DE102006036076A1

DE102006036076A1 - Kondensatorbauelement mit einer mäanderförmig angeordneter Schichtstruktur

Info

Publication number: DE102006036076A1
Application number: DE102006036076A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr.-Ing. Ahrens; Raimund Dipl.-Phys. Foerg; Klaus Koller; Kai-Olaf Dipl.-Phys. Dr. Subke
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: DE102006036076B4; US20080029799A1; US7763520B2

Abstract

Ein Kondensatorbauelement umfasst ein Substrat 100, eine erste leitfähige Struktur 120, eine zweite leitfähige Struktur 130, eine dielektrische Schichtstruktur 140 und eine Ausnehmung 145 in dem Substrat 100. Die erste und zweite leitfähige Struktur 120, 130 sind auf gegenüberliegenden Seiten der dielektrischen Schichtstruktur 140 angeordnet und die dielektrische Schichtstruktur 140 erstreckt sich in einem Querschnitt durch die Ausnehmung 145 mäanderförmig.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kondensatorbauelement mit mäanderförmig angeordneter Schichtstrukturen und insbesondere auf einen selbstjustierten gefalteten Trenchkondensator zur Erhöhung einer Flächenkapazität im Vergleich zu einem einfachen Trenchkondensator.
Ein Kondensator (oder Kapazität) weist zumindest zwei leitfähige Schichten (Kondensatorelektroden) auf, die durch eine dielektrische Schicht entlang einer Schichtfläche elektrisch getrennt sind. Kondensatoren finden unter anderem Anwendung in folgenden Technologien: BiPOLAR, BiCMOS, CMOS; DRAM. Für elektronische Schaltungen, die große Kapazitäten benötigen, können übliche Plattenkondensatoren (MIS- und/oder MIM-Kapazitäten; MIS = Metal-Isolator-Semiconductor = Metall-Isolator-Halbleiter); MIM = Metall-Isolator-Metall Kapazitäten) verwendet werden.
Der Kondensator weist eine Kapazität auf, die für gegebene Materialien und Schichtdicken von der Schichtfläche abhängt. Damit führt eine Verkleinerung des Kondensators zu einer Verringerung seiner Kapazität. Im Zuge einer immer weiter fortschreitenden Miniaturisierung, ist es wichtig, Kondensatoren bereitzustellen, die auf kleinstem Raum immer noch eine akzeptable Kapazität aufweisen. Eine Erhöhung der Flächenkapazität von passiven Kondensatoren ist wichtig, um verfügbare Technologien weiter zu entwickeln.
Zusammenfassung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die vorliegenden Erfindung ein Kondensatorbauelement mit einem Substrat, eine ersten leitfähigen Struktur, eine zweite leitfähigen Struktur, eine dielektrischen Schichtstruktur und eine Ausnehmung in dem Substrat, wobei die erste und zweite leitfähige Struktur auf gegenüberliegenden Seiten der dielektrischen Schichtstruktur angeordnet sind und die dielektrisch Schichtstruktur sich in einem Querschnitt durch die Ausnehmung mäanderförmig erstreckt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die vorliegende Erfindung ein Kondensatorbauelement mit einem Substrat, einen Graben in dem Substrat, wobei das Substrat an einem Grabenboden und einer Grabenwand dotiert ist, um einen dotierten Bereich zu bilden, zumindest ein von dem Grabenboden hervorstehendes leitfähiges Element, wobei der dotierte Bereich und die leitfähigen Elemente eine erste Elektrodenstruktur bilden. Außerdem umfasst das Kondensatorbauelement eine zweite Elektrodenstruktur und eine dielektrische Schichtstruktur, die sich in dem Graben mäanderförmig erstreckt, wobei die erste und zweite Elektrodenstruktur auf gegenüberliegenden Seiten der dielektrischen Schicht angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensatorbauelementes in einer Ausnehmung in einem Substrat mit einem Schritt eines Bildens einer ersten leitfähigen Struktur und einer dielektrischen Schichtstruktur in der Ausnehmung derart, dass die erste leitfähige Struktur sich von einem Boden zu einer Öffnung der Ausnehmung erstreckt und die dielektrische Schichtstruktur auf der ersten leitfähigen Struktur angeordnet ist und sich in einem Querschnitt der Ausnehmung mäanderförmig erstreckt und einen Schritt eines Bildens einer zweiten leitfähigen Struktur auf der dielektrischen Schicht struktur derart, dass die dielektrische Schichtstruktur die erste und zweite leitfähige Struktur elektrisch trennt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensatorbauelementes in einem Graben in einem Substrat mit einem Schritt eines Bildens einer leitfähigen Struktur entlang eines Grabenbodens und einer Grabenwand und ein zumindest einmaliges Durchführen folgender Schrittfolge. Die Schrittfolge umfass ein Abscheiden von Dielektrikum in dem Graben, ein Abscheiden eines leitfähigen Materials in dem Graben, ein Entfernen des leitfähigen Materials an dem Grabenboden und einer Oberfläche durch anisotropes Ätzen, ein Abscheiden von Dielektrikum, ein Entfernen des Dielektrikums an dem Grabenboden und der Oberfläche durch anisotropes Ätzen, ein Abscheiden leitfähigen Materials in dem Graben, ein Entfernen des leitfähigen Materials an dem Grabenboden durch anisotropes Ätzen, ein Abscheiden von Dielektrikum in dem Graben, ein Abscheiden leitfähigen Materials in dem Graben und elektrisches Verbinden des leitfähigen Materials auf einer dem Substrat abgewendeten Seite des Dielektrikums zu einer zweiten Elektrodenstruktur, wobei das leitfähige Material in dem Graben auf einer dem Substrat zugewendeten Seite des Dielektrikums und die leitfähigen Struktur entlang des Grabenbodens und der Grabenwand die erste Elektrodenstruktur bildet.
Kurzbeschreibung der Figuren
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht durch eine Trenchkapazität mit doppeltem Multistack-Aufbau; und
2a-m einen schematischer Prozessablauf zur Herstellung der Trenchkapazität gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bevor im Folgenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
Detaillierte Beschreibung
Um hohe Flächenkapazitäten zu erreichen, werden bei Bedarf auch Trenchkondensatoren verwendet. Es werden hier tiefe Gräben oder Löcher in ein Substrat (z.B. Silizium) geätzt. Die Gräben werden dann mit einem Dielektrikum bzw. einer dielektrischen Schicht und anschließend mit einer leitenden Elektrode aufgefüllt. Durch eine Integration des Kondensators in die Tiefe können die erreichten Kapazitäten um einen Faktor 10 bis 20 gegenüber den MIS/MIM-Kondensatoren erhöht werden.
Der Graben oder das Loch weisen eine Breite auf, die durch eine verwendete Lithographie begrenzt ist, und eine gegenwärtige untere Grenze liegt bei ungefähr 0,35 μm. Das Dielektrikum zwischen dem Graben im dem Substrat und der Elektrode ist begrenzt durch eine Dicke der dielektrischen Schicht bzw. einem erlaubtem Leckstrom oder Durchbruchfestigkeit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird durch ein mehrfaches Übereinanderfalten von Trenchkondensatoren eine weitere Erhöhung der Flächenkapazität erzielt. Dies bedeutet, dass die dielektrische Schicht nicht einfach nur den Graben ausfüllt, sondern innerhalb des Gra bens bzw. in einem Querschnitt von dem Graben sich mehrfach gefaltet oder mäanderförmig erstreckt.
Der Graben bzw. das Loch im Substrat wird beispielsweise über einen lithographischen Schritt bzw. Fototechnik gebildet und umfasst einen Boden und zumindest eine Wand, die sich vorzugsweise möglichst senkrecht von dem Boden zu einer Oberfläche des Substrats erstreckt. Daran anschließend werden in mehreren Schritten leitfähige und dielektrische Schichten abgeschieden und beispielsweise anisotrop geätzt, so dass die leitfähigen bzw. dielektrische Schichten nur von dem Boden oder von der Oberfläche entfernt werden, nicht aber von der Wand.
Durch eine geeignete Reihenfolge der Prozessschritte, die weiter unten anhand eines Beispieles detailliert erläutert werden, kann damit von der Wand des Grabens oder des Lochs eine alternierende Schichtfolge aus leitfähigem und dielektrischen Material erzeugt werden, welche Schichtdicken aufweisen, die durch das Abscheiden des leitfähigen bzw. dielektrischen Materials definiert sind und nicht über einen Fotoprozess justiert werden.
Durch eine geeignete Prozessführung werden die dielektrischen Schichten derart miteinander verbunden, dass eine einzige dielektrische Schicht zwei elektrisch leitfähige Strukturen trennt. Die resultierende dielektrische Schicht erstreckt sich dabei mäanderförmig oder gefaltet in dem Graben oder dem Loch und die beiden elektrisch getrennten leitfähigen Strukturen bilden die beiden Kondensatorelektroden. Abhängig von einer Technologie-bedingten minimalen Schichtdicke, die beispielsweise die Durchbruchfestigkeit sicherstellt, kann die Prozessierung sukzessiv so lange wiederholt werden, bis eine gegebene Grabenbreite ausgefüllt ist.
Eine elektrische Kontaktierung der beiden Kondensatorelektronen erfolgt beispielsweise über einen vergrabenen Leiter (Burried Layer) und einer Topelektrode aus beispielsweise dotiertem Poly-Silizium. Die dielektrische Schicht zwischen den Kondensatorelektroden kann beispielsweise mittels einem CVD-Verfahren (CVD = chemical vapour deposition) erzeugt werden und als mögliche Materialien Oxid, Siliziumnitrid oder ONO (Oxid-Nitrid-Oxid) aufweisen.
In anderen Worten, beschreiben die folgenden Ausführungsbeispiele ein Kondensatorbauelement mit einem Substrat mit einer Ausnehmung, einer ersten leitfähigen Struktur in der Ausnehmung, einer zweiten leitfähigen Struktur in der Ausnehmung und einer dielektrischen Schichtstruktur, wobei die erste und zweite leitfähige Struktur auf gegenüberliegenden Seiten der dielektrischen Schichtstruktur angeordnet sind und die dielektrisch Schichtstruktur sich in einem Querschnitt durch die Ausnehmung mäanderförmig erstreckt. In wiederum anderen Worten beschreiben sie ein Kondensatorbauelement mit einem Substrat mit einem Graben, wobei das Substrat an einem Grabenboden und einer Grabenwand dotiert ist, um einen dotierten Bereich zu bilden, wobei zumindest ein von dem Grabenboden hervorstehendes leitfähiges Element, eine zweite Elektrodenstruktur in dem Graben und eine dielektrische Schichtstruktur, die sich in dem Graben mäanderförmig erstreckt, vorgesehen sind, wobei der dotierte Bereich und das zumindest eine leitfähige Element eine erste Elektrodenstruktur bilden und die erste und zweite Elektrodenstruktur auf gegenüberliegenden Seiten der dielektrischen Schicht angeordnet sind.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen gegenüber einer herkömmliche Prozessführung eine Reihe von Vorteilen auf. So ist die Prozessführung selbstjustiert (benötigt keine zusätzliche Fotoebenen) und kann somit auch ohne hochauflösende Belichtung (< i-line-Belichtung) realisiert werden.
Die Prozessführung weist zwei Fotoebenen mit beispielsweise 1 μm Auflösung (d.h. g-line-Belichtung) auf. Nach einer beispielsweise gewählten Siliziumtrenchätzung erfolgt eine die Prozessabfolge selbstjustiert. Dies bedeutet, dass nachfolgende Prozesse auf die vorangegangenen Prozesse ohne Strukturierung justiert sind. Bei gleicher Geometrie wie bei konventionellen Trenchkondensatoren kann dadurch beispielsweise eine Erhöhung der Flächenkapazität um einen Faktor 4 erreicht werden. Durch die Selbstjustierung von Einzelprozessen kann somit eine Vervielfachung der bisherigen Flächenkapazität kostengünstig erreicht werden.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Trenchkondensator mit doppeltem Multistack-Aufbau gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Substrat 100 mit einer Dotierschichtung 120a, die sich entlang einer Ausnehmung 145 und entlang einer Oberfläche 170 zumindest teilweise erstreckt. Die Dotierschicht 120a zusammen mit einer leitfähigen Schicht 120b bilden eine erste leitfähige Struktur 120, die von einer zweiten leitfähigen Struktur 130 durch eine dielektrische Schichtstruktur 140 getrennt ist. Die erste leitfähige Struktur 120 wird über die Dotierschicht 120a mit einen ersten Anschlusskontakt 150 und die zweite leitfähige Struktur 130 wird mit einen zweiten Anschlusskontakt 160 elektrisch kontaktiert.
Die Ausnehmung 145 in dem Substrat 100 kann beispielsweise durch einen Ätzprozess, z.B. in Form eines Loches oder eines Grabens, erzeugt werden und die Dotierschicht 120a wird mittels einem geeigneten Dotierverfahren elektrisch leitfähig dotiert. Ein mögliches Material für das Substrat 100 ist beispielsweise Silizium und als Dotierverfahren zur Erzeugung der Dotierschicht 120a kommt beispielsweise Phosphorglas Ausdiffusion in Betracht. In Abhängigkeit vom Tempbudget, weist die Dotierschicht 120a beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 150 nm bis 400 nm oder, bevorzugter, in dem Bereich von 250 nm bis 300 nm auf.
2a-2m zeigen beispielhaft einen möglichen schematischen Prozessablauf zur Herstellung des Trenchkondensators von 1.
2a zeigt die Ausnehmung 145 in dem Substrat 100 mit der Dotierschicht 120a, einen ersten Teil der dielektrischen Schicht 140a und eine erste Schutzschicht 210. Die Dotierschicht 120a erstreckt sich entlang eines Bodens 215 und zumindest teilweise entlang einer Wand 205 sowie der Oberfläche 170 der Ausnehmung 145. Die in 2a gezeigte Struktur kann beispielsweise erzeugt werden, indem auf das Substrat 100 der erste Teil der dielektrischen Schicht 140a und die erste Schutzschicht 210 abgeschieden wird. Unter Verwendung einer geeigneten Maske (beispielsweise einer Hartmaske) kann beispielsweise in einem Ätzprozess die erste Schutzschicht 210, der erste Teil der dielektrischen Schicht 130a und das Substrat 100 geätzt und dadurch die Ausnehmung 145 erzeugt werden. Dieser Ätzprozess kann mehrere Ätzschritte aufweisen, die jeweils sensitiv auf verwendete Schichtmaterialien sind.
Anschließend wird der Boden 215 und die Wand 205 der Ausnehmung 145 zumindest teilweise dotiert. Die Ausnehmung weist dabei beispielsweise eine Breite von 0,9 bis 1,1 μm auf. Um eine maximale Flächenkapazität zu erreichen kann die Ausnehmung 145 eine technologisch maximal mögliche Tiefe aufweisen. Möglich wären Tiefen von beispielsweise bis zu 20 μm. Der erste Teil der dielektrischen Schicht 140a weist beispielsweise ein Nitrid-Dielektrikum und die erste Schutzschicht 210 eine Oxid auf.
Bei den folgenden Schritten, werden alle Schichten von der dem Substrat 100 abgewandten Seite auf die Ausnehmung 145 abgeschieden bzw. entfernt, auch wenn dies nicht immer explizit erwähnt wird. Der Übersicht halber werden meist nur die Bezugszeichen angegeben, die in dem jeweiligen Schritt von Bedeutung sind. Eine vollständige Bezeichnung sämtlicher Schichten wird beispielsweise in der 2m angegeben.
Außerdem werden gleiche Bezugszeichen für Schichten bzw. Strukturen verwendet, die auf beiden Seiten in der Querschnittsansicht angeordnet sind, sofern sie einer gleichen Funktion dienen bzw. aus einer einzigen Schicht durch Strukturierung (beispielsweise einen Ätzprozess) entstanden sind. So bezieht sich die Wand 205 der Ausnehmung 145 auf beide Seiten in der Querschnittsansicht in 1 und ebenso in den folgenden Querschnittsansichten. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass bei der Ausnehmung 145, die in einer Draufsicht beispielsweise eine kreisförmige Form aufweist, beide Seiten in den Querschnittsansichten äquivalent sind. Beispielsweise weist eine kreisförmige Ausnehmung 145 nur einen seitlichen Rand auf. In dem gleichen Sinn können in den folgenden Querschnittsansichten als getrennt erscheinende Teile von Schichten sich auf ein und dieselbe Schicht beziehen und erhalten demzufolge ein gleiches Bezugszeichen.
Wie in 2b gezeigt, wird auf die in 2a gezeigte Struktur in einem folgenden Schritt ein zweiter Teil der dielektrischen Schicht 140b aufgebracht und anschließend ein erster Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130a abgeschieden. Hierbei ist es wichtig, dass der zweite Teil der dielektrischen Schicht 140b die Dotierschicht 120a und den ersten Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130a elektrisch trennt. Der zweite Teil der dielektrischen Schicht 140b kann beispielsweise ein Nitrid-Dielektrikum in einer Schichtdicke von ca. 30 nm aufweisen. Der erste Teil der zweite leitfähige Struktur 130a weist beispielsweise ISDP (ISDP = In-Situ Doped Poly-silicon) in einer Schichtdicke von ca. 150 nm auf.
Wie in 2c gezeigt, wird der erste Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130a von der dem Substrat 100 abgewandten Seite entfernt, so dass eine Oberfläche 222 als auch ein Boden 220 des zweiten Teils der dielektrischen Schicht 140b freigelegt wird. Hierbei verbleibt jedoch der erste Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130a möglichst vollständig an der Wand 205. Dies kann beispielsweise durch einen anisotropen Ätzprozess geschehen, wobei der zweite Teil der dielektrischen Schicht 140b als eine Stoppschicht wirkt.
Daran anschließend wird, wie in 2d gezeigt, ein dritter Teil der dielektrischen Schicht 140c abgeschieden. Der dritte Teil der dielektrischen Schicht 140c kann beispielsweise Nitrid-Dielektrikum in einer Schichtdicke von ca. 30 nm aufweisen.
Wie in 2e gezeigt, wird nun der dritte Teil der dielektrischen Schicht 140c von der dem Substrat abgewandten Seite her entfernt, so dass eine Oberfläche 230 der ersten Schutzschicht 210, der Boden 215 als auch die dem Boden 215 abgewandte Seite des ersten Teils der zweiten leitfähigen Struktur 130a freigelegt werden. Wie zuvor auch, verbleibt auch hier im wesentlichen der dritte Teil der dielektrischen Schicht 140c in Richtung der Wand 205 erhalten und wird nicht entfernt. Dies kann beispielsweise wieder durch einen anisotropen Ätzprozess geschehen, wobei der Ätzprozess entsprechend so gewählt wird, dass er sensitiv auf ein Schichtmaterial des dritten Teils der dielektrischen Schicht 140c wirkt und darüber hinaus die erste Schutzschicht 210 als eine Stoppschicht wirkt. Dabei wird beispielsweise ca. 30 nm des dritten Teils der dielektrischen Schicht 140c entfernt.
Wie in 2f gezeigt, wird nun die zweite Schutzschicht 250 entlang des Bodens 215 und eine dritte Schutzschicht 260 entlang der freigelegten Seite des ersten Teils der zweiten leitfähigen Schicht 130a erzeugt. Dies kann beispielsweise durch einen Oxidationsprozess geschehen, so dass die zweite Schutzschicht 250 eine Schichtdicke von beispielsweise 70 nm und die dritte Schutzschicht 260 eine Schichtdicke von beispielsweise 150 nm aufweist.
In einem weiteren Schritt, der in 2g gezeigt ist, wird die zweite Schutzschicht 250 entfernt und die Schichtdicke der dritten Schutzschicht 260 wird verringert. Dies kann beispielsweise durch ein Einbringen der Struktur in Hydrogenfluourid (HF-Dip) erfolgen, so dass die dritte Schutzschicht 260 eine reduzierte Dicke von beispielsweise 50 nm aufweist, aber die zweite Schutzschicht 250 im wesentlichen entfernt wird.
Wie in 2h gezeigt, wird nun eine leitfähige Schicht 120b auf die dem Substrat 100 abgewandten Seite der Struktur aus 2g abgeschieden. Die leitfähige Schicht 120b weist beispielsweise ISDP in einer Schichtdicke von ca. 200 nm auf. Bei der Prozessierung ist es wichtig, dass die leitfähige Schicht 120b in Richtung der Wand 205 von dem ersten Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130a durch den dritten Teil der dielektrischen Schicht 140c elektrisch getrennt ist.
Wie in 2i gezeigt, wird die leitfähige Schicht 120b von der dem Substrat abgewandten Seite entfernt, so dass die Oberfläche 230 und der Boden 215 der Ausnehmung 145 freigelegt wird. Darüber hinaus werden die dem Substrat 100 abgewandten Abschnitte des zweiten Teils der dielektrischen Schicht 140b, des dritten Teils der dielektrischen Schicht 140c und der dritten Schutzschicht 260 freigelegt. In Richtung der Wand 205 bleibt jedoch die leitfähige Schicht 120b möglichst vollständig erhalten. Dieser Schritt kann beispielsweise wieder durch einen anisotropen Ätzprozess geschehen, der sensitiv auf die leitfähige Schicht 120b (d.h. beispielsweise ISDP) wirkt und beispielsweise 200 nm ätzt. Als Stoppschicht wirkt dabei beispielsweise die erste und dritte Schutzschicht 210 und 260, der zweite und dritte Teil der dielektrischen Schicht 140b und 140c als auch die Dotierschicht 120a am Boden 215. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Ätzprozess teilweise in die Dotierschicht 120a hinein ätzen (over-etched).
Wie in 2j gezeigt, wird ein vierter Teil der dielektrischen Schicht 140d auf die in 2i gezeigte Struktur und daran anschließend ein zweiter Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130b aufgebracht. Der vierte Teil der dielektrischen Schicht 140d kann beispielsweise wieder ein Nitrid-Dielektrikum in einer Schichtdicke von ca. 30 nm aufweisen und der zweite Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130b kann beispielsweise ISDP in einer Schichtdicke von ca. 400 nm aufweisen.
Wie in 2k gezeigt, wird der zweite Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130b von der dem Substrat 100 abgewandten Seite soweit entfernt, dass der vierte Teil der dielektrischen Schicht 140d in der Querschnittsansicht in 2k zu einem ersten Teil 270₁ und einem zweiten Teil 270₂ freigelegt ist. Der zweite Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130b verbleibt dann im wesentlichen nur noch innerhalb der Ausnehmung 145 und erstreckt sich zwischen einem ersten Begrenzungspunkt 265₁ und einem zweiten Begrenzungspunkt 265₂ in der Querschnittsansicht in 2k. Das Entfernen des zweiten Teils der zweiten leitfähigen Struktur 130b wird dabei vorzugsweise derart ausgeführt, dass entlang des freigelegten Teils 270 die leitfähige Schicht 120b von der dem Substrat abgewandten Seite durch den vierten Teil der dielektrischen Schicht 140d derart geschützt wird, dass ein folgender Ätzschritt die leitfähige Schicht 120b nicht freilegt.
Wie in 2l gezeigt, wird zunächst der vierte Teil der dielektrischen Schicht 140d und anschließend die erste Schutzschicht 210 und die dritte Schutzschicht 260 von der dem Substrat 100 abgewandten Seite her entfernt, so dass der erste Teil der dielektrischen Schicht 140a, der zweite Teil der dielektrischen Schicht 140b, der erste Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130a und der dritte Teil der dielektrischen Schicht 140c von der dem Substrat abgewandten Seite freigelegt sind. Dies kann beispielsweise in zwei Schritten geschehen. Zuerst kann beispielsweise ein anisotroper Ätzprozess ausgeführt werden, der sensitiv auf das Schichtmaterial des vierten Teils der dielektrischen Schicht 140d wirkt und außerdem auf der ersten Schutzschicht 210 als auch auf der dritten Schutzschicht 260 stoppt und darüber hinaus den zweiten Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130b nicht entfernt. In einen zweiten Prozess kann, beispielsweise durch einen HF-Dip, die erste Schutzschicht 210 und die dritte Schutzschicht 260 entfernt werden. Dies ist beispielsweise möglich, wenn die erste Schutzschicht 210 und die dritte Schutzschicht 260 ein Oxid aufweisen.
Wie in 2m gezeigt, wird ein dritter Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130c auf die in 2l gezeigte Struktur aufgebracht. Somit ist der erste Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130a, der zweite Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130b und der dritte Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130c elektrisch verbunden. Der dritte Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130c kann beispielsweise wieder ISDP aufweisen.
Die erste leitfähige Struktur 120 wird demnach aus der Dotierschicht 120a und der leitfähigen Schicht 120b gebildet und die zweite leitfähige Struktur 130 umfasst den ersten, zweiten und dritten Teil der zweiten leitfähigen Struktur 130a, 130b und 130c. Die erste leitfähige Struktur 120 und die zweite leitfähige Struktur 130 sind elektrisch durch die dielektrische Schicht 140 getrennt. Die dielektrische Schicht 140 umfasst den ersten, zweiten, dritten und vierten Teil der dielektrischen Schicht 140a, 140b, 140c und 140d.
Die in 2m erhaltene Struktur entspricht dabei bis auf die konkrete Form der Schichten der Struktur, die in 1 beschrieben wurde. Ein elektrischer Kontakt kann über den ersten Anschlusskontakt 150, der die erste leitfähige Struktur 120 kontaktiert, und über den zweiten Anschlusskontakt 160, der die zweite leitfähige Struktur 130 kontaktiert, hergestellt werden.
Die bei diesem Ausführungsbeispiel gewählte mäanderförmig angeordnete Struktur der dielektrischen Schicht 140 weist einen doppelten Multistack-Aufbau auf. Die mäanderförmige Ausgestaltung der dielektrischen Schicht 140 zeigt sich in der mehrfachen Faltung dieser Schicht entlang des Querschnitts durch den Kondensator, wie es beispielsweise in 1 ersichtlich ist. Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel erscheinen zwei Faltungen innerhalb der Ausnehmung 145, die jeweils einen Teil der ersten leitfähigen Struktur 120, nämlich beide Teile der leitfähigen Schicht 120b, von der zweiten leitfähigen Struktur 130 trennen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Prozessfolge fortgesetzt werden, um somit zu weiteren Faltungen zu gelangen.
Obwohl oben ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert wurde, ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere findet die vorliegende Erfindung auch Anwendung auf Kondensatorbauelemente, die eine unterschiedliche Anordnung von Kontaktbereichen bzw. eine Kontaktierung durch einen vergrabenen Leiter aufweisen. Außerdem ist die Anzahl der Faltungen hier nur exemplarisch gewählt und kann bei weiteren Ausführungsbeispielen variieren. Auch die Form der Ausnehmung 145 in einer Draufsicht ist nicht durch das erfindungsgemäße Konzept festgelegt. Ebenso sind die erwähnten Materialien und Schichtdicken nur Beispiele, die eine gute Prozessierbarkeit versprechen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen weisen die Teile der dielektrischen Schicht 140a, 140b, 140c und 140c beispielsweise unterschiedliche Materialien auf, wobei eine Materialgrenze beispielsweise zwischen dem ersten und zweiten Teil der dielektrischen Schicht 140a und 140b selbstjustiert bündig zu bzw. entlang der Wand 205 der Ausnehmung 145 verläuft.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen gegenüber einer herkömmliche Prozessführung einige Vorteile auf. So ist die Prozessführung selbstjustiert (benötigt keine zusätzliche Fotoebenen) und kann somit auch ohne hochauflösende Belichtung (< i-line-Belichtung) realisiert werden. Dadurch wird das Verfahren bei geringen Kosten technologisch beherrschbar. Bei gleicher Geometrie wie bei konventionellen Trenchkondensatoren kann dadurch beispielsweise eine Erhöhung der Flächenkapazität um einen Faktor 4 erreicht werden. Durch die Selbstjustierung von Einzelprozessen kann somit eine Vervielfachung der bisherigen Flächenkapazität kostengünstig erreicht werden. Die mäanderförmige Ausgestaltung der Schichtstruktur bietet die Möglichkeit ein verfügbares Volumen im Substrat 100 optimal auszunutzen und ist deshalb in der fortschreitenden Miniaturisierung integrierter Schaltungen von erheblichem Vorteil im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.

100: Substrat
120: erste leitfähige Struktur
120a: Dotierschicht
120b: leitfähige Schicht
130: zweite leitfähige Struktur
130a: erster Teil der zweiten leitfähigen Struktur
130b: zweiter Teil der zweiten leitfähigen Struktur
130c: dritter Teil der zweiten leitfähigen Struktur
140: dielektrische Schichtstruktur
140a: erster Teil der dielektrischen Schicht
140b: zweiter Teil der dielektrischen Schicht
140c: dritter Teil der dielektrischen Schicht
140d: vierter Teil der dielektrischen Schicht
145: Ausnehmung
150: erster Anschlusskontakt
160: zweiter Anschlusskontakt
170: Oberfläche Substrat
210: erste Schutzschicht
250: zweite Schutzschicht
260: dritte Schutzschicht
205: Wand der Ausnehmung
215: Boden der Ausnehmung
220: Boden des zweiten Teils der dielektrischen Schicht
222: Oberfläche des zweiten Teils der dielektrischen Schicht
230: Oberfläche der ersten Schutzschicht
265₁: ein erster Begrenzungspunkt
265₁: ein zweiter Begrenzungspunkt
270₁: ein erster freigelegter Teil
270₂: ein zweiter freigelegter Teil

Claims

Kondensatorbauelement mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (100); einer ersten leitfähigen Struktur (120); einer zweiten leitfähigen Struktur (130); einer dielektrischen Schichtstruktur (140); und einer Ausnehmung (145) in dem Substrat (100), wobei die erste und zweite leitfähige Struktur (120, 130) auf gegenüberliegenden Seiten der dielektrischen Schichtstruktur (140) angeordnet sind und die dielektrisch Schichtstruktur (140) sich in einem Querschnitt durch die Ausnehmung (145) mäanderförmig erstreckt.
Kondensatorbauelement gemäß Anspruch 1, bei der die erste leitfähige Struktur (120) folgende Merkmale aufweist: einen dotierten Bereich (120a) an einem Boden (215) und einer Wand (205) der Ausnehmung (145) in dem Substrat (100) und zumindest ein leitfähiges Element (120b), das von dem Boden (215) der Ausnehmung (145) hervorsteht.
Kondensatorbauelement gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem sich zumindest eine der ersten und zweiten leitfähigen Struktur (120, 130) bis zu einer Oberfläche (170) des Substrats (100) erstreckt, um in einem Kontaktbereich an der Oberfläche (170) des Substrats (100) kontaktierbar zu sein.
Kondensatorbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Ausnehmung (145) eine Wand (205) aufweist, die sich im wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche (170) des Substrats (100) erstreckt.
Kondensatorbauelement mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (100); einem Graben (145) in dem Substrat (100), wobei das Substrat (100) an einem Grabenboden (215) und einer Grabenwand (205) dotiert ist, um einen dotierten Bereich (120a) zu bilden; zumindest ein von dem Grabenboden (215) hervorstehendes leitfähiges Element (120b); einer zweiten Elektrodenstruktur (130); und einer dielektrischen Schichtstruktur (140), die sich in dem Graben (145) mäanderförmig erstreckt, wobei der dotierte Bereich (120a) und das zumindest eine leitfähige Element (120b) eine erste Elektrodenstruktur (120) bilden und die erste und zweite Elektrodenstruktur (120, 130) auf gegenüberliegenden Seiten der dielektrischen Schicht (140) angeordnet sind.
Kondensatorbauelement gemäß Anspruch 5, bei dem sich zumindest eine der ersten und zweiten leitfähigen Elektrodenstrukturen (120, 130) bis zu einer Oberfläche (170) des Substrats (100) erstreckt, um in einem Kontaktbereich an der Oberfläche (170) des Substrats (100) kontaktierbar zu sein.
Kondensatorbauelement gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem die Grabenwand (205) sich im wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche (170) des Substrats (100) erstreckt.
Verfahren zum Herstellen eines Kondensatorbauelementes in einer Ausnehmung (145) in einem Substrat (100) mit folgenden Schritten: Bilden einer ersten leitfähigen Struktur (120) und einer dielektrischen Schichtstruktur (140) in der Ausnehmung (145) derart, dass die erste leitfähige Struktur (120) sich von einem Boden (215) zu einer Öffnung der Ausnehmung (145) erstreckt und die dielektrische Schichtstruktur (140) auf der ersten leitfähigen Struktur (120) angeordnet ist und sich in einem Querschnitt der Ausnehmung (145) mäanderförmig erstreckt; und Bilden einer zweiten leitfähigen Struktur (130) auf der dielektrischen Schichtstruktur (140) derart, dass die dielektrische Schichtstruktur (140) die erste und zweite leitfähige Struktur (120, 130) elektrisch trennt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner ein Eindiffundieren von Dotierstoffatomen in das Substrat (100) in einem Bereich (120a) des Bodens (215) und einer Wand (205) der Ausnehmung (145) umfasst, so dass ein elektrischer Kontakt zur ersten leitfähigen Struktur (120) entsteht.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem der Schritt des Bildens der zweiten leitfähigen Struktur (130) ein Auffüllen einer durch die dielektrische Schichtstruktur (140) gebildeten Vertiefung mit leitfähigem Material (130b, 130c) aufweist, derart, dass leitfähiges Material (130a, 130b, 130c) in allen Vertiefungen, die durch die dielektrische Schichtstruktur (140) gebildet werden, leitfähig miteinander verbunden wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, das ferner einen Schritt eines anisotropen Ätzens des Substrats (100), um die Ausnehmung (145) in dem Substrat (100) zu erzeugen, aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem der Schritt des Bildens der dielektrischen Schichtstruktur (140) ein Gasphasenabscheidungsverfahren aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Kondensatorbauelementes in einem Graben (145) in einem Substrat (100) mit folgenden Schritten: Bilden einer leitfähigen Struktur (120a) entlang eines Grabenbodens (215) und einer Grabenwand (205); zumindest einmaliges Durchführen folgender Schrittfolge: Abscheiden von Dielektrikum (140b) in dem Graben (145); Abscheiden eines leitfähigen Materials (130a) in dem Graben (145); Entfernen des leitfähigen Materials an dem Grabenboden (220) durch anisotropes Ätzen; Abscheiden von Dielektrikum (140c); Entfernen des Dielektrikums an dem Grabenboden (215) durch anisotropes Ätzen; Abscheiden leitfähigen Materials (120b) in dem Graben (145); Entfernen des leitfähigen Materials an dem Grabenboden (215) durch anisotropes Ätzen; Abscheiden von Dielektrikum (140d) in dem Graben (145); Abscheiden leitfähigen Materials (130b) in dem Graben (145) und elektrisches Verbinden des leitfähigen Materi als (130a, 130b) auf einer dem Substrat (100) abgewendeten Seite des Dielektrikums zu einer zweiten Elektrodenstruktur (130), wobei das leitfähige Material (120b) in dem Graben (145) auf einer dem Substrat (100) zugewendeten Seite des Dielektrikums und die leitfähige Struktur (120a) entlang des Grabenbodens (215) und der Grabenwand (205) die erste Elektrodenstruktur (120) bildet.
Verfahren gemäß Anspruch 13, das ferner ein Eindiffundieren von Dotierstoffatomen in das Substrat (100) umfasst, so dass die elektrisch leitfähige Schicht (120a) entsteht, die einen Kontakt zu dem leitfähigen Material (120b) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei dem der Schritt des elektrischen Verbindens des leitfähigen Materials (130a, 130b) die Schritte eines Entfernens von leitfähigem Material und eines Entfernens von Dielektrikum (270₁ , 270₂ ) durch Ätzen, um leitfähiges Material, welches in Ätzrichtung vom Dielektrikum bedeckt war, freizulegen und ein Aufbringen leitfähigen Materials (130c), um das freigelegte leitfähige Material (130a) elektrisch zu verbinden, aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, das ferner einen Schritt des anisotropen Ätzens des Substrats (100), um den Graben (145) in dem Substrat (100) zu erzeugen, aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Schritte des Abscheidens des Dielektrikums (140a, 140b, 140c, 140d) einen Gasphasenabscheidungsverfahren aufweisen.