-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen
Kontakts für
ein in oder auf einem Substrat befindliches elektrisches Bauelement,
wobei der Kontakt in einem Zwischenraum zwischen benachbarten elektrischen
Leiterbahnen des Substrats örtlich
neben einer der Leiterbahnen und elektrisch getrennt von dieser
angeordnet wird, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Derartige
Verfahren zum Herstellen von Kontakten werden beispielsweise bei
der Produktion von DRAM-Speicherzellen eingesetzt.
-
Die
DE 101 41 301 A1 beschreibt
ein Herstellungsverfahren für
eine DRAM-Vorrichtung, bei der ein Kontakt räumlich zwischen zwei Bitleiterbahnen
gebildet wird.
-
In
der
US 6,165,879 A wird
ein Verfahren zur Herstellung einer Metalloxid-Halbleitervorrichtung
für ein
DRAM vorgestellt. Das Verfahren geht von einer Struktur aus, die
zwei auf einem Substrat vorhandene Leiterbahnen umfasst.
-
Die
EP 0 771 024 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines selbst ausrichtenden Halbleiterbauelementkontakts örtlich zwischen
zwei Leiterbahnen.
-
Ein
anderes Verfahren zur Herstellung eines selbst ausrichtenden Kontakts
ist aus der
US 6,235,593
B1 bekannt. Dabei wird räumlich neben einer Leiterbahn
ein Kontakt hergestellt, der gegenüber der Leiterbahn durch einen
ersten Spacer aus Siliziumoxid elektrisch getrennt ist.
-
Aufgrund
der im Bereich der elektronischen Bauelemente fortschreitenden Miniaturisierung
tritt das Problem auf, dass bei der Herstellung eines Kontaktes
Kurzschlüsse
zur benachbarten Leiterbahn auftreten können.
-
Der
Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde,
ein zuverlässiges
Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kontakten anzugeben, bei
dem Kurschlüsse
zwischen Kontakt und benachbarter Leiterbahn vermieden und eine
kapazitive Kopplung zwischen Kontakt und Leiterbahn so gering wie
möglich
gehalten wird.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Merkmale des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 sind aus der
US 6 235 593 B1 bekannt.
-
Danach
weist das erfindungsgemäße Verfahren
folgende Verfahrensschritte auf:
- – der elektrische
Kontakt wird in einem Zwischenraum zwischen benachbarten elektrischen
Leiterbahnen des Substrats örtlich
neben einer der Leiterbahnen des Substrats und elektrisch getrennt von
dieser angeordnet,
- – auf
die Leiterbahnen wird jeweils eine Schutzkappe aus nichtleitendem
Material aufgebracht,
- – vor
dem Aufbringen des Kontakts auf dem Seitenwandbereich der Leiterbahnen
und auf dem Seitenwandbereich der Schutzkappen wird eine erste Spacerschicht
aufgetragen, die die Leiterbahnen jeweils elektrisch von dem Kontakt
trennt,
- – der
Zwischenraum wird nach dem Auftragen der ersten Spacerschicht mit
einem Füllmaterial
gefüllt,
- – das
Füllmaterial
wird gemeinsam mit der ersten Spacerschicht bis zu einer vorgegeben
Tiefe weggeätzt,
so dass die erste Spacerschicht in einem oberen Seitenwandabschnitt
der Schutzkappen entfernt wird und in einem unteren Seitenwandabschnitt
stehen bleibt,
- – auf
dem oberen Seitenwandabschnitt der Schutzkappen wird eine zweite
Spacerschicht aufgetragen, wobei die zweite Spacerschicht aus einem
anderen Material als die zuvor aufgetragene erste Spacerschicht
besteht und die zweite Spacerschicht die erste Spacerschicht gegen
einen senkrecht zur Oberfläche
des Substrats erfolgenden gerichteten, anisotropen Ätzangriff schützt.
-
Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass sich durch die zusätzliche
seitliche Spacerschicht eine ausreichende Isolation zwischen Kontakt
und Leiterbahn erreichen lässt.
-
Um
eine besonders gute kapazitive Entkopplung zwischen Kontakt und
Leiterbahn zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn
für die Spacerschicht
ein Isolationsmaterial mit einer möglichst kleinen Dielektrizitätskonstante
verwendet wird. Siliziumoxid ist beispielsweise besser geeignet als
Siliziumnitrid, weil es eine Dielektrizitätskonstante von nur ca. 3,9
aufweist, im Gegensatz zu Siliziumnitrid mit einer Dielektrizitätskonstante
von ca. 7,8. Zusätzliche
Kopplungskapazitäten
zwischen Kontakt und Leiterbahn sind beispielsweise bei DRAM-Speicherbausteinen
oder auch bei elektronischen Logikbausteinen deshalb unerwünscht, weil diese
die Schaltgeschwindigkeit der „Chips" begrenzen und im
Falle von Speicherbausteinen größere Speicherkondensatoren
erforderlich machen als dies ohne kapazitive „Zusatzkopplung" der Fall ist.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
verwendet zwei Spacerschichten, nämlich eine „untere" erste Spacerschicht, die die Leiterbahn
von dem Kontakt trennt und kapazitiv bestmöglich entkoppelt; für die erste
Spacerschicht wird demgemäß ein Material
mit einer möglichst
kleinen Dielektrizitätskonstante
gewählt.
Die Funktion der zweiten „oberhalb" bzw. im oberen Seitenwandabschnitt
der Schutzkappe angeordneten Spacerschicht besteht darin, die „unterhalb" angeordnete Spacerschicht
im weiteren Verfahrensverlauf zu schützen. Wird nämlich als
erste Spacerschicht beispielsweise Siliziumoxid auf getragen, so ist
dieses unter Umständen
nicht widerstandsfähig genug,
um Ätzangriffen,
die während
der weiteren Kontaktherstellung erforderlich sind, standzuhalten. Um
dieses Problem zu bewältigen,
wird im oberen Seitenwandabschnitt der Schutzkappe die zweite Spacerschicht
aufgetragen, die vorzugsweise aus einem widerstandsfähigeren
Material wie beispielsweise Polysilizium besteht. Da die zweite
Spacerschicht auf der nichtleitenden Schutzkappe aufliegt, muss die
zweite Spacerschicht im Übrigen
nicht aus nichtleitendem Material bestehen; vielmehr kann sie beispielsweise
auch aus einem hochleitfähigen
Polysilizium bestehen, dass zusammen mit dem Kontaktmaterial des
Kontaktes elektrisch zusammenwirkt und somit einen Bestandteil des
elektrischen Kontakts bildet.
-
Vor
dem Füllen
des Zwischenraums mit Füllmaterial – also nach
dem Aufbringen der ersten Spacerschicht auf dem Seitenwandbereich
der Schutzkappen sowie auf dem Seitenwandbereich der Leiterbahnen – wird vorzugsweise
noch ein Schutzliner, beispielsweise ein Siliziumnitridliner, aufgebracht,
der gegenüber
den im Weiteren Verfahrensverlauf verwendeten Ätzmitteln widerstandsfähiger als
das Material der ersten Spacerschicht (z. B. Siliziumoxidmaterial)
ist.
-
Nach
dem Füllen
des Zwischenraums wird auf der Oberseite der Schutzkappen bevorzugt
eine Isolationsschicht aufgebracht und derart strukturiert, dass
auf der Oberseite der Schutzkappen der beiden Leiterbahnen jeweils
ein Isolationsabschnitt gebildet wird.
-
Besonders
bevorzugt sind die Isolationsabschnitte jeweils kleiner als die
Oberseite der jeweiligen Schutzkappe, so dass bei der Bildung der
zweiten Spacerschicht Stufen entstehen. Durch eine solche Dimensionierung
und die Stufenbildung lassen sich vergrößerte Landeflächen („landing
pads") – also größere Kontaktflächen – für eine spätere Kontaktierung
der fertiggestellten Kontakte ermöglichen.
-
Nach
der Herstellung der zweiten Spacerschicht auf dem oberen Seitenwandabschnitt
der Schutzkappen wird das Füllmaterial
bevorzugt vollständig
entfernt; unmittelbar oder mittelbar anschließend wird in den Zwischenraum
ein leitendes Kontaktmaterial eingefüllt, das den elektrischen Kontakt bildet.
-
Nach
der Herstellung der zweiten Spacerschicht und noch vor dem Einfüllen des
leitenden Kontaktmaterials in den Zwischenraum kann außerdem noch
ein Implantationsschritt durchgeführt werden, durch den leitfähige Bereiche,
vorzugsweise Source- oder
Drainbereiche eines Feldeffekttransistors, in dem Substrat gebildet
werden.
-
Mit
dem beschriebenen Verfahren kann auf einem Substrat, auf dem eine
Mehrzahl an Leiterbahnen vorhanden ist, eine Vielzahl an Kontakten
zwischen den Leiterbahnen hergestellt werden.
-
Um
die hergestellten Kontakte elektrisch voneinander zu trennen, kann
nach dem Einfüllen des
leitenden Kontaktmaterials beispielsweise ein CMP-Schritt (CMP:
Chemical Mechanical Polishing) durchgeführt werden.
-
Besonders
bevorzugt wird das beschriebene Verfahren im Bereich der Mikroelektronik
durchgeführt,
wobei Kontakte für
Source- oder Drain-Anschlüsse
von Feldeffektransistoren, insbesondere solche einer Speicherzelle,
hergestellt werden. Die Kontakte werden in diesem Falle durch die
erste Spacerschicht beispielsweise von Gate-Leiterbahnen des jeweiligen
Transistors oder eines benachbarten Transistors getrennt.
-
Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf ein elektronisches Bauelement, insbesondere eine DRAM-Speicherzelle,
mit zumindest einem Feldeffektransistor mit einem Gatekontakt, der
mit einer Leiterbahn in Verbindung steht, und mit einem elektrischen
Source- oder Drain-Kontakt neben der Leiterbahn.
-
Der
Erfindung liegt diesbezüglich
die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Bauelement, insbesondere
eine DRAM-Speicherzelle,
anzugeben, bei dem Kurschlüsse
zwischen dem Kontakt und der benachbarten Leiterbahn vermieden werden
und eine kapazitive Kopplung zwischen dem Kontakt und der Leiterbahn
so gering wie möglich
gehalten wird.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
elektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
-
Die
Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 12 sind aus der
DE 101 41 301 A1 bekannt.
-
Danach
ist eine Schutzkappe aus nichtleitendem Material auf der Oberseite
der Leiterbahn aufgebracht, auf dem Seitenwandbereich der Leiterbahn sowie
auf einem unteren Seitenwandabschnitt der Schutzkappe ist eine erste
Spacerschicht aus nichtleitendem Material vorhanden, auf einem oberen
Seitenwandabschnitt der Schutzkappe ist eine zweite Spacerschicht
aus einem anderen Material als die erste Spacerschicht aufgetragen,
und das Kontaktmaterial des Kontakts grenzt seitlich an die erste Spacerschicht
auf der Leiterbahn, seitlich an die erste Spacerschicht auf dem
unteren Seitenwandabschnitt der Schutzkappe und seitlich an die zweite
Spacerschicht auf dem oberen Seitenwandabschnitt der Schutzkappe
mittelbar oder unmittelbar an. Dabei besteht die erste Spacerschicht aus
Oxid-Material oder weist Oxid-Material auf und die zweite Spacerschicht
besteht aus Polysilizium-Material oder weist Polysilizium-Material
auf.
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements
ist im Unteranspruch angegeben. Bezüglich der Vorteile des elektronischen
Bauelements und bezüglich
der Vorteile der vorteilhaften Ausgestaltung des elektronischen
Bauelements wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwiesen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigen beispielhaft:
-
1 ein
Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes elektronisches
Bauelement während eines
beispielhaften Herstellungsverfahrens im Querschnitt;
-
2 das
Bauelement gemäß 1 nach einer
weiteren Bearbeitung und
-
3 das
Bauelement gemäß den 1 und 2 nach
der Fertigstellung der Kontakte.
-
In
den 1 bis 3 werden für identische oder vergleichbare
Elemente der Übersicht
halber stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
-
In
der 1 erkennt man ein Siliziumsubstrat 10,
auf dem eine Gateoxidschicht 20 aufgetragen ist. Auf der
Gateoxidschicht 20 befinden sich zwei Gate-Leiterbahnen 30a und 30b,
die jeweils durch eine obere Leiterbahnschicht 40 und eine
untere Leiterbahnschicht 50 gebildet sind. Die untere Leiterbahnschicht 50 besteht
beispielsweise aus hochdotiertem Polysilizium, während die obere Leiterbahnschicht 40 beispielsweise
aus Metall besteht.
-
Auf
den beiden Gate-Leiterbahnen 30a und 30b ist jeweils
eine Schutzkappe 60a bzw. 60b aufgebracht. Die
Schutzkappen 60a und 60b bestehen beispielsweise
aus Nitrit.
-
Die
in der 1 dargestellten Gate-Leiterbahnen 30a und 30b sowie
die darüber
befindlichen Schutzkappen 60a und 60b lassen sich
beispielsweise herstellen, indem auf die Gateoxidschicht 20 zunächst unstrukturiert
die untere Leiterbahnschicht 50, die obere Leiterbahnschicht 40 sowie
eine Nitrid-Schutzkappenschicht 60 (z.
B. aus Siliziumnitrid) aufgebracht werden. Das aus diesen drei Schichten 40, 50 und 60 bestehende
Schichtpaket wird anschließend
im Rahmen eines Maskierungs – und Ätzschrittes
derart strukturiert, dass die in der 1 dargestellten
Gate-Leiterbahnen 30a und 30b sowie die darauf
befindlichen Schutzkappen 60a und 60b gebildet
werden.
-
Auf
die Seitenwandbereiche 70 der beiden Schutzkappen 60a und 60b sowie
auf die Seitenwandbereiche 80 der beiden Gate-Leiterbahnen 30a und 30b wird
nachfolgend eine erste Spacerschicht 100 – vorzugsweise
aus einem nichtleitenden Material mit einer relativ kleiner Dielektrizitätskonstante
wie bei spielsweise einem Siliziumoxid-Material – aufgebracht und anisotrop,
und zwar senkrecht zur Oberfläche
des Substrates 10, geätzt.
Durch diesen Ätzschritt
bilden sich auf den Seitenwandbereichen 70 und 80 sogenannte
Spacer 100'.
Nach der Fertigstellung der Spacer 100' wird vorzugsweise – jedoch
ist dies nicht zwingend erforderlich – ein Schutzliner 110 (z.
B. aus Siliziumnitrid-Material) ganzflächig aufgebracht.
-
Der
zwischen den Leiterbahnen 30a und 30b befindliche
Zwischenraum 120 wird in einem weiteren Prozessschritt
mit einem Füllmaterial 130 aus
einem isolierenden Material, beispielsweise einem Oxid (z. B. BPSG – oder SOG-Oxid
(BPSG: Bor-Phosphor-Silikat-Glas
(stark dotiertes SiO2); SOG: Spin-On-Glas (gut verfließendes SiO2-Material)) gefüllt. Auf das resultierende
Schichtpaket wird eine Isolationsschicht 140 aufgebracht,
die beispielsweise ebenfalls aus einem Oxid, insbesondere einem LPTEOS-Oxid
(LPTEOS: Low Pressure Oxidabscheidung) besteht.
-
Die
Isolationsschicht 140 wird mit einer Maske 150 mit
einer Lochstruktur versehen, die in der 1 bereits
vorstrukturiert ist und aus einer Hartmaskenschicht 160 sowie
einer Fotolackschicht 170 besteht. Die Maske 150 wird
strukturiert und das resultierende Schichtpaket einem Ätzschritt
unterworfen. Bei diesem Ätzschritt
wird die Isolationsschicht 140 sowie das Füllmaterial 130 bis
zu einer vorgegebenen Tiefe T geätzt
(vgl. 2). Bei dieser Ätzung wird gleichzeitig das
auf einem oberen Seitenwandabschnitt 200 der beiden Schutzkappen 60a und 60b befindliche
Spacermaterial der ersten Spacerschicht 100 gemeinsam mit
der darauf befindlichen Schutzlinerschicht 110 entfernt.
Ein unterer Seitenwandabschnitt 210 der beiden Schutzkappen 60a und 60b bleibt
dabei von der ersten Spacerschicht 100, dem Schutzliner 110 sowie
dem Füllmaterial 130 bedeckt.
-
Durch
den beschriebenen Ätzschritt
wird die Isolationsschicht 140 derart strukturiert, dass
sich zwei Isolationsabschnitte 230a und 230b bilden,
die jeweils auf der Oberseite der Schutzlinerschicht 110 und
damit auf den Schutzkappen 60a bzw. 60b angeordnet
sind.
-
Auf
die resultierende Struktur wird anschließend eine zweite Spacerschicht,
vorzugsweise aus einem leitenden Polysilizium-Material, aufgetragen, so dass die oberen
Seitenwandabschnitte 200 der beiden Schutzkappen 60a und 60b sowie
die beiden Isolationsabschnitte 230a und 230b von
der zweiten Spacerschicht abgedeckt werden. Die zweite Spacerschicht
ist in der 2 mit dem Bezugszeichen 250 gekennzeichnet.
Die resultierende Struktur zeigt die 2.
-
In
nachfolgenden Verfahrensschritten wird die in der 2 dargestellte
Struktur einem anisotropen Ätzschritt
unterworfen, bei dem das Füllmaterial 130 im
Zwischenraum 120 vollständig
entfernt wird. Die zweite Spacerschicht 250 liegt – wie sich
in der 2 erkennen lässt – oberhalb
der ersten Spacerschicht 100, so dass bei diesem anisotropen Ätzschritt
die untere Oxid-Spacerschicht 100 von der oberen zweiten
Polysilizium-Spacerschicht 250 geschützt wird. Bei dem anisotropen Ätzschritt
wird somit im Wesentlichen nur das Füllmaterial 130 weggeätzt; die
erste Spacerschicht 100 auf dem unteren Seitenwandabschnitt 210 der
beiden Schutzkappen 60a und 60b sowie im unteren
Seitenwandbereich 80 der beiden Leiterbahnen 30a und 30b bleibt
dabei weitgehend unversehrt. Die Schutzlinerschicht 110 verbleibt
bei diesem Ätzschritt
je nach Prozessführung
auf der ersten Spacerschicht 100 oder wird von dieser entfernt.
-
Wie
bereits erwähnt
und wie sich in der 2 erkennen lässt, befindet sich die zweite Spacerschicht 250 auf
dem oberen Seitenwandabschnitt 200 und die erste Spacerschicht 100 auf
dem unteren Seitenwandabschnitt 210, so dass also die zweite
Spacerschicht 250 „oberhalb" der ersten Spacerschicht 100 liegt;
unter dem Begriff „oberhalb" ist also die relative
Lage der beiden Spacerschichten auf den Seitenwandabschnitten gemeint und
nicht deren relative Lage zueinander: Relativ zueinander liegen
die beiden Spacerschichten 100 und 250 – bezogen
auf die Seitenwandabschnitte 200 und 210 – „nebeneinander" und nicht „aufeinander".
-
Nachdem
das Füllmaterial 130 aus
dem Zwischenraum 120 vollständig entfernt ist, können im Rahmen
eines Implantationsschrittes Source- und/oder Drain-Bereiche in
das Siliziumsubstrat 10 implantiert werden, indem entsprechende
Dotierstoffe in das Substrat 10 eingebracht werden. Durch
diesen Implantationsschritt wird eine in den 1 bis 3 nicht
weiter dargestellte Feldeffekttransistorstruktur im Substrat 100 gebildet.
-
Nach
dem Implantationsschritt wird Kontaktmaterial 300 in den
Zwischenraum 120 eingeführt, womit
die Bildung fertiger Kontakte 310 auf dem Siliziumsubstrat 10 abgeschlossen
wird. Dies zeigt die 3.
-
Wie
sich in den 2 und 3 erkennen lässt, sind
die Isolationsabschnitte 230a und 230b kleiner
als die Oberfläche
der beiden Schutzkappen 60a und 60b, so dass beim
Abscheiden bzw. Aufbringen der zweiten Spacerschicht 250 Stufen 350 entstehen.
Der Vorteil dieser Stufen 350 besteht darin, dass die Landeflächen 360 der
Kontakte 310 breiter sind als die Breite A des Zwischenraumes 120 zwischen
den Leiterbahnen 30a und 30b. Eine Kontaktierung
der hergestellten Kontakte 310 ist somit einfacher möglich als
bei einer anderen Prozessführung,
bei der die Isolationsabschnitte 230a und 230b dieselbe
Größe bzw.
Fläche
aufweisen wie die darunter liegende Oberseite der beiden Schutzkappen 60a und 60b und
damit keine Stufen 350 gebildet werden.
-
- 10
- Siliziumsubstrat
- 20
- Gateoxidschicht
- 30
- Gate-Leiterbahnschicht
- 30a,
30b
- Gate-Leiterbahn
- 40
- obere
Leiterbahnschicht
- 50
- untere
Leiterbahnschicht
- 60
- Schutzkappenschicht
- 60a,
60b
- Schutzkappen
- 70
- Seitenwandbereich
der Schutzkappen
- 80
- Seitenwandbereich
der Leiterbahnen
- 100
- erste
Spacerschicht
- 100'
- Spacer
- 110
- Schutzliner
- 120
- Zwischenraum
- 130
- Füllmaterial
- 140
- Isolationsschicht
- 150
- Maske
- 160
- Hartmaskenschicht
- 170
- Fotolackmaske
- 200
- oberer
Seitenwandabschnitt der Schutzkappen
- 210
- unterer
Seitenwandabschnitt der Schutzkappen
- 230a,
230b
- Isolationsabschnitte
- 250
- zweite
Spacerschicht
- 300
- Kontaktmaterial
- 310
- Kontakte
- 350
- Stufen
- 360
- Landeflächen