DE102008008166A1

DE102008008166A1 - Kondensatorstruktur eines Halbleiterbauelements und Verfahren zur Herstellung derselben

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Publication number: DE102008008166A1
Application number: DE102008008166A
Authority: DE
Inventors: Yong-Hee Yongin Choi; Young-Kyu Seongnam Cho; Sung-Il Cho; Seok-Hyun Lim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2008-08-28
Also published as: CN101320731A; KR100891647B1; JP2008193088A; CN101320731B; US20080186648A1; JP5416903B2; US7869189B2; KR20080072176A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatorstruktur eines Halbleiterbauelements oder eines integrierten Schaltkreisbauelements, wobei die Kondensatorstruktur eine Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden (134a) beinhaltet, die sich von einer darunterliegenden Basis (100, 110, 120) aus erstrecken, wobei die unteren Kondensatorelektroden jeweils eine innere Seitenwand und eine äußere Seitenwand beinhalten, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben. Erfindungsgemäß beinhaltet die Kondensatorstruktur des Weiteren wenigstens eine Stützstruktur (136b), die sich zwischen wenigstens zwei der unteren Kondensatorelektroden von oberen Teilen derselben entgegengesetzt zu der Basis und entlang der äußeren Seitenwände derselben in Richtung zu der Basis mit einer Tiefe erstreckt, die größer als ein lateraler Abstand zwischen benachbarten der unteren Kondensatorelektroden ist. Eine dielektrische Schicht (138) wird auf der Stützstruktur und auf der äußeren Seitenwand der unteren Kondensatorelektroden gebildet. Eine obere Kondensatorelektrode (139) wird auf der dielektrischen Schicht gebildet. Verwendung z. B. für Halbleiterspeicherbauelemente vom DRAM-Typ.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatorstruktur eines Halbleiterbauelements oder eines integrierten Schaltkreisbauelements sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Ein DRAM-Speicherbauelement beinhaltet typischerweise ein Speicherzellenfeld und einen peripheren Schaltungsaufbau. Ein Speicherzellenfeld ist ein Aufbau von Speicherzellen, die Daten speichern. Ein peripherer Schaltungsaufbau liefert Daten aus dem DRAM-Bauelement nach außen. Eine Speicherzelle eines DRAM-Speicherbauelements beinhaltet einen oder mehrere Transistoren und einen oder mehrere Kondensatoren. Ein Transistor dient als ein Schalter und ein Kondensator speichert Daten. Eine wichtige Charakteristik von DRAM-Speicherbauelementen ist die Kapazität des Speicherzellenkondensators, der Daten speichert. Dazu wurden Verfahren zum Integrieren von Kondensatoren mit erhöhter Kapazität in kleineren Gebieten zu einer wichtigen Technologie in DRAMs.
Auslegungsregeln wurden kleiner, da DRAM-Bauelemente fortwährend herunterskaliert werden. In einigen Fällen kann eine "Brücke" zwischen unteren Elektroden (Speicherelektroden) von jeder Zelle zum Beispiel aufgrund einer Fehljustierung während der Bearbeitung und/oder kleineren Prozessspielräumen auftreten. Die Brücke kann zu einem Zwillingsbit- oder Mehrfachbitversagen genannten Defekt führen. Spezieller kann das Auftreten des Brückenproblems in einer Stapelzellenstruktur umgekehrt proportional zu dem Abstand zwischen den unteren Elektroden sein. Mit anderen Worten kann das Auftreten von Brücken mit zunehmendem Abstand zwischen den unteren Elektroden abnehmen. Da jedoch das nutzbare Oberflächengebiet der unteren Elektroden abnimmt, kann die Kapazität des Kondensator ebenfalls abnehmen.
Es wurde eine konkave Struktur eingeführt, die auf das vorstehende Problem abzielt. Ein Verfahren zum Bilden der konkaven Struktur kann das Bilden einer Gießschicht auf ein Halbleitersubstrat, das Ätzen der Gießschicht, um eine untere Elektrodenöffnung zu bilden, das Füllen eines unteren Elektrodenmaterials in die untere Elektrodenöffnung, das Planarisieren des Materials, um die unteren Elektroden für jede Zelle zu isolieren, und das Entfernen der Gießschicht beinhalten, um die unteren Elektroden freizulegen. Weitere Verfahren zum Bilden der konkaven Struktur können das Füllen der Kontaktöffnung mit dem unteren Elektrodenmaterial, um eine Boxform zu bilden, oder das Bilden des unteren Elektrodenmaterials lediglich auf der Innenwand der Kontaktöffnung beinhalten, um eine Zylinderform zu bilden.
Die untere Elektrode kann so gebildet werden, dass sie eine größere Länge oder Höhe im Vergleich zu ihrer Breite aufweist, um die Kapazität des Kondensators in einem begrenzten Gebiet zu erhöhen. Als ein Ergebnis kann eine untere Elektrode mit einem hohen Aspektverhältnis kollabieren, wenn die Gießschicht entfernt und die untere Elektrode frei gelegt wird. Somit kann eine Brücke zwischen den unteren Elektroden auftreten.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Kondensatorstruktur und eines Verfahrens zur Herstellung derselben zugrunde, die in der Lage sind, die oben erwähnten Schwierigkeiten des Standes der Technik zu reduzieren oder zu vermeiden, und die insbesondere ermöglichen, stabile Kondensatorelektroden mit Aspektverhältnissen zu erhalten, ohne dass Brücken zwischen separaten Elektroden gebildet werden.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Kondensatorstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung stellt auch eine Kondensatorstruktur eines Halbleiterbauelements bereit, das untere Elektroden beinhaltet, die jeweils eine Innenwand und eine Außenwand auf einem Halbleitersubstrat und wenigstens eine Stützstruktur zwischen den unteren Elektroden beinhalten, wobei die Stützstruktur eine Dicke aufweist, die in einer parallelen Richtung zu der Außenwand definiert ist und wobei die Dicke größer als der laterale Abstand zwischen den unteren Elektroden ist.
Die Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements bereit, wobei das Verfahren das Bilden einer Kondensatorstruktur mit unteren Elektroden, die jeweils eine Innenwand und eine Außenwand auf einem Halbleitersubstrat beinhalten, das Bilden von wenigstens einer Stützstruktur zwischen den unteren Elektroden, das Bilden einer oberen Elektrode auf den unteren Elektroden und das Bilden einer dielektrischen Schicht zwischen den unteren Elektroden und der oberen Elektrode beinhaltet, wobei die Stützstruktur eine Dicke aufweist, die in einer parallelen Richtung zu der Außenwand definiert ist und wobei die Dicke größer als der laterale Abstand zwischen den unteren Elektroden ist.
In entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung erstreckt sich wenigstens eine Gießstruktur vertikal zwischen den einzelnen der Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden von unteren Bereichen derselben benachbart zu dem Substrat und entlang der äußeren Seitenwände derselben weg vom Substrat. Die Stützstruktur kann sich von den oberen Bereichen der einzelnen der Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden und entlang der äußeren Seitenwände derselben auf die Gießstruktur erstrecken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und sind in den Zeichnungen gezeigt, in denen:
1 eine Querschnittansicht eines Halbleiterbauelements ist,
2 bis 8, 9A, 10A, 11A und 12A Querschnittansichten sind, die ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterbauelements von 1 veranschaulichen,
9B, 10B, 11B und 12B Draufsichten jeweils entsprechend den 9A bis 12A sind, die eine Linie I–I' zeigen, entlang der die Querschnittansichten der 9A bis 12A gewählt sind,
13 eine Querschnittansicht eines weiteren Halbleiterbauelements ist und
14A und 14B eine Querschnittansicht beziehungsweise eine Draufsicht sind, die ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements von 13 veranschaulichen.
Es versteht sich für die folgende Beschreibung, dass wenn ein Element oder eine Schicht als "auf", "verbunden mit" oder "gekoppelt mit" einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, dieses/diese direkt auf, verbunden mit oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der anderen Schicht sein kann oder zwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind keine zwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden, wenn ein Element als "direkt auf", "direkt verbunden mit " oder "direkt gekoppelt mit" einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind hierin unter Bezugnahme auf Querschnittdarstellungen beschrieben, die schematische Darstellungen von idealisierten Ausführungsformen (und Zwischenstrukturen) der Erfindung sind. Dabei sind Variationen von den Formen der Darstellungen als ein Ergebnis zum Beispiel von Fertigungstechniken und/oder -toleranzen zu erwarten. Somit beinhalten Ausführungsformen der Erfindung Abweichungen von Formen, die zum Beispiel aus der Fertigung resultieren. Ein als ein Rechteck dargestellter implantierter Bereich weist zum Beispiel typischerweise abgerundete oder gekrümmte Merkmale und/oder einen Gradienten der Implantationskonzentration an seinen Kanten statt einer binären Änderung vom implantierten zum nicht-implantierten Bereich auf. In ähnlicher Weise kann ein durch Implantation gebildeter vergrabener Bereich zu einer gewissen Implantation in dem Bereich zwischen dem vergrabenen Bereich und der Oberfläche führen, durch den die Implantation stattfindet.
1 stellt ein Halbleiterbauelement gemäß Ausführungsformen der Erfindung dar. Bezugnehmend auf 1 ist ein erstes Zwischenschichtdielektrikum 110 auf einem Halbleitersubstrat 100 bereitgestellt. Das erste Zwischenschichtdielektrikum 110 kann aus Siliciumoxid (SiO₂) bestehen. Das erste Zwischenschichtdielektrikum 110 kann einen Sourcebereich (nicht gezeigt), der auf dem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet ist, und wenigstens einen elektrisch verbundenen Leiter (nicht gezeigt) beinhalten. Ein zweites Zwischenschichtdielektrikum 120 ist auf der Oberseite des ersten Zwischenschichtdielektrikums 110 bereitgestellt. Das zweite Zwischenschichtdielektrikum 120 kann aus Siliciumoxid (SiO₂) bestehen. Es sind Kontaktstifte 122 vorgesehen, die sich durch das zweite Zwischenschichtdielektrikum 120 erstrecken. Der jeweilige Kontaktstift 122 kann mit einem entsprechenden des wenigstens einen Leiters verbunden sein. Eine Maskenstruktur 126a, welche die Kontaktstifte 122 freilässt, ist auf dem zweiten Zwischenschichtdielektrikum 120 bereitgestellt. Die Maskenstruktur 126a kann Siliciumnitrid (SiN) enthalten.
Untenliegende bzw. untere Kondensatorelektroden 134a, die jeweils interne (oder innere) Seitenwände und externe (oder äußere) Seitenwände beinhalten, sind auf der vorstehend erwähnten Struktur bereitgestellt, die so eine Basis bildet, die das Substrat 100 und die erste und die zweite Zwischenschichtdielektrikumschicht 110, 120 beinhaltet. Spezieller sind die unteren Kondensatorelektroden 134a auf den freiliegenden Kontaktstiften 122 ausgebildet. Die unteren Elektroden 134a können zum Beispiel im Wesentlichen zylinderförmig sein, so dass die äußeren Seitenwände eine Außenseite jeder Elektrode 134a bereitstellen und die inneren Seitenwände eine Innenseite jeder Elektrode 134a bereitstellen und einen Hohlraum darin definieren. Die untere Elektrode 134a kann eine Speicherelektrode des Kondensators sein. Zum Beispiel kann die untere Elektrode 134a Titannitrid (TiN) enthalten. Die untere Elektrode 134a ist in Kontakt mit einer Oberseite des Kontaktstifts 122.
Wenigstens eine Stützstruktur 136b ist zwischen wenigstens zwei unmittelbar benachbarte der unteren Elektroden 134a eingefügt. Die Stützstruktur 136b weist eine Ätzselektivität gegenüber einer Ätzmittellösung auf, die Fluorwasserstoffsäure (HF) enthält. Die Stützstruktur 136b kann zum Beispiel Tantaloxid (TaO) enthalten. Die Stützstruktur 136b kann eine Dicke aufweisen, die größer als der laterale Abstand zwischen benachbarten unteren Elektroden 134a ist, wobei die Dicke in einer Richtung parallel zu den äußeren Seitenwänden der unteren Elektroden 134a ist, das heißt in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung orthogonal zu einer lateralen Richtung. Mit anderen Worten erstreckt sich die Stützstruktur 136b vertikal in Richtung des Substrats 100 entlang der äußeren Seitenwände der unteren Elektroden 134a bis zu einer Tiefe, die größer als ein Abstand zwischen benachbarten unteren Elektroden 134a ist. Demgemäß kann die Stützstruktur 136b ein relativ hohes Aspektverhältnis aufweisen.
Die Stützstruktur 136b kann in verschiedenen Formen angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Stützstruktur 136b zwischen aufeinanderfolgenden der unteren Elektroden 134a eingefügt sein. Die Stützstruktur 136b kann auch zwischen alternierenden Paaren der unteren Elektroden 134a angeordnet sein. Die Stützstruktur 136b ist daher in verschiedenen Formen angeordnet, um die unteren Elektroden 134a zu stützen.
Sowohl auf der Innenseite als auch der Außenseite der unteren Elektroden 134a und auf einer Oberseite der Stützstruktur 136b ist eine dielektrische Schicht 138 bereitgestellt. Die dielektrische Schicht 138 kann die dielektrische Schicht des Kondensators sein. In entsprechenden Ausführungsformen kann sich die dielektrische Schicht 138 auf mehr als einer Oberfläche der Stützstruktur 136b erstrecken, zum Beispiel auf gegenüberliegenden Ober- und Unterseiten der Stützstruktur 136b. Eine oberseitige oder obere Elektrode 139 ist auf der dielektrischen Schicht 138 angeordnet. Die obere Elektrode 139 kann eine Plattenelektrode des Kondensators sein.
Die 2 bis 12B stellen Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen der Erfindung dar. Bezugnehmend auf 2 wird ein erstes Zwischenschichtdielektrikum 110 auf einem Halbleitersubstrat 100 gebildet. Das erste Zwischenschichtdielektrikum 110 kann aus Siliciumoxid (SiO₂) bestehen. Das erste Zwischenschichtdielektrikum 110 kann einen Sourcebereich (nicht gezeigt), der auf dem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet ist, und einen elektrisch verbundenen Leiter (nicht gezeigt) beinhalten. Ein zweites Zwischenschichtdielektrikum 120 ist auf dem ersten Zwischenschichtdielektrikum 110 ausgebildet. Das zweite Zwischenschichtdielektrikum 120 kann ebenfalls aus Siliciumoxid bestehen. Es werden Kontaktstifte 122 bereitgestellt, die sich durch das zweite Zwischenschichtdielektrikum 120 erstrecken. Die Kontaktstifte 122 sind mit dem Leiter elektrisch verbunden. Eine erste Maskenschicht 126 wird auf dem zweiten Zwischenschichtdielektrikum 120 und auf den Oberseiten der Kontaktstifte 122 gebildet. Die erste Maskenschicht 126 kann aus Siliciumnitrid (SiN) bestehen. Die erste Maskenschicht 126 kann eine Ätzstoppschicht sein.
Bezugnehmend auf 3 wird eine Gießschicht 128 auf der ersten Maskenschicht 126 gebildet. Die Gießschicht 128 kann eines von Siliciumoxid (SiO₂), Silicium-Germanium (SiGe), Silicium (Si) oder einem Kohlenstofftyp beinhalten. Auf der Gießschicht 128 wird eine zweite Maskenstruktur 130 gebildet. Die zweite Maskenstruktur 130 kann eine Photoresiststruktur sein.
Bezugnehmend auf 4 werden erste Öffnungen oder Löcher durch Ätzen der Gießschicht 128 gebildet, bis die erste Maskenschicht 126 freigelegt ist, wobei die zweite Maskenstruktur 130 als Ätzmaske verwendet wird. Die zweite Maskenstruktur 130 kann entfernt werden. Als Eliminierungsprozess kann ein Veraschungsschritt verwendet werden. Dann werden zweite Öffnungen 132, die sich von der Oberfläche der Gießschicht 128 bis zu den Kontaktstiften 122 erstrecken, durch Ätzen der freigelegten Teile der ersten Maskenschicht 126 gebildet, bis die Kontaktstifte 122 freigelegt sind. Das Ätzen wird unter Verwendung der Gießschicht 128a mit den Öffnungen als Ätzmaske durchgeführt, um erste Maskenstrukturen 126a zu definieren.
Bezugnehmend auf 5 wird eine untere Elektrodenschicht 134 konform auf der Gießschicht 128a mit den zweiten Öffnungen 132 darin gebildet. Die untere Elektrodenschicht 134 kann aus Titannitrid (TiN) oder Polysilicium bestehen. Die untere Elektrodenschicht 134 ist mit den freiliegenden oberseitigen oder oberen Oberflächen der Kontaktstifte 122 elektrisch und physikalisch in Kontakt. Auf der unteren Elektrodenschicht 134 wird eine Opferschicht 135 gebildet, um die Öffnungen 132 zu füllen. Die Opferschicht 135 kann eine Ätzselektivität bezüglich der Gießschicht 128a und der unteren Elektrodenschicht 134 aufweisen. Außerdem kann die Opferschicht 135 aus einem Material mit einer relativ guten Fluidität bestehen. Zum Beispiel kann die Opferschicht 135 aus Siliciumoxid oder einer Photoresistschicht bestehen.
Bezugnehmend auf 6 werden die Opferschicht 135 und die untere Elektrodenschicht 134 planarisiert, bis die Gießschicht 128a freigelegt ist, um eine Opferstruktur 135a und untere Elektroden 134a zu bilden. Der Planarisierungsprozess kann ein chemisch-mechanisches Polieren sein. Die unteren Elektroden 134a können Speicherelektroden für jeweilige Kondensatoren sein.
Bezugnehmend auf 7 wird die Gießschicht 128a selektiv vertieft, um eine Gießstruktur 128b zu bilden, welche die externen oder äußeren Oberflächen von oberen Bereichen benachbarter unterer Elektroden 134a freilegt. Der Vertiefungsprozess kann ein Nassätzprozess sein. Die Länge der freigelegten Außenseiten entlang der Seitenwände der unteren Elektroden 134a kann größer als der Abstand zwischen benachbarten unteren Elektroden 134a sein. Demgemäß ragen die oberen Teile der unteren Elektroden 134a, die Teile der Opferstruktur 135a beinhalten, aus der vertieften Oberfläche der Gießstruktur 128b vor. Die Oberseiten der Opferstruktur 135a und die unteren Elektroden 134a können im Wesentlichen koplanar sein.
Bezugnehmend auf 8 wird eine Trägerschicht 136 auf der Gießstruktur 128b gebildet, um die freigelegten oberen Bereiche der unteren Elektroden 134a zu bedecken, welche die Opferstruktur 135a beinhalten. Die Trägerschicht 136 weist eine Ätzselektivität bezüglich einer Ätzmittellösung auf, die Fluorwasserstoffsäure (HF) enthält. Die Trägerschicht 136 kann auch eine Ätzselektivität gegenüber der Gießstruktur 128b und der Opferstruktur 135a aufweisen. Die Trägerschicht 136 kann aus einem Material mit einer relativ guten Haftung an den unteren Elektroden 134a bestehen. Zum Beispiel kann die Trägerschicht 136 aus Tantaloxid (TaO) bestehen.
Bezugnehmend auf 9A und 9B wird die Trägerschicht 136 planarisiert, bis die unteren Elektroden 134a freigelegt sind, um Trägerisolationsstrukturen 136a zwischen benachbarten unteren Elektroden 134a zu bilden. Der Planarisierungsprozess kann ein chemisch-mechanisches Polieren sein. Die Breite oder Tiefe der Trägerisolationsstruktur 136a, die sich entlang der äußeren Seitenwände der unteren Elektroden 134a erstreckt, kann größer als der Abstand zwischen benachbarten unteren Elektroden 134a sein.
Bezugnehmend auf 10A und 10B wird eine dritte Maskenstruktur 137 auf der Trägerisolationsstruktur 136a gebildet. Die dritte Maskenstruktur 137 kann Bereiche von jeweiligen zwei benachbarten unteren Elektroden 134a überlappen. Die dritte Maskenstruktur 137 kann eine Photoresistschicht oder eine auf Kohlenstoff basierende Schicht sein. Das C/O-Verhältnis kann 1 zu 5 sein, und das C/F-Verhältnis kann 1 zu 0,2 sein, wenn eine auf Kohlenstoff basierende Schicht verwendet wird. Da die dritte Maskenstruktur 137 auf der Trägerisolationsstruktur 136a angeordnet ist, kann die dritte Maskenstruktur 137 in diversen unterschiedlichen Formen gebildet werden.
Bezugnehmend auf 11A und 11B wird die Trägerisolationsstruktur 136a geätzt, um wenigstens eine Stützstruktur 136b zwischen benachbarten unteren Elektroden zu bilden, wobei die dritte Maskenstruktur 137 als Ätzmaske verwendet wird. Die oberseitige oder obere Oberfläche der Gießstruktur 128b wird freigelegt, mit Ausnahme von Teilen der Oberseite, auf denen die Stützstrukturen 136b gebildet werden.
Da die dritte Maskenstruktur 137 in verschiedenen Formen gebildet werden kann, kann die Stützstruktur 136b auch in diversen unterschiedlichen Formen gebildet werden. Zum Beispiel kann die Stützstruktur 136b zwischen aufeinanderfolgenden benachbarten unteren Elektroden 134a eingefügt werden. Die Stützstruktur 136b kann auch lediglich zwischen alternierenden der benachbarten unteren Elektroden 134a angeordnet werden. Die dritte Maskenstruktur 137 wird zum Beispiel durch einen Veraschungsprozess entfernt.
Bezugnehmend auf 12A und 12B werden die Gießstruktur 128b und die Opferstruktur 135a entfernt, um die Außenwand und die Innenwand der unteren Elektroden 134a freizulegen. Der Eliminierungsprozess kann ein Nassätzprozess sein. Die Ätzmittellösung des Nassätzprozesses kann Fluorwasserstoffsäure (HF) enthalten. Die Stützstruktur 136b weist eine Ätzselektivität gegenüber der Gießstruktur 128b und der Opferstruktur 135a auf. Außerdem kann die Stützstruktur 136b aus einem Material mit einer relativ guten Haftung an den unteren Elektroden 134a bestehen. Die Stützstruktur 136b kann an den externen oder äußeren Seitenwänden der unteren Elektroden 134a haften, um zwischen benachbarte untere Elektroden 134a eingefügt zu sein.
Demgemäß kann verhindert werden, dass die unteren Elektroden 134a kollabieren, um die Bildung von Brücken zwischen den unteren Elektroden 134a zu verhindern.
Wieder bezugnehmend auf 1 wird dann eine dielektrische Schicht 138 auf den freigelegten äußeren Seitenwänden und den inneren Seitenwänden der unteren Elektroden 134a und auf der Stützstruktur 136b gebildet. Die dielektrische Schicht 138 kann eine dielektrische Schicht des Kondensators sein. Eine oberseitige oder obere Elektrode 139 wird auf der dielektrischen Schicht 138 gebildet. Die obere Elektrode 129 kann eine Plattenelektrode des Kondensators sein.
13 stellt ein weiteres Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung dar. Bezugnehmend auf 13 ist ein erstes Zwischenschichtdielektrikum 110 auf dem Halbleitersubstrat 100 bereitgestellt. Das erste Zwischenschichtdielektrikum 110 kann aus Siliciumoxid (SiO₂) bestehen. Das erste Zwischenschichtdielektrikum 110 kann einen Sourcebereich (nicht gezeigt), der auf dem Halbleitersubstrat 100 gebildet ist, und einen elektrisch verbundenen Leiter (nicht gezeigt) beinhalten. Ein zweites Zwischenschichtdielektrikum 120 ist auf dem ersten Zwischenschichtdielektrikum 110 bereitgestellt. Das zweite Zwischenschichtdielektrikum 120 kann aus Siliciumoxid (SiO₂) bestehen. Es ist ein Kontaktstift 122 vorgesehen, der sich durch das zweite Zwischenschichtdielektrikum 120 erstreckt. Der Kontaktstift 122 kann elektrisch und physikalisch mit dem Leiter verbunden sein. Auf dem zweiten Zwischenschichtdielektrikum 120 ist eine Maskenstruktur 126a bereitgestellt, die den Kontaktstift 122 freilässt. Die Maskenstruktur 126a kann Siliciumnitrid (SiN) enthalten.
Auf dem freigelegten Kontaktstift 122 sind unterseitige oder untere Kondensatorelektroden 134a bereitgestellt, die interne (oder innere) Seitenwände und externe (oder äußere) Seitenwände beinhalten. Die untere Elektrode 134a kann eine Speicherelektrode des Kondensators sein. Zum Beispiel kann die untere Elektrode 134a Titannitrid (TiN) enthalten. Die untere Elektrode 134a ist in Kontakt mit einer oberseitigen oder oberen Oberfläche des Kontaktstifts 122. Es wird eine Opferstruktur 135a zwischen gegenüberliegenden inneren Seitenwänden der unteren Elektrode 134a bereitgestellt. Die Opferstruktur 135a kann Siliciumoxid oder eine Photoresistschicht beinhalten.
Wenigstens eine Stützstruktur 136b erstreckt sich vertikal zwischen benachbarten unteren Elektroden 134a von oberen Teilen derselben in Richtung des Substrats 100. Die Stützstruktur 136b weist eine Ätzselektivität gegenüber einer Ätzmittellösung auf, die Fluorwasserstoffsäure (HF) enthält. Zum Beispiel kann die Stützstruktur 136b Tantaloxid (TaO) enthalten. Die Stützstruktur 136b weist eine Dicke oder Tiefe auf, die sich vertikal entlang der externen Seitenwände erstreckt, und die Dicke oder Tiefe kann größer als der Abstand zwischen benachbarten unteren Elektroden 134a sein. Demgemäß kann die Stützstruktur 136b ein relativ hohes Aspektverhältnis aufweisen.
Die Stützstruktur 136b kann in diversen verschiedenen Formen angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Stützstruktur 136b zwischen aufeinanderfolgenden der unteren Elektroden 134a eingefügt sein. Die Stützstruktur 136b kann auch zwischen alternierenden der unteren Elektroden 134a angeordnet sein. Die Stützstruktur 136b kann daher in verschiedenen Formen angeordnet sein, um die unteren Elektroden 134a zu stützen.
Auf den äußeren Seitenwänden der unteren Elektroden 134a und auf einer Oberseite der Stützstruktur 136b ist eine dielektrische Schicht 138 bereitgestellt. Die dielektrische Schicht 138 kann die dielektrische Schicht des Kondensators sein. In einigen Ausführungsformen kann sich die dielektrische Schicht 138 auf mehr als einer Oberfläche der Stützstruktur 136b erstrecken, zum Beispiel auf gegenüberliegenden oberen und unteren Oberflächen der Stützstruktur 136b. Es wird eine oberseitige oder obere Elektrode 139a bereitgestellt, welche die dielektrische Schicht bedeckt. Die obere Elektrode 139a kann eine Plattenelektrode des Kondensators sein.
Die 14A und 14B stellen ein Verfahren zur Bildung eines Halbleiterbauelements wie jenem von 13 gemäß der Erfindung dar, wobei 14A eine Querschnittansicht entlang der in der Draufsicht von 14A gezeigten Linie I–I' ist. Bezugnehmend auf die 14A und 14B werden Teile der unter Bezugnahme auf 11A beschriebenen Gießstruktur 128b entfernt, um die äußeren Seitenwände von einigen der unteren Elektroden 134a freizulegen. Der Eliminierungsprozess kann durch einen Nassätzprozess durchgeführt werden. Die Ätzmittellösung des Nassätzprozesses kann Fluorwasserstoffsäure (HF) enthalten. Die Stützstruktur 136b und die Opferstruktur 135a können eine Ätzselektivität gegenüber der Gießstruktur 128a aufweisen. Die Stützstruktur 136b kann aus einem Material mit einer relativ guten Haftung an den unteren Elektroden 134a bestehen. Die Stützstruktur 136b kann an den äußeren Seitenwänden der unteren Elektroden 134a haften, um zwischen die unteren Elektroden 134a eingefügt zu werden. Daher kann verhindert werden, dass die unteren Elektroden 134a kollabieren, um das Auftreten von Brücken zwischen den unteren Elektroden 134a zu reduzieren und/oder zu verhindern.
Wieder bezugnehmend auf 13 wird eine dielektrische Schicht 138 auf den freigelegten äußeren Seitenwänden der unteren Elektroden 134a gebildet. Die dielektrische Schicht 138 kann die dielektrische Schicht des Kondensators sein. Es wird eine obere Elektrode 139a be reitgestellt, welche die dielektrische Schicht 138 bedeckt. Die obere Elektrode 139a kann eine Plattenelektrode des Kondensators sein.
Andererseits besteht weiter der Bedarf, das Aspektverhältnis der unteren Elektrode 134a zu erhöhen. Demgemäß kann eine vereinfachte Version des zuvor beschriebenen Prozesses zur Herstellung eines Kondensators verwendet werden. Daher ist es in entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung möglich, die Opferstruktur 135a nicht zu entfernen, was den Kondensatorbildungsprozess vereinfachen kann.

Claims

Kondensatorstruktur eines Halbleiterbauelements oder eines integrierten Schaltkreisbauelements, mit – einer Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden (134a), die sich von einer darunterliegenden Basis (100, 110, 120) aus erstrecken, wobei die unteren Kondensatorelektroden jeweils eine innere Seitenwand und eine äußere Seitenwand beinhalten, – wenigstens einer Stützstruktur (136b), die sich zwischen wenigstens zwei der unteren Kondensatorelektroden von oberen Bereichen derselben entgegengesetzt zu der Basis und entlang der äußeren Seitenwände derselben in Richtung der Basis bis zu einer Tiefe erstrecken, die größer als ein lateraler Abstand zwischen benachbarten der unteren Kondensatorelektroden ist, – einer dielektrischen Schicht (138) auf der Stützstruktur und auf der äußeren Seitenwand der unteren Kondensatorelektroden und – einer oberen Kondensatorelektrode (139) auf der dielektrischen Schicht.
Kondensatorstruktur nach Anspruch 1, wobei die Stützstruktur eine Ätzselektivität gegenüber einer Ätzmittellösung aufweist, die Fluorwasserstoffsäure enthält.
Kondensatorstruktur nach Anspruch 2, wobei die Stützstruktur Tantaloxid beinhaltet.
Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die unteren Kondensatorelektroden Titannitrid beinhalten.
Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die dielektrische Schicht des Weiteren auf den inneren Seitenwänden der unteren Kondensatorelektroden erstreckt.
Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die des Weiteren eine Opferstruktur (135a) auf den inneren Seitenwänden der unteren Kondensatorelektroden beinhaltet.
Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich die Stützstruktur zwischen äußeren Seitenwänden von alternierenden der unteren Kondensatorelektroden erstreckt.
Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich die dielektrische Schicht des Weiteren auf gegenüberliegenden Oberflächen der Stützstruktur erstreckt.
Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die unteren Kondensatorelektroden jeweils eine zylinderförmige Elektrode beinhaltet, die vertikal von der Basis vorragt, wobei die innere Seitenwand eine Innenseite der zylinderförmigen Elektrode beinhaltet, die einen Hohlraum darin definiert, und wobei die äußere Seitenwand eine Außenseite der zylinderförmigen Elektrode beinhaltet.
Verfahren zur Herstellung einer Kondensatorstruktur eines Halbleiterbauelements oder eines integrierten Schaltkreisbauelements, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bilden einer Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden (134a), die sich von einer darunterliegenden Basis (100, 110, 120) aus erstrecken, wobei die Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden jeweils eine innere Seitenwand und eine äußere Seitenwand beinhaltet, – Bilden von wenigstens einer Stützstruktur (136b), die sich zwischen wenigstens zwei der unteren Kondensatorelektroden von oberen Bereichen derselben entgegengesetzt zu der Basis und entlang der äußeren Seitenwände derselben in Richtung der Basis mit einer Tiefe erstreckt, die größer als ein lateraler Abstand zwischen benachbarten der unteren Kondensatorelektroden ist, – Bilden einer dielektrischen Schicht (138) auf der Stützstruktur und auf äußeren Seitenwänden der Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden und – Bilden einer oberen Kondensatorelektrode (139) auf der dielektrischen Schicht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bilden der unteren Kondensatorelektroden umfasst: – Bilden einer Gießschicht (128a), die eine Mehrzahl von Vertiefungen darin auf der Basis beinhaltet, – Bilden einer unteren Kondensatorelektrodenschicht (134) konform auf der Gießschicht und entlang von Seitenwänden der Mehrzahl von Vertiefungen darin, – Bilden einer Opferschicht (135) auf der unteren Kondensatorelektrodenschicht, um die Mehrzahl von Vertiefungen im Wesentlichen zu füllen, und – Planarisieren der Opferschicht und der unteren Elektrodenschicht, um die Gießschicht freizulegen und die Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden und eine Opferstruktur (135a) auf den inneren Seitenwänden derselben zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden der Stützstruktur beinhaltet: – selektives Vertiefen der freigelegten Gießschicht, um eine Gießstruktur (128b) zu bilden, die sich zwischen den unteren Kondensatorelektroden an unteren Bereichen derselben benachbart zu der Basis und entlang der äußeren Seitenwände derselben weg von der Basis erstreckt, wobei die Gießstruktur obere Teile der äußeren Seitenwände der unteren Kondensatorelektroden freilegt, – Bilden einer Trägerschicht (136) auf der Gießstruktur und der Opferstruktur, wobei sich die Stützschicht vertikal zwischen der Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden und entlang der freigelegten oberen Teile der äußeren Seitenwände derselben in Richtung des Substrats erstreckt, – Planarisieren der Stützschicht, um obere Bereiche der unteren Kondensatorelektroden und die Opferschicht freizulegen, um eine Stützisolationsstruktur (136a) zu bilden, und – Strukturieren der Stützisolationsstruktur, um wenigstens eine Stützstruktur zu bilden, die sich zwischen den entsprechenden der unteren Kondensatorelektroden erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die unteren Kondensatorelektroden so gebildet werden, dass sie Titannitrid beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Stützschicht eine Ätzselektivität gegenüber einer Ätzmittellösung aufweist, die Fluorwasserstoff enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Stützschicht so gebildet wird, dass sie Tantaloxid beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das selektive Vertiefen der Gießschicht ein selektives Vertiefen der Gießschicht unter Verwendung eines Nassätzprozesses beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die unteren Kondensatorelektroden mit einer Länge der freigelegten oberen Teile der äußeren Seitenwände derselben entlang einer Richtung parallel zu den äußeren Seitenwänden gebildet werden, die größer als ein lateraler Abstand zwischen unmittelbar benachbarten der unteren Kondensatorelektroden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die Strukturierung der Stützisolationsstruktur beinhaltet: – Bilden einer Maskenstruktur (137) auf Teilen der Stützisolationsstruktur und überlappenden Teilen der entsprechenden der unteren Kondensatorelektroden und – Ätzen der Stützisolationsstruktur, um die Gießstruktur unter Verwendung der Maskenstruktur als Ätzmaske freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bilden der Maskenstruktur (137), die als Ätzmaske zum Ätzen der Stützisolationsstruktur verwendet wird, das Bilden der Maskenstruktur auf überlappenden Teilen von alternierenden der unteren Kondensatorelektroden beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei das Bilden der dielektrischen Schicht beinhaltet: – im Wesentlichen Entfernen von Teilen der Gießstruktur nach dem Bilden der Stützstruktur, um die äußeren Seitenwände der Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden freizulegen, – im Wesentlichen Entfernen der Opferstruktur, um die inneren Seitenwände der Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden freizulegen, – Bilden der dielektrischen Schicht auf den freigelegten inneren und äußeren Seitenwänden der Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Stützstruktur eine Ätzselektivität gegenüber der Opferstruktur und der Gießstruktur aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei das Bilden der dielektrischen Schicht beinhaltet: – im Wesentlichen Entfernen von Teilen der Gießstruktur nach dem Bilden der Stützstruktur ohne wesentliches Entfernen der Opferstruktur, um die äußeren Seitenwände der Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden freizulegen, und – Bilden der dielektrischen Schicht auf den freigelegten äußeren Seitenwänden der Mehrzahl von unteren Kondensatorelektroden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Stützstruktur und die Opferstruktur eine Ätzselektivität gegenüber der Gießstruktur aufweisen.