DE19944011A1 - Speicher mit Isolationsgraben und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Speicherzelle (100), die in einem Substrat (101) gebildet ist, wobei die Speicherzelle (100) einen Grabenkondensator (160) und einen Transistor (110) aufweist. Der Transistor (110) besteht aus einem Gate (112), einem Drain-Gebiet (113) und einem Source-Gebiet (114), welches elektrisch an den Grabenkondensator (160) angeschlossen ist. Weiterhin besteht der Speicher aus einer benachbarten Speicherzelle (100'), die durch einen selbstjustierten Isolationsgraben (180) von der Speicherzelle (100) isoliert ist. Durch die selbstjustierte Herstellung des Isolationsgrabens (180) wird die Position des Isolationsgrabens (180) unabhängig von der Photobelichter-Justierungsgenauigkeit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Speicher mit Spei­ cherzellen und Isolationsgraben und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Integrierte Schaltungen (ICs) oder Chips enthalten Kondensa­ toren zum Zwecke der Ladungsspeicherung, wie zum Beispiel ein dynamischer Schreib-/Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM). Der Ladungszustand in dem Kondensator repräsentiert dabei ein Datenbit.

Ein DRAM-Chip enthält eine Matrix von Speicherzellen, welche in Form von Zeilen und Spalten angeordnet sind und von Wort­ leitungen und Bitleitungen angesteuert werden. Das Auslesen von Daten aus den Speicherzellen und das Schreiben von Daten in die Speicherzellen, wird durch die Aktivierung geeigneter Wortleitungen und Bitleitungen bewerkstelligt.

Üblicherweise enthält eine DRAM-Speicherzelle einen mit einem Kondensator verbundenen Transistor. Der Transistor enthält zwei Diffusionsgebiete, welche durch einen Kanal voneinander getrennt sind, der von einem Gate gesteuert wird. Abhängig von der Richtung des Stromflusses wird ein Diffusionsgebiet als Drain und das andere als Source bezeichnet. Hier ist das Drain-Gebiet mit der Bitleitung, das Source-Gebiet mit dem Grabenkondensator und das Gate mit der Wortleitung verbunden. Durch Anlegen geeigneter Spannungen an das Gate wird der Transistor so gesteuert, daß ein Stromfluß zwischen dem Drain-Gebiet und dem Source-Gebiet durch den Kanal ein- und ausgeschaltet wird.

Die in dem Kondensator gespeicherte Ladung baut sich mit der Zeit, aufgrund von Leckströmen ab. Bevor sich die Ladung auf einen unbestimmten Pegel unterhalb eines Schwellwertes abge­ baut hat, muß der Speicherkondensator aufgefrischt werden, daher erfordern hohe Leckströme eine hohe Auffrischfrequenz. Aufgrund der Auffrischung werden diese Speicherzellen als dy­ namisches RAM (DRAM) bezeichnet. Aus der Patentschrift US 5,867,420 sind die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt.

Eine zu geringe Ladung in dem Grabenkondensator kann die Funktionstüchtigkeit und Verwendbarkeit der Speichervorrich­ tung widrig beeinflussen. Falls die gespeicherte Ladung zu stark abgebaut ist, so ist es nicht mehr möglich, die in der Speicherzelle gespeicherte Information mit den angeschlosse­ nen Leseverstärkern auszulesen. Die Information geht verloren und es kommt zu Lesefehlern. Zur Vermeidung von Lesefehlern bietet sich die Reduktion der Leckströme an. Zur Verringerung der Leckströme sind die Speicherzellen durch einen Isolati­ onsgraben (STI) voneinander isoliert. Üblicherweise wird das Gebiet, in dem der Isolationsgraben zu bilden ist, durch eine strukturierte photolithographische Schicht definiert. Dazu ist die Justierung der Photobelichtung auf die bereits vor­ handenen Strukturen, wie zum Beispiel den Grabenkondensator, erforderlich. Durch eine inhärent vorhandene Photobelichter- Justierungenauigkeit kommt es zu Schwankungen in der Position des Isolationsgrabens, relativ zu dem Grabenkondensator. Da­ bei kommt es gelegentlich vor, daß der Isolationsgraben einen Grabenkondensator vollständig von seinem Transistor isoliert. Die betreffende Speicherzelle ist somit unbrauchbar, was üb­ licherweise für viele weitere Speicherzellen gilt, da alle Speicherzellen mit dem gleichen Isolationsgraben- Belichtungsschritt isoliert werden.

Auch wenn die Photobelichter-Justierungenauigkeit nicht zur vollständigen Isolation des Grabenkondensators führt, so ist die elektrische Verbindung durch den Isolationsgraben einge­ engt, da der Isolationsgraben den Grabenkondensator und die leitende Grabenfüllung teilweise ersetzt. Dies führt zu er­ höhten Anschlußwiderständen des Grabenkondensators an den Transistor, was langsame Speicherzellen zur Folge hat, die dadurch unbrauchbar sind. Die tolerierbare Justierungenauig­ keit ist daher viel kleiner als der Innendurchmesser des Iso­ lationskragens.

Bei fortschreitender Erhöhung der Integrationsdichte nehmen sowohl das kleinste Strukturmaß F, als auch die Photobelich­ ter-Justierungenauigkeit ab. Das Verhältnis von kleinstem Strukturmaß F und Photobelichter-Justierungenauigkeit bleibt aber nicht konstant, denn die Photobelichter- Justierungenauigkeit nimmt relativ zu dem kleinsten Struktur­ maß F zu. Die damit verbundene Erhöhung der relativen Schwan­ kung nachfolgender Photolithographieschritte, bezogen auf be­ reits vorhandene Strukturen, nimmt daher ebenfalls zu.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Speichers, bei dem die Dejustierung zwischen Speicherzellen und Isolationsraben auf einen Wert verringert ist, der kleiner ist als die Photobelichter- Justierungenauigkeit. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines entsprechenden Herstellungsver­ fahrens.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den in Anspruch 1 angegebenen Speicher mit Speicherzellen und Isolationsgraben gelöst. Weiterhin wird die gestellte Aufgabe durch das in An­ spruch 10 angegebene Verfahren gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Un­ teransprüche.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht in der selbstjustierten Herstellung des Isolationsgrabens 180. Dadurch wird die Position des Isolationsgrabens 180 un­ abhängig von der Photobelichter-Justierungenauigkeit. Dies wird durch die Verwendung von einem in den Graben abgeschie­ denen Grabendeckeldielektrikum 430, 430' erreicht, welches als Ätzmaske für die Herstellung des Isolationsgrabens 180 dient. Das Grabendeckeldielektrikum 430, 430', wird nicht durch Justierung einer photolithographischen Belichtung auf bereits vorhandene Strukturen gebildet, sondern es wird durch die auf dem Substrat vorhandenen Strukturen, in diesem Fall durch den Graben 108, 108', an der gewünschten Position ge­ bildet. Daher wird für den, zur Bildung des Isolationsgrabens 180 erforderlichen Lithographieschritt, lediglich eine gerin­ ge Justiergenauigkeit benötigt, die trotz der Photobelichter- Justierungenauigkeit leicht eingehalten werden kann. Die Pho­ tolackmaske, die den Bereich des Isolationsgrabens definiert, muß demnach nicht mit höchsten Anforderungen an den Photobe­ lichter strukturiert werden, sondern kann mit entspannter Ju­ stierung belichtet werden.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung befindet sich der selbstjustierte Isolationsgraben 180 vollständig außer­ halb des Grabens 108, wodurch die leitende Grabenfüllung 161 nicht von dem Isolationsgraben 180 beeinträchtigt wird, die leitende Grabenfüllung 161 eine größtmögliche Grabenfüllungs­ breite 500 aufweist und dadurch einen niederohmigen Anschluß des Transistors 110 an den Grabenkondensator 160 ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist der Isolationskragen 168 eine gleichmäßige Höhe auf. Dadurch wird gewährleistet, daß der Isolationskragen 168 nicht durch den Isolationsgraben 180 ersetzt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die leitende Grabenfüllung 161, in dem von dem Isolati­ onskragen 168 umschlossenen Bereich 501 des Grabens 108 eine gleichmäßige Grabenfüllungsbreite 500 auf. Dadurch besitzt die leitende Grabenfüllung 161 einen größtmöglichen Durchmes­ ser, der einen niederohmigen Anschluß des Transistors 110 an den Grabenkondensator 160 ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist der Isolationsgraben 180 ein Grabendeckeldielektrikum 430 oberhalb der leitenden Grabenfüllung 161 auf. Durch das Grabendeckeldielektrikum 430, welches bei der Bildung des Isolationsgrabens 180 als Ätzmaske dient, ist eine selbstju­ stierte Herstellung des Isolationsgrabens 180 möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Isolationsgraben 180 mit einer Isolationsgrabenverklei­ dung 435 verkleidet. Durch die Isolationsgrabenverkleidung 435 werden Grenzflächenzustände (Interface States), die zu Leckströme führen können, in vorteilhafter Weise vermieden. Dadurch verlängert sich die Speicherzeit der Speicherzelle, was zu einer vorteilhaft niedrigen Auffrischfrequenz führt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Isolationsgraben 180 zusätzlich mit einer Isolationsgra­ benzwischenschicht 436 verkleidet (Liner). Durch die Isolati­ onsgrabenzwischenschicht 436 wird die Speicherzeit der Spei­ cherzelle in vorteilhafterweise verlängert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht das Grabendeckeldielektrikum 430 aus Oxid, Nitrid oder Oxynitrid, die Isolationsgrabenverkleidung 435 aus Oxid, Nitrid oder Oxynitrid, die Isolationsgrabenzwischenschicht 436 aus Nitrid und/oder die Isolationsgrabenfüllung 440 aus Oxid, Nitrid, Oxynitrid oder Polysilizium.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sieht die Bildung eines Grabendeckeldielektrikums 430 nach dem Füllen des Grabens 108 mit der leitenden Grabenfül­ lung 161 vor. Das Grabendeckeldielektrikum 430 dient als Ätz­ maske für die Ätzung des selbstjustierten Isolationsgrabens 180.

Eine weitere vorteilhafte Ausprägung des Herstellungsverfah­ rens bildet eine Isolationsgrabenverkleidung 435, die den ge­ ätzten Isolationsgraben 180 auskleidet. Dadurch werden Grenz­ flächenzustände und Leckströme unterbunden, die den Kondensa­ tor entladen können.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens bildet eine Isolationsgrabenzwischenschicht 436, welche den geätzten Isolationsgraben 180 auskleidet. Durch die Isolationsgrabenzwischenschicht 436 werden in vor­ teilhafter Weise die Speicherzeit verlängert und die Auf­ frischfrequenz herabgesetzt.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher erläutert.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Speichers mit Speicherzellen und Isolationsgraben, entspre­ chend des Standes der Technik;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spei­ chers mit Speicherzellen und Isolationsgarben gemäß des Standes der Technik;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Speichers mit Speicherzellen und Isolationsgraben entspre­ chend einer ersten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spei­ chers mit Speicherzellen und Isolationsgarben gemäß der vorliegenden Erfindung, entsprechend einer zweiten Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Verfahrens;

Fig. 5a-5f eine erste Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens zur Herstellung eines Speichers mit Speicherzellen und Isolationsgarben nach Fig. 3;

Fig. 6a, 6b eine weitere Ausführungsform eines Speichers mit Speicherzellen und Isolationsgarben gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des Speichers nach Fig. 4.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente. Die mit ' gekennzeichneten Bezugs­ zeichen bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Elemente ei­ ner benachbarten Speicherzelle 100'.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist eine erste Ausführung eines Spei­ chers mit Speicherzellen und Isolationsgraben gemäß des Stan­ des der Technik gezeigt. Die dargestellte Speicherzelle 100 besteht aus einem Grabenkondensator 160 und einem Transistor 110. Der Grabenkondensator 160 wird in einem Substrat 101 ge­ bildet. In dem Substrat 101 ist eine vergrabene Wanne 170 eingebracht, die zum Beispiel aus Dotierstoff besteht. Der Grabenkondensator 160 weist einen Graben 108 mit einem oberen Bereich 109 und einem unteren Bereich 111 auf. In dem oberen Bereich 109 des Grabens 108 befindet sich ein Isolationskra­ gen 168. Der untere Bereich des Grabens durchdringt die ver­ grabenen Wanne 170 zumindest teilweise. Um den unteren Be­ reich 111 des Grabens 108 ist eine vergrabene Wanne 165 ange­ ordnet, welche die äußere Kondensatorelektrode bildet. Die vergrabene Platte 165 der Speicherzelle 100 und vergrabene Platten 165' benachbarter Speicherzellen 100' werden durch die vergrabene Wanne 170 elektrisch miteinander verbunden.

Der untere Bereich 111 des Grabens 108 und der Isolationskra­ gen 168 sind mit einer dielektrischen Schicht 164 verkleidet, welche das Speicherdielektrikum des Grabenkondensators 160 bildet. Die dielektrische Schicht 164 kann aus Schichten bzw. aus Schichtstapeln hergestellt werden, die aus Oxid, Nitrid oder Oxynitrid bestehen. Es können auch Speicherdielektrika verwendet werden, die eine hohe Dielektrizitätskonstante auf­ weisen, wie zum Beispiel Tantaloxid (TaO₂), BST (Barium- Strontium-Titanat), sowie jedes andere geeignete Dielektri­ kum.

Der Graben 108 ist mit einer leitenden Grabenfüllung 161 auf­ gefüllt, welche die innere Kondensatorelektrode bildet.

Der Transistor 110 besteht aus einem Source-Gebiet 114 und einem Drain-Gebiet 113, welches mit einem randlosen Kontakt 183 verbunden ist. Weiterhin besteht der Transistor 110 aus einem Kanal 117, der durch ein Gate 112 gesteuert wird. Das Gate 112 ist mit einer Wortleitung 120 verbunden. Der randlo­ se Kontakt 183 ist mit einer Bitleitung 185 verbunden, die oberhalb einer dielektrischen Schicht 189 verläuft. Im Be­ reich des Source-Gebiets 114 befindet sich bei dieser Varian­ te ein vergrabener Kontakt 250.

Oberhalb eines Isolationsgrabens 180 verläuft in dieser Vari­ ante eine passierende Wortleitung 121 (passing word line), die durch den Isolationsgarben 180 von der leitenden Graben­ füllung 161 isoliert wird. Der Isolationsgraben 180 ist teil­ weise in dem Graben 108 gebildet, so daß die leitende Graben­ füllung 161 im oberen Bereich 109 des Grabens 108 durch den Isolationsgraben 180 ersetzt wird. Dadurch ist die Grabenfül­ lungsbreite 500 im oberen Bereich 109 des Grabens 108 nicht konstant, sondern verjüngt sich am oberen Ende des Grabens 108, bedingt durch die Breite des Isolationsgrabens 180.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführung eines Speichers mit Speicherzelle und Isolationsgraben gezeigt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die in Fig. 2 dargestellte Variante unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Va­ riante durch die Position des Isolationsgrabens 180, der auf­ grund der Photobelichter-Justierungenauigkeit die leitende Grabenfüllung 161 von dem Source-Gebiet 114 des Transistors 110 vollständig isoliert und die Speicherzelle 100 unbrauch­ bar macht.

Mit Bezug auf Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung gezeigt. Die dargestellte Speicherzelle 100 besteht aus einem Grabenkondensator 160 und einem Transi­ stor 110. Der Grabenkondensator 160 wird in einem Substrat 101 gebildet. In dem Substrat 101 ist eine vergrabene Wanne 170 eingebracht, die zum Beispiel aus Dotierstoff besteht. Der Grabenkondensator 160 weist einen Graben 108 mit einem oberen Bereich 109 und einem unteren Bereich 111 auf. In dem oberen Bereich 109 des Grabens 108 befindet sich ein Isolati­ onskragen 168. Der untere Bereich des Grabens durchdringt die vergrabene Wanne 170 zumindest teilweise. Um den unteren Be­ reich 111 des Grabens 108 ist eine vergrabene Platte 165 an­ geordnet, welche die äußere Kondensatorelektrode bildet. Die vergrabene Platte 165 der Speicherzelle 100 und vergrabene Platten 165' benachbarter Speicherzellen 100' werden durch die vergrabene Wanne 170 elektrisch miteinander verbunden.

Der untere Bereich des Grabens 108 und der Isolationskragen 168 sind mit einer dielektrischen Schicht 164 verkleidet, die das Speicherdielektrikum des Grabenkondensators 160 bildet. Die dielektrische Schicht 164 kann aus Schichten beziehungs­ weise Schichtstapeln hergestellt werden, die aus Oxid, Nitrid oder Oxynitrid bestehen. Es können auch Speicherdielektrika verwendet werden, die eine hohe Dielektrizitätskonstante auf­ weisen, wie zum Beispiel Tantaloxid (TaO₂), BST (Barium- Strontium-Titanat), sowie jedes andere geeignete Dielektri­ kum.

Der Graben 108 ist mit einer leitenden Grabenfüllung 161 auf­ gefüllt, welche die innere Kondensatorelektrode bildet.

Der Transistor 110 besteht aus einem Source-Gebiet 114 und einem Drain-Gebiet 113, welches mit einem randlosen Kontakt 183 verbunden ist. Weiterhin besteht der Transistor 110 aus einem Kanal 117, der durch ein Gate 112 gesteuert wird. Das Gate 112 ist mit einer Wortleitung 120 verbunden. Der randlo­ se Kontakt 183 ist mit einer Bitleitung 185 verbunden, die oberhalb einer dielektrischen Schicht 189 verläuft.

Zwischen der Speicherzelle 100 und einer benachbarten Spei­ cherzelle 100' befindet sich ein Isolationsgraben 180. Der Isolationsgraben 180 besteht aus einer Isolationsgrabenver­ kleidung 435, die den Isolationsgraben 180 verkleidet. Wei­ terhin besteht der Isolationsgraben 180 aus einem Grabendec­ keldielektrikum 430, welches sich oberhalb der leitenden Gra­ benfüllung 161 in dem Graben 108 befindet. Zusätzlich besteht der Isolationsgraben 180 aus einem zweiten Grabendeckeldie­ lektrikum 430', welches sich oberhalb einer leitenden Graben­ füllung 161' in einem Graben 108' befindet, der Teil der be­ nachbarten Speicherzelle 100' ist. Schließlich besteht der Isolationsgraben 180 noch aus einer Isolationsgrabenfüllung 440, welche den Isolationsgraben 180 auffüllt.

Der von dem Isolationskragen 168 umschlossene Bereich 501 des Grabens 108 ist mit der leitenden Grabenfüllung 161 gefüllt, die in dem umschlossenen Bereich 501 eine gleichmäßige Gra­ benfüllungsbreite 500 aufweist.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Speichers mit Speicherzellen und Isolationsgraben gezeigt, die sich von der in Fig. 3 dargestellten Variante durch eine Isolationsgrabenzwischenschicht 436 unterscheidet, welche den Isolationsgraben 180 zusätzlich zur Isolationsgrabenverklei­ dung 435 verkleidet.

Mit Bezug auf Fig. 5a wird das Substrat 101 bereitgestellt, auf dem die DRAM-Speicherzelle herzustellen ist. Bei der vor­ liegenden Variante ist das Substrat 101 leicht mit p-Typ Do­ tierstoffen dotiert, wie zum Beispiel Bor. In das Substrat 101 wird in geeigneter Tiefe eine n-dotierte, vergrabene Wan­ ne 170 gebildet. Zur Dotierung der vergrabenen Wanne 170 kann Phosphor oder Arsen als Dotierstoff verwendet werden. Die vergrabene Wanne 170 kann zum Beispiel durch Implantation er­ zeugt werden. Sie dient zur Isolation der p-Wanne von dem Substrat 101 und bildet zusätzlich eine leitende Verbindung zwischen der vergrabenen Platte 165 der Speicherzelle 100 und vergrabenen Platten 165' benachbarter Speicherzellen 100'. Alternativ kann die vergrabene Wanne 170 durch epitaktisch aufgewachsene, dotierte Siliziumschichten oder durch eine Kombination von Kristallwachstum (Epitaxie) und Implantation gebildet werden. Diese Technik ist in dem US Patent 5,250, 829 von Bronner et al. beschrieben.

Ein Unterbaustapel wird auf der Oberfläche des Substrats 101 gebildet und umfaßt beispielsweise eine Unterbau-Oxidschicht 104 und eine Unterbau-Stoppschicht 105, welche als Politur- oder Ätzstopp verwendet werden kann und beispielsweise aus Nitrid besteht. Oberhalb der Unterbau-Stoppschicht 105 ist eine Hartmaskenschicht vorgesehen, welche aus TEOS (Tetra- Ethyl-Ortho-Silikat) oder anderen Materialien, wie zum Bei­ spiel Borsilikatglas (BSG) bestehen kann. Zusätzlich kann ei­ ne Antireflexionsbeschichtung (ARC) angewendet werden, um die lithographische Auflösung zu verbessern.

Die Hartmaskenschicht wird unter Verwendung üblicher photoli­ thographischer Techniken strukturiert, um einen Bereich zu definieren, in dem der Graben 108 zu bilden ist. Anschließend wird die Hartmaskenschicht als Ätzmaske für einen reaktiven Ionenätzschritt (RIE, Reactice Ion Etch) verwendet, der den tiefen Graben 108 bildet.

Zur Herstellung des Isolationskragens 168 wird der Graben mit einer Isolationskragenopferschicht gefüllt, die bis zur Un­ terseite des zu bildenden Isolationskragens 168 entfernt wird. Anschließend wird eine dielektrische Schicht auf dem Wafer abgeschieden, welche die Substratoberfläche und die Seitenwände des Grabens 108 in seinem oberen Bereich 109 be­ deckt. Die dielektrische Schicht wird zur Bildung des Isola­ tionskragens 168 verwendet und besteht beispielsweise aus Oxid. Anschließend wird die dielektrische Schicht beispiels­ weise durch reaktives Ionenätzen (RIE) oder mit CDE (Chemical Dry Etch) geätzt, um den Isolationskragen 168 zu bilden.

Die chemischen Mittel für das reaktive Ionenätzen werden der­ art gewählt, daß das Oxid selektiv gegenüber dem Polysilizium der Isolationskragenopferschicht und dem Nitrid der Hartmas­ kenschicht geätzt wird. Anschließend wird die Isolationskra­ genopferschicht aus dem unteren Bereich des Grabens 108 ent­ fernt. Dies wird vorzugsweise durch CDE erreicht, wobei eine dünne, natürliche Oxidschicht als CDE-Ätzstopp dient.

Anschließend wird eine vergrabene Platte 165 mit n-Typ Do­ tierstoffen, wie zum Beispiel Arsen oder Phosphor als äußere Kondensatorelektrode gebildet. Der Isolationskragen 168 dient dabei als Dotiermaske, welche den Dotierstoff auf den unteren Bereich 111 des Grabens 108 beschränkt. Zur Bildung der ver­ grabenen Platte 165 kann eine Gasphasendotierung, eine Plas­ madotierung oder eine Plasmaimmersions-Ionenimplantation (PIII) verwendet werden. Diese Techniken sind beispielsweise in Ransom et al., J. Electrochemical. Soc., Band 141, Nr. S (1994), S. 1378 ff. und US Patent 4,937,205 beschrieben. Eine Ionenimplantation unter Verwendung des Isolationskragens 168 als Dotiermaske ist ebenfalls möglich. Alternativ kann die vergrabene Platte 165 unter Verwendung eines dotierten Sili­ katglases als Dotierstoff, wie zum Beispiel ASG, gebildet werden. Diese Variante ist beispielsweise in Becker et al., J. Electrochemical. Soc., Band 136, (1989), S. 3033 ff. be­ schrieben. Wird dotiertes Silikatglas zur Dotierung verwen­ det, so wird es nach der Bildung der vergrabenen Platte 165 entfernt.

Der vergrabene Kontakt 250 wird durch Einbringen von Dotier­ stoff mittels Implantation, mittels Plasmadotierung oder mit­ tels Gasphasendotierung gebildet.

Anschließend wird eine dielektrische Schicht 164 gebildet, welche die Oberfläche des Substrats 101 und das Innere des Grabens 108 bedeckt. Die dielektrische Schicht 164 dient als Speicherdielektrikum, zum Separieren der Kondensatorelektro­ den. Bei einer Variante besteht die dielektrische Schicht 164 aus Oxid, Nitrid, Oxynitrid oder einem Schichtstapel aus Oxid- und Nitridschichten. Auch Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, wie zum Beispiel TaO₂ oder BST kön­ nen verwendet werden.

Die leitende Grabenfüllung 161, die beispielsweise aus do­ tiertem Poly- oder amorphem Silizium bestehen kann, wird zum Füllen des Grabens 108 und zum Bedecken der Oberfläche des Substrats 101 abgeschieden. Hierzu können beispielsweise CVD (Chemical Vapor Deposition) oder andere bekannte Prozeßtech­ niken verwendetet werden. Anschließend wird die leitende Gra­ benfüllung 161 beispielsweise in einem CDE-Schritt, in einem RIE-Schritt, in einem chemischen Trockenätzschritt oder in einem kombinierten CMP-RIE-Schritt (CMP, Chemical Mechanical Planarisation), unter Verwendung geeigneter Chemikalien, planarisiert und anschließend in den Graben 108 eingesenkt.

Mit Bezug auf Fig. 5b wird das Grabendeckeldielektrikum 430 abgeschieden, welches aus Oxid, Nitrid oder Oxynitrid beste­ hen kann und mittels CVD, LPCVD (Low Pressure CVD) oder PECVD (Plasma Enhanced CVD) abgeschieden werden kann. Zum Beispiel kann mit einem LPCVD-Prozeß TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) erzeugt werden, oder es kann Ozon-TEOS oder ein hochverdich­ tetes Plasmaoxid (HDP-Oxid, High Density Plasma Oxid) verwen­ det werden. Alternativ kann auch eine selektive Oxidation (Selox, Selective Oxid) zur Bildung des Grabendeckeldielek­ trikums 430 verwendet werden. Dazu wird das Grabendeckeldie­ lektrikum 430, selektiv zu der Unterbau-Stoppschicht 105, auf der leitenden Grabenfüllung 161 aufgewachsen. Anschließend wird das Grabendeckeldielektrikum 430 planarisiert und schließt auf der Höhe der Unterbau-Stoppschicht 105 ab. Al­ ternativ kann das Grabendeckeldielektrikum 430 bereits wäh­ rend des Aufwachsprozesses planarisiert werden. Dieses wird durch den Selox-Prozeß ermöglicht.

Auf die Substratoberfläche wird nun eine Antireflexionsbe­ schichtung 510 und eine Photolackschicht 520 abgeschieden. Anschließend wird die Photolackschicht 520 belichtet und ent­ wickelt, so daß lediglich in den Bereichen, in denen die Pho­ tolackschicht 520 entfernt wurde, der Isolationsgraben 180 gebildet werden kann.

In Fig. 5c wird zunächst die Unterbau-Stoppschicht 105 in den Bereichen entfernt, die nicht von der Photolackschicht 520 geschützt werden. Das Entfernen der Unterbau-Stoppschicht 105 wird selektiv zu der bestehenden Photolackschicht 520 und dem Grabendeckeldielektrikum 430 durchgeführt. Aufgrund der endlichen Selektivität wird etwas Photolack und auch ein Teil des Grabendeckeldielektrikums 430 entfernt. In einem zweiten Ätzschritt wird die Unterbau-Oxidschicht 104 durch einen kur­ zen RIE-Oxidätzprozeß entfernt. Dabei wird das Grabendeckel­ dielektrikum 430 mit der gleichen Rate wie die Unterbau- Oxidschicht 104 geätzt.

Mit Bezug auf Fig. 5d wird die Photolackschicht 520 entfernt und der Isolationsgarben 180 mit einem Silizium-RIE-Schritt geätzt. Für den Silizium-RIE-Schritt sind Chemikalien wie NF₃-HBr oder SiF₆ geeignet.

Alternativ kann die Belichtung und das Entwickeln des Photo­ lacks in einem integrierten Prozeß zusammen mit der Bildung des Isolationsgrabens 180 durchgeführt werden. Dazu wird die Photolackschicht 520 während des integrierten Prozesses oder nach der Ätzung des Isolationsgrabens 180 entfernt.

Mit Bezug auf Fig. 5e wird die Isolationsgrabenverkleidung 435 gebildet, um Grenzflächenzustände und daraus resultieren­ de Leckströme zu verringern. Dies kann zum Beispiel mit einer thermischen Oxidation durchgeführt werden, die eine Oxid­ schicht von 2 bis 15 nm bildet. Anschließend wird die Isola­ tionsgrabenfüllung 440 gebildet. Dazu wird zum Beispiel CVD- TEOS, CVD-Ozon-TEOS, LPCVD-TEOS, HDP-Oxid, oder Oxynitrid als Isolationsgrabenfüllung 440 abgeschieden. Alternativ ist es möglich, die Isolationsgrabenfüllung 440 aus Polysilizium herzustellen. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Iso­ lationsgrabenfüllung 440 aus HDP-Oxid. Optionellerweise kann das Material, aus dem die Isolationsgrabenfüllung 440 be­ steht, durch thermische Oxidation verdichtet werden. In die­ sem Fall kann auf die Bildung der Isolationsgrabenverkleidung 435 verzichtet werden, da Sauerstoff bei dem Verdichtungspro­ zeß sehr leicht durch das bestehende Isolationsmaterial hin­ durch diffundiert und so die Grenzflächenzustände und einen daraus resultierenden Leckstrom reduziert.

Anschließend wird die Isolationsgrabenfüllung 440 durch einen CMP- oder RIE-Schritt bis auf die Höhe der Unterbau- Stoppschicht 105 planarisiert.

Alternativ kann der Isolationsgarben 180 mit einem Selox- Prozeß gefüllt werden. Dabei ist kein anschließender Planari­ sierungsprozeß, beziehungsweise nur ein kurzer Oxid-CMP- Prozeß notwendig (N. Elbel et al., 1989, Symposium on VLSI Technology, S. 208 ff.). In diesem Fall wird die Isolations­ grabenverkleidung 435 erst nach der Selox-Abscheidung durch thermische Oxidation durch die abgeschiedene Selox-Schicht hindurch gebildet.

Mit Bezug auf Fig. 5f wird die Unterbau-Stoppschicht 105 entfernt. Dazu kann zum Beispiel heiße Phosphorsäure (H₃PO₄ oder HF-Dampf) verwendet werden. Weiterhin wird die Unterbau- Oxidschicht 104 mit Hilfe von HF-Dampf oder BHF entfernt und anschließend ein Opfer-Gate-Oxid 445 aufgewachsen.

Damit ist das Verfahren zur Herstellung einer ersten Variante eines Speichers mit Speicherzellen und selbstjustiertem Iso­ lationsgarben 180 abgeschlossen und die nachfolgenden Prozeß­ schritte dienen dazu, den Transistor 110 nach dem bestehenden Stand der Technik herzustellen, wie er zum Beispiel in der US Patentschrift 5,867,420 beschrieben wird.

In Fig. 6a wird die Herstellung der Variante eines Speichers mit Speicherzellen und selbstjustiertem Isolationsgarben 180 nach Fig. 4 beschrieben, die sich an das Prozeßstadium aus Fig. 5d anschließt. Es wird die Isolationsgrabenverkleidung 435 durch thermische Oxidation gebildet. Sie dient zur Ver­ meidung von Grenzflächenzuständen und daraus resultierenden Leckströmen. Die Isolationsgrabenverkleidung 435 ist typi­ scherweise 2 bis 15 nm dick. Anschließend wird eine Isolati­ onsgrabenzwischenschicht 436 (Liner) gebildet, um die Spei­ cherzeit der Speicherzellen zu verlängern und die Auffrisch­ frequenz zu erniedrigen. Dabei wird die Isolationsgrabenzwi­ schenschicht typischerweise aus Nitrid oder Oxynitrid herge­ stellt, was zum Beispiel mit einem CVD-Prozeß oder einem LPCVD-Prozeß durchgeführt werden kann. Typischerweise wird die Isolationsgrabenzwischenschicht 436 2 bis 15 nm dick abge­ schieden. Die Bildung der Isolationsgrabenzwischenschicht 436 wird so in den Prozeßablauf zur Bildung des Isolationsgrabens 180 integriert, daß das Substrat nicht aus der Prozessie­ rungsanlage entfernt werden muß. Anschließend wird die Isola­ tionsgrabenfüllung 440 abgeschieden, was mit den bereits zu Fig. 5a bis Fig. 5f erläuterten Prozeßschritten durchge­ führt wird.

Damit ist das Verfahren zur Herstellung einer zweiten Varian­ te eines Speichers mit Speicherzellen und Isolationsgraben 180 abgeschlossen und die nachfolgenden Prozeßschritte dienen dazu, den Transistor nach dem bestehenden Stand der Technik herzustellen.

Claims (15)

1. Ein Speicher mit

• - Einer Speicherzelle (100), die in einem Substrat (101) ge­ bildet ist;
• - wobei die Speicherzelle (100) einen Grabenkondensator (160) und einen Transistor (110) aufweist;
• - wobei der Transistor (110) ein Gate (112), ein Drain- Gebiet (113) und ein Source-Gebiet (114) aufweist, welches elektrisch an den Grabenkondensator (160) angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzelle (100) einen selbstjustierten Isolati­ onsgraben (180) aufweist.

2. Ein Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsgraben (180) vollständig außerhalb des Gra­ bens (108) liegt.

3. Ein Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolationskragen (168), der einen Bereich (501) des Grabens (108) umschließt, in dem Graben (108) eine gleichmä­ ßige Höhe aufweist.

4. Ein Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitende Grabenfüllung (161) in dem von dem Isolati­ onskragen (168) umschlossenen Bereich (501) des Grabens (108) eine gleichmäßige Grabenfüllungsbreite (500) aufweist.

5. Ein Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsgraben (180) ein Grabendeckeldielektrikum (430) oberhalb der leitenden Grabenfüllung (161) aufweist.

6. Ein Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsgraben (180) mit einer Isolationsgrabenver­ kleidung (435) verkleidet ist.

7. Ein Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsgraben (180) mit einer Isolationsgrabenzwi­ schenschicht (436) verkleidet ist.

8. Ein Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsgraben (180) mit einer Isolationsgrabenfül­ lung (440) gefüllt ist.

9. Ein Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Grabendeckeldielektrikum (430) aus Oxid, Nitrid oder Oxynitrid besteht, daß die Isolationsgrabenverkleidung (435) aus Oxid, Nitrid oder Oxynitrid besteht, daß die Isolations­ grabenzwischenschicht (436) aus Nitrid besteht und/oder daß die Isolationsgrabenfüllung (440) aus Oxid, Nitrid, Oxynitrid oder Polysilizium besteht.

10. Verfahren zur Bildung einer Speicherzelle eines Speichers mit den Schritten:

• - Bilden eines Grabens (108) in einem Substrat (101)
• - Bilden eines Isolationskragens (168) in dem Graben (108)
• - Bilden einer dielektrischen Schicht (164) in dem Graben (108)
• - Füllen des Grabens (108) mit einer leitenden Grabenfüllung (161)
• - Bilden eines Isolationsgrabens (180)
• - Bilden eines Transistors (110)

dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsgraben (180) selbstjustiert gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Füllen des Grabens (108) mit der leitenden Gra­ benfüllung (161) ein Grabendeckeldielektrikum (430) gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Grabendeckeldielektrikum (430) beim Bilden des Isola­ tionsgrabens (180) als Ätzmaske dient.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch Bilden einer Isolationsgrabenverkleidung (435).

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch Bilden einer Isolationsgrabenzwischenschicht (436).

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch Füllen des Isolationsgrabens (180) mit einer Isolationsgra­ benfüllung (440).