.
    [0023] 6 ist eine schematischeQuerschnittsansicht, zur Veranschaulichung eines zusätzlichen Schrittesbei dem alternativen Verfahren zum Ausbilden eines Füllmaterials,das im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, in einem Graben.
    [0024] 7 ist eine schematischeQuerschnittsansicht, zur Veranschaulichung eines Schrittes bei einemvorliegenden Verfahren zum Ausheilen eines Hohlraums in einem Füllmaterialin einem Graben.
    [0025] 8 ist eine schematischeQuerschnittsansicht, zur Veranschaulichung eines nachfolgenden Schrittesbeim Verfahren zum Ausheilen eines Hohlraums.
    [0026] 9 ist eine schematischeQuerschnittsansicht, zur Veranschaulichung eines herkömmlichen Grabenkondensatorsmit einem Hohlraum in der Innenelektrode.
    [0027] Eineeingehendere Würdigungder obigen Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindungergibt sich bei Betrachtung unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibungder bevorzugten Ausführungsformenund begleitenden Zeichnungen.
    [0028] Gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einerFüllung,die im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, in einem Graben angegeben.Das Verfahren beinhaltet das Ausbilden einer anfänglichen Linerschicht in einemGraben und dann das Aufwachsen zusätzlichen Materials von deranfänglichenLinerschicht aus. Die unten beschriebenen Materialien und Prozessekönnenbei dieser und anderen Ausführungsformenmit verschiedenen Arten von Substraten verwendet werden, einschließlich beispielsweiseSilizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphospid (InP) und Siliziumkarbid(SiC). Es versteht sich, dass die Prozessparameter, beispielsweiseTemperatur, Druck und Zeit, Näherungswertesind und verändertwerden können,und dass bestimmte Prozessschritte in einer anderen Reihenfolgeausgeführt werdenkönnen.
    [0029] 1 zeigt eine Querschnittsansichteines Schritts in einem gegenwärtigenVerfahren zum Herstellen eines Grabenkondensators 130,bei dem in einem Graben 106 eine Linerschicht 114 ausgebildet wird.Bei vorausgehenden Schritten kann das Substrat 100 wiefolgt bearbeitet werden. Zunächstkann ein Padstapel 102 auf dem Substrat 100 ausgebildet wer den.Der Padstapel 102 kann eine oder mehrere Materialschichtenumfassen. Vorzugsweise enthält derPadstapel ein Padoxid 102a und ein Padnitrid 102b,die überdem Substrat 100 abgeschieden sind. Eine Schicht aus Borsilikatglas(BSG) oder Tetraethylorthosilikat (TEOS) können über dem Padoxid 102a unddem Padnitrid 102b ausgebildet werden.
    [0030] Dannwird der Graben 106 in das Substrat 100 geätzt. Das Ätzen kannzum Beispiel durch reaktives Ionenätzen ("RIE")oder einen äquivalenten Prozessdurchgeführtwerden, wie im Fachgebiet bekannt ist. Nach dem Ätzen des Grabens 106 kanndie BSG-Schicht, falls sie vorliegt, entfernt werden. Seitenwände 104 desGrabens erstrecken sich durch den Padstapel 102 in dasSubstrat 100. Der Graben 106 ist bevorzugt einGraben mit einem großenAspektverhältnis.Wie in 1 gezeigt, istder Graben 106 ein vertikaler Graben mit einem abgeschrägten oberenTeil. Es kann jedoch jede geeignete Form für den Graben verwendet werden.Zum Beispiel kann der untere Teil des Grabens 106 die Formeiner Flasche aufweisen, und der obere Teil kann abgeschrägt seinoder nicht.
    [0031] Einevergrabene Platte 112 wird bevorzugt ausgebildet, indemein Dotierstoff in den Teil des Substrats 100, der dieSeitenwände 104 imunteren Teil des Grabens umgibt, implantiert wird. Dann wird einKnotendielektrikum 110 entlang der Seitenwände 104 imunteren Teil des Grabens ausgebildet. Das Knotendielektrikum 110 kannaus einer Vielfalt dielektrischer Materialien ausgewählt werden,obgleich das Knotendielektrikum 110 bevorzugt eine Dielektrizitätskonstantevon mindestens 3,9 aufweist, die Dielektrizitätskonstante von Siliziumdioxid.Ein Kragen 108 wird bevorzugt entlang der Seitenwände im oberenTeil des Grabens ausgebildet. Der Kragen 108 kann ein Oxidumfassen.
    [0032] Nachder Ausbildung der vergrabenen Platte 112, des Knotendielektrikums 110 unddes Kragens 108 wird die Linerschicht 114 entlangder Seitenwände 104 ausgebildet,wobei sie bevorzugt das Knotendielektrikum 110 und denKragen 108 bedeckt. Die Linerschicht 114 umfasstbevorzugt Silizium oder Poly-Si, obwohl andere geeignete Füllmaterialienverwendet werden können.Die Linerschicht 114 wird bevorzugt unter Verwendung einesCVD-Prozesses abgeschieden. Bei einem Beispiel wird der CVD-Prozessbei einer Temperatur zwischen 560 °C und 650 °C und einem Druck zwischen 10und 15 mTorr ausgeführt.Ganz besonders bevorzugt beträgtdie Temperatur 580 °Cund der Druck 15 mTorr. Wenn die Linerschicht 114 Poly-Siist, kann man Silangas mit einer Rate von 15 bis 50 sccm strömen lassen.Besonders bevorzugt beträgtdie Rate 15 sccm. Die Aufwachsrate beträgt etwa 8 Å pro Minute. Die Linerschicht 114 istbevorzugt zwischen 5 und 15 nm dick.
    [0033] Nachder Ausbildung der Linerschicht 114 kann über ihrerOberfläche,wenn sie der Luft der Umgebung ausgesetzt ist, auf natürliche Weiseein unerwünschtesnatives Oxid entstehen. Das native Oxid kann unter Verwendung vongepufferter Fluorwasserstoffsäure(BHF) oder verdünnterFluorwasserstoffsäure(DHF) entfernt werden, wie im Fachgebiet bekannt ist. Eine Behandlungmit Ozon kann angewendet werden, um etwaige auf den Seitenwänden 104 zurückbleibendeReste zu entfernen. Die Behandlung mit Ozon kann vor dem Ätzen mitBHF oder DHF durchgeführt,werden. Bei einem Beispiel einer Behandlung mit Ozon werden 10 ppmin deionisiertem Wasser (DI) gelöstesOzon verwendet.
    [0034] Wiein 2 gezeigt, wird dannvon der Linerschicht 114 aus eine Füllung für die Innenelektroden 120 aufgewachsen.Die Innenelektrode 120 besteht bevorzugt aus dem gleichenMaterial wie die Linerschicht 114. Die kristalline Strukturder Innenelektrode 120 kann von der der Linerschicht 114 verschiedensein. Die Innenelektrode 120 wird bevorzugt unter Verwendungeines RTCVD-Prozesses (rapid thermal CVD – schnelles thermisches CVD)aufgewachsen. RTCVD ist ein herkömmlicherCVD-Prozess, der bei einer hohen Temperatur ausgeführt wird,um ein schnelles Wachstum zu erzielen. Bei einem Beispiel beträgt die Temperaturbevorzugt etwa 710 °C,der Druck etwa 15 mTorr, und Silan fließt mit etwa 400 sccm. Die resultierendeRate fürdas Aufwachsen liegt in der Größenordnungvon 27 Å/Sekunde.Der Prozess des Aufwachsens wird bevorzugt auf nicht-selektive Weisedurchgeführt,was bedeutet, dass das Aufwachsen von Poly-Si überall dort auftritt, wo sichdie Linerschicht 114 befindet. Somit wird die Innenelektrode 120 ausgebildet,während Hohlräume darinim wesentlichen oder völligvermieden werden. Wahlweise kann während des Prozesses des Aufwachsensein Dotierstoff zugesetzt werden, um die Innenelektrode 120 insitu zu dotieren.
    [0035] DieInnenelektrode 120 kann nach ihrer Ausbildung planarisiertund/oder zurückgeätzt oderansonsten im Graben 106 auf eine gewünschte Tiefe ausgenommen werden,zum Beispiel bis zu einem Punkt überoder unter dem Kragen 108. Dann kann der Herstellungsprozessauf herkömmlicheWeise fortgesetzt werden, indem beispielsweise ein Zugriffstransistorim Graben 106 überdem Grabenkondensator 130 ausgebildet wird.
    [0036] Gemäß einerweiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung wird ein alternatives Verfahren zum Ausbildeneiner Füllung,die im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, in einem Graben angegeben. 3 zeigt eine Querschnittsansichteines Substrats 200 bei einem Schritt in einem gegenwärtigen Pro zesszum Herstellen eines Grabenkondensators 230. Wie bei deroben mit Bezug zu den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformkann ein Graben 206 durch RIE oder einen gleichwertigenProzess im Substrat 200 ausgebildet werden. Der Grabenweist Seitenwände 204 auf,die sich durch einen Padstapel 202 in das Substrat 200 erstrecken.Der Padstapel 202 kann ein Padoxid 202a und einPadnitrid 202b umfassen. Bei diesem Schritt im Herstellungsprozessenthältder Grabenkondensator 230 eine vergrabene Platte 212,ein Knotendielektrikum 210 und einen Kragen 208.
    [0037] Wiein 3 gezeigt, wird eineLinerschicht 214 zum Beispiel aus Poly-Si oder Siliziumim Graben 206 ausgebildet. Die Linerschicht 214 wirdbevorzugt wie oben im Hinblick auf 1 beschrieben. Dannwird eine zweite Linerschicht 216 zum Beispiel durch Abscheidungbevorzugt überder Linerschicht 214 ausgebildet. Die zweite Linerschicht 216 istbevorzugt eine dünneOxidschicht in der Größenordnungvon 5 bis 15 nm. Die dünneOxidschicht kann zum Beispiel durch CVD oder einen thermischen Prozessausgebildet werden. Alternativ kann ein Material, wie etwa ein durcheinen thermischen Prozess ausgebildetes Nitrid verwendet werden.Die zweite Linerschicht 216 wird bei der nachfolgendenBearbeitung als Maske verwendet.
    [0038] 4 veranschaulicht einenanschließendenSchritt, nachdem ein Teil der zweiten Linerschicht 216 entferntworden ist. Vor diesem Schritt wurde über der zweiten Linerschicht 216 eineSchicht aus Fotolack 218 aufgetragen. Der Fotolack 218 kannzum Beispiel ein Lack fürmittleres UV ("MUV") sein und wird alsMaske verwendet, wie im Fachgebiet bekannt ist. Der Fotolack kannplanarisiert werden, um eine gleichförmige Oberfläche zu erhalten. DerFotolack wird bevorzugt bis auf eine gewünschte Tiefe im Graben 206 ausgenommen,wie in 4 gezeigt. Umeine Poly-Si-Füllung,die im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, zu gewährleisten,wird die gewünschteTiefe bevorzugt mehr ausgenommen als die Tiefe der Ausnehmung für das Poly-Siim Graben. Dann wird zum Beispiel durch Ätzen die ganze vom Fotolack 218 nichtbedeckte zweite Linerschicht 216 vollständig entfernt. Der Ätzprozessist bevorzugt ein Naßätzprozess.Falls die zweite Linerschicht 216 ein Oxid ist, ist BHFein bevorzugtes Ätzmittel.Falls die zweite Linerschicht 216 ein Nitrid ist, ist heiße Phosphorsäure einbevorzugtes Ätzmittel.
    [0039] Alsnächsteswird der Fotolack 218 entfernt. Dann werden von der zweitenLinerschicht 216 nicht bedeckte Teile der Linerschicht 214 vorzugsweise durch Ätzen entfernt.Dieser Ätzschrittwird bevorzugt isotrop durchgeführt,beispielsweise durch BHF. Das Ergebnis ist in 5 gezeigt.
    [0040] Dannwird, wie in 6 gezeigt,von der Linerschicht 214 aus eine Innenelektrode 220 aufgewachsen.Es wird bevorzugt ein Prozess fürselektives Aufwachsen von epitaxialem Silizium verwendet. Die Innenelektrode 220 kannwährendder Ausbildung in situ dotiert werden. Da die Innenelektrode 220 vonder geätztenLinerschicht 214 aus aufgewachsen wird, kann die Notwendigkeitfür dasanschließendePlanarisieren der Innenelektrode 220 unter Verwendung vonzum Beispiel chemisch/mechanischer Planarisierung ("CMP") entfallen. Es ist außerdem möglich, dasAusnehmen der Innenelektrode 220 nach ihrer Ausbildungzu eliminieren. Der Herstellungsprozess kann dann auf herkömmliche Weisefortgesetzt werden.
    [0041] Gemäß noch einerweiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung könnenunerwünschteHohlräumein bereits existie renden Grabenstrukturen durch das selektive Aufwachseneines Füllmaterials,wie etwa epitaxialem Silizium, ausgeheilt werden. 7 zeigt eine Querschnittsansicht einesSchritts bei einem vorliegenden Prozess des Ausheilens eines Grabenkondensators 330 miteinem Hohlraum 318 darin. In diesem Herstellungsstadiumist der Graben 306 ausgebildet worden. Der Graben 306 weistSeitenwände 304 auf,die sich durch einen Padstapel 302 in das Substrat 300 erstrecken.Der Padstapel 302 kann ein Padoxid 302a und einPadnitrid 302b umfassen. Bei diesem Schritt im Herstellungsprozessenthältder Grabenkondensator 330 eine vergrabene Platte 312,ein Knotendielektrikum 310 und einen Kragen 308.
    [0042] Wiein 7 gezeigt, wurdeder Hohlraum 318 in einer Innenelektrode 320 beispielsweisedurch einen Prozess zur Ausnehmung von Poly-Si freigelegt. Die Innenelektrode 320 bestehtbevorzugt aus Poly-Si. Der Kragen 308 wird durch die Bearbeitung dervorliegenden Ausführungsformnicht wesentlich beeinflußt.
    [0043] Alsnächsteswird epitaxiales Silizium auf der Innenelektrode 320 aufgewachsen,damit der Hohlraum/die Naht im wesentlichen oder vollständig gefüllt wird.Das epitaxiale Silizium wird vorzugsweise durch einen zweistufigenProzess selektiv aufgewachsen. Zunächst wird vorzugsweise beieiner Temperatur von etwa 750 °Cund einem Druck von etwa 4 × 10–8 Torretwa 15 Minuten lang ein UHV-Prozess zur in-situ Desorption, ausgeführt, umauf freiliegenden Oberflächenvorliegendes etwaiges natives Oxid zu entfernen. Dann wird epitaxialesSilizium bei einer Temperatur von etwa 650 °C und einem Druck von etwa 120mTorr selektiv auf Silizium oder Poly-Si (aber nicht Oxid oder Nitrid)aufgewachsen. Das Silan kann zum Beispiel mit einer Rate von 16sccm und Chlorwasserstoffgas (HCl) zum Bei spiel mit einer Rate von12 sccm strömen.Dadurch erhältman eine Aufwachsrate in der Größenordnungvon 5,8 Å/Minute.Wie in 8 gezeigt, kannin der ausgeheilten Innenelektrode 320 ein kleiner Hohlraum 322 zurückbleiben.
    [0044] Dasepitaxiale Silizium kann so aufgewachsen werden, dass es den Hohlraumfüllt undeine im wesentlichen flache Oberfläche für die Innenelektrode 320 bildet.Alternativ kann das selektive Aufwachsen fortgesetzt werden, bisder Graben 306 im wesentlichen oder vollständig gefüllt ist. In dieser Situationkann die Innenelektrode 320 zum Beispiel durch Ätzen bisauf eine gewünschteTiefe ausgenommen werden. Da mit dem ausheilenden Aufwachsen der Hohlraum/dieNaht vollständigeliminiert oder minimiert wird, führt das Ausnehmen bevorzugtzu einer im wesentlichen planaren oberen Oberfläche für die Innenelektrode 320.Nach dem Ausheilen des Hohlraums kann die weitere Bearbeitung amGrabenkondensator 330 vorgenommen werden.
    [0045] Beider vorliegenden Erfindung besteht ein Vorteil darin, dass Füllungen,die im wesentlichen frei von Hohlräumen sind, in einem Grabenin einem Halbleiter ausgebildet werden können, indem zuerst eine Linerschichtentlang der Seitenwändedes Grabens aufgebracht wird. Diese Füllungen, die im wesentlichenfrei von Hohlräumensind, könnenin situ dotiert werden. Bei der vorliegenden Erfindung besteht einweiterer Vorteil darin, dass derartige Füllungen selektiv aufgewachsenwerden können,um teure Verarbeitungsschritte, wie etwa CMP und Ausnehmen, zu eliminieren.Bei der vorliegenden Erfindung besteht noch ein Vorteil darin, dassbereits existierende Hohlräumeoder andere Defekte ausgeheilt werden können, indem epitaxiales Siliziumselektiv aufgewachsen wird, wodurch zusätzliche Abscheidungsschritte,wie sie bei Lösungennach dem Stand der Technik verwendet werden, vermieden werden. Beider vorliegenden Erfindung besteht ein weiterer Vorteil darin, dassKondensatoren ohne einen durch darin ausgebildete Hohlräume bedingtenerhöhten Widerstandhergestellt werden können.
    [0046] Wenngleichdie Erfindung hier unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsformenbeschrieben worden ist, versteht sich, dass diese Ausführungsformenfür diePrinzipien und Anwendungen der vorliegenden Erfindung lediglichbeispielhaft sind. Es versteht sich deshalb, dass an den veranschaulichendenAusführungsformenzahlreiche Modifikationen, und dass andere Anordnungen entwickeltwerden können,ohne vom Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen,wie sie durch die beigefügtenAnsprüchedefiniert sind.
    权利要求:
    Claims (32)
    [1] Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements,umfassend: Ausbilden eines Grabens mit Seitenwänden ineinem Halbleitersubstrat; Abscheiden einer Linerschicht aufden Seitenwänden undAufwachsen einer Füllungim Graben von der Linerschicht aus.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, wobei die LinerschichtPoly-silizium ist.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Füllung aufnicht-selektive Weise aufgewachsen wird.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die LinerschichtSilizium ist.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Linerschichtzwischen 5 und 15 nm dick ist.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Linerschichtunter Verwendung chemischen Aufdampfens abgeschieden wird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Prozess deschemischen Aufdampfens bei einer Temperatur zwischen 560 °C und 650 °C und einemDruck zwischen 10 und 50 mTorr ausgeführt wird.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1, bis 7, weiterhin mitdem Entfernen eines nativen Oxids von einer freige legten Oberfläche derLinerschicht vor dem Schritt des Aufwachsens.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Entfernen desnativen Oxids unter Verwendung gepufferter Fluorwasserstoffsäure ausgeführt wird.
    [10] Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin mit dem Ausführen einerBehandlung mit Ozon, um mit der gepufferten Fluorwasserstoffsäure gebildeteNebenprodukte zu entfernen.
    [11] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Aufwachsender Füllungdurch schnelles thermisches chemisches Aufdampfen ausgeführt wird.
    [12] Verfahren nach Anspruch 11, wobei das schnelle thermischechemische Aufdampfen bei einer Temperatur von 710 °C und einemDruck von etwa 15 mTorr durchgeführtwird.
    [13] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, zusätzlich vordem Aufwachsen der Füllungumfassend die folgenden Schritte: Ausbilden einer ersten Maske über derLinerschicht; Abscheiden einer zweiten Maske innerhalb desGrabens, wobei die zweite Maske ein Segment der ersten Maske bedeckt; Entfernenvon Teilen der ersten Maske, die von der zweiten Maske nicht bedecktsind; Entfernen der zweiten Maske; Entfernen von Teilender Linerschicht, die von der ersten Maske nicht bedeckt sind und Entfernenverbleibender Teile der ersten Maske.
    [14] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, zusätzlich umfassendein Dotieren der Füllungin situ währenddes Schrittes des Aufwachsens.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Grabenein Graben mit einem großen Aspektverhältnis ist.
    [16] Verfahren zum Herstellen eine Halbleiterbauelements,umfassend: das Ausbilden eines Grabens mit Seitenwänden ineinem Halbleitersubstrat; Abscheiden einer ersten Linerschicht über denSeitenwänden; Abscheideneiner zweiten Linerschicht überder ersten Linerschicht; Ausbilden einer Maske im Graben, wobeidie Maske ein Segment der zweiten Linerschicht bedeckt; Ätzen vonTeilen der zweiten Linerschicht, die von der Maske nicht bedecktsind; Entfernen der Maske; Ätzen von Teilen der erstenLinerschicht, die von der zweiten Linerschicht nicht bedeckt sind; Ätzen zurückbleibenderTeile der zweiten Linerschicht und Aufwachsen einer Füllung imGraben von der ersten Linerschicht aus.
    [17] Verfahren nach Anspruch 16, wobei die zweite Linerschichtein Oxid ist.
    [18] Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die zweiteLinerschicht etwa 5 bis 15 nm dick ist.
    [19] Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, weiterhin mitdem Dotieren der Füllungin situ währenddes Schrittes des Aufwachsens.
    [20] Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der Schrittdes Ausbildens der Maske folgendes umfasst: Abscheiden derMaske im Graben und Ausnehmen der Maske bis auf eine gewünschte Tiefeinnerhalb des Grabens.
    [21] Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der Schrittdes Ätzensder Teile der ersten Linerschicht durch isotropes Ätzen durchgeführt wird.
    [22] Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei das Ätzen derzurückbleibendenTeile der zweiten Linerschicht unter Verwendung von gepufferterFluorwasserstoffsäuredurchgeführtwird.
    [23] Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements,umfassend: Bereitstellen eines Füllmaterials innerhalb einesGrabens, wobei der Graben Seitenwände in einem Halbleitersubstrataufweist; Freilegen eines Hohlraums innerhalb des Füllmaterialsund Aufwachsen eines ausheilenden Materials vom Füllmaterialaus, um den Hohlraum im wesentlichen zu füllen.
    [24] Verfahren nach Anspruch 23, wobei das ausheilendeMaterial selektiv von dem Füllmaterialaus aufgewachsen wird.
    [25] Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei das ausheilendeMaterial epitaxiales Silizium ist.
    [26] Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei das ausheilendeMaterial bei einer Temperatur von etwa 650 °C und einem Druck von etwa 120 mTorraufgewachsen wird.
    [27] Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei das ausheilendeMaterial aufgewachsen wird, damit eine im wesentlichen planare Oberfläche für das Füllmaterialausgebildet wird.
    [28] Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei der Schrittdes Aufwachsens umfasst, den Graben mit dem ausheilenden Materialim wesentlichen zu füllen.
    [29] Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, weiterhin mitdem Ausnehmen des ausheilenden Materials bis auf eine gewünschte Tiefeinnerhalb des Grabens.
    [30] Verfahren zum Herstellen eines Kondensators, umfassend: Ausbildeneines Grabens mit Seitenwändenin einem Halbleitersubstrat; Ausbilden einer vergrabenen Platteim Halbleitersubstrat das benachbart zu einem unteren Teil des Grabensist; Auftragen eines dielektrischen Linerschicht entlang derSeitenwändeim unteren Teil des Grabens; Ausbilden eines Kragens entlangder Seitenwändein einem oberen Teil des Grabens; Ausbilden einer Linerschicht über denSeitenwänden und Aufwachseneiner Innenelektrode im Graben von der Linerschicht aus.
    [31] Verfahren nach Anspruch 30, das vor dem Aufwachsender Innenelektrode weiterhin die folgenden Schritte umfaßt: Ausbildeneiner ersten Maske überder Linerschicht; Abscheiden einer zweiten Maske innerhalbdes Grabens, wobei die zweite Maske ein Segment der ersten Maskebedeckt; Entfernen von Teilen der ersten Maske, die von der zweitenMaske nicht bedeckt sind; Entfernen der zweiten Maske; Entfernenvon Teilen der Linerschicht, die von der ersten Maske nicht bedecktsind und Entfernen von zurückbleibendenTeilen der ersten Maske.
    [32] Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, umfassend elektrischesAnschließeneines Transistors an die Innenelektrode.
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