DE10034003A1 - Grabenkondensator mit Isolationskragen und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents
Grabenkondensator mit Isolationskragen und entsprechendes HerstellungsverfahrenInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft einen Grabenkondensator, insbesondere zur Verwendung in einer Halbleiter-Speicherzelle, mit einem Graben (2), der in einem Halbleitersubstrat (1) gebildet ist; einer im Graben (2) befindlichen ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100'', 100'''); einer zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100'', 100''') befindlichen dielektrischen Schicht (70) als Kondensatordielektrikum; einem Isolationskragen (5'') im oberen Bereich des Grabens (2); und einem optionellen in den Graben (2) gefüllten leitenden Füllmaterial (80, 80'). Die dielektrische Schicht (70) ist durch ein ALD- bzw. ALCVD-Verfahren oder ein CVD-Verfahren aufgebracht worden. Die Erfindung schafft ebenfalls ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Grabenkondensator,
insbesondere zur Verwendung in einer Halbleiter-Speicher
zelle, mit einem Graben, der in einem Halbleitersubstrat ge
bildet ist; einer im Graben befindlichen ersten und zweiten
leitenden Kondensatorplatte; einer zwischen der ersten und
zweiten Kondensatorplatte befindlichen dielektrischen Schicht
als Kondensatordielektrikum; einem Isolationskragen im oberen
Bereich des Grabens; und einem in den Graben gefüllten lei
tenden Füllmaterial und ein entsprechendes Herstellungsver
fahren.
Obwohl auf beliebige Grabenkondensatoren anwendbar, werden
die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Prob
lematik nachstehend in bezug auf einen in einer DRAM-
Speicherzelle verwendeten Grabenkondensator erläutert. Solche
Speicherzellen werden in integrierten Schaltungen (ICs), wie
beispielsweise Speichern mit wahlfreiem Zugriff (RAMs), dyna
mischen RAMs (DRAMs), synchronen DRAMs (SDRAMs), statischen
RAMs (SRAMs) und Nur-Lese-Speichern (ROMs) verwendet. Andere
integrierte Schaltungen enthalten Logikvorrichtungen, wie
z. B. programmierbare Logikarrays (PLAs), anwenderspezifische
ICs (ASICs), Mischlogik/Speicher-ICs (eingebettete DRAMs)
oder sonstige Schaltungsvorrichtungen. Üblicherweise wird ei
ne Vielzahl von ICs auf einem Halbleitersubstrat, wie z. B.
einem Siliziumwafer, parallel hergestellt. Nach der Verarbei
tung wird der Wafer zerteilt, um die ICs in eine Vielzahl in
dividueller Chips zu separieren. Die Chips werden dann in
Endprodukte verpackt, beispielsweise zur Verwendung in
Verbraucherprodukten, wie z. B. Computersystemen, zellulären
Telefonen, persönlichen digitalen Assistenten (PDAs) und wei
teren Produkten. Zu Diskussionszwecken wird die Erfindung
hinsichtlich der Bildung einer einzelnen Speicherzelle be
schrieben.
Integrierte Schaltungen (ICs) oder Chips verwenden Kondensa
toren zum Zwecke der Ladungsspeicherung. Ein Beispiel eines
IC, welcher Kondensatoren zum Speichern von Ladungen verwen
det, ist ein Speicher-IC, wie z. B. ein Chip für einen dynami
schen Schreib-/Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM).
Der Ladungszustand ("0" oder "1") in dem Kondensator reprä
sentiert dabei ein Datenbit.
Ein DRAM-Chip enthält eine Matrix von Speicherzellen, welche
in Form von Zeilen und Spalten verschaltet sind. Üblicherwei
se werden die Zeilenverbindungen als Wortleitungen und die
Spaltenverbindungen als Bitleitungen bezeichnet. Das Auslesen
von Daten von den Speicherzellen oder das Schreiben von Daten
in die Speicherzellen wird durch die Aktivierung geeigneter
Wortleitungen und Bitleitungen bewerkstelligt.
Üblicherweise enthält eine DRAM-Speicherzelle einen mit einem
Kondensator verbundenen Transistor. Der Transistor enthält
zwei Diffusionsbereiche, welche durch einen Kanal getrennt
sind, oberhalb dessen ein Gate angeordnet ist. Abhängig von
der Richtung des Stromflusses bezeichnet man den einen Diffu
sionsbereich als Drain und den anderen als Source. Die Be
zeichnungen "Drain" und "Source" werden hier hinsichtlich der
Diffusionsbereiche gegenseitig austauschbar verwendet. Die
Gates sind mit einer Wortleitung verbunden, und einer der
Diffusionsbereiche ist mit einer Bitleitung verbunden. Der
andere Diffusionsbereich ist mit dem Kondensator verbunden.
Das Anlegen einer geeigneten Spannung an das Gate schaltet
den Transistor ein, ermöglicht einen Stromfluß zwischen den
Diffusionsbereichen durch den Kanal, um so eine Verbindung
zwischen dem Kondensator und der Bitleitung zu bilden. Das
Ausschalten des Transistors trennt diese Verbindung, indem
der Stromfluß durch den Kanal unterbrochen wird.
Die in dem Kondensator gespeicherte Ladung baut sich mit der
Zeit aufgrund eines inhärenten Leckstroms ab. Bevor sich die
Ladung auf einen unbestimmten Pegel (unterhalb eines Schwell
werts) abgebaut hat, muß der Speicherkondensator aufgefrischt
werden.
Das fortlaufende Bestreben nach Verkleinerung der Speicher
vorrichtungen fördert den Entwurf von DRAMs mit größerer
Dichte und kleinerer charakteristischer Größe, d. h. kleinerer
Speicherzellenfläche. Zur Herstellung von Speicherzellen,
welche eine geringeren Oberflächenbereich besetzen, werden
kleinere Komponenten, beispielsweise Kondensatoren, verwen
det. Jedoch resultiert die Verwendung kleinerer Kondensatoren
in einer erniedrigten Speicherkapazität, was wiederum die
Funktionstüchtigkeit und Verwendbarkeit der Speichervorrich
tung widrig beeinflussen kann. Beispielsweise erfordern Lese
verstärker einen ausreichenden Signalpegel zum zuverlässigen
Auslesen der Information in den Speicherzellen. Das Verhält
nis der Speicherkapazität zur Bitleitungskapazität ist ent
scheidend bei der Bestimmung des Signalpegels. Falls die
Speicherkapazität zu gering wird, kann dieses Verhältnis zu
klein zur Erzeugung eines hinreichenden Signals sein. Eben
falls erfordert eine geringere Speicherkapazität eine höhere
Auffrischfrequenz.
Ein Kondensatortyp, welcher üblicherweise in DRAMs verwendet
wird, ist ein Grabenkondensator. Ein Grabenkondensator hat
eine dreidimensionale Struktur, welche in dem Siliziumsub
strat ausgebildet ist. Eine Erhöhung des Volumens bzw. der
Kapazität des Grabenkondensators kann durch tieferes Ätzen in
das Substrat erreicht werden. In diesem Fall bewirkt die
Steigerung der Kapazität des Grabenkondensators keine Vergrö
ßerung der von der Speicherzelle belegten Oberfläche.
Ein üblicher Grabenkondensator enthält einen in das Substrat
geätzten Graben. Dieser Graben wird typischerweise mit p+-
oder n+-dotiertem Polysilizium gefüllt, welches als eine Kon
densatorelektrode dient (auch als Speicherkondensator be
zeichnet). Die zweite Kondensatorelektrode ist das Substrat
oder eine "vergrabene Platte". Ein Kondensatordielektrikum,
welches z. B. Nitrid enthält, wird üblicherweise zur Isolation
der zwei Kondensatorelektroden verwendet.
In dem oberen Bereich des Grabens wird ein dielektrischer
Kragen (vorzugsweise ein Oxidbereich) erzeugt, um einen Leck
strom zu verhindern bzw. den oberen Teil des Kondensators zu
isolieren.
Das Kondensatordielektrikum wird in dem oberen Bereich des
Grabens, wo der Kragen zu bilden ist, üblicherweise vor des
sen Bildung entfernt, da dieser obere Teil des Kondensator
dielektrikums für nachfolgende Prozeßschritte hinderlich ist.
Um die Speicherdichte für zukünftige Speichertechnolgie-Ge
nerationen weiter zu erhöhen, wird die Strukturgröße von Ge
neration zu Generation verkleinert. Die immer kleiner werden
de Kondensatorfläche und die dadurch bedingte kleiner werden
de Kondensatorkapazität führt zu Problemen. Deshalb ist es
eine wichtige Aufgabe, die Kondensatorkapazität trotz kleine
rer Strukturgröße mindestens konstant zu halten. Dies kann
unter anderem durch eine Erhöhung der Flächenladungsdichte
des Speicherkondensators erreicht werden.
Bisher wurde dieses Problem einerseits durch eine Vergröße
rung der zur Verfügung stehenden Kondensatorfläche bei vorge
gebener Strukturgröße gelöst, beispielsweise durch eine Auf
weitung des Trenches ("Wet Bottle") unterhalb des Kragens
bzw. Collars oder durch eine Aufrauhung der Oberfläche im
Graben. Andererseits wurde bisher die Flächenladungsdichte
durch eine Verringerung der Dicke des Dielektrikums erhöht.
Dabei wurden bisher als Dielektrika für Trenchkondensatoren
ausschließlich verschiedene Kombinationen von SiO2 (Silizium
dioxid) und Si3N4 (Siliziumnitrid) in Verbindung mit dotier
ten Siliziumelektroden verwendet. Eine weitere Verringerung
der Dicke dieser Materialien ist aufgrund der dadurch auftre
tenden hohen Leckströme nicht möglich.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen ver
besserten Grabenkondensator mit einem Isolationskragen zu
schaffen, welcher eine erhöhte Flächenladungsdichte aufweist
und ohne das Risiko erhöhter Leckströme herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den in Anspruch 1, 3
und 5 angegebenen Grabenkondensator mit einem Isolationskra
gen gelöst. Weiterhin wird diese Aufgabe durch das in An
spruch 14 angegebene Verfahren gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Un
teransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise gemäß Anspruch 1 bzw. 14
weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil
auf, dass die Flächenladungsdichte durch die Verwendung spe
zieller Dielektrika und/oder Elektroden im Grabenkondensator
mit im Vergleich zu den bisher verwendeten Dielektrika höhe
ren Dielektrizitätskonstanten vergrößerbar ist, ohne dabei
die Leckströme zu erhöhen.
Die speziellen Dielektrika können unter anderem mit dem soge
nannten Atomic Layer Deposition (ALD- bzw. ALCVD-Verfahren)
ohne Probleme in Strukturen mit sehr hohen Aspektverhältnis
sen mit sehr guter Kantenbedeckung abgeschieden werden. Ins
besondere können diese Dielektrika deshalb sehr gut mit Ver
fahren zur Oberflächenvergrößerung, zum Beispiel Wet Bottle,
Aufrauhung der Oberfläche im Graben etc., kombiniert werden.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise gemäß Anspruch 3 oder 5
bzw. 15 oder 17 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen
den Vorteil auf, dass durch die Verwendung von Metallelektro
den die parasitäre Kapazität der Raumladungszone eliminierbar
ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die erste Kondensa
torplatte ein Bereich erhöhter Dotierung im Halbleitersub
strat im unteren Bereich des Grabens, und die zweite Konden
satorplatte ist das leitende Füllmaterial.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird im oberen
Bereich des Grabens eine zweite Metallelektrodenschicht vor
gesehen, welche mit der ersten Metallelektrodenschicht in
elektrischer Verbindung steht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird im oberen
Bereich des Grabens eine zweite Metallelektrodenschicht vor
gesehen, welche mit der vierten Metallelektrodenschicht in
elektrischer Verbindung steht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die
dielektrische Schicht und die vierte Metallelektrodenschicht
in den Bereich des Isolationskragens geführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die drit
te Metallelektrodenschicht in den Bereich des Isolationskra
gens geführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die
erste und/oder zweite und/oder dritte und/oder vierte Me
tallelektrodenschicht und/oder die dielektrische Schicht
durch ein ALD- bzw. ALCVD-Verfahren und/oder ein CVD-
Verfahren aufgebracht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die ers
te und/oder zweite und/oder dritte und/oder vierte Metall
elektrodenschicht mindestens eines der folgenden Materialien
auf: TiN, WN, TaN, HfN, ZrN, Ti, W, Ta, Si, TaSiN, WSiN, Ti
AlN, WSi, MoSi, CoSi oder ähnliche Materialien.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Gra
ben einen unteren aufgeweiteten Bereich auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die die
lektrische Schicht mindestens eines der folgenden Materialien
auf: Al2O3, Ta2O5, ZrO2, HfO2, Y2O3, La2O3, TiO2; Al-Ta-O, Al-Zr-
O, Al-Hf-O, Al-La-O, Al-Ti-O, Zr-Y-O, Zr-Si-O, Hf-Si-O, Si-O-
N, Ta-O-N, Gd2O3, Sc2O3, La-Si-O, Ti-Si-O, LaAlO3, ZrTiO9,
(Zr, Sn) TiO4, SrZrO4, LaAl3O4, BaZrO3 oder ähnliche Materia
lien.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das lei
tende Füllmaterial aus einer ersten leitenden Füllschicht im
unteren Grabenbereich und einer zweiten leitenden Füllschicht
im oberen Grabenbereich zusammengesetzt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den
Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Be
schreibung näher erläutert.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1a-n die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gra
benkondensators;
Fig. 2a-m die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gra
benkondensators;
Fig. 3a-h die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines dritten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gra
benkondensators;
Fig. 4a-d die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines vierten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gra
benkondensators;
Fig. 5a-e die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines fünften
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gra
benkondensators;
Fig. 6a-h die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines sechsten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gra
benkondensators;
Fig. 7a-d die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines sieben
ten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Grabenkondensators;
Fig. 8a-g die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines achten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gra
benkondensators;
Fig. 9a-h die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines neunten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gra
benkondensators; und
Fig. 10a-g die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Verfahrensschritte zur Herstellung eines zehnten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gra
benkondensators.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder
funktionsgleiche Bestandteile.
Fig. 1a-n zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines ersten Ausfüh
rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Bei der vorliegenden ersten Ausführungsform werden zunächst
auf einem Siliziumsubstrat 1 eine Padoxidschicht 5 und eine
Padnitridschicht 10 abgeschieden, wie in Fig. 1a gezeigt.
Dann wird eine weitere (nicht dargestellte) Oxidschicht abge
schieden und diese Schichten werden dann mittels einer eben
falls nicht gezeigten Photolackmaske und einem entsprechenden
Ätzverfahren zu einer sogenannten Hartmaske strukturiert. Un
ter Verwendung dieser Hartmaske werden Gräben 2 mit einer ty
pischen Tiefe von circa 1-10 µm in das Siliziumsubstrat 1 ge
ätzt. Danach wird die oberste Oxidschicht entfernt, um zum in
Fig. 1a dargestellten Zustand zu gelangen.
In einem folgenden Prozessschritt wird, wie in Fig. 1b ge
zeigt, Arsensilikatglas (ASG) 20 auf der resultierenden
Struktur abgeschieden, so dass das ASG 20 insbesondere die
Gräben 2 vollständig auskleidet.
In einem weiteren Prozessschritt erfolgt, wie in Fig. 1c ge
zeigt, ein Auffüllen der resultierenden Struktur mit Photo
lack 30. Gemäß Fig. 1d erfolgt danach ein Lack-Recess, bzw.
eine Lackentfernung im oberen Bereich der Gräben 2. Dies ge
schieht zweckmäßigerweise durch isotropes trockenchemisches
Ätzen.
In einem weiteren Prozessschritt gemäß Fig. 1e erfolgt ein
ebenfalls isotropes Ätzen des ASG 20 im unmaskierten, lack
freien Bereich, und zwar vorzugsweise in einem nasschemischen
Ätzprozess. Daraufhin wird der Lack 30 in einem plasma
gestützten und/oder nasschemischen Prozess entfernt.
Wie in Fig. 1f gezeigt, wird danach ein Deckoxid 5' auf der
resultierenden Struktur abgeschieden.
In einem weiteren Prozessschritt gemäß Fig. 1g erfolgt eine
Ausdiffusion des Arsen aus dem übrig gebliebenen ASG 20 in
das umliegende Siliziumsubstrat 1 in einem Temperschritt zur
Bildung der vergrabenen Platte bzw. Buried Plate 60, welche
eine erste Kondensatorelektrode bildet. Daran anschließend
werden das Deckoxid 5' und das übrige ASG 20 zweckmäßigerwei
se nasschemisch entfernt.
Gemäß Fig. 1h wird dann ein spezielles Dielektrikum 70 mit
hoher Dielektrizitätskonstante mittels des ALD- bzw. ALCVD-
Verfahrens (Atomic Layer Deposition) auf die resultierende
Struktur abgeschieden. Alternativerweise kann die Abscheidung
durch Atomic Layer Chemical Vapor Deposition (ALCVD) oder an
dere geeignete CVD-Verfahren geschehen. Als Materialien für
das Dielektrikum 60 mit hoher Dielektrizitätskonstante kommen
insbesondere in Betracht: Al2O3, Ta2O5, ZrO2, HfO2, Y2O3, La2O3
TiO2; Al-Ta-O, Al-Zr-O, Al-Hf-O, Al-La-O, Al-Ti-O, Zr-Y-O,
Zr-Si-O, Hf-Si-O, Si-O-N, Ta-O-N und ähnliche Materialien.
Diese Abscheidung kann aufgrund des ALD- bzw. ALCVD- bzw.
CVD-Verfahrens mit sehr guter Gleichmäßigkeit und Konformali
tät durchgeführt werden.
In einem weiteren Prozessschritt wird gemäß Fig. 11 als
zweite Kondensatorplatte Arsen dotiertes polykristallines Si
lizium 80 auf der resultierenden Struktur abgeschieden, so
dass es die Gräben 2 vollständig ausfüllt. Alternativermaßen
könnte auch Poly-Silizium-Germanium zur Auffüllung verwendet
werden.
In einem darauffolgenden Prozessschritt gemäß Fig. 1j wird
das dotierte Polysilizium 80, bzw. das Poly-Silizium-
Germanium bis zur Oberseite der Buried Plate 60 zurückgeätzt.
Zur Erreichung des in Fig. 1k dargestellten Zustands erfolgt
dann ein isotropes Ätzen des Dielektrikums 70 mit hoher Die
lektrizitätskonstante im oberem freigelegten Bereich der Grä
ben 2, und zwar entweder mit einem nasschemischen oder einem
trockenchemischen Ätzverfahren.
In einem darauffolgenden Prozessschritt gemäß Fig. 11 wird
ein Kragenoxid 5" im oberen Bereich der Gräben 2 gebildet.
Dies geschieht durch eine ganzflächige Oxidabscheidung und
ein darauffolgendes anisotropes Ätzen des Oxids, so dass das
Kragenoxid 5" an den Seitenwänden im oberen Grabenbereich
stehenbleibt.
Wie in Fig. 1 m illustriert, wird in einem darauffolgenden
Prozessschritt erneut mit Arsen dotiertes Polysilizium 80'
abgeschieden und zurückgeätzt.
Gemäß Fig. 1n folgt schließlich eine nasschemische Entfer
nung des Kragenoxids 5" im oberen Grabenbereich.
Damit ist die Ausbildung des Grabenkondensators im Wesentli
chen beendet. Das Bilden der Kondensatoranschlüsse sowie die
Herstellung und Verbindung mit dem zugehörigen Auswahltran
sistor sind im Stand der Technik wohl bekannt und benötigen
zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung keiner weiteren
Erwähnung.
Fig. 2a-m zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines zweiten Ausfüh
rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Bei der obigen ersten Ausführungsform wurde der Kragen nach
Abscheidung des Dielektrikums 70 mit hoher Dielektrizi
tätskonstante gebildet. Bei der nunmehr beschriebenen zweiten
Ausführungsform erfolgt die Bildung des Kragens vor dem Ab
scheiden des Dielektrikums 70 mit hoher Dielektrizi
tätskonstante.
Insbesondere entsprechen die Prozessschritte gemäß Fig. 2a
und 2b den Prozessschritten, welche bereits mit Bezug auf
Fig. 1a und 1b erläutert wurden.
Wie in Fig. 2c dargestellt, erfolgt nach der Abscheidung der
ASG-Schicht 20 ein Auffüllen der resultierenden Struktur mit
undotiertem polykristallinem Silizium 90, welches danach zur
Erreichung des in Fig. 2d gezeigten Zustandes im oberen Be
reich des Grabens durch isotropes trockenchemisches Ätzen
entfernt wird.
In einem weiteren Prozessschritt wird das ASG 20 im oberen
freigelegten Grabenbereich durch einen nasschemischen isotro
pen Ätzschritt entfernt, wie in Fig. 2e gezeigt. Es folgt die
ganzflächige Abscheidung des Kragenoxids 5", wie in Fig. 2f
gezeigt.
Im nächsten Prozessschritt gemäß Fig. 2g wird Arsen aus dem
ASG 20 in den umliegenden Bereich des Siliziumsubstrats 1
ausdiffundiert, um die Buried Plate 60 zu bilden.
Es folgt ein anisotropes Ätzen des Kragenoxids 5", um dies
von der Oberfläche der resultierenden Struktur zu entfernen,
so dass es nur noch an den Seitenwänden im oberen Bereich der
Gräben 2 zurückbleibt. Danach wird das Polysilizium 90 durch
isotropes Ätzen entfernt, und in einem weiteren Schritt das
ASG 20 ebenfalls durch einen isotropen nasschemischen Ätzpro
zess entfernt. Dies führt zum in Fig. 2h gezeigten Zustand.
In einem weiteren Prozessschritt erfolgt nunmehr die Bildung
eines aufgeweiteten unteren Grabenbereichs 3 durch einen im
Stand der Technik bekannten Ätzprozess, bzw. Wet Bottle Ätz
prozess, was zu der in Fig. 21 gezeigten Struktur führt.
Im nächsten Prozessschritt gemäß Fig. 2j erfolgt die Abschei
dung des Dielektrikums 70 mit hoher Dielektrizitätskonstanten
mittels des in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
bereits erwähnten ALD- bzw. ALCVD-Verfahrens bzw. CVD-
Verfahrens. Die dazu besonders geeigneten Materialien mit ho
her Dielektrizitätskonstante wurden ebenfalls bereits im Zu
sammenhang mit der ersten Ausführungsform erwähnt.
Wie aus Fig. 2j ersichtlich, ist aufgrund der Besonderheit
des verwendeten Abscheideverfahrens die Abdeckung der Struk
tur mit dem Dielektrikum 70 mit hoher Dielektrizitätskonstan
ten sehr gleichmäßig, was dafür sorgt, dass keine ungewollten
Leckströme an kritischen Stellen, wie zum Beispiel Kanten
oder stärkeren Krümmungen auftreten.
Im nächsten Prozessschritt erfolgt eine Abscheidung von Ar
sen-dotiertem Polysilizium 80 bzw. Poly-Silizium-Germanium,
was zur in Fig. 2k gezeigten Struktur führt.
Durch ein Zurückätzen des Polysiliziums bzw. Poly-Silizium-
Germaniums wird die in Fig. 21 dargestellte Struktur erhal
ten.
Schließlich erfolgt ein nasschemisches isotropes Ätzen des
Dielektrikums 70 mit hoher Dielektrizitätskonstante und des
Kragenoxids 5" im oberen Bereich der Gräben 2, um die in
Fig. 2 m dargestellte Struktur zu erhalten.
Fig. 3a-h zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines dritten Ausfüh
rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Bei dieser dritten Ausführungsform der Erfindung entspricht
der in Fig. 3a gezeigte Zustand dem in Fig. 1g gezeigten
Zustand, dessen Vorgeschichte bereits ausführlich erläutert
wurde.
Gemäß Fig. 3b wird dann das spezielle Dielektrikum 70 mit
hoher Dielektrizitätskonstante mittels des ALD- bzw. ALCVD-
Verfahrens auf die resultierende Struktur abgeschieden, wie
im einzelnen in Zusammenhang mit Fig. 1h erläutert.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform erfolgt daran an
schließend die Abscheidung eines Metallelektrodenfilms 100
mittels des ALD- bzw. ALCVD-Verfahrens bzw. eines anderen ge
eigneten CVD-Verfahrens.
Als Materialien für die Metallelektrode 100 kommen insbeson
dere in Betracht: TiN, WN, TaN, HfN, ZrN, Ti, W, Ta, Si, Ta
SiN, WSiN, TiAlN, WSi, MoSi, CoSi und allgemein Metall-
Silizium-Nitride oder ähnliche Materialien.
In einem weiteren Prozessschritt wird gemäß Fig. 3c Arsen
dotiertes polykristallines Silizium 80 auf der resultierenden
Struktur abgeschieden, so dass es die Gräben 2 vollständig
ausfüllt. Alternativermaßen könnte auch Poly-Silizium-
Germanium zur Auffüllung verwendet werden.
In einem darauffolgenden Prozessschritt gemäß Fig. 3d wird
das dotierte Polysilizium 80 bzw. das Poly-Silizium-Germanium
bis zur Oberseite der Buried Plate 60 zurückgeätzt.
Zur Erreichung des in Fig. 3e dargestellten Zustands erfolgt
dann ein isotropes Ätzen des Dielektrikums 70 mit hoher Die
lektrizitätskonstante und der Metallelektrode 100 im oberem
freigelegten Bereich der Gräben 2, und zwar entweder mit ei
nem nasschemischen und/oder einem trockenchemischen Ätzver
fahren.
In einem darauffolgenden Prozessschritt gemäß Fig. 3f wird
ein Kragenoxid 5" im oberen Bereich der Gräben 2 gebildet.
Dies geschieht durch eine ganzflächige Oxidabscheidung und
ein darauffolgendes anisotropes Ätzen des Oxids, so dass das
Kragenoxid 5" an den Seitenwänden im oberen Grabenbereich
stehenbleibt.
Wie in Fig. 3g illustriert, wird in einem darauffolgenden
Prozessschritt erneut mit Arsen dotiertes Polysilizium 80'
abgeschieden und zurückgeätzt.
Gemäß Fig. 3h folgt schließlich eine nasschemische Entfer
nung des Kragenoxids 5" im oberen Grabenbereich.
Fig. 4a-d zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines vierten Ausfüh
rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Der in Fig. 4a dargestellte Zustand entspricht dem Zustand
gemäß Fig. 3f, dessen Vorgeschichte detailliert in Zusammen
hang mit der obigen dritten Ausführungsform erläutert wurde,
wobei allerdings unmittelbar nach dem Zustand von Fig. 3f
noch ein weiterer Recess des Polysiliziums 80 auf trockenche
mische Art und Weise durchgeführt wurde, um die Metallelekt
rode 100 teilweise freizulegen.
Gemäß Fig. 4b wird danach ein weiterer Metallelektrodenfilm
100' analog wie der Metallelektrodenfilm 100 abgeschieden und
anisotrop zurückgeätzt, so dass er im oberen Bereich der Grä
ben 2 stehen bleibt. Alternativ kann auf die anisotrope Rück
ätzung auch verzichtet werden oder der obere Grabenbereich
auch ganz mit Metall (d. h. ohne Polysilizium 80') aufgefüllt
werden.
Es folgt eine Abscheidung von Arsen-dotiertem Polysilizium
80' und ein entsprechendes Zurückätzen, um den in Fig. 4c
dargestellten Zustand zu erreichen.
Schließlich werden gemäß Fig. 4d der Metallelektrodenfilm
100' und das Kragenoxyd 5" im oberen Bereich der Gräben 2
zweckmäßigerweise nasschemisch zurückgeätzt.
Fig. 5a-e zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines fünften Ausfüh
rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Der in Fig. 5a dargestellte Zustand entspricht dem in Fig.
2j dargestellten Zustand, dessen Vorgeschichte oben ausführ
lich in Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform erläu
tert wurde.
Gemäß Fig. 5b wird darauffolgend der Metallelektrodenfilm
100 mittels des ALD- bzw. ALCVD-Verfahrens bzw. des CVD-
Verfahrens auf der resultierenden Struktur abgeschieden, und
zwar in analoger Weise wie in Zusammenhang mit Fig. 3b erör
tert.
Im nächsten Prozessschritt erfolgt eine Abscheidung von Ar
sen-dotiertem Polysilizium 80 bzw. Poly-Silizium-Germanium,
was zur in Fig. 5c gezeigten Struktur führt.
Durch ein Zurückätzen des Polysiliziums bzw. Poly-Silizium-
Germaniums wird die in Fig. 5d dargestellte Struktur erhal
ten.
Schließlich erfolgt ein nasschemisches isotropes Ätzen des
Metallelektrodenfilms 100, des Dielektrikums 70 mit hoher
Dielektrizitätskonstante und des Kragenoxids 5" im oberen
Bereich der Gräben 2, um die in Fig. 5e dargestellte Struk
tur zu erhalten.
Fig. 6a-h zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines sechsten Aus
führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Die in Fig. 6a dargestellte Struktur entspricht der in Fig.
1g dargestellten Struktur, deren Vorgeschichte bereits aus
führlich in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform er
läutert wurde.
Gemäß Fig. 6b erfolgt daraufhin die Abscheidung einer Me
tall-Isolator-Metall-Struktur, bestehend aus der Metallelekt
rodenschicht 100", der Dielektrikumschicht 70 und der Me
tallelektrodenschicht 100'''. Die Abscheideverfahren und die
für diese Schichten verwendeten Materialien entsprechen den
jenigen der oben erläuterten ersten bzw. dritten Ausführungs
form, und eine wiederholte Beschreibung derselben wird des
halb hier unterlassen.
In einem weiteren Prozessschritt wird gemäß Fig. 6c Arsen
dotiertes polykristallines Silizium 80 auf der resultierenden
Struktur abgeschieden, so dass es die Gräben 2 vollständig
ausfüllt. Alternativermaßen könnte auch Poly-Silizium-Germa
nium zur Auffüllung verwendet werden.
In einem darauffolgenden Prozessschritt gemäß Fig. 6d wird
das dotierte Polysilizium 80, bzw. das Poly-Silizium-
Germanium bis zur Oberseite der Buried Plate 60 zurückgeätzt.
Zur Erreichung des in Fig. 6e dargestellten Zustands erfolgt
dann ein isotropes Ätzen der Metallelektrodenschichten 100"
und 100''' und des Dielektrikums 70 mit hoher Dielektrizi
tätskonstante im oberem freigelegten Bereich der Gräben 2,
und zwar entweder mit einem nasschemischen oder einem tro
ckenchemischen Ätzverfahren.
In einem darauffolgenden Prozessschritt gemäß Fig. 6f wird
ein Kragenoxid 5" im oberen Bereich der Gräben 2 gebildet.
Dies geschieht durch eine ganzflächige Oxidabscheidung und
ein darauffolgendes anisotropes Ätzen des Oxids, so dass das
Kragenoxid 5" an den Seitenwänden im oberen Grabenbereich
stehenbleibt.
Wie in Fig. 6g illustriert, wird in einem darauffolgenden
Prozessschritt erneut mit Arsen dotiertes Polysilizium 80'
abgeschieden und zurückgeätzt.
Gemäß Fig. 6h folgt schließlich eine nasschemische Entfer
nung des Kragenoxids 5" im oberen Grabenbereich.
Fig. 7a-d zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines siebenten Aus
führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Der in Fig. 7a dargestellte Zustand entspricht dem in Fig.
6f dargestellten Zustand, wobei ein weiterer Recess an dem
Polysilizium 80 durchgeführt wurde, so dass die Metallelekt
rodenschicht 100''' teilweise im Graben 2 freigelegt ist.
Gemäß Fig. 7b wird in einem darauffolgenden Prozessschritt
die weitere Metallelektrodenschicht 100' abgeschieden und
anisotrop geätzt, so dass die Metallelektrodenschicht 100' die
Innenwände im oberen Bereich des Grabens 2 auskleidet. Alter
nativ kann auf die anisotrope Rückätzung auch verzichtet wer
den oder der obere Grabenbereich auch ganz mit Metall (d. h.
ohne Polysilizium 80') aufgefüllt werden.
Im nächsten Prozessschritt erfolgt eine Abscheidung von Ar
sen-dotiertem Polysilizium 80' bzw. Poly-Silizium-Germanium.
Durch ein Zurückätzen des Polysiliziums bzw. Poly-Silizium-
Germaniums wird die in Fig. 7c dargestellte Struktur erhal
ten.
Schließlich erfolgt ein nasschemisches isotropes Ätzen des
Metallelektrodenfilms 100' und des Kragenoxids 5" im oberen
Bereich der Gräben 2, um die in Fig. 7d dargestellte Struk
tur zu erhalten.
Fig. 8a-g zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines achten Ausfüh
rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Die in Fig. 8a gezeigte Struktur entspricht der in Fig. 1g
gezeigten Struktur, wobei auf der Struktur nach Fig. 1g ein
Metallelektrodenfilm 100" gemäß dem ALD- bzw. CVD-Verfah
ren, wie oben erläutert, abgeschieden wurde. Weiterhin wurde
über der so erhaltenen Struktur undotiertes Polysilizium 90
abgeschieden und bis zur Oberseite der Buried Plate 60 zu
rückgeätzt.
Gemäß Fig. 8b erfolgt dann ein Zurückätzen des Metallelekt
rodenfilms 100" im freigelegten Bereich durch einen entspre
chenden isotropen Ätzprozess.
Gemäß Fig. 8c wird dann das Kragenoxyd 5" abgeschieden und
anisotrop zurückgeätzt, wie bereits oben beschrieben. Es
folgt ein Entfernen des undotierten Polysiliziums 90 im unte
ren Grabenbereich, was zur in Fig. 8d gezeigten Struktur
führt.
In einem nächsten Prozessschritt, der in Fig. 8e gezeigt
ist, erfolgt ein Abscheiden des speziellen Dielektrikums 70
mit hoher Dielektrizitätskonstante und der weiteren Metall
elektrodenschicht 100'''.
Auf der resultierenden Struktur wird ganzflächig mit Arsen
dotiertes Polysilizium 80 abgeschieden und zurückgeätzt, wie
in Fig. 8f dargestellt.
Schließlich werden die Metallelektrodenschicht 100''', die
Dielektrikumschicht 70 und das Kragenoxyd 5" im oberen Be
reich zurückgeätzt, um die in Fig. 8g gezeigte Struktur zu
erhalten.
Diese achte Ausführungsform erlaubt es, dass der Kragen
selbstjustiert zur unteren Metallelektrode 100" angeordnet
ist.
Fig. 9a-h zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines neunten Ausfüh
rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Gemäß Fig. 9a erfolgt eine Abscheidung der Metallelektroden
schicht 100" auf die in Fig. 1g gezeigte Struktur, auf die
Photolack 30 aufgebracht und zurückgeätzt wurde.
Gemäß Fig. 9b erfolgt danach ein Zurückätzen der Metall
elektrodenschicht 100" und ein Entfernen des Photolacks 30
durch einen entsprechenden Ätzprozess.
Wie in Fig. 9c dargestellt, werden dann auf der resultieren
den Struktur die Dielektrikumschicht 70 mit hoher Dielektri
zitätskonstante und die weitere Metallelektrodenschicht
100''' abgeschieden.
Wie in Fig. 9d gezeigt, wird auf der resultierenden Struktur
Arsen-dotiertes Polysilizium 80 abgeschieden und bis oberhalb
des Bereichs der Buried Plate 60 zurückgeätzt.
In einem darauffolgenden isotropen Ätzschritt werden die Me
tallelektrodenschicht 100''' und die Dielektrikumschicht 70
ebenfalls zurückgeätzt, um die in Fig. 9e gezeigte Struktur
zu erhalten.
In einem darauffolgenden Prozessschritt gemäß Fig. 9f wird
ein Kragenoxid 5" im oberen Bereich der Gräben 2 gebildet.
Dies geschieht durch eine ganzflächige Oxidabscheidung und
ein darauffolgendes anisotropes Ätzen des Oxids, so dass das
Kragenoxid 5" an den Seitenwänden im oberen Grabenbereich
stehenbleibt.
Wie in Fig. 9g illustriert, wird in einem darauffolgenden
Prozessschritt erneut mit Arsen dotiertes Polysilizium 80'
abgeschieden und zurückgeätzt.
Gemäß Fig. 9h folgt schließlich eine nasschemische Entfer
nung des Kragenoxids 5" im oberen Grabenbereich.
Bei der in Fig. 9a bis h illustrierten neunten Ausführungs
form ist der Kragen selbstjustiert zum Dielektrikum 70 und
zur oberen Elektrode 100''' aufgebracht.
Fig. 10a-g zeigen die zum Verständnis der Erfindung wesentli
chen Verfahrensschritte zur Herstellung eines zehnten Ausfüh
rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grabenkondensators.
Der in Fig. 10a gezeigte Zustand entspricht dem Zustand ge
mäß Fig. 21, dessen Vorgeschichte bereits ausführlich in Zu
sammenhang mit der obigen zweiten Ausführungsform erläutert
wurde.
Zum Erreichen des in Fig. 10b gezeigten Zustands wird auf
der resultierenden Struktur die Metallelektrodenschicht 100"
abgeschieden.
Es folgt ein Auffüllen der Struktur mit Photolack 30 und ein
Zurückätzen des Photolacks 30, um zu der in Fig. 10c gezeig
ten Struktur zu gelangen. Danach erfolgt ein Zurückätzen der
Metallelektrodenschicht 100" im freigelegten Bereich und da
nach ein Entfernen des Photolacks 30. Dies ist in Fig. 10d
dargestellt.
Anschließend werden das spezielle Dielektrikum 70 mit hoher
Dielektrizitätskonstante sowie die weitere Metallelektroden
schicht 100''' auf der resultierenden Struktur abgeschieden.
Es folgt ein Abscheiden und Zurückätzen von Arsen-dotiertem
Polysilizium 80 oder Polysilizium-Germanium. Dies führt zu
der in Fig. 10f gezeigten Struktur.
Schließlich werden die beiden Metallelektrodenschichten 100"
und 100''', die Dielektrikumschicht 70 und das Kragenoxid 5"
im oberen Bereich zurückgeätzt, um die in Fig. 10g gezeigte
Struktur zu erhalten.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines be
vorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie
darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Wei
se modifizierbar.
Insbesondere sind die angeführten Materialien nur beispiel
haft und durch andere Materialien mit geeigneten Eigenschaf
ten ersetzbar. Das gleiche gilt für die genannten Ätzprozesse
und Abscheidungsprozesse.
1
Siliziumsubstrat
3
aufgeweiteter Bereich
5
Padoxid
5
' Deckoxid
5
" Kragenoxid
10
Padnitrid
20
ASG
30
Photolack
60
Buried Plate
70
Dielektrikum
80
,
80
' dotiertes Polysilizium
90
undotiertes Polysilizium
100
,
100
',
100
",
100
''' Metallelektrodenschicht
Claims (21)
1. Grabenkondensator, insbesondere zur Verwendung in einer
Halbleiter-Speicherzelle, mit:
einem Graben (2), der in einem Halbleitersubstrat (1) gebil det ist;
einer im Graben (2) befindlichen ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
einer zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') befindlichen dielektrischen Schicht (70) als Kondensatordielektrikum;
einem Isolationskragen (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
einem optionellen in den Graben (2) gefüllten leitenden Füll material (80, 80');
dadurch gekennzeichnet,
dass die dielektrische Schicht (70) durch ein ALD- bzw. ALCVD-Verfahren oder ein CVD-Verfahren aufgebracht worden ist.
einem Graben (2), der in einem Halbleitersubstrat (1) gebil det ist;
einer im Graben (2) befindlichen ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
einer zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') befindlichen dielektrischen Schicht (70) als Kondensatordielektrikum;
einem Isolationskragen (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
einem optionellen in den Graben (2) gefüllten leitenden Füll material (80, 80');
dadurch gekennzeichnet,
dass die dielektrische Schicht (70) durch ein ALD- bzw. ALCVD-Verfahren oder ein CVD-Verfahren aufgebracht worden ist.
2. Grabenkondensator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Kondensatorplatte (60) ein Bereich erhöhter
Dotierung (60) im Halbleitersubstrat (1) im unteren Bereich
des Grabens (2) ist und die zweite Kondensatorplatte das lei
tende Füllmaterial (80, 80') ist.
3. Grabenkondensator, insbesondere zur Verwendung in einer
Halbleiter-Speicherzelle, mit:
einem Graben (2), der in einem Halbleitersubstrat (1) gebil det ist;
einer im Graben (2) befindlichen ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
einer zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') befindlichen dielektrischen Schicht (70) als Kondensatordielektrikum;
einem Isolationskragen (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
einem optionellen in den Graben (2) gefüllten leitenden Füll material (80, 80');
wobei die erste Kondensatorplatte (60) ein Bereich erhöhter Dotierung (60) im Halbleitersubstrat (1) im unteren Bereich des Grabens (2) ist;
dadurch gekennzeichnet, dass auf der dielektrischen Schicht (70) im Grabeninnern eine erste Metallelektrodenschicht (100) als zweite Kondensator platte vorgesehen ist.
einem Graben (2), der in einem Halbleitersubstrat (1) gebil det ist;
einer im Graben (2) befindlichen ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
einer zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') befindlichen dielektrischen Schicht (70) als Kondensatordielektrikum;
einem Isolationskragen (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
einem optionellen in den Graben (2) gefüllten leitenden Füll material (80, 80');
wobei die erste Kondensatorplatte (60) ein Bereich erhöhter Dotierung (60) im Halbleitersubstrat (1) im unteren Bereich des Grabens (2) ist;
dadurch gekennzeichnet, dass auf der dielektrischen Schicht (70) im Grabeninnern eine erste Metallelektrodenschicht (100) als zweite Kondensator platte vorgesehen ist.
4. Grabenkondensator nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass im oberen Bereich des Grabens (2) eine zweite Metall
elektrodenschicht (100') vorgesehen ist, welche mit der ers
ten Metallelektrodenschicht (100) in elektrischer Verbindung
steht, wobei die zweite Metallelektrodenschicht (100') optio
nellerweise den oberen Grabenbereich ausfüllt.
5. Grabenkondensator, insbesondere zur Verwendung in einer
Halbleiter-Speicherzelle, mit:
einem Graben (2), der in einem Halbleitersubstrat (1) gebil det ist;
einer im Graben (2) befindlichen ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
einer zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') befindlichen dielektrischen Schicht (70) als Kondensatordielektrikum;
einem Isolationskragen (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
einem optionellen in den Graben (2) gefüllten leitenden Füll material (80');
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der dielektrischen Schicht (70) und dem Halb leitersubstrat (1) eine dritte Metallelektrodenschicht (100") als erste Kondensatorplatte und andererseits der die lektrischen Schicht (70) eine vierte Metallelektrodenschicht (100''') als zweite Kondensatorplatte vorgesehen ist.
einem Graben (2), der in einem Halbleitersubstrat (1) gebil det ist;
einer im Graben (2) befindlichen ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
einer zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') befindlichen dielektrischen Schicht (70) als Kondensatordielektrikum;
einem Isolationskragen (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
einem optionellen in den Graben (2) gefüllten leitenden Füll material (80');
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der dielektrischen Schicht (70) und dem Halb leitersubstrat (1) eine dritte Metallelektrodenschicht (100") als erste Kondensatorplatte und andererseits der die lektrischen Schicht (70) eine vierte Metallelektrodenschicht (100''') als zweite Kondensatorplatte vorgesehen ist.
6. Grabenkondensator nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass im oberen Bereich des Grabens (2) eine zweite Metall
elektrodenschicht (100') vorgesehen ist, welche mit der vier
ten Metallelektrodenschicht (100''') in elektrischer Verbin
dung steht, wobei die zweite Metallelektrodenschicht (100')
optionellerweise den oberen Grabenbereich ausfüllt.
7. Grabenkondensator nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dielektrische Schicht (70) und die vierte Metall
elektrodenschicht (100''') in den Bereich des Isolationskra
gens (5") geführt sind.
8. Grabenkondensator nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dritte Metallelektrodenschicht (100") in den Be
reich des Isolationskragens (5") geführt ist.
9. Grabenkondensator nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste oder zweite oder dritte oder vierte Metall
elektrodenschicht (100, 100', 100", 100''') oder die die
lektrische Schicht (70) durch ein ALD- bzw. ALCVD-Verfahren
oder ein CVD-Verfahren aufgebracht worden ist.
10. Grabenkondensator nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste oder zweite oder dritte oder vierte Metall
elektrodenschicht (100, 100', 100", 100''') mindestens eines
der folgenden Materialien aufweist:
TiN, WN, TaN, HfN, ZrN, Ti, W, Ta, Si, TaSiN, WSiN, TiAlN, WSi, MoSi, CoSi.
TiN, WN, TaN, HfN, ZrN, Ti, W, Ta, Si, TaSiN, WSiN, TiAlN, WSi, MoSi, CoSi.
11. Grabenkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Graben (2) einen unteren aufgeweiteten Bereich (3)
aufweist.
12. Grabenkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dielektrische Schicht (70) mindestens eines der fol
genden Materialien aufweist:
Al2O3, Ta2O5, ZrO2, HfO2, Y2O3, La2O3, TiO2; Al-Ta-O, Al-Zr-O, Al- Hf-O, Al-La-O, Al-Ti-O, Zr-Y-O, Zr-Si-O, Hf-Si-O, Si-O-N, Ta- O-N, Gd2O3, Sc2O3, La-Si-O, Ti-Si-O, LaAlO3, ZrTiO4, (Zr, Sn) TiO4, SrZrO4, LaAl3O9, BaZrO3.
Al2O3, Ta2O5, ZrO2, HfO2, Y2O3, La2O3, TiO2; Al-Ta-O, Al-Zr-O, Al- Hf-O, Al-La-O, Al-Ti-O, Zr-Y-O, Zr-Si-O, Hf-Si-O, Si-O-N, Ta- O-N, Gd2O3, Sc2O3, La-Si-O, Ti-Si-O, LaAlO3, ZrTiO4, (Zr, Sn) TiO4, SrZrO4, LaAl3O9, BaZrO3.
13. Grabenkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
dass das leitende Füllmaterial (80, 80') aus einer ersten
leitenden Füllschicht (80) im unteren Grabenbereich und einer
zweiten leitenden Füllschicht (80') im oberen Grabenbereich
zusammengesetzt ist.
14. Verfahren zur Herstellung eine Grabenkondensators, insbe
sondere zur Verwendung in einer Halbleiter-Speicherzelle, mit
den Schritten:
Bilden eines Grabens (2) in einem Halbleitersubstrat (1);
Vorsehen einer ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') im Graben (2);
Vorsehen einer dielektrischen Schicht (70) als Kondensator dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplat te (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
Bilden eines Isolationskragens (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
optionelles Auffüllen eines leitenden Füllmaterials (80, 80') in den Graben (2);
dadurch gekennzeichnet,
dass die dielektrische Schicht (70) durch ein ALD- bzw. ALCVD-Verfahren oder ein CVD-Verfahren aufgebracht wird.
Bilden eines Grabens (2) in einem Halbleitersubstrat (1);
Vorsehen einer ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') im Graben (2);
Vorsehen einer dielektrischen Schicht (70) als Kondensator dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplat te (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
Bilden eines Isolationskragens (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
optionelles Auffüllen eines leitenden Füllmaterials (80, 80') in den Graben (2);
dadurch gekennzeichnet,
dass die dielektrische Schicht (70) durch ein ALD- bzw. ALCVD-Verfahren oder ein CVD-Verfahren aufgebracht wird.
15. Verfahren zur Herstellung eine Grabenkondensators, insbe
sondere zur Verwendung in einer Halbleiter-Speicherzelle, mit
den Schritten:
Bilden eines Grabens (2) in einem Halbleitersubstrat (1);
Vorsehen einer ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') im Graben (2);
Vorsehen einer dielektrischen Schicht (70) als Kondensator dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplat te (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
Bilden eines Isolationskragens (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
optionelles Auffüllen eines leitenden Füllmaterials (80, 80') in den Graben (2);
dadurch gekennzeichnet, dass auf der dielektrischen Schicht (70) im Grabeninnern eine erste Metallelektrodenschicht (100) als zweite Kondensator platte vorgesehen wird.
Bilden eines Grabens (2) in einem Halbleitersubstrat (1);
Vorsehen einer ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') im Graben (2);
Vorsehen einer dielektrischen Schicht (70) als Kondensator dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplat te (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
Bilden eines Isolationskragens (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
optionelles Auffüllen eines leitenden Füllmaterials (80, 80') in den Graben (2);
dadurch gekennzeichnet, dass auf der dielektrischen Schicht (70) im Grabeninnern eine erste Metallelektrodenschicht (100) als zweite Kondensator platte vorgesehen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass im oberen Bereich des Grabens (2) eine zweite Metall
elektrodenschicht (100') vorgesehen wird, welche mit der ers
ten Metallelektrodenschicht (100) in elektrischer Verbindung
steht.
17. Verfahren zur Herstellung eine Grabenkondensators, insbe
sondere zur Verwendung in einer Halbleiter-Speicherzelle, mit
den Schritten:
Bilden eines Grabens (2) in einem Halbleitersubstrat (1);
Vorsehen einer ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') im Graben (2);
Vorsehen einer dielektrischen Schicht (70) als Kondensator dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplat te (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
Bilden eines Isolationskragens (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
optionelles Auffüllen eines leitenden Füllmaterials (80, 80') in den Graben (2);
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dielektrischen Schicht (70) und dem Halb leitersubstrat (1) eine dritte Metallelektrodenschicht (100") als erste Kondensatorplatte und andererseits der die lektrischen Schicht (70) eine vierte Metallelektrodenschicht (100''') als zweite Kondensatorplatte vorgesehen wird.
Bilden eines Grabens (2) in einem Halbleitersubstrat (1);
Vorsehen einer ersten und zweiten leitenden Kondensatorplatte (60, 80; 60, 100; 100", 100''') im Graben (2);
Vorsehen einer dielektrischen Schicht (70) als Kondensator dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Kondensatorplat te (60, 80; 60, 100; 100", 100''');
Bilden eines Isolationskragens (5") im oberen Bereich des Grabens (2); und
optionelles Auffüllen eines leitenden Füllmaterials (80, 80') in den Graben (2);
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dielektrischen Schicht (70) und dem Halb leitersubstrat (1) eine dritte Metallelektrodenschicht (100") als erste Kondensatorplatte und andererseits der die lektrischen Schicht (70) eine vierte Metallelektrodenschicht (100''') als zweite Kondensatorplatte vorgesehen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Isolationskragen (5") und dem leitenden
Füllmaterial (80, 80') im oberen Bereich des Grabens (2) eine
zweite Metallelektrodenschicht (100') vorgesehen wird, welche
mit der vierten Metallelektrodenschicht (100''') in elektri
scher Verbindung steht.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dielektrische Schicht (70) und die vierte Metall
elektrodenschicht (100''') in den Bereich des Isolationskra
gens (5") geführt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dritte Metallelektrodenschicht (100''') in den Be
reich des Isolationskragens (5") geführt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste oder zweite oder dritte oder vierte Metall
elektrodenschicht (100, 100', 100", 100''') oder die die
lektrische Schicht (70) durch ein ALD- bzw. ALCVD-Verfahren
oder ein CVD-Verfahren aufgebracht wird.
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