DE69429146T2

DE69429146T2 - DRAM-Zellenstruktur mit Grabenkondensator

Info

Publication number: DE69429146T2
Application number: DE69429146T
Authority: DE
Inventors: Junichiro Iba; Yusuke Kohyama
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2014-09-17
Also published as: US6534814B2; DE69429146D1; JPH0786432A; US6100130A; EP0644591A1; JP3480745B2; TW262586B; EP0644591B1; US20020072183A1; KR950010090A; KR100226591B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, und zwar insbesondere eine Graben-Kondensatorstruktur eines DRAM (dynamischen Direktzugriffsspeichers), und auch ein Verfahren zum Herstellen der Struktur.
Ein Beispiel eines DRAM mit einem Kabelplattentyp-Graben- Kondensator ist aus "Half-Vcc Sheath-Plate Capacitor DRAM Cell with Self-Aligned Buried Plate Wiring", veröffentlicht in IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 35, NO. 8, August 1988 und geschrieben von Toru KAGA, Yoshifumi KAWAMOTO, Hideo SUNAMI, Tohachi MAKINO, Nagatoshi OHKI und Kiyoo ITOH bekannt.
Es wird auch Bezug genommen auf EP-A-0 287 056, EP-A- 2 009 166 und EP-A-0 234 891.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen herkömmlichen Kabelplattentyp-Graben-Kondensator zeigt. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Graben in einem Halbleitersubstrat 21 in Kontakt mit einem Feldoxidfilm 1 ausgebildet. Ein Bereich, der einen Graben-Innenwand-Oxidfilm 4, einen Siliziumoxid/Siliziumnitrid-(SiO&sub2;/SiN)-Film 10, einen Polysiliziumfilm 14, eine Diffusionsschicht 16 und einen Teil des Substrats 21 enthält, dient als Gate-Steuerdiode. Wenn ein Potential an den Polysiliziumfilm 14 (oder an einen Polysiliziumfilm 11, der in einem tiefen Teil des Grabens ausgebildet ist) angelegt worden ist, wächst eine Abreicherungsschicht bzw. Verarmungsschicht in der Nähe eines peripheren Teils des Graben-Innenwand-Oxidfilms 4, um dadurch eine Inversionsschicht auszubilden, so daß sie sich von der Diffusionsschicht 16 entlang der äußeren Peripherie des Grabens erstreckt. Als Ergebnis erhöht sich die Menge eines Übergangs-Leckstroms zwischen dem Substrat 21 und der Diffusionsschicht 16, die den Polysiliziumfilm 14 kontaktiert.
Zum Reduzieren des Einflusses des an die Polysiliziumfilme 11 und 14 angelegten Potentials ist es nötig, den Oxidfilm 4 dick zu machen. Jedoch reduziert ein Erhöhen der Dicke des Oxidfilms 4 unvermeidbar den Bereich eines Kondensator- Isolierfilms und somit die Kapazität des Graben-Kondensators.
Bei der herkömmlichen Struktur erhöht das an den in den Graben gefüllten Polysiliziumfilm angelegte Potential den Übergangs-Leckstrom zwischen dem Substrat und der Diffusionsschicht, die den Polysiliziumfilm kontaktiert. Um dies zu vermeiden, ist es nötig, die Kapazität des Kondensators bis zu einem gewissen Ausmaß zu reduzieren. Tatsächlich wird jedoch die Kapazität sehr stark reduziert, da ein Erhöhen bezüglich eines Übergangs-Leckstroms durch ein Erhöhen der Dicke des Graben-Innenwand-Oxidfilms verhindert wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer äußerst zuverlässigen Halbleitervorrichtung mit einer ausreichenden Graben-Kondensatorkapazität und einem geringen Übergangs-Leckstrom zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren erreicht, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
Bei der Erfindung ist der Teil der Isolierschicht, der sich vom oberen Randteil der ersten Kondensatorelektrode zum leitenden Bereich erstreckt und in welchem ein Übergangs- Leckstrom auf einfache Weise auftreten kann, dick ausgebildet, so daß er vom Graben aus nach innen vorsteht, um dadurch bei diesem Teil eine kontinuierliche Ausbildung einer Inversionsschicht zu unterbrechen, die sich entlang der Ausbildung des Grabens erstreckt.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der vorliegenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, wobei:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht ist, die einen herkömmlichen Kabelplattentyp-Graben-Kondensator zeigt;
Fig. 2 eine Querschnittansicht ist, die einen Graben- Kondensator zeigt, der bei einem DRAM verwendet wird, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3-6 Ansichten sind, die nützlich beim Erklären wesentlicher Schritte eines Verfahrens zum Ausbilden der in Fig. 2 gezeigten Struktur sind;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht ist, die einen Graben- Kondensator zeigt, der bei einem DRAM verwendet wird, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 8-10 Ansichten sind, die nützlich beim Erklären wesentlicher Schritte eines Verfahrens zum Ausbilden der in Fig. 7 gezeigten Struktur sind;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht ist, die einen Schritt zum Erhalten einer in Fig. 12 gezeigten Struktur zeig;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht ist, die einen wesentlichen Teil eines Kabelplattentyp-Graben- Kondensators zeigt, der bei einem DRAM verwendet wird, der kein Teil der Erfindung ist;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht ist, die einen Schritt zum Erhalten einer in Fig. 14 gezeigten Struktur zeigt;
Fig. 14 eine Querschnittsansicht ist, die einen wesentlichen Teil eines Kabelplattentyp-Graben- Kondensators, der bei einem DRAM verwendet wird, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 15 eine Querschnittsansicht ist, die eine erste Struktur des Substrats eines Kabelplattentyp- Graben-Kondensators eines DRAM zeigt, gemäß dem DRAM der Fig. 2, aber spezifischer als derselbe;
Fig. 16 eine Querschnittsansicht ist, die eine erste Struktur des Substrats eines Kabelplattentyp- Graben-Kondensators eines DRAM entsprechend dem DRAM der Fig. 7 zeigt, aber spezifischer als derselbe;
Fig. 17 eine Querschnittsansicht ist, die eine zweite Struktur des Substrats des Kabelplattentyp- Graben-Kondensators eines DRAM gemäß dem DRAM der Fig. 2 zeigt, aber spezifischer als derselbe; und
Fig. 18 eine Querschnittsansicht ist, die eine zweite Struktur des Substrats eines Kabelplattentyp- Graben-Kondensators eines DRAM gemäß dem DRAM der Fig. 7 zeigt, aber spezifischer als derselbe.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Graben- Kondensator zeigt, der bei einem DRAM verwendet wird, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Source/Drain-Bereiche 18 eines Speicherzellentransistors (MOS-Transistors) in der p-Typ- Oberfläche eines Monokristall-Silizium-Halbleitersubstrats 21 ausgebildet. Ein Bezugszeichen 17 bezeichnet die Gateelektrode des Transistors. Ein Graben 22 ist in einem Teil des Substrats 21 benachbart zu einem der Source/Drain- Bereiche 18 ausgebildet. Ein Polysiliziumfilm 5 ist in einem inneren peripheren Teil des Grabens 22 ausgebildet. Der Film 5 hat einen oberen Randteil, der unterhalb des Source/Drain- Bereichs 18 angeordnet ist, und dient als eine erste Kondensatorelektrode. Ein SiO&sub2;-Film 9 erstreckt sich vom oberen Randteil des Films 5 zum Source/Drain-Bereich 18, so daß er nach innen vorsteht, um dadurch den Durchmesser des Grabens 22 zu reduzieren. Ein SiO&sub2;-Film 4 mit einer Dicke, die dünner als der Film 9 ist, erstreckt sich davon und bedeckt den inneren Umfang des Grabens 22. Ein SiO&sub2;/SiN-Film 10 bedeckt den Polysiliziumfilm 5 und dient als Kondensator- Isolierfilm. Ein Polysiliziumfilm 11, der als zweite Kondensatorelektrode dient, ist in den Graben 22 eingefüllt, so daß er den SiO&sub2;/SiN-Film 10 und den Drainbereich 18 kontaktiert.
Die Fig. 3-6 sind Ansichten, die nützlich beim Erklären wesentlicher Schritte eines Verfahrens zum Ausbilden des in Fig. 2 gezeigten Kabelplattentyp-Graben-Kondensators sind. Nimmt man zuerst Bezug auf Fig. 3, wird der Graben 22, der eine Tiefe von 5 um und einen Durchmesser von 0,5 um hat, im p-Typ-Oberflächenbereich des Monokristall-Siliziumsubstrats 21 ausgebildet, das benachbart zum Feldoxidfilm 1 ist, und zwar unter Verwendung eines SiN-Films 3 als Maske. Dann wird der SiO&sub2;-Film 4, der eine Dicke von 20 nm hat; am inneren Umfang des Grabens 22 durch eine Oxidation bei einer hohen Temperatur ausgebildet. Derjenige Teil des SiO&sub2;-Films 4, der am Boden des Grabens ausgebildet wird, wird durch anisotropes Ätzen selektiv geätzt. Darauffolgend werden der Polysiliziumfilm 5 mit einer Dicke von 50 nm, ein SiN-Film 6 mit einer Dicke von 12 nm und ein SiO&sub2;-Film 7 mit einer Dicke von 50 nm in dieser Reihenfolge durch das CVD-Verfahren abgelagert. Der Polysiliziumfilm 5, der als Kondensatorelektrode dient, wird mit Phosphor hoher Dichte dotiert, während oder nachdem der Film 5 ausgebildet wird. Danach wird ein freigelegter Teil des SiO&sub2;-Films 7 durch eine wäßrige Puffer-HF-Lösung unter Verwendung einer Schutzschicht 8 mit einer Dicke von 3 um, die am Boden des Grabens ausgebildet ist, entfernt.
Dann wird, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, die Schutzschicht 8 entfernt, und ein freigelegter Teil des SiN-Films 6 wird durch eine heiße wäßrige H&sub3;PO&sub4;-Lösung unter Verwendung des in Fig. 3 gezeigten SiO&sub2;-Films 7 als Maske entfernt. Darauffolgend wird der SiO&sub2;-Film 7 durch eine wäßrige Puffer- HF-Lösung entfernt. Die resultierende Struktur wird einer thermischen Oxidationsbehandlung bei hoher Temperatur unterzogen, um dadurch einen flachen Teil des Grabens zu oxidieren, der nach einem Entfernen des SiN-Films 6 freigelegt ist, d. h. einen oberen Randteil des Polysiliziumfilms 5. Als Ergebnis wird ein SiO&sub2;-Film 9 mit einer Dicke von 50 nm ausgebildet. Der übrige SiN-Film 6 wird durch die wäßrige heiße H&sub3;PO&sub4;-Lösung entfernt. Der Polysiliziumfilm 5 kann bei dieser Stufe dotiert werden. Dann wird ein SiN-Film (10) mit einer Dicke von 10 nm durch das CVD-Verfahren abgelagert, und ein Oberflächenteil davon wird durch eine Oxidation mit hoher Temperatur oxidiert, um dadurch einen Kondensator-Isolierfilm 10 hoher Qualität auszubilden. Alternativ dazu kann der SiN-Film 6 nach einem Ausbilden des SiO&sub2;-Films 9 nicht entfernt werden und als der Kondensator-Isolierfilm-verwendet-werden. Darauffolgend wird ein Polysiliziumfilm 11 mit einer Dicke von 400 nm im Graben durch das CVD-Verfahren ausgebildet, um dadurch den Graben nahezu vollständig aufzufüllen. Der so ausgebildete Film 11 dient als weitere Kondensatorelektrode. Wie in dem Fall des Polysiliziumfilms 5 wird Phosphor in den Polysiliziumfilm 11 injiziert. Danach wird der Polysiliziumfilm 11 durch isotropes Trockenätzen selektiv rückgeätzt, um vom Boden des Grabens aus eine Dicke von 4 um zu haben. Dann wird ein Oberflächenteil des Polysiliziumfilms 11 durch eine Oxidation hoher Temperatur oxidiert, was einen SiO&sub2;-Film 12 mit einer Dicke von 10 nm ausbildet.
Dann wird, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ein freigelegter Teil des SiO&sub2;/SiN-Films 10 durch das isotrope Trockenätzen selektiv geätzt. Darauffolgend wird derjenige Oberflächenteil des SiO&sub2;-Films 9, der sich zur oberen Oberfläche des Polysiliziumfilms 11 erstreckt, zusammen mit dem SiO&sub2;-Film 12 durch ein anisotropes Ätzen selektiv entfernt.
Danach wird, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, die resultierende Struktur mit einer Schutzschicht 13 beschichtet, wird eine Öffnung durch eine Lithographietechnik ausgebildet, um einen Teil des Grabens freizulegen, und wird der Seitenwand- Oxidfilm 4 durch die Verwendung der wäßrigen Puffer-HF-Lösung entfernt. Danach wird eine Struktur erhalten, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Insbesondere wird die Schutzschicht 13 entfernt, wird ein stark dotierter Polysiliziumfilm 14 in den Graben eingefüllt und wird derjenige Teil des Polysiliziumfilms 14, der sich von der Oberfläche aus zum unteren Ende des SiN-Films 3 erstreckt, durch isotropes Trockenätzen entfernt. Dann wird ein Oberflächenteil des Polysiliziumfilms 14 durch thermische Oxidation oxidiert, um dadurch einen SiO&sub2;-Film 15 mit einer Dicke von 30 nm auszubilden. In den Polysiliziumfilm 14 injiziertes Phosphor oder Arsen wird zur Außenseite des Grabens diffundiert, um dadurch eine Diffusionsschicht 16 auszubilden. Darauffolgend wird der SiN-Film 3 durch das isotrope Trockenätzen selektiv geätzt. Danach wird durch eine bekannte Technik eine Speicherzelle des DRAM ausgebildet. Insbesondere wird eine Gateelektrode 17 auf dem SiO&sub2;-Film 15 selektiv ausgebildet und werden Source/Drain-Bereiche 18 ausgebildet, von welchen einer die Diffusionsschicht 16 kontaktiert (Fig. 2).
Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der SiO&sub2;- Film 9, der genau unter der Diffusionsschicht 16 angeordnet ist, die den Polysiliziumfilm 14 mit dem Substrat 21 verbindet (anders ausgedrückt der Film 9, der sich vom oberen Randteil des Polysiliziumfilms 5, der als Kondensatorelektrode dient, zur Diffusionsschicht 16 erstreckt), und in welchem ein Übergangsleckstrom auftreten wird, derart ausgebildet, daß er eine Dicke hat, die dicker als der SiO&sub2;-Film 4 ist, der sich zum Boden des Grabens erstreckt. Als Ergebnis ist es schwer, eine Inversionsschicht entlang der Außenseite des Grabens in der Nähe des Films 9 auszubilden. Dies bedeutet, daß der dicke SiO&sub2;-Film 9 verhindert, daß eine Inversionsschicht, die entlang der Außenseite des Grabens ausgebildet ist, durch den Einfluß eines an den Polysiliziumfilm 14 (oder 11) angelegten Potentials mit der Diffusionsschicht 16 verbunden wird. Weiterhin kann deshalb, weil bei dem Ausführungsbeispiel nur der SiO&sub2;-Film 9 dick ausgebildet ist und der wesentliche Bereich des Kondensators, der unter dem Film 9 angeordnet ist, nicht reduziert ist, die Menge des Übergangs-Leckstroms beschränkt werden, ohne die Kapazität des Graben-Kondensators zu reduzieren.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kabelplattentyp-Gaben-Kondensator zeigt, der bei einem DRAM verwendet wird, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, sind Source/Drain- Bereiche 18 für einen Speicherzellentransistor (MOS- Transistor) in der p-Typ-Oberfläche des monokristallinen Silizium-Halbleitersubstrats 21 ausgebildet. Ein Bezugszeichen 19 bezeichnet eine Gateelektrode für den Transistor. Ein Graben 23 ist in demjenigen Teil des Substrats 21 ausgebildet, der benachbart zu einem der Source/Drain-Bereiche 18 angeordnet ist, und ein Polysiliziumfilm 5, der als erste Kondensatorelektrode dient, ist an der inneren Umfangswand und am Boden des Grabens 23 ausgebildet, so daß ein oberer Randteil davon unter dem Source/Drain-Bereich 18 angeordnet ist. Ein dicker SiO&sub2;-Film 9 steht von der peripheren Wand des Grabens nach innen vor, so daß er den Durchmesser des Grabens 23 in einem Bereich verkleinert, der vom oberen Randteil des Polysiliziumfilms 5 zum Source/Drain-Bereich 18 reicht. Ein Bezugszeichen 27 bezeichnet eine Diffusionsschicht, die um den Graben 23 ausgebildet ist, und zwar als Ergebnis einer Diffusion einer Störstelle, die in den Polysiliziumfilm 5 injiziert ist. Ein SiO&sub2;/SiN-Film 10, der als Kondensator-Isolierfilm dient, ist auf dem Polysiliziumfilm 5 ausgebildet. Ein Polysiliziumfilm 11, der als zweite Kondensatorelektrode dient, ist in den Graben 23 derart eingefüllt, daß er den SiO&sub2;/SiN-Film 10 und auch den Drain-Bereich·18 kontaktiert.
Die Fig. 8-10 sind Ansichten, die nützlich beim Erklären wesentlicher Schritte eines Verfahrens zum Ausbilden der in Fig. 7 gezeigten Struktur sind. Elemente, die gleich denjenigen beim ersten Ausführungsbeispiel sind, sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wird ein Graben 23 mit einer Tiefe von 5 um in der p-Typ-Oberfläche eines monokristallinen Siliziumsubstrats 21 ausgebildet. Dann werden ein Polysiliziumfilm 5 mit einer Dicke von 60 nm, ein SiN-Film 6 mit einer Dicke von 12 nm und ein SiO&sub2;-Film 7 mit einer Dicke von 50 nm durch das CVD- Verfahren in dieser Reihenfolge abgelagert. Darauffolgend wird ein freigelegter Teil des SiO&sub2;-Films 7 durch eine wäßrige Puffer-HF-Lösung unter Verwendung einer Schutzschicht 8 mit einer Dicke von 2 um, die am Boden des Grabens ausgebildet ist, als Maske entfernt.
Dann wird, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, die Schutzschicht 8 entfernt, und ein freigelegter Teil eines SiN-Films 6 wird durch eine wäßrige heiße H&sub3;PO&sub4;-Lösung unter Verwendung des SiO&sub2;-Films 7 als Maske entfernt. Darauffolgend wird der SiO&sub2;- Film 7 durch die wäßrige Puffer-HF-Lösung entfernt zu dieser Zeit bleibt nur derjenige Teil des SiN-Films 6 zurück, der unter dem SiO&sub2;-Film angeordnet worden ist. Dann wird der freigelegte Teil des Polysiliziumfilms 5, an welchem der SiN- Film 6 nicht zurückbleibt, durch eine thermische Oxidation oxidiert, um dadurch einen SiO&sub2;-Film 9 mit einer Dicke von 50 nm auszubilden. Der SiN-Film 6 wird durch die heiße wäßrige H&sub3;PO&sub4;-Lösung entfernt. Der Polysiliziumfilm 5 kann bei dieser Stufe mit Phosphor oder Arsen hoher Dichte dotiert werden. Phosphor oder Arsen wird vom Polysiliziumfilm 5 zur Außenseite des Grabens diffundiert, um dadurch eine Diffusionsschicht 27 auszubilden.
Dann wird, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, ein SiN-Film (10) mit einer Dicke von 10 nm durch das CVD-Verfahren abgelagert, und ein dünner Oberflächenteil davon wird durch eine Oxidation hoher Temperatur oxidiert, um dadurch einen Kondensator-Isolierfilm 10 hoher Qualität auszubilden. Alternativ dazu kann der SiN-Film 6 nach einem Ausbilden des SiO&sub2;-Films 9 nicht entfernt werden und als der Kondensator- Isolierfilm verwendet werden. Darauffolgend wird ein Polysiliziumfilm 11 mit einer Dicke von 400 nm im Graben durch das Niederdruck-CVD-Verfahren ausgebildet, so daß er den Graben fast vollständig ausfüllt. Wie in dem Fall des Polysiliziumfilms 5 wird Phosphor in den Polysiliziumfilm 11 injiziert. Danach wird der Polysiliziumfilm 11 durch isotropes Trockenätzen selektiv rückgeätzt, um eine Dicke von 4,5 um vom Boden des Grabens aus zu haben. Dann wird ein Oberflächenteil des Polysiliziumfilms 11 durch eine Oxidation hoher Temperatur oxidiert, um dadurch einen SiO&sub2;-Film 12 mit einer Dicke von 10 nm auszubilden. Danach wird eine Speicherzelle des in Fig. 7 gezeigten DRAM in einem Prozeß ausgebildet, der gleich demjenigen ist, der beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Insbesondere wird der Graben mit einem Polysiliziumfilm 14 gefüllt, wird ein Oberflächenteil des Polysiliziumfilms 14 oxidiert (um dadurch einen SiO&sub2;-Film 15 auszubilden), wird eine Gateelektrode 19 auf dem SiO&sub2;-Film 2 selektiv ausgebildet und werden Source/Drain-Bereiche 18 so ausgebildet, daß einer der Bereiche 18 die Diffusionsschicht 16 kontaktiert.
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Teil eines Kabelplattentyp-Graben-Kondensators zeigt, der bei einem DRAM verwendet wird, der kein Teil der Erfindung ist. Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zum Erhalten der in Fig. 12 gezeigten Struktur zeigt. Elemente, die gleich denjenigen sind, die beim ersten oder beim zweiten Ausführungsbeispiel verwendet sind, sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Gemäß Fig. 11 ist ein Graben mit einer Tiefe von 5 um und einem Durchmesser von 0,5 um in der p-Typ-Oberfläche eines monokristallinen Siliziumsubstrats 21 ausgebildet. Dann werden ein SiN-Film 6 mit einer Dicke von 12 nm und ein SiO&sub2;-Film 7 mit einer Dicke von 50 nm in dieser Reihenfolge durch das CVD-Verfahren abgelagert. Darauffolgend wird der SiO&sub2;-Film 7 durch eine wäßrige Puffer-HF-Lösung unter Verwendung einer Schutzschicht 8 mit einer Dicke von 3 um, die am Boden des Grabens ausgebildet ist, als Maske entfernt.
Dann wird, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, die Schutzschicht 8 entfernt, und ein freigelegter Teil des SiN-Films 6 wird durch eine heiße wäßrige H&sub3;PO&sub4;-Lösung unter Verwendung des SiO&sub2;-Films 7 als Maske entfernt. Darauffolgend wird der SiO&sub2;- Film 7 durch eine wäßrige Puffer-HF-Lösung entfernt. Dann wird der Teil des Siliziumsubstrats, der nach einem Entfernen des SiN-Films 6 freigelegt worden ist, einer Oxidation mit hoher Temperatur unterzogen, um dadurch einen SiO&sub2;-Film 9 mit einer Dicke von 50 nm auszubilden. Der SiO&sub2;-Film 6 wird dann durch die heiße wäßrige H&sub3;PO&sub4;-Lösung entfernt. Darauffolgend wird ein freigelegter Teil des Substrats im Graben mit Phosphor oder Arsen hoher Dichte dotiert, um eine Diffusionsschicht 27 auszubilden. Danach wird, wie in dem Fall der Fig. 10, ein SiN-Film (10) mit einer Dicke von 10 nm durch das CVD-Verfahren abgelagert, wird ein flacher Oberflächenteil davon oxidiert, um dadurch einen Kondensatorisolierfilm 10 hoher Qualität zu erhalten. Darauffolgend kann eine Speicherzelle des DRAM in einem Prozeß ausgebildet werden, der gleich demjenigen ist, der beim ersten oder beim zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Teil eines Kabelplattentyp-Graben-Kondensators zeigt, der bei einem DRAM verwendet wird, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, während Fig. 13 eine Querschnittsansicht ist, die einen Schritt zum Erhalten der in Fig. 14 gezeigten Struktur zeigt. Elemente, die gleich denjenigen sind, die beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet sind, sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Gemäß Fig. 13 wird ein Graben mit einer Tiefe von 5 um und einem Durchmesser von 0,5 um in der p-Typ-Oberfläche eines monokristallinen Siliziumsubstrats 21 ausgebildet. Dann werden ein Polysiliziumfilm 5 mit einer Dicke von 60 nm und ein SiN-Film 6 mit einer Dicke von 12 nm in dieser Reihenfolge durch das CVD-Verfahren abgelagert. Der Polysiliziumfilm 5 wird mit Phosphor oder Arsen hoher Qualität dotiert, während er ausgebildet wird oder nachdem er ausgebildet ist. In den Film 5 injiziertes Phosphor oder Arsen diffundiert in das Substrat in einem später durchgeführten Heizschritt. Darauffolgend wird ein flacher Oberflächenteil des SiN-Films 6 oxidiert, und ein Polysilitziumfilm mit einer Dicke von 400 nm wird durch das CVD-Verfahren im Graben abgelagert. Dann wird der Polysiliziumfilm 11 durch isotropes Trockenätzen selektiv rückgeätzt, um eine Dicke von 3 um vom Boden des Grabens aus zu haben, und ein freigelegter Teil des SiN-Films 6 wird durch die Verwendung einer heißen wäßrigen H&sub3;PO&sub4;-Lösung entfernt.
Darauffolgend wird, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, ein freigelegter Teil des Polysiliziumfilms 5 durch eine Oxidation hoher Temperatur vollständig oxidiert, was einen SiO&sub2;-Film 9 ausbildet. Gleichzeitig mit der Oxidation des Polysiliziumfilms 5 kann ein Teil des Substrats oxidiert werden. Ein oberer Oberflächenteil des Polysiliziumfilms 11 wird oxidiert, um dadurch einen SiO&sub2;-Film 12 (nicht gezeigt) auszubilden. Dann wird der Teil des SiO&sub2;-Films 9, der sich zur oberen Oberfläche des Polysiliziumfilms 11 erstreckt, durch anisotropes Ätzen entfernt. Der SiO&sub2;-Film 12 wird zusammen mit dem SiO&sub2;-Film 9 entfernt. Danach kann eine Speicherzelle des DRAM im selben Prozeß ausgebildet werden, wie er beim zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel können denselben Vorteil liefern, wie er durch das erste Ausführungsbeispiel erhalten wird. Das bedeutet, daß bei der Kabelplattentyp-Graben-Kondensatorstruktur der Teil eines Oxidfilms, der sich von einem oberen Randteil einer Kondensatorelektrode, die an der Graben-Innenwand ausgebildet ist, zum leitenden Bereich (Drainbereich 18) des Transistors erstreckt, dick ausgebildet wird, so daß er vom Graben nach innen vorsteht, um zu verhindern, daß sich der Teil zu einer Inversionsschicht ändert. Daher kann ein Übergangs-Leckstrom reduziert werden, ohne einen wesentlichen Bereich des Kondensators zu reduzieren, der unter diesem Teil angeordnet ist.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen kann das monokristalline Silizium-Halbleitersubstrat 21 ein p-Typ-Wannenbereich 211 sein, der auf einem n-Typ-Substrat 212 ausgebildet ist, wie es beispielsweise in Fig. 15 entsprechend der Fig. 2 oder in Fig. 16 entsprechend der Fig. 7 gezeigt ist; oder es kann ein p-Typ-Bereich 211 sein, der auf einem p-Typ-Substrat 213 ausgebildet ist, wie es beispielsweise in Fig. 17 entsprechend der Fig. 2 oder in Fig. 18 entsprechend der Fig. 7 gezeigt ist. Im letzteren Fall, der in Fig. 17 gezeigt ist, ist ein n-Typ-Bereich 31 zum Zuführen eines Potentials und zur Verbindung mit einem anderen Graben (nicht gezeigt) in dem p-Typ-Substrat 213 derart vorgesehen, daß er den Polysiliziumfilm 5 kontaktiert, der als erste Kondensatorelektrode dient. Die Diffusionsschicht 27, wie sie in den Fig. 7, 12 und 18 gezeigt ist, hat dieselbe Funktion wie der n-Typ-Bereich 31, der oben angegeben ist. Der n-Typ- Bereich 31 kann eine Diffusionsschicht sein, die durch Diffundieren einer Störstelle vom Boden des Grabens aus zum Substrat ausgebildet ist, oder kann eine Diffusionsschicht sein, die zuvor im Substrat eingebettet ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Graben-Kondensators für eine dynamische Direktzugriffsspeicher-(DRAM)-Zelle, das die folgenden Schritte aufweist:

Ausbilden eines Grabens (22, 23) in einem Halbleitersubstrat (21);

Ausbilden eines leitenden Films (5) auf einer Wandoberfläche des Grabens (22, 23);

Beschichten eines oxidationsresistenten Materials (6) im Graben (22, 23) außer für den leitenden Film (5) am oberen Kantenteil davon; und

Oxidieren des leitenden Films (5) am oberen Kantenteil des Grabens (22, 23), um dadurch selektiv eine Isolierschicht (9) auszubilden, die vom Graben (22, 23) nach innen vorsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt zum Ausbilden eines Isolierfilms (4) an einer inneren peripheren Oberfläche des Grabens vor einem Ausbilden des ersten leitenden Films (5) aufweist, und wobei der leitende Film (5) auf dem Isolierfilm (4) und auf dem Boden des Grabens (22) ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin, gleichzeitig mit einem Ausbilden der Isolierschicht (9), den Schritt zum Oxidieren des Teils des Halbleitersubstrats (21) aufweist, der in der Nähe der Isolierschicht (9) angeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die folgenden Schritte aufweist:

Ausbilden eines leitenden Diffusionsbereichs (18) für einen Zellentransistor des DRAM in einem Teil des Substrats (21) benachbart zum oberen Kantenteil des Grabens (22, 23);

Entfernen eines Teils der Isolierschicht (9), der in der Nähe des oberen Kantenteils des Grabens (22, 23) angeordnet ist; und

Auffüllen des Grabens (22, 23) mit einer leitenden Schicht (11, 14);

wobei die leitende Schicht (11, 14) mit dem leitenden Bereich (18) elektrisch verbunden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist:

Beschichten eines Kondensator-Isolierfilms (10) auf denjenigen Teilen des leitenden Films (5), die unoxidiert bleiben.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der unoxidierte Teil des leitenden Films (5) eine erste Elektrode des Grabenkondensators bildet; und

die leitende Schicht (14) eine zweite Elektrode des Grabenkondensators bildet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die leitende Schicht (14) vom unoxidierten Teil des leitenden Films (5) durch das oxidationsresistente Material (6) isolierend beabstandet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, das die weiteren folgenden Schritte aufweist:

Entfernen des oxidationsresistenten Materials (6) nach einem Oxidieren des leitenden Films (5); und

Ausbilden des Kondensator-Isolierfilms (10) wenigstens am unoxidierten Teil des leitenden Films (5) vor einem Ausbilden der leitenden Schicht (14), wobei der Kondensator-Isolierfilm (10) die leitende Schicht (14) vom unoxidierten Teil des leitenden Films (5) isolierend beabstandet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Kondensator- Isolierfilm (10) einen Siliziumdioxid (SiO&sub2;) /Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;)-Film aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der leitende Film (5) und die leitende Schicht (14) jeweils einen dotierten polykristallinen Siliziumfilm aufweisen.

11. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die leitende Schicht (14) mit dem Diffusionsbereich (18) des Transistors durch eine Diffusionsschicht (16) elektrisch gekoppelt ist, die durch Ausdiffundieren von Störstellen auf der leitenden Schicht (14) gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der leitende Film (5) direkt auf Teilen des durch den Graben (23) freigelegten Halbleitersubstrats (21) ausgebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt zum Ausbilden der leitenden Schicht folgendes aufweist: Ausbilden einer ersten leitenden Schicht (11) im Graben (22, 23);

Zurückätzen der ersten leitenden Schicht (11); Ätzen eines Teils der Isolierschicht (9) zum Freilegen des Halbleitersubstrats (21); und

Ausbilden einer zweiten leitenden Schicht (14), die die erste leitende Schicht (11) mit dem freigelegten Teil des Halbleitersubstrats (21) elektrisch verbindet.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Beschichtungsschritt die folgenden Schritte aufweist:

Einführen einer Leitung (5) im Graben;

Ausbilden eines oxidationsresistenten Materials (6) auf der Leitungsführung (5);

Ausbilden einer leitenden Schicht (14) auf dem oxidationsresistenten Material (6);

Zurückätzen der leitenden Schicht (14) auf einer Ebene im Graben (22, 23); und

Ätzen des durch das Zurückätzen der leitenden Schicht (14) freigelegten oxidationsresistenten Materials (6), um einen Teil des leitenden Films (5) bei einem oberen Teil des Grabens (22, 23) freizulegen.