DE102004002242B4

DE102004002242B4 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit Kornelementen für einen Kondensator einer Speicherzelle

Info

Publication number: DE102004002242B4
Application number: DE102004002242A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hecht; Matthias Foerster; Albert Birner; Andreas Orth; Michael Stadtmueller
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: DE102004002242A1; US20050158945A1; KR100581997B1; KR20050075277A; US7144770B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstrukur mit Kornelementen für einen Kondensator einer Speicherzelle, welches nachstehende in Reihenfolge verlaufende Schritte aufweist:
a) Bereitstellen eines Substrats (101) aus Silizium;
b) Strukturieren des Substrats (101), indem eine grabenförmigen Vertiefung (102) in das Substrat (101) geätzt wird;
c) Bilden einer Barrierenschicht (103) in der grabenförmigen Vertiefung (102) des Substrats (101) aus einen Siliziumnitrid-Material und/oder einem Aluminiumoxid-Material derart, dass die Barrierenschicht (103) in einem einen oberen Bereich der grabenförmigen Vertiefung (102) bildenden Kragenbereich (302) eine Innenfläche (105) der grabenförmigen Vertiefung (102) abdeckt und in einem einen unteren Bereich der grabenförmigen Vertiefung (102) bildenden ersten Elektrodenbereich (301) die Innenfläche (105) der grabenförmigen Vertiefung (102) freilässt;
d) Bilden einer Schicht aus Siliziumdioxid in dem Elektrodenbereich (301);
e) Abscheiden einer amorphen Siliziumschicht (106) in einem ersten Schritt eines Ofenprozesses bei einer ersten Temperatur und einem ersten Druck derart, dass sich die amorphe Siliziumschicht...

Description

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit Kornelementen für einen Kondensator einer Speicherzelle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit Kornelementen.
Die EP 0 980 100 A2 und die nachveröffentlichte DE 102 34 735 A1 offenbaren bekannte Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit Kornelementen.
Bei der Herstellung von Speicherzellen werden bevorzugt grabenförmige Vertiefungen (bzw. tiefe Gräben, deep trenches) eingesetzt. Da eine in einer Speicherzelle speicherbare Ladung proportional zu der Kapazität der Speicherzelle ist, ist man, insbesondere vor dem Hintergrund einer zunehmenden Miniaturisierung mikroelektronischer Schaltungen, sehr daran interessiert, eine Kapazität von Speicherzellen auch bei einer zunehmenden Miniaturisierung oberhalb eines kritischen Werts zu halten.
In der Halbleitertechnik erfolgt eine Strukturierung durch eine Kombination von Lithografie mit geeigneten Ätzverfahren. Bei einer Erzeugung von nicht mehr nur planaren Flächen, sondern auch Flächen, die in einem Winkel zu einer Referenzfläche liegen (der Winkel erstreckt sich bis zu 90° und darüber hinaus), entstehenden jedoch Probleme, die eine Strukturierung derartiger gewinkelter Flächen mit Lithografie verhindern können.
Zur Lösung dieses Problems sind im Stand der Technik Verfahren vorgeschlagen worden, die zu einer Strukturierung in vertikaler Richtung eingesetzt werden können.
Im Hinblick auf eine Herstellung von Speicherzellen auf der Basis der Bereitstellung grabenförmiger Vertiefungen ist es gelungen, bestimmte Schichtsorten wie beispielsweise ein Oxid nur in einem unteren Bereich eines Grabens, d.h. einem Elektrodenbereich, oder nur in einem oberen Bereich eines Grabens, d.h. in einem Kragenbereich abzuscheiden.
Beispielsweise wurden Prozesse in einem unteren Bereich einer grabenförmigen Vertiefung durchgeführt, die u.a. eine ganzflächige Abscheidung eines Oxids, ein Füllen der Struktur mit einem geeigneten Füllmaterial, ein teilweises Rückätzen des Füllmaterials, ein Entfernen eines freiliegenden Oxids und eine vollständige Entfernung des Füllmaterials betreffen.
In einem oberen Bereich einer grabenförmigen Vertiefung wurden eine ganzflächige Abscheidung einer Ätzstoppschicht, beispielsweise einer Nitridschicht, ein Füllen einer Struktur mit einem geeigneten Füllmaterial, beispielsweise Polysilizium, eine teilweise Rückätzung eines Füllmaterials, eine Abtragung eines freiliegenden Nitrids in einem freiliegenden Bereich, eine Abscheidung bzw. eine thermische Generierung eines Oxids in einem freiliegenden Bereich, eine anisotrope Aufätzung eines Oxids, eine Entfernung eines Füllmaterials und eine Entfernung einer Ätzstoppschicht verwirklicht. Bei einem Einsatz geeigneter Füllmaterialien ist es möglich, die oben stehend beschriebene Prozedur ohne Ätzstoppschicht durchzuführen.
Zu einer derartigen Tiefenstrukturierung kann weiterhin nach dem Stand der Technik ein ALD (Atomic Layer Deposition, atomare Schichtabscheidungs)-Prozess zur Tiefenstrukturierung eingesetzt werden. ALD-Prozesse sind dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Prekursoren abwechselnd in eine Reaktionskammer eingelassen werden, wobei in einem solchen Zyklus selbstlimitierend eine Schicht definierter Dicke abgeschieden wird. Die Abscheidung in vertikalen Strukturen während eines Zyklus erfolgt dabei gerichtet, beginnend an der Oberfläche des Substrats. Durch eine Begrenzung der zugeführten Prekursorenmenge kann damit eine Abscheidung nur in einem oberen Grabenbereich der Struktur erreicht werden. Typischerweise kann z. B. Al₂O₃ auf diese Weise abgeschieden werden.
In herkömmlicher Weise wird eine Abscheidung in einer grabenförmigen Vertiefung, die nicht gleichmäßig in einem oberen Bereich (einem Kragenbereich) und einem unteren Bereich der grabenförmigen Vertiefung stattfindet, als eine "nicht-konforme" Abscheidung bezeichnet. Mit einer derartigen nicht-konformen Abscheidung lassen sich in dem durch diese Abscheidung erzeugten Kragenbereich unterschiedliche Materialien im Vergleich zu den tieferliegenden Bereichen abscheiden.
Zur Erhöhung einer Elektrodenoberfläche von Kondensatoren, die eine Speicherzelle ausbilden, werden in üblicher Weise im Inneren einer grabenförmigen Vertiefung Kornelemente aufgewachsen. Bei Verwendung unterschiedlicher Materialien im unteren Grabenbereich und im Kragenbereich können sich die in diesen Bereichen erzeugten Kornelemente nach Form und Größe unterscheiden. So werden beispielsweise bei dem Einsatz von Aluminiumoxid (Al₂O₃) im Kragenbereich bei einem derartigen Prozess große Kornelemente bereitgestellt, während in einem unteren Bereich der grabenförmigen Vertiefung eine Korngröße verringert ist.
Eine gemäß einem beispielhaften Verfahren erzeugte Speicherzellenstruktur ist in 7 gezeigt. Während die in dem unteren Bereich der grabenförmigen Vertiefung ausgebildeten Kornelemente K1 eine beinahe regelmäßige Struktur an den Seitenwänden der grabenförmigen Vertiefung bilden, besteht die Gefahr, dass aufgrund der erhöhten Korngröße im oberen Bereich der grabenförmigen Vertiefung derart große Kornelemente K2 entstehen, dass die Kornelemente K2 zusammenwachsen, beispielsweise an einer durch ein Bezugszeichen Z gekennzeichneten Stelle.
Es ist ein Hauptnachteil von Verfahren, dass die Herstellung einer Speicherzelle durch ein derartiges Zusammenwachsen von Körnern K2 im oberen Bereich der grabenförmigen Vertiefung stark erschwert wird.
Üblicherweise wird eine grabenförmige Vertiefung in ein Siliziummaterial (Si) geätzt, wobei an der Oberfläche des Silizium-Wafers eine Schutzschicht (Padnitrid) bereitgestellt ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle anzugeben, das eine verbesserte Struktur der eine Elektrodenoberfläche vergrößernden Kornelemente bereitstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein im Patentanspruch 1 angegebenes Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, ein Aufwachsen von Kornelementen an den Innenwänden einer grabenförmigen Struktur einer Speicherzelle derart zu beeinflussen, dass Kornelemente selektiv nur auf den Innenflächen der grabenförmigen Vertiefung in einem Elektrodenbereich, d.h. in einem unteren Bereich der grabenförmigen Vertiefung, aufwachsen, wobei in einem oberen Bereich, d.h. einem Kragenbereich der grabenförmigen Vertiefung, lediglich eine amorphe Siliziumschicht weiterwächst. In den beiden Bereichen liegen unterschiedliche Oberflächen vor.
Es ist somit ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass Speicherzellenstrukturen mit einer erhöhten Speicherkapazität bereitgestellt werden können, ohne dass ein oberer Bereich einer grabenförmigen Struktur durch ein Ausbilden von Kornelementen zuwächst. Weiterhin ist die entstehende Struktur für eine Integration vorteilhaft, da eine in einem oberen Bereich der Grabenstruktur bereitgestellte Al₂O₃-Schicht bei einer Entfernung eines Siliziums in einem oberen Bereich gleichmäßig beansprucht wird, bei einem Rückätzen von Kornelementen, die nach dem Stand der Technik in dem oberen Bereich entstehen, jedoch die nicht von Kornelementen bedeckten Bereiche stärker geätzt werden.
Der Kern der Erfindung besteht somit darin, eine amorphe Siliziumschicht auf den Innenflächen der grabenförmigen Vertiefung derart abzuscheiden, dass sich die amorphe Siliziumschicht in dem Kragenbereich schließt, während die amorphe Siliziumschicht in einem den unteren Bereich der grabenförmigen Vertiefung bildenden Elektrodenbereich keine geschlossene Struktur ausbildet, und Kornelemente selektiv auf den Innenflächen der grabenförmigen Vertiefung in dem Elektrodenbereich aufzuwachsen, wobei die amorphe Siliziumschicht in dem Kragenbereich der grabenförmigen Vertiefung weiterwächst.
In vorteilhafter Weise ist eine derartige zweistufige Abscheidung in einem einzigen Ofenprozess realisierbar.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einer Strukturierung des Substrats eine grabenförmige Vertiefung in das Substrat geätzt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird nach dem nicht-konformen Abscheiden der Barrierenschicht in dem Elektrodenbereich der grabenförmigen Vertiefung eine Seitenwand-Ätzung zur Verbreiterung des Elektrodenbereichs der grabenförmigen Vertiefung durchgeführt. In vorteilhafter Weise kann eine derartige Ätzung durch einen Nassätzprozess bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird nach dem Aufwachsen von Kornelementen auf den Innenflächen der grabenförmigen Vertiefung eine Gasphasendotierung an den Innenflächen des Elektrodenbereichs der grabenförmigen Vertiefung zum Bilden einer dotierten ersten Elektrode der Speicherzelle durchgeführt. Vorzugsweise stellt die Gasphasendotierung an den Innenflächen des Elektrodenbereichs der grabenförmigen Vertiefung eine Dotierung n⁺ der ersten Elektrode in dem Bereich von 10^–19 bis 10^–20 cm^–3 bereit.
Es ist zweckmäßig, wenn die Gasphasendotierung an den Innenflächen des Elektrodenbereichs der grabenförmigen Vertiefung mittels Arsin (AsH₃) durchgeführt wird.
Es ist vorteilhaft, dass die an den Innenflächen der grabenförmigen Vertiefung aufgewachsenen Kornelemente eine Korngröße in einem Bereich von 10 nm bis 80 nm (Nanometer) aufweisen. Es ist zweckmäßig, wenn vor einem Aufwachsen der Kornelemente in dem Elektrodenbereich der grabenförmigen Vertiefung eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO₂), vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 0,2 nm bis 1,5 nm bereitgestellt wird.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die auf den Innenflächen der grabenförmigen Vertiefung aufgewachsenen Kornelemente als hemisphärische Siliziumkörner ausgebildet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung füllt die Leitungsschicht, die vorzugsweise als ein Füllmaterial ausgebildet ist und auf der Dielektrikumsschicht abgeschieden wird, die grabenförmige Vertiefung vollständig aus. Vorzugsweise bildet die Leitungsschicht die zweite Elektrode der Speicherzelle.
Das Substrat wird aus Silizium, in bevorzugter Weise aus einem p-dotierten Silizium-Material gebildet.
Vorzugsweise ist in dem oberen Bereich, d.h. dem Kragenbereich der grabenförmigen Vertiefung, ein Siliziumnitrid-Material und/oder ein Aluminiumoxid-Material bereitgestellt.
Die grabenförmige Vertiefung in dem Substrat weist vorzugsweise eine Strukturbreite in einem Bereich von 20 nm bis 500 nm (Nanometer) auf. Vorzugsweise sind die auf den Innenflächen der grabenförmigen Vertiefung in dem Elektrodenbereich aufgewachsenen Kornelemente als hemisphärische Siliziumkörner gebildet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine grabenförmige Vertiefung in einem Substrat als ein Ausgangszustand des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 die in 1 gezeigte Anordnung nach einem Abscheiden einer Barrierenschicht in einem oberen Bereich der grabenförmigen Vertiefung;
3 die in 2 gezeigte Anordnung nach einem erfindungsgemäßen Aufwachsen einer amorphen Siliziumschicht in dem oberen Bereich der grabenförmigen Vertiefung und einem Aufwachsen von Kornelementen in einem unteren Bereich der grabenförmigen Vertiefung;
4 einen Dotierungsprozess bezüglich der in 3 gezeigten Anordnung;
5 die grabenförmige Vertiefung nach einer Entfernung der Barrierenschicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine vollständig ausgebildete Speicherzelle nach einem Abscheiden einer Dielektrikumsschicht einer Leitungsschicht auf die in 5 gezeigte Anordnung; und
7 einen Aufwachsprozess von Kornelementen nach einem beispielhaften Verfahren.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
In 1 ist ein Siliziumsubstrat 101 gezeigt, auf welches eine Nitridschicht als eine Schutzschicht (ein Pad-Nitrid) aufgebracht ist. Weiterhin ist in das in 1 gezeigte Substrat 101 eine grabenförmige Vertiefung (deep trench) 102 geätzt, die eine Breite 303 von typischerweise 20 nm bis 500 nm aufweist. Die in 1 gezeigte Anordnung bildet ein Grundelement zur Herstellung einer Speicherzelle.
2 zeigt die in 1 dargestellte Anordnung nach einer Abscheidung einer Barrierenschicht 103 in einem einen oberen Bereich der grabenförmigen Vertiefung 102 bildenden Kragenbereich 302.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 2 und den folgenden Figuren diejenigen Elemente, die bereits in vorangehenden Figuren beschrieben wurden, zur Verkürzung der Darstellung nicht erneut beschrieben werden.
In einem einen unteren Bereich der grabenförmigen Struktur 102 bildenden Elektrodenbereich 301 sind Innenflächen 105 nach dem in 2 gezeigten Prozessschritt unbeschichtet verblieben. Eine derartige nicht-konforme Abscheidung einer Schicht (eines Liners) mittels eines ALCVD-Prozesses ist Durchschnittsfachleuten in der Beschichtungstechnologie bekannt.
Die Barrierenschicht kann beispielsweise aus einem Siliziumnitrid-Material SiN und/oder einem Aluminiumoxid-Material Al₂O₃ bereitgestellt werden. Bei einer Prozessierung der in 2 gezeigten Struktur wird gemäß der vorliegenden Erfindung in dem unteren Bereich der grabenförmigen Vertiefung 102, d.h. in dem Elektrodenbereich 301 eine dünne Siliziumoxidschicht SiO₂ gebildet, welche beispielsweise eine Schichtdicke von weniger als 1 nm aufweist.
3 zeigt das erfindungsgemäße Aufwachsen von Kornelementen 104, das selektiv in dem Elektrodenbereich 301 (unterer Bereich der grabenförmigen Vertiefung 102) bereitgestellt ist. Hierbei ist es wesentlich, dass die Innenwände der grabenförmigen Vertiefung 102 in dem oberen Bereich, d.h. dem Kragenbereich 302, und dem unteren Bereich, d.h. dem Elektrodenbereich 301, unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Es sei darauf hingewiesen, dass vor einem Aufbringen der Kornelemente 104 zur weiteren Oberflächenerhöhung einer ersten Elektrode der Speicherzelle eine Seitenwandätzung mittels eines nasschemischen Prozesses vorgenommen werden kann. Dieser Zustand ist in 3 durch eine von der Kragenbereichsbreite 303 unterschiedliche Elektrodenbereichsbreite 303a dargestellt.
Bei der Abscheidung von Kornelementen bzw. hemisphärischen Körnern (HSG = Hemispherical Silicon Grain, hemisphärische Siliziumkörner) entstehen nun abhängig von dem Material der Seitenwand, auf dem die Kornelemente abgeschieden werden, unterschiedlich große Kornelemente. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Wachstum von Kornelementen auf SiN oder Al₂O₃ unterschiedlich von einem Kornwachstum auf SiO₂ ver läuft, derart, dass auf SiN oder Al₂O₃ größere Körner als auf SiO₂ aufwachsen.
Da als ein Interface für eine Abscheidung von Kornelementen im Normalfall eine dünne SiO₂-Schicht chemischen Ursprungs verwendet wird, bei der Verwendung üblicher Herstellungsverfahren für Speicherzellen (NOLA-Konzept) jedoch im oberen Bereich der grabenförmigen Vertiefung, d.h. im Kragenbereich, ein Al₂O₃-Material vorliegt, werden bei herkömmlichen Verfahren in dem Kragenbereich 302 stets größere Kornelemente als in dem Elektrodenbereich 301 gebildet.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, dass der Prozess eines Aufwachsens von Kornelementen 104 auf den Innenflächen 105 der grabenförmigen Vertiefung 102 in zwei Stufen in einem einzigen Ofenprozess durchgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt einen Effekt, derart, dass sich bei einer Abscheidung von amorphem Silizium auf Al₂O₃ eine geschlossene Schichtstruktur früher ausbildet als bei einer entsprechenden Abscheidung auf SiO₂, d.h. es wird ein Zeitintervall bereitgestellt, in welchem sich auf Al₂O₃ bereits eine geschlossene amorphe Siliziumschicht ausgebildet hat, während in dem darunterliegenden Elektrodenbereich 301 der grabenförmigen Vertiefung 102 auf der SiO₂-Schicht keine Abscheidung bzw. nur ein Inselwachstum feststellbar ist.
Zur technischen Nutzung dieses Effekts wird erfindungsgemäß zunächst amorphes Silizium abgeschieden, wobei diese Abscheidung unterbrochen wird, nachdem sich eine geschlossene Schicht aus amorphem Silizium auf dem in dem oberen Bereich 302 der grabenförmigen Vertiefung 102 vorhandenen Al₂O₃-Material gebildet hat, jedoch noch keine geschlossene Abscheidung auf dem darunterliegenden SiO₂-Material existiert. Anschließend werden die Prozessbedingungen (zweistufiger Prozess) derart verändert, dass es im Folgenden zu einer Abscheidung von Kornelementen 104 kommt, die nunmehr nur in dem unteren Bereich 301 der grabenförmigen Vertiefung 102 aufwachsen, während auf der geschlossenen amorphen Siliziumschicht in dem oberen Bereich 302 keine oder fast keine Kornelemente bzw. HSGs gebildet werden, so dass es dort überwiegend zu einer konformen Siliziumabscheidung kommt.
Somit erhält man in dem Kragenbereich 302 eine geschlossene, konformale Siliziumschicht, während in dem unteren Elektrodenbereich 301 die gewünschten Kornelemente 104 aufwachsen. Auf diese Weise wird der Nachteil von Verfahren gemäß dem Stand der Technik vermieden, derart, dass in dem Kragenbereich 302 ein Zuwachsen verhindert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt sich aus einer Kombination eines selektiven Aufwachsens von Kornelementen in dem Elektrodenbereich 301 und einem Aufwachsen einer amorphen Siliziumschicht in dem Kragenbereich 302 zusammen, wobei in vorteilhafter Weise lediglich ein einziger Ofenschritt erforderlich ist.
Die Abscheidebedingungen in dem zweistufigen Prozess sind wie folgt:

(i) Eine kurzzeitige Abscheidung von amorphem Silizium zur Erzeugung einer geschlossenen Schicht aus amorphem Silizium auf Al₂O₃ erfolgt bei einer Temperatur von 480 bis 520°C, einem Druck von 13,33224Pa bis 13332,24Pa (100m Torr bis 100 Torr), wobei eine Abscheidezeit bei 500°C 0,1 bis 20 Minuten beträgt; Silan, Disilan und Dichlorsilan sind dem Fachmann bekannte Precursor-Materialien, verdünnt mit H₂, N₂ oder Edelgasen.
(ii) Eine Abscheidung von Kornelementen 104, wobei die gewählten Bedingungen auf der in dem oberen Bereich 302 gebildeten amorphen Siliziumschicht zu keinen oder nur einer geringen Anzahl von Kornelementen führen und die amorphe Siliziumschicht im Wesentlichen konformal weiterwächst, erfolgt bei einer Temperatur von 520 bis 600°C, welche gegenüber dem Prozessschritt (i) erhöht ist, einem Druck von 13,33224Pa bis 13332,24Pa (100m Torr bis 100 Torr), welcher gegenüber dem Druck in dem Prozessschritt (i) verringert ist, bei einer Abscheidezeit von 1 Minute bis 3 Stunden. Die zu verwendenden Gasflüsse sind von der Anzahl der zu verarbeiteten Wafer abhängig.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Materialen bereitgestellt werden kann, beispielsweise kann an Stelle von Al₂O₃ ein Siliziumnitrid-Material SiN bereitgestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher nicht auf eine Herstellung einer Speicherzelle beschränkt, sondern kann für jedwedes selektive Auftragen von Kornelementen auf partiell mit Al₂O₃, SiN oder anderen Materialien bedeckten Substraten eingesetzt werden.
4 bis 6 zeigen weitere erfindungsgemäße Prozessschritte zur Herstellung einer Speicherzelle.
4 zeigt, dass nach einem Schritt eines Aufwachsens von Kornelementen 104 auf den Innenflächen 105 der grabenförmigen Vertiefung 102 und einer Entfernung von Silizium aus dem Kragenbereich eine Gasphasendotierung an den Innenflächen 105 in einem Dotierungsschritt 107 (durch Pfeile in 4 angezeigt) bereitgestellt wird. Eine derartige Dotierung führt in dem Elektrodenbereich 301 zu einer "buried plate", wobei eine hohe Dotierung n⁺ in dem Bereich von 10^–19 bis 10^–20 cm^–3 erzeugt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, eine n-Dotierung auf einem üblicherweise p-dotierten Siliziumsubstrat bereitzustellen, wobei eine derartige Dotierung nicht in dem Kragenbereich erfolgt.
5 veranschaulicht die in 4 gezeigte Anordnung nach einer Rückätzung bzw. einer Entfernung der Barrierenschicht 103, derart, dass die Oberflächen der Kornelemente 104 und die Innenfläche 105 der grabenförmigen Vertiefung freigelegt ist, so dass die Oberflächen einer ersten Elektrode der Speicherzelle zur Weiterbehandlung zugänglich sind.
6 veranschaulicht die beiden letzten Prozessschritte zur Herstellung der erfindungsgemäßen Speicherzelle, die Kornelemente 104 zur Oberflächenvergrößerung der ersten Elektrode lediglich in dem unteren Elektrodenbereich 301 aufweist, wobei in dem unteren Elektrodenbereich 301 weiterhin ein dotierter Elektrodenbereich 108 durch eine in dem Schritt gemäß 4 durchgeführte Dotierung bereitgestellt ist.
Wie in 6 veranschaulicht, ist die Oberfläche der Kornelemente 104 und die verbliebene Innenfläche 105 der grabenförmigen Vertiefung 102 mit einer Dielektrikumsschicht 202 versehen, die eine für das Einsatzgebiet der Speicherzelle geeignete Dielektrizitätszahl aufweist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Dielektrizitätszahl der Dielektrikumsschicht 202 derart eingestellt wird, dass einerseits ein hoher Wert der Dielektrizitätszahl bereitgestellt wird und andererseits ein elektrischer Widerstand der Dielektrikumsschicht und damit die Möglichkeit eines Spannungsdurchbruchs gering gehalten wird.
Als eine zweite Elektrode der erfindungsgemäßen Speicherzelle wird schließlich eine Leitungsschicht 203 auf der Dielektrikumsschicht 202 abgeschieden, wobei in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Leitungsschicht 203 den verbliebenen Innenraum der grabenförmigen Vertiefung 102 vollständig ausfüllt. Somit ist es möglich, durch einen Anschluss der Speicherzelle an den beiden Elektroden bzw. der Nitridschicht 201 und der Leitungsschicht 203 Ladungen in der Speicherzelle zu speichern.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.

101: Substrat
102: Grabenförmige Vertiefung
103: Barrierenschicht
104: Kornelemente
105: Innenfläche
106: Amorphe Siliziumschicht
107: Dotierungsschritt
108: Dotierter Elektrodenbereich
201: Nitridschicht
202: Dielektrikumsschicht
203: Leitungsschicht
301: Elektrodenbereich
302: Kragenbereich
303: Kragenbereichsbreite
303a: Elektrodenbereichsbreite
HSG: Hemisärische Si-Kornelemente, hemisperical silicon
: grains

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstrukur mit Kornelementen für einen Kondensator einer Speicherzelle, welches nachstehende in Reihenfolge verlaufende Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Substrats (101) aus Silizium; b) Strukturieren des Substrats (101), indem eine grabenförmigen Vertiefung (102) in das Substrat (101) geätzt wird; c) Bilden einer Barrierenschicht (103) in der grabenförmigen Vertiefung (102) des Substrats (101) aus einen Siliziumnitrid-Material und/oder einem Aluminiumoxid-Material derart, dass die Barrierenschicht (103) in einem einen oberen Bereich der grabenförmigen Vertiefung (102) bildenden Kragenbereich (302) eine Innenfläche (105) der grabenförmigen Vertiefung (102) abdeckt und in einem einen unteren Bereich der grabenförmigen Vertiefung (102) bildenden ersten Elektrodenbereich (301) die Innenfläche (105) der grabenförmigen Vertiefung (102) freilässt; d) Bilden einer Schicht aus Siliziumdioxid in dem Elektrodenbereich (301); e) Abscheiden einer amorphen Siliziumschicht (106) in einem ersten Schritt eines Ofenprozesses bei einer ersten Temperatur und einem ersten Druck derart, dass sich die amorphe Siliziumschicht (106) auf der Barrierenschicht (103) in dem Kragenbereich (302) schließt, während die amorphe Siliziumschicht (106) in dem ersten Elektrodenbereich (301) keine geschlossene Struktur ausbildet; f) Aufwachsen der Kornelemente (104) auf der Innenfläche (105) im ersten Elektrodenbereich (301) in einem zweiten Schritt des Ofenprozesses bei einer zweiten Temperatur und einem zweiten Druck, wobei die zweite Temperatur höher als die erste Temperatur ist und der zweite Druck niedriger als der erste Druck ist, wobei auf der im Kragenbereich (302) abgeschiedenen amorphen Siliziumschicht (106) keine Kornelemente wachsen und die amorphe Siliziumschicht (106) in dem Kragenbereich (302) der grabenförmigen Vertiefung (102) konform weiterwächst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte im Anschluss an Schritt f) durchgeführt werden: g) Entfernen der amorphen Siliziumschicht (106) und der Barrierenschicht (103) im Kragenbereich (302); h) Abscheiden einer Dielektrikumsschicht (202) auf den Oberflächen der Kornelemente (104) und der Innenfläche (105) der grabenförmigen Vertiefung (102) zum Ausbilden eines Dielektrikumsbereichs; und i) Abscheiden einer Leitungsschicht (203) auf der Dielektrikumsschicht (202) zum Ausbilden eines zweiten Elektrodenbereichs.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt c) eine Ätzung der freiliegenden Innenfläche (105) zur Verbreiterung des ersten Elektrodenbereichs (301) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt f) eine Gasphasendotierung an den Innenflächen (105) des ersten Elektrodenbereichs (301) der grabenförmigen Vertiefung (102) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasphasendotierung eine Dotierung in dem Bereich von 10^–19 bis 10^–20 cm^–3 bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasphasendotierung mittels Arsin (AsH₃) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im ersten Elektrodenbereich (302) aufgewachsenen Kornelemente (104) eine Korngröße in einem Bereich von 10 nm bis 80 nm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Innenflächen der grabenförmigen Vertiefung (102) aufgewachsenen Kornelementen (104) als hemisphärische Siliziumkörner ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsschicht (203), welche auf der Dielektrikumsschicht (202) abgeschieden wird, die grabenförmige Vertiefung (102) vollständig ausfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrierenschicht (103) durch eine nicht-konforme Abscheidung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrierenschicht (103) durch die folgenden Schritte gebildet wird: i) Füllen der grabenförmigen Vertiefung (102) mit einem Füllmaterial; ii) Entfernen des Füllmaterials in einem oberen Bereich der grabenförmigen Vertiefung (102); iii) Abscheidung der Barrierenschicht (103); iv) anisotropes Ätzen der Barrierenschicht (103); und v) Entfernen des verbliebenen Füllmaterials.