DE19522370C2 - Verfahren zur Herstellung von Stapelkondensatoren von Halbleitervorrichtungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung eines Stapelkondensators einer Halbleitervor­ richtung, und besonders auf ein Verfahren für die Herstellung eines Stapelkondensators für die Verwendung für eine hochinte­ grierte Halbleitervorrichtung unter Benutzung einfacher Prozeß­ schritte.

Im allgemeinen führt eine hohe Integration von dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), die eine Art von Halb­ leiterspeichervorrichtungen sind, unvermeidbar zu einer Verrin­ gerung in der Fläche einer Zelle, und dadurch zu einer Begren­ zung in der Erlangung einer ausreichenden Kapazität. Um die Probleme zu lösen, die durch eine derartige Verringerung in der Einheitsfläche einer Zelle verursacht werden, welche unvermeid­ bar ist, um eine hohe Integration der Integrierten Halbleiter­ schaltkreise zu erhalten, sind Anstrengungen unternommen worden, um ausgeklügelte Prozeßtechniken zu entwickeln, und um die Zuverlässigkeit der Vorrichtungen und eine aus reichende Kapa­ zität einer Zelle abzusichern.

Als Teil derartiger Anstrengungen ist ein Verfahren vorge­ schlagen worden zur Vergrößerung der wirksamen Fläche eines Kondensators und ein Verfahren zur Benutzung eines hoch-dielek­ trischen, dünnen Films. Die Entwicklung von hoch-dielektrischen, dünnen Filmen hat noch nicht Reifegrad erreicht, um die hoch­ dielektrischen, dünnen Filme in Halbleitervorrichtungen anzu­ wenden. In dieser Hinsicht wurde Forschung zum Erhalt einer Kapazität von gewünschtem Wert oder größer bei einer kleinen Fläche aktiv betrieben.

Z.B. wurden dreidimensionale Strukturen des Kondensators, wie etwa eine Stabstruktur, eine Zylinderstruktur und eine Stapel­ struktur vorgeschlagen. Jedoch verlangen solche dreidimensiona­ len Kondensatorstrukturen die Benutzung von komplexeren Prozeß­ schritten zum Erhalt einer vergrößerten Kapazität. Darüber hinaus führt diese Struktur zu einer Vergrößerung der Höhe eines Kondensators, woraus sich ein Problem mit der Topologie eines nachfolgenden Schrittes zur Bildung einer metallischen Verdrah­ tung ergibt.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Stapelkondensators ist in DE 42 15 203 A1 geschildert. Dort wird eine H-förmige Speicherelektrode aus dotiertem Polysilizium gebildet. Diese Form wird durch Anwendung einer Aufeinanderfolge von Bil­ dungsprozessen verschiedener dielektrischer Schichten und Polysiliziumschichten und Ätzvorgängen, die je nach Aufgabe des jeweiligen Ätzprozesses bei der Bildung des Stapelkon­ densators isotrop oder anisotrop sein können, erreicht. Da­ bei wird die jeweilige Schicht flächig auf die gesamte Struktur aufgebracht und in einem entsprechenden Ätzprozeß strukturiert. Ebenso wird in der US 51 64 337 der Prozeß der Bildung eines Stapelkondensators beschrieben, der auf ähnli­ che Weise eine strukturierte Elektrode erzeugt, wobei auch hier eine Aufeinanderfolge von verschiedenen dielektrischen Schichten und leitfähigen Schichten verwendet wird, die durch Rückätzprozesse an flächig aufgebrachten Schichten strukturiert werden. Die in diesen Dokumenten geschilderten Prozessen benötigen Rückätzprozesse mit entsprechenden Mas­ kierungen.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Stapelkondensators vorzusehen, das in der Lage ist, die Herstellung zu vereinfachen, während es die Kapazität des Kondensators vergrößert, und die Oberflä­ che des Kondensators maximiert, ohne dabei die Höhe des Kon­ densators zu vergrößern.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Stapelkondensatoren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 erreicht.

Andere Ziele und Aspekte der Erfindung werden aus der folgen­ den Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, in denen:

Fig. 1 bis 7 Querschnittsdarstellungen sind, die die abfol­ genden Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Stapel­ kondensators einer Halbleitervorrichtung nach einer ersten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen; und

Fig. 8 bis 15 Querschnittsdarstellungen sind, die die abfol­ genden Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Stapel­ kondensators einer Halbleitervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

Fig. 1 bis 7 sind Querschnittsdarstellungen, die die abfol­ genden Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines auf ein DRAM angewendeten Stapelkondensators einer Halbleitervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zur Erleichterung der Darstellung wird die DRAM-Struktur so gezeigt, daß sie nicht einen Metalloxid­ siliziumfeldeffekttransistor (MOSFET) einschließt, mit dem der Kondensator verbunden ist. Tatsächlich wird der MOSFET auf dem Substrat gebildet, das sich unter dem Kondensator erstreckt.

Nach diesem Verfahren wird ein erster Oxidfilm 1 zur Eineb­ nung über einer Struktur gebildet, die nach Bildung eines Feld­ oxidfilms und des MOSFET über dem Substrat in konventioneller Weise erhalten wird, wie in Fig. 1 gezeigt. Über dem ersten Oxidfilm 1 wird dann ein erster Nitridfilm 2 aufgebracht. Danach wird der erste Nitridfilm 2 und der erste Oxidfilm 1 an den Stellen geätzt, die mit der Region übereinstimmen, wo eine Speicherelektrode des zu bildenden Kondensators in Kontakt mit dem Substrat sein wird. Durch den Ätzschritt wird ein Kontakt­ loch gebildet. Über der gesamten, freigelegten Oberfläche der sich ergebenden Struktur wird ein dotierter, erster Polysilizium­ film 4 aufgebracht. Anschließend wird ein zweiter Nitridfilm 5 und ein zweiter Oxidfilm 6 in dieser Reihenfolge über dem ersten Polysiliziumfilm 4 aufgebracht. Durch einen lithographischen Prozeß unter Benutzung einer Kondensatorspeicherelektrodenmaske wird der zweite Oxidfilm 6, der zweite Nitridfilm 5 und der erste Polysiliziumfilm 4 nacheinander geätzt, um ein gewünschtes Muster zu bilden. Der erste Nitridfilm 2 wird angepaßt, um ein selektives Wachsen eines dritten Oxidfilms in einem nachfol­ genden Schritt sicherzustellen. D.h., der erste Nitridfilm 2 dient dazu, zu verhindern, daß der dritte Oxidfilm über den ersten Oxidfilm wächst. Der erste Oxidfilm 1 enthält einen Bor- Phosphor-Silikatglasfilm (BPSG).

Danach wird ein Oxidfilm selektiv über dem zweiten Oxidfilm 6 aufgebracht, und bildet damit den dritten Oxidfilm, der mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Der dritte Oxidfilm 7 wird außerordentlich stark aufgetragen, so daß er sich nach unten über die Seitenflächen des zweiten Oxidfilms 6 hinaus erstreckt, und dabei einen Teil von jeder Seitenfläche des zweiten Nitridfilms 5 bedeckt. Der dritte Oxidfilm 7 ist aus O₃-Tetraäthylorthosilikat (TEOS), Phosphorsilikatglas (PSG) oder TEOS.

Über die gesamte freiliegende Oberfläche der sich ergebenden Struktur einschließlich des dritten Oxidfilms 7 wird dann ein dotierter, zweiter Polysiliziumfilm 8 bis zur gewünschten Dicke aufgebracht, wie in Fig. 3 gezeigt. Der zweite Polysiliziumfilm 8 zeigt eine gute Stufenüberdeckung, so daß er in einer gleich­ förmigen Dicke selbst über eine Region aufgebracht wird, die unter einem überhängenden Teil des dritten Oxidfilms 7 definiert ist.

Danach wird der zweite Polysiliziumfilm 8 einer anisotropen Trockenätzung ohne Maske ausgesetzt, und dabei werden die Muster 8′ des zweiten Polysiliziumfilms 8 an entgegengesetzten Teilen der durch den ersten Polysiliziumfilm 4 und den zweiten Nitridfilm 5 dargestellten Struktur gebildet, wie in Fig. 4 gezeigt. Eines der Muster 8′ hat eine um 90° nach rechts gekippte U-Form, während das andere Muster eine um 90° Grad nach links gekippte U-Form hat.

Die sich ergebende Struktur wird dann einer isotropen oder anisotropen Ätzung ausgesetzt, um den dritten Oxidfilm 7 und den zweiten Oxidfilm 6 zu entfernen, wie in Fig. 5 gezeigt.

Anschließend wird die sich ergebende Struktur einer isotropen Ätzung ausgesetzt, um den zweiten Nitridfilm 5 und den ersten Nitridfilm 2 zu entfernen, wie in Fig. 6 gezeigt. Im Ergebnis wird eine Speicherelektrode 20 erhalten, die aus dem ersten Polysiliziumfilm 4 und den Mustern 81 des zweiten Polysilizium­ films an entgegengesetzten Enden des ersten Polysiliziumfilms 4 gebildet werden.

Ein dielektrischer Film 9 des Kondensators wird dann über der Speicherelektrode 20 gebildet, wie in Fig. 7 gezeigt. Schließ­ lich wird ein gedopter Polysiliziumfilm über der sich ergebenden Struktur aufgebracht, und bildet damit eine Plattenelektrode 10 des Kondensators.

Fig. 8 bis 15 sind Querschnittsdarstellungen, die die abfol­ genden Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines auf ein DRAM angewendeten Stapelkondensators einer Halbleitervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zur Erleichterung der Darstellung wird die DRAM-Struktur so gezeigt, daß sie nicht einen Metalloxid­ siliziumfeldeffekttransistor (MOSFET) einschließt, mit dem der Kondensator verbunden ist. Tatsächlich wird der MOSFET auf dem Substrat gebildet, das sich unter dem Kondensator erstreckt.

Nach diesem Verfahren wird ein erster Oxidfilm 11 zur Eineb­ nung über einer Struktur gebildet, die nach Bildung eines Feld­ oxidfilms und des MOSFET über dem Substrat in konventioneller Weise erhalten wird, wie in Fig. 8 gezeigt. Dann wird der erste Oxidfilm 11 an den Stellen geätzt, die mit der Region überein­ stimmen, wo eine Speicherelektrode des zu bildenden Kondensators in Kontakt mit dem Substrat sein wird. Durch den Ätzschritt wird ein Kontaktloch gebildet. Über der gesamten, freigelegten Ober­ fläche der sich ergebenden Struktur wird ein dotierter, erster Polysiliziumfilm 13 aufgebracht. Anschließend wird ein zweiter Oxidfilm 14 über dem ersten Polysiliziumfilm 13 aufgebracht. Durch einen lithographischen Prozeß unter Benutzung einer Kon­ densatorspeicherelektrodenmaske wird der zweite Oxidfilm 14 und der erste Polysiliziumfilm 13 nacheinander geätzt, um ein gewünschtes Muster zu bilden. Ein Photoresistfilm 15 wird dann über der gesamten, freiliegenden Oberfläche der sich ergebenden Struktur aufgebracht.

Der erste Oxidfilm 11 enthält einen BPSG-Film.

Danach wird der Photoresistfilm 5 bis zu einer gewünschten Tiefe unter Benutzung von O₂-Plasma flächengeätzt, so daß er bis zur Hälfte der Höhe des zweiten Oxidfilms 14 erhalten bleibt, wie in Fig. 9 gezeigt.

Ein Oxidfilm wird dann selektiv über einem freiliegenden Teil des zweiten Oxidfilms 14 aufgebracht, und bildet dadurch einen dritten Oxidfilm 16, wie in Fig. 10 gezeigt. Der dritte Oxidfilm 16 besteht aus O₃-TEOS, PSG oder TEOS.

Anschließend wir der verbliebene Photoresistfilm unter Benutzung eines Naßätzprozesses vollständig entfernt, wie in Fig. 11 gezeigt.

Über der gesamten, freiliegenden Oberfläche der sich ergeben­ den Struktur, einschließlich des dritten Oxidfilms 16, wird ein dotierter, zweiter Polysiliziumfilm 17 bis zu einer gewünschten Dicke aufgebracht, wie in Fig. 12 gezeigt. Wegen der guten Stufenabdeckung von Polysiliziumfilm wird der zweite Poly­ siliziumfilm in gleichförmiger Dicke selbst über einer Region aufgebracht, die unter einem überhängenden Teil des dritten Oxidfilms 16 definiert ist.

Danach wird der zweite Polysiliziumfilm 17 einer anisotropen Trockenätzung ausgesetzt, und dabei werden die Muster 17′ des zweiten Polysiliziumfilms 17 an entgegengesetzten Teilen der durch den ersten Polysiliziumfilm 13 und den zweiten Oxidfilm 14 dargestellten Struktur gebildet, wie in Fig. 13 gezeigt. Eines der Muster 17′ hat eine um 90° nach rechts gekippte U-Form, während das andere Muster eine um 90° Grad nach links gekippte U-Form hat. Durch eine derartige Form der Muster 17′ wird die wirksame Fläche des Kondensators maximiert.

Die sich ergebende Struktur wird dann unter Benutzung eines gepufferten Oxid-Ätzmittels oder einer HF-Lösung einer isotropen Atzung ausgesetzt, und dabei wird der dritte Oxidfilm 16 und der zweite Oxidfilm 14 entfernt, wie in Fig. 14 gezeigt. Gleichzei­ tig wird der erste Oxidfilm 11, der unter dem zweiten Poly­ siliziumfilmmustern 17′ und dem ersten Polysiliziumfilm 13 auf­ gebracht ist, bis zu einer benötigten Tiefe geätzt, und dabei werden Unterschneidungen gebildet. Im Ergebnis wird eine Spei­ cherelektrode 22 erhalten, die aus dem ersten Polysiliziumfilm 13 und den Mustern 17′ des zweiten Polysiliziumfilms an entge­ gengesetzten Enden des ersten Polysiliziumfilms 13 gebildet werden. Durch die Unterschneidungen hat die Speicherelektrode 22 eine vergrößerte, wirksame Oberfläche, im Vergleich zu konven­ tionellen Speicherelektroden.

Ein dielektrischer Film 18 des Kondensators wird dann über der Speicherelektrode gebildet, wie in Fig. 15 gezeigt. Schließlich wird ein dotierter Polysiliziumfilm über der sich ergebenden Struktur aufgebracht, und bildet damit eine Platten­ elektrode 19 des Kondensators.

Wie erkennbar aus der obigen Beschreibung, erreicht die vor­ liegende Erfindung eine Vergrößerung in der wirksamen Oberfläche der Speicherelektrode, wobei ein relativ einfaches Herstellungs­ verfahren benutzt wird, das Prozeßschritte einbezieht mit selektivem Auf­ bringen von Oxidfilmen über einer frei liegenden Oberfläche des Oxidfilms, der unter Benutzung von Speicherelektrodenmasken mit Mustern versehen worden ist, wobei eine überhängende Struktur gebildet wird, mit Aufbringen eines Polysiliziumfilms, der eine gute Stufenabdeckung über die sich ergebende Struktur einschließlich der überhängenden Struktur aufweist, mit Bildung von Mustern des Polysiliziumfilms unter Benutzung einer Flächenätzung, wobei die Muster Seitenwände einer Speicherelektrode eines zu bildenden Kondensators darstellen, um so die wirksame Fläche des Konden­ sators zu vergrößern.

Obgleich die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken offengelegt worden sind, werden die in der Technik Geübten erkennen, daß verschiedene Modifika­ tionen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen, wie in den beige­ fügten Ansprüchen offengelegt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Stapelkondensators einer Halbleitervorrichtung, die Schritte enthaltend:
Bildung eines ersten Oxidfilms (1) zur Einebnung über einem Substrat, Aufbringung eines ersten Nitridfilms (2) über dem ersten Oxidfilm (1) und dann Bildung eines Kondensatorkon­ taktlochs in der sich ergebenden Struktur, die nach Aufbrin­ gung des ersten Nitridfilms erhalten wird;
Aufbringung eines dotierten ersten Polysiliziumfilms (4) über der gesamten, freiliegenden Oberfläche der sich erge­ benden Struktur, die nach Bildung des Kontaktlochs erhalten wird, derart, daß der Polysiliziumfilm (4) das Kontaktloch füllt, und dann nacheinander Aufbringung eines zweiten Ni­ tridfilms (5) und eines zweiten Oxidfilms (6) über dem er­ sten Polysiliziumfilm (4);
nacheinander Ätzung des zweiten Oxidfilms (6), des zweiten Nitridfilms (5) und des ersten Polysiliziumfilms (4) durch einen photolithographischen Prozeß unter Benutzung einer Speicherelektrodenmaske, wobei ein Muster gebildet wird, das durch die nach dem Ätzen verbleibenden Filme dargestellt wird;
selektives Aufwachsen eines dicken, dritten Oxidfilms (7) über dem zweiten Oxidfilm (6), wobei sich der dritte Oxid­ film (7) über die seitenoberflächen des zweiten Oxidfilms (6) nach unten erstreckt und einen Teil jeder Seitenfläche des zweiten Nitridfilms (5) bedeckt;
Aufbringen eines dotierten zweiten Polysiliziumfilms (8) über der gesamten, freiliegenden Oberfläche der sich erge­ benden Struktur, die nach dem Aufwachsen des dritten Oxid­ films (7) erhalten wird;
Ätzen des zweiten Polysiliziumfilms (8) unter Benutzung ei­ ner anisotropen Trockenätzung ohne Maske, wobei Muster (8′) des zweiten Polysiliziumfilms (8) an den Seitenwänden der Muster des ersten Polysiliziumfilms (4) bzw. des zweiten Ni­ tridfilms (5) gebildet werden;
Entfernen des dritten Oxidfilms (7) und des zweiten Oxid­ films (6);
Entfernen des zweiten Nitridfilms (5) und des ersten Nitrid­ films (2); und
Bildung eines dielektrischen Films (9) über der Speicher­ elektrode (20), die durch die Muster des ersten Polysilizi­ umfilms (4) und der Muster (8′) des zweiten Polysilizium­ films (8) gebildet werden, und dann Bildung einer Platten­ elektrode (10) über dem dielektrischen Film (9).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dritte Oxidfilm (7) aus einem O₃-Tetraäthylorthosilikatfilm, einem Phosphorsili­ katglasfilm oder einem Tetraäthylorthosilikatfilm besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines Stapelkondensators einer Halbleitervorrichtung, die Schritte enthaltend:
Bildung eines ersten Oxidfilms (11) zur Einebnung über einem Substrat, und dann Bildung eines Kondensatorkontaktlochs in der sich ergebenden Struktur, die nach Aufbringung des er­ sten Oxidfilms (11) erhalten wird;
Aufbringung eines dotierten ersten Polysiliziumfilms (13) über der gesamten, freiliegenden Oberfläche der sich erge­ benden Struktur, die nach Bildung des Kontaktlochs erhalten wird, derart, daß der Polysiliziumfilm (13) das Kontaktloch füllt, und dann Aufbringung eines zweiten Oxidfilms (14) über dem ersten Polysiliziumfilm (13);
nacheinander Ätzung des zweiten Oxidfilms (14) und des er­ sten Polysiliziumfilms (13) durch einen photolithographi­ schen Prozeß unter Benutzung einer Speicherelektrodenmaske, wobei ein Muster gebildet wird, das durch die nach dem Ätzen verbleibenden Filme dargestellt wird;
Bildung eines Photoresistfilms (15) über den nach dem Ätzen freiliegenden Teil des ersten Oxidfilms (11), derart, daß der Photoresistfilm (15) sich bis zu einer gewählten Höhe des zweiten Oxidfilms (14) erstreckt;
selektives Aufwachsen eines dicken, dritten Oxidfilms (16) über dem Teil des zweiten Oxidfilms, der nach der Bildung des Photoresistfilms freiliegt, wobei sich der dritte Oxid­ film (16) über die Seitenoberflächen des zweiten Oxidfilms (14) nach unten erstreckt, und dann Entfernen des verbliebe­ nen Photoresistfilms;
Aufbringen eines dotierten, zweiten Polysiliziumfilms (17) über der gesamten, freiliegenden Oberfläche der sich erge­ benden Struktur, die nach dem Entfernen des Photoresistfilms (15) erhalten wird, und dann Ätzen des zweiten Polysilizium­ films (17) unter Benutzung einer Trockenätzung, wobei Muster (17′) des zweiten Polysiliziumfilms (17) an Seitenwänden der Muster des ersten Polysiliziumfilms (13) bzw. des zweiten Oxidfilms (14) gebildet werden;
Entfernen des dritten Oxidfilms (16) und des zweiten Oxid­ films (14) und gleichzeitig Bildung von Unterschneidungen unter den Mustern des ersten (13) und zweiten Polysilizium­ films (17′); und
Bildung eines dielektrischen Films (18) über der Speicher­ elektrode (22), die durch die Muster des ersten Polysilizi­ umfilms (13) und die Muster (17′) des zweiten Polysilizium­ films (17) gebildet wird, und dann Bildung einer Platten­ elektrode (19) über dem dielektrischen Film (18).

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der dritte Oxidfilm (16) aus einem O₃-Tetraäthylorthosilikatfilm, einem Phosphorsili­ katglasfilm oder einem Tetraäthylorthosilikatfilm besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt zur Bildung des Photoresistfilm (15) die Schritte enthält:
Aufbringen eines Photoresistfilms (15) über der gesamten, freiliegenden Oberfläche der sich ergebenden Struktur, die nach Ätzen des zweiten Oxidfilms (14) und des ersten Polysi­ liziumfilms (13) erhalten wird; und
Flächenätzung des Photoresistfilms (15) bis zu einer gewähl­ ten Tiefe, derart, daß der Photoresistfilm (15) bis zur ge­ wählten Höhe des zweiten Oxidfilms (14) belassen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Entfer­ nens des dritten Oxidfilms (16) und des zweiten Oxidfilms (14) und der gleichzeitigen Bildung der Unterschneidungen unter Benutzung eines gepufferten Oxid-Ätzmittels oder einer HF-Lösung durchgeführt wird.