DE10220542A1

DE10220542A1 - Kompakte Grabenkondensatorspeicherzelle mit Körperkontakt

Info

Publication number: DE10220542A1
Application number: DE10220542A
Authority: DE
Inventors: Carl J Radens; Jack A Mandelman; Ulrike Gruening
Original assignee: International Business Machines Corp; Infineon Technologies North America Corp
Current assignee: International Business Machines Corp; Infineon Technologies North America Corp
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2002-12-05
Also published as: US6437388B1

Abstract

Ein Halbleiterbauelement enthält mindestens zwei aktive Bereiche (90), wobei jeder aktive Bereich einen entsprechenden Graben (12) in einem Substrat (14) umgibt. Die Gräben enthalten jeweils einen Kondensator (11) in einem unteren Teil des Grabens und ein Gate (28) in einem oberen Teil des Grabens. Ein vertikaler Transistor (52) wird zum Laden und Entladen des Kondensators neben dem Graben im oberen Teil ausgebildet. Ein Körperkontakt (48) wird zwischen den mindestens zwei aktiven Bereichen ausgebildet. Der Körperkontakt ist mit den mindestens zwei aktiven Bereichen und mit einer Diffusionsmulde (40) des Substrats verbunden, um im vertikalen Transistor Effekte mit erdfreien Körpern zu verhindern.

Description

HINTERGRUND 1. Erfindungsgebiet

Die vorliegende Offenbarung betrifft Halbleiterbau elemente und insbesondere ein Halbleiterbauelement mit aktiven Speicherarraybereichen, die unter Verwendung ringförmiger Formen ausgebildet sind und Körperkontakte enthalten, die zwischen Transistorbauelementen ausgebildet sind und mit in einem Substrat ausgebil deten Dotierungssubstanzmulden verbunden sind.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Halbleiterspeicherbauelemente, die vertikale Transisto ren enthalten, basieren oft auf der Ausdiffundierung aus vergrabenen Brücken, um zwischen einem Tiefgraben speicherknoten und einem Durchlaßtransistor eine Verbindung auszubilden. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird eine Draufsicht auf einen teilweise hergestellten dynamischen Direktzugriffsspeicherchip 110 gezeigt. Es sind vier Speicherzellen dargestellt, wobei jede Speicherzelle einen tiefen Graben 114 enthält. Aktive Bereiche 116 enthalten Diffusionsgebiete. Neben den aktiven Bereichen 116 sind mit einem dielektrischen Material gefüllte Isolationsgräben 118 ausgebildet. Für eine der Speicherzellen 112 ist eine vergrabene Brücke 120 gezeigt. Ein Kragen 122 einer benachbarten Zelle und zwei benachbarte Isolationsgräben 118 bilden ein dreiseitiges Isolationsgebiet, das die vergrabene Brücke 120 verkapselt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine Querschnittsan sicht entlang der Schnittlinie 2-2 von Fig. 1 gezeigt. Die Speicherzelle 112 enthält einen vertikalen Transistor 126, der zum Zugriff auf einen Speicher knoten 128 im tiefen Graben 114 verwendet wird. Wenn die Größen von Speicherzellen herunterskaliert werden, beginnen die Ausdiffundierungsgebiete der vergrabenen Brücke 120, sich bis zu Kragengebieten 123 einer benachbarten Speicherzelle auszudehnen. Die vergrabene Brücke 120 kann ein erweitertes Ausdiffundierungsgebiet 130 bilden, das sich bis zum Kragen 123 einer benachbarten Speicherzelle 121 erstrecken kann. Wenn das Gebiet 130 den Kragen 122 der benachbarten Zelle berührt, beginnt die Einschnürung des Zugriffstran sistors 126. Bei Speicherzellen mit vertikalen Zugriffstransistoren, die wie in Fig. 1 gezeigt von einer dreiseitigen Isolierung umgeben sind, kann es zu Effekten mit erdfreien Körpern kommen, ähnlich denen, die man bei SOI-Strukturen (Silizium-auf-Isolator- Strukturen) antrifft, wenn die Ausdiffundierung 130 der vergrabenen Brücke den gegenüberliegenden isolierenden Kragen 122 erreicht und den Kontakt zum Transistor körper einschnürt.

Effekte mit erdfreien Körpern werden verursacht, wenn der Körper eines Transistors entweder durch einen Isolator oder durch einen Bereich mit entgegengesetzter Dotierung oder durch ein der Ausdiffundierungsgrenz fläche zugeordnetes Verarmungsgebiet elektrisch von einem leitenden Medium getrennt wird. Bei SOI- Transistorstrukturen trennt ein Isolator zwei Silizium strukturen, von denen eine ein Kanalgebiet des Transistorbauelements (z. B. Transistorkörper) enthält. Das Potential am Transistorkanal kann nicht auf einen spezifischen Wert gesetzt werden, sondern ändert sich entsprechend der an die benachbarten Source-/Drain- Grenzflächen angelegten Spannungsbedingungen (d. h., die Transistorkanalspannung ist erdfrei und stellt sich thermodynamisch auf ihre Umgebung ein). Somit ändert sich die Transistorschwellenspannung mit der variieren den Körpervorspannung, was zu einer parasitären Ableitung aus dem Transistor führt. Dies ist unerwünscht, da die Gatesteuerung der Transistorbauele mente reduziert wird.

Ähnliche Effekte, wie sie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben sind, trifft man in vertikalen Transistorstrukturen an, wenn der Transistorkörper durch eine niedrigere Source-/Drain- Grenzfläche vom Siliziumsubstrat getrennt ist. Bei anderen Strukturen können die Ausdiffundierungen aus vergrabenen Brücken an benachbarten Speicherzellen einander zugewandt sein und einen aktiven Bereich gemeinsam haben. Bei diesen Designs kann die Ausdiffundierung möglicherweise Speicherknoten benachbarter Strukturen kurzschließen. Bei diesen Designs können Isolationsgebiete wünschenswert sein, um ein Kurzschließen dieser Speicherknoten zu verhindern, doch würde dies den aktiven Bereich in zwei Teile unterteilen, was Probleme mit erdfreien Körpern verursachen und zusätzliche Verarbeitungsschritte erfordern würde.

Somit besteht ein Bedarf nach einer Struktur und einem Verfahren zum Ausbilden einer Struktur, die erdfreie Körperpotentiale in Speicherbauelementen mit vertikalen Transistoren reduziert oder eliminiert, die Gatesteuerung der vertikalen Transistoren verbessert, kompakte Speicherzellen liefert und Speicherknotenkurz schlüsse aufgrund von Ausdiffundierungen vergrabener Brücken verhindert.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ein Halbleiterbauelement enthält mindestens zwei aktive Bereiche, wobei jeder aktive Bereich einen entsprechen den Graben in einem Substrat umgibt. Die Gräben enthalten jeweils einen Kondensator in einem unteren Teil des Grabens und ein Gate in einem oberen Teil des Grabens. Ein vertikaler Transistor wird neben dem Graben im oberen Teil zum Laden und Entladen des Kondensators ausgebildet. Ein Körperkontakt ist zwischen den mindestens zwei aktiven Bereichen ausge bildet. Der Körperkontakt ist mit den mindestens zwei aktiven Bereichen und mit einer Diffusionsmulde des Substrats verbunden, um im vertikalen Transistor Effekte mit erdfreien Körpern zu verhindern.

Bei anderen Ausführungsformen enthält der Körperkontakt bevorzugt dotiertes Polysilizium, das zur Ausbildung einer Verbindung zur Diffusionsmulde in die Diffusionsmulde ausdiffundiert. Das Halbleiterbauele ment kann zur Verhinderung einer elektrischen Verbindung zwischen den mindestens zwei aktiven Bereichen einen entlang vertikaler Seitenwände des Körperkontakts ausgebildeten dielektrischen Abstands halter enthalten. Der Körperkontakt kann einen neben den mindestens zwei aktiven Bereichen durch den dielektrischen Abstandshalter ausgebildeten Divot- Abstandshalter aus dotiertem Polysilizium enthalten, der zur Ausbildung einer Verbindung zu den mindestens zwei aktiven Bereichen in die mindestens zwei aktiven Bereiche ausdiffundiert. Jeder der mindestens zwei aktiven Bereiche bildet bevorzugt um den Graben herum einen ringförmigen Ring. Das Halbleiterbauelement kann eine auf dem Körperkontakt ausgebildete dielektrische Schicht enthalten. Zwischen den Gates an der dielektri schen Schicht kann ein Bitleitungskontakt ausgebildet sein. Der Bitleitungskontakt kann mit mindestens einem der mindestens zwei aktiven Bereiche verbunden sein.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauele ments beinhaltet das Ausbilden eines Grabenkondensators in einem Substrat und das Ausbilden eines Gateleiters im Graben, der von dem Grabenkondensator elektrisch getrennt ist. Eine erste dielektrische Schicht wird über dem Gateleiter ausgebildet, und Teile des Substrats werden um die erste dielektrische Schicht herum über dem Gateleiter freigelegt. Dotierungs substanzen werden in ein Gebiet um den Graben herum implantiert, um um den Graben herum ein aktives Gebiet auszubilden. Das aktive Gebiet des Substrats wird geätzt, um einen vertikalen Teil um den Graben herum auszubilden. Ein Körperkontakt wird neben dem vertika len Teil ausgebildet, der den vertikalen Teil elektrisch mit einer unter dem vertikalen Teil im Substrat ausgebildeten Mulde verbindet, um in einem durch den vertikalen Teil ausgebildeten Transistor Effekte mit erdfreien Körpern zu verhindern.

Bei anderen Verfahren kann der Schritt des Ausbildens der ersten dielektrischen Schicht das Ausbilden von Seitenwandabstandshaltern um Seitenwände des Gate leiters herum nach dem Schritt des Implantierens von Dotierungssubstanzen beinhalten. Der Schritt des Aus bildens eines Grabenkondensators kann den Schritt des Ausbildens von Gräben im Substrat unter Verwendung einer ersten lithographischen Maskenstruktur beinhal ten. Der Schritt des Implantierens von Dotierungssub stanzen kann den Schritt des Ausbildens aktiver Bereiche im Substrat unter Verwendung der ersten lithographischen Maskenstruktur beinhalten, um um die Gräben herum ringförmige aktive Bereiche auszubilden. Der den Körperkontakt ausbildende Schritt kann auch das Ausbilden eines dielektrischen Abstandshalters entlang vertikaler Seitenwände des Körperkontakts beinhalten. Der Körperkontakt enthält bevorzugt einen Divot- Abstandshalter aus dotiertem Polysilizium, der neben dem aktiven Bereich durch den dielektrischen Abstandshalter ausgebildet ist.

Bei noch weiteren Verfahren wird der Schritt des Ausdiffundierens von Dotierungssubstanzen des Divot- Abstandshalters aus dotiertem Polysilizium in den aktiven Bereich bevorzugt durchgeführt, um eine Verbindung zum aktiven Bereich auszubilden. Der Körperkontakt kann dotiertes Polysilizium enthalten, und Dotierungssubstanzen des dotierten Polysiliziums können in die Mulde ausdiffundiert werden, um eine Verbindung zur Mulde auszubilden. Eine dielektrische Schicht kann auf dem Körperkontakt ausgebildet werden, und ein Bitleitungskontakt wird selbstausgerichtet zwischen benachbarten Gateleitern ausgebildet, um den aktiven Bereich mit einer Bitleitung zu verbinden.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ihrer veranschaulichenden Ausführungsformen, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Offenbarung stellt die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich vor. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das Layout eines Halbleiter speichers des Stands der Technik, die eine vergrabene Brücke mit Dotierungssubstanzausdiffundierung zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Schnitt linie 2-2 eines Halbleiterspeichers des Stands der Technik, die eine Effekte mit erdfreien Körpern verur sachende Einschnürung aufgrund der Ausdiffundierung von Dotierungssubstanzen aus der vergrabenen Brücke zeigt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Halbleiter bauelements der vorliegenden Erfindung, die einen Grabenkondensator und einen Gateleiter (Wortleitung) zeigt, die in einem Graben ausgebildet sind;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbau elements von Fig. 3, die eine abgeschiedene und planarisierte Kappe zeigt, gefolgt von einer Implantierung der aktiven Bereiche, um um die Gräben herum aktive Bereiche auszubilden, und ein gemäß der vorliegenden Erfindung an Seitenwänden des Gateleiters ausgebildetes Abstandshalterdielektrikum;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauele ments von Fig. 4, die eine auf die Grabengatekappen und das Abstandshalterdielektrikum selbstausgerichtete IT- Ätzung (isolation trench etch) sowie aktive Bereiche zeigt, die jeweils einen selbstausgerichteten Ring um jeden Graben gemäß der vorliegenden Erfindung bilden;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauele ments von Fig. 5, die einen Körperkontaktabstandshalter und einen ausgebildeten Körperkontakt zeigt, wobei der Körperkontakt ein Ausdiffundierungsgebiet enthält, um eine bessere Verbindung zu einer Diffusionsmulde gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauele ments von Fig. 6, die eine Körperkontaktausnehmung, eine Körperkontaktabstandshalterätzung und eine Über ätzung zeigt, um ein Divot gemäß der vorliegenden Erfindung auszunehmen;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauele ments von Fig. 7, die die Abscheidung und das Zurückätzen der dünnen Körperkontaktbrücke aus Poly silizium (Divot-Füllbrücke) zeigt, wobei die Divot- Füllbrücke Dotierungssubstanzen zur Ausbildung von Körperkontaktverbindungen ausdiffundiert und ein Grabenoberkantenoxid (TTO = trench-top oxide) gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauele ments von Fig. 8, die eine Linerabscheidung und eine Dielektrikumsabscheidung über dem Halbleiterbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauele ments von Fig. 9, die eine in die in Fig. 9 ausgebildete dielektrische Schicht geätzte Wortleitungsstruktur und eine gemäß der vorliegenden Erfindung geätzte Grabengatekappe zeigt;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauele ments von Fig. 10, die einen abgeschiedenen und ausgenommenen Wortleitungsleiter und eine Kappenab scheidung und -planarisierung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 12 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauele ments von Fig. 11, die ein auf Wortleitungen selbstausgerichtetes Diffusionskontakt- (Bitleitungskontakt-)Loch gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 13 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauele ments von Fig. 12, die einen Bitleitungskontakt und eine Bitleitung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, zeigt; und

Fig. 14 ein beispielhaftes Layout des Halbleiterbauele ments gemäß der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung liefert Halbleiterstrukturen und Verfahren zu ihrer Ausbildung. Die vorliegende Erfindung liefert Körperkontakte zwischen Speicherzellen eines Speicherarrays. Aktive Arraybereiche werden vorteilhafterweise unter Verwendung eines selbstjustierten Rings aus aktivem Bereich um einen tiefen Graben herum ausgebildet. Der tiefe Graben enthält einen Speicherknoten zum Speichern von Ladung (z. B. einen Tiefgrabenkondensator). Ein Körperkontakt ist zwischen Speicherzellen vorgesehen und mit einer Mulde (z. B. einer p-Mulde) zwischen Bauelementen unter Verwendung eines Divot-Füllprozesses verbunden.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zum Verbinden eines Speicherknotens mit einem aktiven Bereich Arraybauelemente mit vertikalen Grabenseitenwänden mit vergrabenen Brücken eingesetzt. Der aktive Bereich des Arrays wird unter Verwendung einer Tiefgrabenstruktur ausgebildet, um selbstjustierte ringförmige Ringe um die tiefen Gräben herum auszubilden. Arraygateoxidations- und Isolations gräben (IT) können getrennt aus Stützeinrichtungen in einem Stützgebiet ausgebildet werden. Bevorzugt wird ein Körperkontakt für Transistorbauelemente unter Ver wendung einer leitenden (Polysilizium) Füllung und zusätzlichen Ausbildungen vergrabener Brücken zwischen den Gräben ausgebildet. Der Körperkontakt enthält bevorzugt einen hohen Widerstand zu einer in einem Substrat des Halbleiterbauelements ausgebildeten p- Mulde, um Effekte mit erdfreien Körpern zu eliminieren.

Die Wortleitungsausbildung ist bevorzugt von Stützein richtungen (oder wahlweise Damascene-Gatehilfseinrich tungen) abgekoppelt. Das Peripheriegebiet eines Chips enthält Hilfseinrichtungen, die von dem Speicherarray entfernt ausgebildet sind. Die Hilfseinrichtungstran sistoren werden vorteilhafterweise getrennt von den Speicherarraybauelementen hergestellt und optimiert. Zum Beschreiben von Hilfsgebieten können während der Speicherarrayverarbeitung Blockiermasken verwendet werden. Bitleitungskontakte sind auf benachbarte Wortleitungen selbstjustiert und können gemeinsam von Zellen benutzt werden.

Die vorliegende Erfindung wird in Form veranschau lichender Beispiele beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu erläutern. Die vorliegende Erfindung sollte nicht so ausgelegt werden, daß sie auf die veranschaulichenden Beispiele beschränkt ist, und kann mit anderen Strukturen oder Verarbeitungsschritten verwendet werden, so können beispielsweise Bauelement leitfähigkeiten vertauscht werden (z. B. können p- Gebiete zu n-Gebieten umgetauscht werden und umgekehrt), wie der Fachmann versteht.

Nunmehr spezifisch im einzelnen auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen gleiche Bezugszahlen in den mehreren Ansichten ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, und anfänglich auf Fig. 3 wird eine Quer schnittsansicht eines Halbleiterbauelements 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Halbleiterbauelement 10 kann ein Speicherbauelement enthalten, wie etwa ein dynamisches Direktzugriffsspeicherbauelement (DRAM-Bauelement), obwohl auch andere Halbleiterbauelemente die vorliegen de Erfindung verwenden können. Durch anisotrope Ätzprozesse, wie etwa Reaktives Ionenätzen (RIE) oder einen anderen Prozeß, können in ein Substrat 14 tiefe Gräben 12 geätzt werden. Das Substrat 14 kann ein mono kristallines Siliziummaterial enthalten, obwohl andere geeignete Substratmaterialien eingesetzt werden können. An unteren Teilen der Gräben 12 wird eine vergrabene Platte 16 ausgebildet, die wie eine Kondensatorplatte des Tiefgrabenkondensators 11 (Fig. 13) wirkt, der in den Gräben 12 ausgebildet wird. Bei dieser Ausführungsform enthält die vergrabene Platte 16 n⁺- Dotierungssubstanzen, obwohl, wie der Fachmann versteht, Dotierungssubstanz-Leitfähigkeitstypen modi fiziert werden können.

Die Gräben 12 enthalten einen Kragen 18, bevorzugt Siliziumoxid, und ein Knotendielektrikum 17, bevorzugt Siliziumnitrid, das den Graben 12 auskleidet, um wie ein Kondensatordielektrikum am unteren Teil des Grabens 12 zu wirken. Ein Speicherknoten 20 füllt den Graben 12 und enthält bevorzugt Polysiliziummaterial. Ein Vergrabene-Brücke-Gebiet 22 ist in den Gräben 12 aus gebildet und stellt ein Ausdiffundierungsgebiet 24 bereit, wenn Dotierungssubstanzen des Vergrabene- Brücke-Gebiets 22 in das Substrat 14 ausdiffundieren.

Ein Grabenoberkantendielektrikum 26 enthält bevorzugt eine als Grabenoberkantenoxid (TTO = trench top oxide) bezeichnete Oxidschicht. Das TTO 26 trennt einen Gateelektrodenleiter 28 von der vergrabenen Brücke 22 und dem Speicherknoten 20. Eine Gateoxidschicht 30 wird bevorzugt durch einen thermischen Oxidationsprozeß auf Oberflächen des Substrats 14 vor der Abscheidung des Gateleiters 28 ausgebildet. Die Arraygateoxidschicht 30 wird in einem anderen Prozeß als das Gateoxid in Hilfs einrichtungen in einem nicht gezeigten Hilfsgebiet ausgebildet. Der Gateleiter 28 enthält bevorzugt Polysilizium, obwohl andere leitenden Materialien zusätzlich zu oder anstelle von Polysilizium verwendet werden können, beispielsweise Metallsilizide. Eine Pad- Dielektrikumsschicht 32 (die eine Padoxidschicht mit einer darauf ausgebildeten Padnitridschicht enthalten kann) wird zum Schutz von Oberflächen des Substrats 14 und zum Bereitstellen einer Schicht, von der Ätzmasken zum Ätzen von Gräben 12 entfernt werden können, verwendet. Die Pad-Dielektrikumsschicht 32 kann auch als eine Polierstoppschicht zur Ausbildung von Kappen 34 verwendet werden, wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wird.

Die Pad-Dielektrikumsschicht 32 stellt auch eine Ätz maske bereit, die beim Ausnehmen des Gateleiters 28 auf eine unter der Oberfläche der Pad-Dielektrikumsschicht 32 liegende Höhe verwendet wird. Das Ausnehmen des Gateleiters 28 kann durch einen anisotropen Ätzprozeß durchgeführt werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird eine dielektrische Schicht auf den Strukturen von Fig. 3 abgeschieden und planarisiert, um die Kappen 34 zu bilden. Die Kappen 34 enthalten bevorzugt ein Oxid oder ein anderes dielektrisches Material, das das selektive Entfernen der Pad-Dielektrikumsschicht 32 (d. h. des Silizium nitrid-Teils der dielektrischen Schicht 32) gestattet. Die Pad-Dielektrikumsschicht 32 wird dann selektiv von der Oberfläche des Substrats 14 abgelöst. Eine nicht gezeigtes Opferoxid kann dann gebildet werden, um während der Ionenimplantationsprozesse eine Oberflä chenbeschädigung zu verhindern. Die Ionenimplantation wird dazu verwendet, im Substrat 14 ein dotiertes Band (z. B. n-Band) 38 auszubilden, das die vergrabenen Platten 16 elektrisch verbindet. Außerdem ist ein Muldengebiet 40 über dem Band 38 ausgebildet, das eine Mulde mit zum Band 38 entgegengesetzter Leitfähigkeit und vergrabene Platten 16 (z. B. eine p-Mulde) enthält. Die Bauelementimplantierung wird vorgenommen, um im Substrat 14 aktive Bereiche für vertikale Transistoren bereitzustellen, die in späteren Schritten ausgebildet werden. Die Ausbildung der aktiven Bereiche wird vorteilhafterweise unter Einsatz einer gleichen lithographischen Maske vorgenommen, wie sie für das Ätzen der Gräben 12 verwendet wurde. Auf diese Weise werden um die Gräben 12 herum ringförmige aktive Bereichsgebiete 90 (Fig. 14) ausgebildet. Ringförmige Gebiete 90 können einen aktiven Bereich in Form eines kreisförmigen Rings, eines nicht-kreisförmigen Rings (z. B. ovalen Rings) oder mit einer rechteckigen Form mit einem anders geformten tiefen Graben 12 bilden.

Durch Abscheiden einer Dielektrikumsschicht über den Kappen 34 und dem Substrat 14 wird eine Isolationsgra benmaskendielektrikumsschicht ausgebildet. Die Dielek trikumsschicht wird dann zur Ausbildung von Isolations grabenmaskenabstandshaltern 36, die um den Graben 12 herum eine Ringform anmehmen, in einem Abstandshalter ätzprozeß (z. B. RIE) geätzt. Die Isolationsgrabenmaske 36 enthält bevorzugt das gleiche Material wie die Kappen 34 (z. B. ein Oxid).

Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Pad- Dielektrikum 32 seitlich zurückgeätzt werden, worauf eine Ionenimplantierung von Bauelementdiffusionsgebie ten folgt. Dann kann die gleichzeitige Ausbildung der Isolationsgrabenmaske 36 und der Kappe 34 durchgeführt werden, indem beispielsweise ein Oxiddielektrikummate rial abgeschieden und planarisiert wird. Daraufhin wird das Pad-Dielektrikum 32 abgelöst.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird das Substrat 14 durch einen anisotropen Ätzprozeß geätzt, der vorteilhafter weise auf die Gräben 12 selbstjustiert ist, da die Kappen 34 und Abstandshalter der Isolationsgrabenmaske 36 als Ätzmaske verwendet werden. Das Ätzen des Substrats 14 hinterläßt vertikale Teile 42, die einen Bauelementkörper für vertikale Transistoren bilden, die in diesem Gebiet auszubilden sind. Da sich die Ausdiffundierungsgebiete 24 der vergrabenen Brücken 22 über vertikale Teile 42 erstrecken können, wird zum Verhindern einer Einschnürung und von Effekten mit erd freien Körpern (parasitäre Ableitung und Verlust der Gatesteuerung) vorteilhafterweise ein Körperkontakt verwendet. Die Ausbildung von Körperkontakten wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 geschrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird ein Körperkontakt seitenwandabstandshalter 44 über einer freiliegenden Oberfläche des Bauelements 10 abgeschieden. Der Abstandshalter 24 enthält bevorzugt eine Silizium nitridschicht oder eine andere Dielektrikumsschicht, die relativ zum Isolationsmaskenabstandshalter 36, der Kappe 34 und dem Substrat 14 selektiv entfernt werden kann. Der Abstandshalter 44 funktioniert wie ein Shallow-Trench-Isolationsgebiet (STI-Gebiet), um Bau elemente zu trennen. Die Isolationsgräben (IT) im nicht gezeigten Hilfsgebiet werden vorteilhafterweise in einem getrennten Prozeß ausgebildet.

Es wird eine anisotrope Ätzung vorgenommen, um den Abstandshalter 44 von oberen Teilen der Kappen 34 und Abstandshalter 36 und von der Unterseite 45 jedes Körperkontaktgrabens 46 zu entfernen. Die Körperkon taktgräben 46 werden mit einem leitenden Material gefüllt, beispielsweise dotiertem Polysilizium, um Körperkontakte 48 zur p-Mulde zu bilden, um Effekte mit erdfreien Körpern zu eliminieren. Eine obere Oberfläche des Bauelements 10 wird beispielsweise durch einen chemisch-mechanischen Polierprozeß (CMP-Prozeß) plana risiert. Dotierungssubstanzen aus dem Polysilizium der Körperkontakte 48 (z. B. Dotierungssubstanzen vom p-Typ) diffundieren in Gebiete 50 aus, um zwischen dem Substrat 14 und den Körperkontakten 48 eine gute elektrische Verbindung auszubilden. Die Verbindung beim Gebiet 50 besteht zum Muldengebiet 40 (z. B. p-Mulde) in einem Bereich unter Transistorkanalgebieten vertikaler Transistoren 52.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 werden Körperkontakte 48 unter eine obere Oberfläche der vertikalen Teile 42 ausgenommen. Dann wird der Körperkontaktabstandshalter 44 auf eine Höhe unter einer oberen Oberfläche 55 der ausgenommenen Körperkontakte 48 ausgenommen. Dadurch wird ein Teil 56 der Seiten der Körperkontakte 48 frei gelegt. Freiliegende Teile 55 und 56 werden einem Nitrierungsprozeß unterzogen, bevorzugt einer thermischen Nitrierung, um eine dünne Schicht 57 aus Nitrid als Diffusionsbarriere zum Körperkontakt 48 auszubilden und um für das selektive Entfernen eines Divot-Brückenmaterials von der Nitridschicht 57 zu sorgen. Es ist zu verstehen, daß ein ähnlicher Nitrie rungsprozeß zwischen einem Divot-Brückenteil 13 und dem Knoten 20 von Fig. 1 durchgeführt wird, um eine Diffusionsbarriere auszubilden und um für das selektive Entfernen eines Divot-Brückenmaterials von einer am Knoten 20 ausgebildeten nicht gezeigten Nitridschicht zu sorgen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird eine Körperkontakt- Divot-Brücke 58 ausgebildet, indem beispielsweise ein hochdotiertes Polysiliziummaterial, bevorzugt durch einen chemischen Niederdruck-Dampfabscheidungsprozeß (LPCVD = low pressure chemical vapor deposition) abge schieden und das Polysilizium dann zur Nitridschicht 57 zurückgeätzt wird. Dadurch wird Polysilizium von anderen Oberflächen entfernt, und es bleibt eine Körperkontakt-Divot-Brücke 58 in Divots zurück, die zwischen Körperkontakten 48 und dem Substrat 14 ausge bildet sind. Ein Grabenoberkantendielektrikum, bevorzugt ein Grabenoberkantenoxid (TTO) 60 wird über den Körperkontakten 48 ausgebildet. Das TTO 60 wird bevorzugt durch einen anisotropen Abscheidungsprozeß ausgebildet, so daß auf vertikalen Oberflächen kein Oxid ausgebildet wird. Zum anisotropen Ausbilden des TTO 60 (sowie des TTO 26 in Fig. 3) kann beispielsweise eine hochdichte Plasmaabscheidung (HDP) verwendet werden.

Es versteht sich, daß die Körperkontakt-Divot-Brücke 58 (z. B. Dotierungssubstanzen vom p-Typ) ausdiffundiert, um Ausdiffundierungsgebiete 62 zu bilden. Dadurch besteht ein leitender Weg zwischen den vertikalen Teilen 42 und der Mulde 40. Dieser leitende Weg der Körperkontakte 48 umgeht das Ausdiffundierungsgebiet 24, was die Transistoreinschnürung und die dadurch verursachten Effekte mit erdfreien Körpern eliminiert. Da die Effekte mit erdfreien Körpern eliminiert sind, erhält man zudem eine bessere Gatesteuerung vertikaler Transistoren.

Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird über den Oberflächen des Bauelements 10 ein Liner 64 abgeschieden. Der Liner 64 enthält bevorzugt ein Oxid und wird zum Schutz von Oberflächen des Substrats 14 an vertikalen Teilen 42 verwendet. Über dem Bauelement 10 wird eine Dielektrikumsschicht 66 abgeschieden. Die Dielektri kumsschicht 66 enthält bevorzugt Siliziumnitrid, so daß ein Teil der Schicht 66 selektiv zu dem Liner 64, der Kappe 34 und den Abstandshaltern 36 entfernt werden kann. Die Dielektrikumsschicht 66 kann planarisiert werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 10 wird auf das Bauelement 10 eine Resistschicht 68 aufgeschleudert und lithogra phisch strukturiert, um über Wortleitungen (Gateleitern 28) Löcher 70 zu öffnen. Die Wortleitungsstruktur wird bis zur Dielektrikumsschicht 66 und der Kappe 34 hinuntergeätzt. Dann wird die Resistschicht 68 entfernt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird die Abscheidung eines Wortleitungsleitermaterials durchgeführt. Dann wird das Wortleitungsleitermaterial unter die Höhe einer oberen Oberfläche der Abstandshalter 36 ausgenommen, um einen Wortleitungsleiter 72 auszubilden. Der Wortleitungslei ter 72 enthält bevorzugt ein Material mit einer Leit fähigkeit, die größer ist als die des Gateleiters 28, beispielsweise Wolframsilizid oder andere Metalle und/oder ihre Silizide. Es wird eine neue Kappe 34' ausgebildet, indem ein Dielektrikum, beispielsweise ein Siliziumoxid, abgeschieden und planarisiert wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird auf das Bauelement 10 eine Resistschicht 74 aufgeschleudert und lithogra phisch strukturiert, um einen Bereich über dem Körperkontakt 48 zu öffnen, und zwar an Stellen über den aktiven Bereichen (vertikalen Teilen 42), wo Bitleitungs- oder Diffusionskontakte ausgebildet werden sollen. Die Dielektrikumsschicht 66 wird selektiv zum Liner 64 und zu den Abstandshaltern 36 und der Kappe 34' entfernt. Ein Loch 76 für einen Bitleitungskontakt 78 (Fig. 13) wird vorteilhafterweise zwischen den Kappen 34' benachbarter Speicherzellen selbstjustiert. Ein Teil der Dielektrikumsschicht 66 kann über dem TTO 60 übriggelassen werden. Der Kontakt 78 (Fig. 13) muß jedoch an vertikalen Teilen 42 mit dem Substrat 14 verbunden werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 13 wird der Bitleitungskon takt 78 ausgebildet, indem im Loch 78 ein leitendes Material abgeschieden wird. Das leitende Material des Bitleitungskontakts 78 enthält bevorzugt ein dotiertes, unter geringem Druck abgeschiedenes Polysiliziummate rial vom n-Typ. Ausdiffundierungsgebiete 80 (z. B. Dotierungssubstanzen vom n-Typ) bilden sich in verti kalen Teilen 42 aus und verbessern die elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 78 und den vertikalen Teilen 42.

Die Fig. 12 und 13 zeigen eine Ausführungsform, bei der ein einziger Bitleitungskontakt 78 mit zwei benachbarten Speicherzellen verbunden ist. Bei anderen Ausführungsformen können Kontakte (78) für jede Speicherzelle ausgebildet werden, indem ein dielektrisches Material zurückgelassen wird, um eine elektrische Verbindung auf einer Seite des Kontakts 78 zu verhindern, oder indem ein vertikaler Teil 60 während früherer Verarbeitungsschritte unter die Dielektrikumsschicht 66 ausgenommen wird.

Das Bauelement 10 wird beispielsweise durch CMP planarisiert, und eine Bitleitung 82 wird ausgebildet, die mit den Kontakten 78 verbunden ist. Die Verarbeitung geht weiter mit der Abscheidung von Dielektrikumsschichten und höheren Metallisierungsschichten, um das Bauelement 10 fertigzustellen. Die Körperkontakte 48 der vorliegenden Erfindung können in anderen Architekturen eingesetzt werden. So kann beispielsweise eine einseitige vergrabene Brücke, z. B. in der Architektur der Fig. 1 und 2, Körperkontakte 48 gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 14 wird ein veranschaulichendes Layout 100 für das Bauelement 10 gezeigt. Das Layout 100 enthält mehrere Speicherzellen 88. Jede Speicherzelle des Layouts 100 enthält eine Zellenfläche von 4F², wobei F eine Grundregelabmessung ist (z. B. eine kleinste Strukturmerkmalgröße). Die Bit leitungen 82 sind als gepunktete Linien gezeigt, so daß der Blick auf darunterliegende Strukturmerkmale nicht behindert ist. Die Wortleitungen 28 sind relativ zu den Bitleitungen 82 senkrecht orientiert. Die Gräben 12 liegen direkt unter und in einer Linie mit den Wortleitungen 24. Ringförmige aktive Bereichsgebiete 90 (vertikale Teile 42) umgeben die Gräben 12. Bitlei tungskontakte 78 sind zwischen benachbarten Speicher zellen 88 in einer abwechselnden Struktur ausgebildet, so daß zwei Zellen von einem Bitleitungskontakt 78 bedient werden. Unter den Kontakten 78 sind nicht gezeigte Körperkontakte 48 ausgebildet. Ähnliche Layouts und Variationen des Layouts 100 werden für die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen. Zellen layoutflächen von höchstens 5F² werden bevorzugt. F kann beispielsweise 0,13 Mikrometer oder darunter betragen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Mittenabstand der Bitleitungen und/oder Wortleitungen eingestellt werden und/oder Bitleitungskontakte können an jeder Zelle angeordnet werden.

Nachdem bevorzugte Ausführungsformen für eine kompakte Grabenkondensatorspeicherzelle mit Körperkontakt (die beispielhaft und nicht einschränkend sein sollen) beschrieben worden sind, wird angemerkt, daß der Fachmann angesichts der obigen Lehren Modifikationen und Variationen vornehmen kann. Es ist deshalb zu verstehen, daß an den jeweiligen Ausführungsformen der offenbarten Erfindung Änderungen vorgenommen werden können, die innerhalb des Schutzbereichs und des Gedankens der Erfindung liegen, wie sie durch die bei gefügten Ansprüche umrissen sind. Nachdem die Erfindung mit den Einzelheiten und mit der Genauigkeit beschrie ben worden ist, die die Patentgesetze fordern, wird in den beigefügten Ansprüchen das dargelegt, was beansprucht und durch eine Patenturkunde geschützt werden soll.

Claims

1. Halbleiterbauelement, das folgendes umfaßt:
mindestens zwei aktive Bereiche, wobei jeder aktive Bereich einen entsprechenden Graben in einem Substrat umgibt;
wobei die Graben jeweils einen Kondensator in einem unteren Teil des Grabens und ein Gate in einem oberen Teil des Grabens derart enthalten, daß ein vertikaler Transistor neben dem Graben im oberen Teil zum Laden und Entladen des Konden sators ausgebildet wird; und
einen Körperkontakt, der zwischen den mindestens zwei aktiven Bereichen ausgebildet ist, wobei der Körperkontakt mit den mindestens zwei aktiven Bereichen und mit einer Diffusionsmulde des Substrats verbunden ist, um im vertikalen Transistor Effekte mit erdfreien Körpern zu verhindern.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der Körperkontakt dotiertes Polysilizium enthält, das zur Ausbildung einer Verbindung zur Diffusions mulde in die Diffusionsmulde ausdiffundiert.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, weiterhin mit einem entlang vertikaler Seitenwände des Körperkontakts ausgebildeten dielektrischen Abstandshalter, um eine elektrische Verbindung zwischen den mindestens zwei aktiven Bereichen zu verhindern.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, wobei der Körperkontakt einen neben den mindestens zwei aktiven Bereichen durch den dielektrischen Abstandshalter ausgebildeten Divot-Abstandshalter aus dotiertem Polysilizium enthält, der zur Ausbildung einer Verbindung zu den mindestens zwei aktiven Bereichen in die mindestens zwei aktiven Bereiche ausdiffundiert.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei jedes der mindestens zwei aktiven Bereiche um den Graben herum einen ringförmigen Ring bildet.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, weiterhin mit einer auf dem Körperkontakt ausgebildeten dielektrischen Schicht.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, weiterhin mit einem zwischen den Gates an der dielektrischen Schicht ausgebildeten Bitleitungskontakt, der mit mindestens einem der mindestens zwei aktiven Bereiche verbunden ist.

8. Halbleiterbauelement, das folgendes umfaßt:
mehrere Speicherzellen, wobei jede Speicherzelle folgendes enthält:
einen in einem Substrat ausgebildeten Graben, in dem ein Speicherknoten und eine einen Teil des Grabens umgebende vergrabene Platte ausgebildet sind, wobei die vergrabene Platte und der Speicherknoten zur Ausbildung eines Kondensators durch eine dielektrische Knotenschicht getrennt sind;
einen ringförmigen aktiven Bereich, der im Substrat ausgebildet ist und den Graben umgibt, um einen vertikalen Transistor auszubilden;
einen Körperkontakt, der neben dem ringförmigen aktiven Bereich ausgebildet ist, wobei der Körperkontakt eine im Substrat ausgebildete Mulde mit dem ringförmigen aktiven Bereich verbindet, um im vertikalen Transistor Effekte mit erdfreien Körpern zu verhindern.

9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei der Körperkontakt dotiertes Polysilizium enthält, das zur Ausbildung einer Verbindung zur Diffusions mulde in die Diffusionsmulde ausdiffundiert.

10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, weiterhin mit einem entlang vertikaler Seitenwände des Körperkontakts ausgebildeten dielektrischen Abstandshalter, um eine elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten aktiven Bereichen zu verhindern.

11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, wobei der Körperkontakt einen neben dem aktiven Bereich durch den dielektrischen Abstandshalter ausgebildeten Divot-Abstandshalter aus dotiertem Polysilizium enthält, der zur Ausbildung einer Verbindung zu dem aktiven Bereich in den aktiven Bereich ausdiffundiert.

12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, weiterhin mit einer auf dem Körperkontakt ausgebildeten dielektrischen Schicht.

13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, weiterhin mit einem zwischen den Gates an der dielektrischen Schicht ausgebildeten Bitleitungskontakt, der mit dem aktiven Bereich verbunden ist.

14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei jede Speicherzelle eine Fläche von höchstens 5F² einnimmt, wobei F eine Grundregelabmessung ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbau elements, mit den folgenden Schritten:
Ausbilden eines Grabenkondensators in einem Substrat;
Ausbilden eines Gateleiters im Graben, der vom Grabenkondensator elektrisch getrennt ist;
Ausbilden einer ersten dielektrischen Schicht über dem Gateleiter und Freilegen von Teilen des Substrats um die erste dielektrische Schicht herum über dem Gateleiter;
Implantieren von Dotierungssubstanzen in einem Gebiet um den Graben herum, um um den Graben herum ein aktives Gebiet auszubilden;
Ätzen des aktiven Gebiets des Substrats, um einen den Graben umgebenden vertikalen Teil auszubilden; und
Ausbilden eines Körperkontakts neben dem vertikalen Teil, der den vertikalen Teil elektrisch mit einer unter dem vertikalen Teil im Substrat ausgebildeten Mulde verbindet, um in einem durch den vertikalen Teil ausgebildeten Transistor Effekte mit erdfreien Körpern zu ver hindern.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Ausbildens der ersten dielektrischen Schicht das Ausbilden von Seitenwandabstandshaltern um Seiten wände des Gateleiters nach dem Schritt des Implantierens von Dotierungssubstanzen beinhaltet.

17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Ausbildens eines Grabenkondensators den Schritt des Ausbildens von Gräben im Substrat unter Verwendung einer ersten lithographischen Masken struktur beinhaltet.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Implantierens von Dotierungssubstanzen den Schritt des Ausbildens aktiver Bereiche im Substrat unter Verwendung der ersten lithographischen Masken struktur beinhaltet, um um die Gräben herum ringförmige aktive Bereiche auszubilden.

19. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der den Körperkontakt ausbildende Schritt das Ausbilden eines dielektrischen Abstandshalters entlang vertikaler Seitenwände des Körperkontakts beinhaltet.

20. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Körper kontakt einen Divot-Abstandshalter aus dotiertem Polysilizium enthält, der neben dem aktiven Bereich durch den dielektrischen Abstandshalter ausgebildet ist, und weiterhin mit dem Schritt des Ausdiffundierens von Dotierungssubstanzen des Divot- Abstandshalters aus dotiertem Polysilizium in den aktiven Bereich, um eine Verbindung zum aktiven Bereich auszubilden.

21. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Körper kontakt dotiertes Polysilizium enthält und weiterhin den Schritt des Ausdiffundierens von Dotierungssubstanzen des dotierten Polysiliziums in die Mulde umfaßt, um eine Verbindung zur Mulde auszubilden.

22. Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine dielektrische Schicht auf dem Körperkontakt ausge bildet wird, und weiterhin mit dem Schritt des Ausbildens eines selbstausgerichteten Bitleitungs kontakts zwischen benachbarten Gateleitern, um den aktiven Bereich mit einer Bitleitung zu verbinden.