DE102005044142B3 - Production of electroconductive filling in trench in a semiconductor substrate or layer and a trench capacitor fills trench with silicon and phosphorus and deposits an arsenic monolayer - Google Patents

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Abstract

A production process for an electrically conductive filling (30) in a trench in a semiconductor substrate (10) or layer comprises preparing the substrate and trench, depositing amorphous or polycrystalline silicon and phosphorus simultaneously in the trench and then forming at least one monolayer of arsenic atoms on the silicon/phosphorus interface. An independent claim is also included for a trench capacitor in a semiconductor substrate as above.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Füllung in einem Graben, welcher in einem Halbleitersubstrat oder in einer Schicht auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen, insbesondere gemäß dem Verfahren hergestellten, Grabenkondensator.The The invention relates to a method for producing an electrical conductive filling in a trench, which in a semiconductor substrate or in a Layer is formed on the semiconductor substrate. The invention relates about that in addition, in particular according to the method produced, trench capacitor.

Bei der Halbleiterherstellung werden Gräben in Halbleitersubstraten oder in auf diesen angeordneten Schichten gebildet, um elektrisch leitfähige Strukturen auf der einen Seite oder Isolationsgebiete auf der anderen Seite zu stellen. Im ersten Fall werden die Gräben nach deren Bildung – oftmals mittels eines Ätzschrittes – mit einer elektrisch leitfähigen Füllung versehen, um so zum Beispiel Leiterbahnen, Kontaktstöpsel oder Kondensatorelektroden zu bilden. Insbesondere bei solchen im monokristallinen Halbleitersubstrat (Silizium) hergestellten Gräben wird anstatt eines Metalls zumeist eine amorphe oder polykristalline Siliziumschicht abgeschieden, das zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit dotiert ist.at Semiconductor manufacturing becomes trenches in semiconductor substrates or in layers formed thereon to be electrically conductive conductive Structures on the one hand or isolation areas on the other Page to ask. In the first case, the trenches after their formation - often by means of an etching step - with a electrically conductive filling provided, for example, conductor tracks, contact plugs or To form capacitor electrodes. Especially with those in the monocrystalline semiconductor substrate (Silicon) produced trenches instead of a metal mostly an amorphous or polycrystalline Silicon layer deposited, which improves the electrical conductivity is doped.

Die Abscheidung von dotiertem, amorphem oder polykristallinem Silizium als elektrisch leitfähige Füllung wird insbesondere auch im Fall von Grabenkondensatoren angewendet. Grabenkondensatoren umfassen tief in das Halbleitersubstrat geätzte Gräben mit sehr hohem Aspektverhältnis, das sich als Quotient aus Höhe bzw. Tiefe und Breite des Grabens berechnen lässt.The Deposition of doped, amorphous or polycrystalline silicon as an electrically conductive filling especially applied in the case of trench capacitors. Trench capacitors include deeply etched into the semiconductor substrate with very high aspect ratio, the as a quotient of height or calculate the depth and width of the trench.

Der Graben des Grabenkondensators ist üblicherweise an der Innenwand mit einem dünnen Kondensatordielektrikum versehen. Dies besteht klassisch etwa aus einer Schichtabfolge von Oxid, Nitrid und nochmals Oxid (ONO). Andere dielektrische Materialien sind auch möglich. Ein unterer Bereich des Grabens ist in dem Halbleitersubstrat von einem vergrabenen dotierten Gebiet umgeben, welches eine erste Kondensatorelektrode bildet. Die elektrisch leitfähige Füllung innerhalb des Grabens bildet die zweite Kondensatorelektrode.Of the Trenching of the trench capacitor is usually on the inner wall with a thin capacitor dielectric Mistake. This classically consists of a layer sequence of Oxide, nitride and again oxide (ONO). Other dielectric materials are also possible. A lower portion of the trench is in the semiconductor substrate of surrounded by a buried doped region, which comprises a first capacitor electrode forms. The electrically conductive filling inside the trench forms the second capacitor electrode.

In einem dynamischen Speicher mit wahlfreiem Schreib- oder Lesezugriff (DRAM, dynamic random access memory) wird die Speicherung über einen an den Grabenkondensator angeschlossenen Auswahltransistor bewerkstelligt. Dieser wird über eine Wortleitung angesteuert, sodass in die elektrisch leitende Füllung im Graben des Grabenkondensators elektrische Ladungen von einer Bitleitung eingeschrieben oder in diese ausgelesen werden können.In a dynamic memory with random read or write access (DRAM, dynamic random access memory) will store over one accomplished selection transistor connected to the trench capacitor. This one is about one Controlled word line, so that in the electrically conductive filling in Digging the trench capacitor electrical charges from a bit line can be written or read in this.

Ist eine Dotierung mit Donatoren vorgesehen (n-Dotierung), wird in der Regel ein Element der fünften Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente zur Abscheidung des Poly-Siliziums hinzugegeben. Bekannt ist beispielsweise die n-Dotierung des amorphen oder polykristallinen Siliziums entweder mit Arsen oder mit Phosphor. Im Fall von Arsen wird in einem LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) oder einem CVD-Reaktor (Chemical Vapor Deposition) in Teilschritten jeweils zunächst das amorphe oder polykristalline Silizium auf das Substrat abgeschieden, wonach in einem jeweils zweiten Schritt eine kurze Abscheidung von Arsen zur Bildung von Monolagen auf der Oberfläche der amorphen oder polykristallinen Siliziumschicht erfolgt. Die Schritte können wiederholt werden. Es entsteht dadurch ein digitales Dotierprofil, das erst durch thermische Nachprozessierung in ein homogenes Dotierprofil überführt wird, sodass die Arsen-Atome in das Poly-Siliziumgitter eingebaut werden.is a doping with donors provided (n-doping), is in the Usually an element of the fifth Main group in the periodic table of elements for the deposition of poly-silicon added. For example, the n-doping of the amorphous is known or polycrystalline silicon either with arsenic or with phosphorus. In the case of arsenic, LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) or a CVD reactor (Chemical Vapor Deposition) in Each step first the amorphous or polycrystalline silicon deposited on the substrate, then, in a second step, a short separation of Arsenic to form monolayers on the surface of amorphous or polycrystalline Silicon layer takes place. The steps can be repeated. It this results in a digital doping profile, which is only achieved by thermal post-processing is converted into a homogeneous doping profile, so that the arsenic atoms are incorporated into the poly-silicon lattice.

Die alternierenden Abscheideschritte im LPCVD oder dem CVD-Reaktor sind im Vergleich zu einem einheitlichen, simultanen Abscheideschritt etwas zeitaufwändig. Die Simultanabscheidung von Arsen mit dem Poly-Silizium hat sich jedoch bei den hohen Aspektverhältnissen und der nicht unerheblichen Dotierstoffverarmung (elektrische Aktivierung nur bei 10 % bis 50 %) im Fall von Arsen in den Kondensatorgräben als schwierig erwiesen. Andererseits wirft auch das digitale Dotierprofil gemäß dem sequentiellen Abscheideverfahren Probleme dahingehend auf, dass, falls die Abscheidedicke der amorphen- oder polykristallinen Siliziumschicht ungenau gegenüber der Grabenbreite bestimmt ist, die jeweils letzten Schritte der Abscheidung von Arsen nicht mehr durchführbar sind. Aufgrund dessen kann der Grad der Dotierung in der elektrisch leitenden Füllung erheblich von vorgegebenen Zielwerten abweichen.The Alternating deposition steps in the LPCVD or the CVD reactor are in comparison somewhat time-consuming for a uniform, simultaneous separation step. The However, simultaneous deposition of arsenic with the poly-silicon has become in the high aspect ratios and the not insignificant dopant depletion (electrical activation only at 10% to 50%) in the case of arsenic in the condenser trenches as difficult to prove. On the other hand, the digital doping profile also throws according to the sequential Abscheidide problems in that, if the Abscheidedicke the amorphous or polycrystalline silicon layer inaccurate against the Trench width is determined, each time the last steps of the deposition by arsenic no longer feasible are. Due to this, the degree of doping in the electrical conductive filling deviate significantly from given target values.

Demgegenüber bietet Phosphor als alternativer Dotierstoff den Vorteil, dass ein simultanes Abscheiden mit amorphem- oder polykristallinem Silizium auch bei hohen Aspektverhältnissen in den Gräben möglich ist. Des Weiteren ist bei Phosphor auch der Grad der elektrischen Aktivierung im Vergleich zu Arsen wesentlich höher. Die Abscheidung besitzt daher eine höhere Effizienz gemessen am abgeschiedenen Materialvolumen. Bei der gleichen Anzahl abgeschiedener Atome ist damit eine verbesserte Leitfähigkeit erreichbar.On the other hand offers Phosphorus as an alternative dopant has the advantage that a simultaneous Depositing with amorphous or polycrystalline silicon also at high aspect ratios in the trenches possible is. Furthermore, in phosphorus, the degree of electrical Activation compared to arsenic much higher. The deposit has therefore a higher one Efficiency measured on the deposited material volume. At the same Number of deposited atoms is thus an improved conductivity reachable.

Dass jedoch bei der derzeit durchgeführten Halbleiterherstellung, insbesondere von Speicherbausteinen, mit wahlfreiem Schreib-/Lesezugriff die elektrisch leitfähige Füllung der Grabenkondensatoren nicht ausschließlich unter Dotierung mit Phosphor durchgeführt wird, liegt daran, dass bei mit Phosphor durchgeführter, amorpher oder polykristalliner Siliziumabscheidung eine Wanderung von beispielsweise mit Luft gefüllten Löchern in der Grabenfüllung zu den Grabenwänden hin auftritt, die nicht verhindert werden kann. Die Bildung solcher Löcher (Voids) ist kaum vermeidbar und findet in dem Aufwachsprozess, der an den Grabenwänden beginnt, etwa längs der Mittelachse eines von oben gesehen runden oder ovalen Grabens statt. In der Mitte treffen die aufwachsenden Schichten aufeinander. Solche Voids können grundsätzlich auch bei Arsen-dotiertem Silizium auftreten. Dort allerdings unterdrückt das Arsen die Void-Diffusion wesentlich effizienter als Phosphor.However, that in the current semiconductor production, in particular of memory modules, with random read / write access, the electrically conductive filling of the trench capacitors is not performed exclusively with phosphorus doping, is because when carried out with phosphorus, amorphous or polycrystalline silicon deposition, a migration of, for example holes filled with air in the ditch filling occurs to the trench walls, which can not be prevented. The formation of such holes (voids) is hardly avoidable and takes place in the growth process, which begins at the trench walls, approximately along the central axis of a seen from above round or oval trench. In the middle, the growing layers meet. In principle, such voids can also occur with arsenic-doped silicon. There, however, arsenic suppresses void diffusion much more efficiently than phosphorus.

Gewöhnlich stören diese Löcher in der Mitte des Grabens wenig, da der Querschnitt des Grabens einen relativ geringen ohmschen Widerstandswert aufweist. Bei der thermischen Nachprozessierung jedoch können diese Löcher zu den Grabenwänden hin wandern, welches bei der Dotierung mit Phosphor auch dann eintritt, wenn die Nachprozessierung bei sehr niedrigen Temperaturen durchgeführt wird. Befinden sich die Löcher dann erstmal an den Grabenwänden, so treten dort zum einen sehr hohe Feldspitzen auf, wo die elektrisch leitende Füllung an den Rändern der Löcher auf das Kondensatordielektrikum trifft. Zum anderen wird die effektive Kondensatorfläche an den Grabeninnenwänden zum vergrabenen dotierten Gebiet hin durch die Löcher verringert.Usually these disturb holes in the middle of the trench little because the cross section of the trench one having relatively low ohmic resistance. At the thermal However, post-processing can these holes to the moat walls migrate, which also occurs when doping with phosphorus, if the post-processing is carried out at very low temperatures. Are the holes then first at the moat walls, so occur there on the one hand very high field peaks, where the electric conductive filling on the edges the holes encounters the capacitor dielectric. Second, the effective capacitor area at the Grabeninnenwänden reduced to the buried doped region through the holes.

In der US 5,652,165 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stapelkondensators beschrieben. Vor der Bildung der Kondensatorelektroden werden auf dem Substrat Transistoren hergestellt, deren Source-/Drain-Gebiete durch Kontaktöffnungen zugänglich gemacht werden, die in einer Isolationsschicht gebildet werden. Auf die Isolationsschicht und in die Kontaktöffnungen wird eine Schicht aus Polysilizium abgeschieden, das in situ mit Arsen und Phosphor dotiert wird.In the US 5,652,165 a method for producing a stacked capacitor is described. Prior to formation of the capacitor electrodes, transistors are fabricated on the substrate whose source / drain regions are made accessible by contact openings formed in an insulating layer. On the insulating layer and in the contact openings, a layer of polysilicon is deposited, which is doped in situ with arsenic and phosphorus.

In der EP 1 493 712 A2 ist ein Herstellungsverfahren für MEMS-Bauelemente beschrieben, bei dem amorphes Silizium zur Bildung einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur abgeschieden wird. Durch Dotieren mit Arsen und Phosphor werden in den Schichten Druckspannungen und Zugspannungen erzeugt, die sich bis zu einem gewissen Grad kompensieren.In the EP 1 493 712 A2 a method of manufacturing MEMS devices is described in which amorphous silicon is deposited to form an electrically conductive layer structure. By doping with arsenic and phosphorus compressive stresses and tensile stresses are generated in the layers, which compensate to some extent.

In der US 2002/0086481 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung tiefer Grabenkondensatoren beschrieben. Die Innenwände des Grabens werden mit einer dielektrischen Schicht ausgekleidet, die das Kondensatordielektrikum bildet. Eine Kondensatorelektrode wird im Inneren des Grabens durch dotiertes Polysilizium gebildet. In einem oberen Bereich des Grabens wird eine dotierte Polysiliziumschicht angeordnet, für die eine Implantation von Arsen und/oder Phosphor angegeben ist.In US 2002/0086481 A1 is a method for producing deeper Trench capacitors described. The inner walls of the ditch are covered with a lined dielectric layer, which is the capacitor dielectric forms. A capacitor electrode passes through inside the trench doped polysilicon formed. In an upper area of the ditch a doped polysilicon layer is arranged, for which a Implantation of arsenic and / or phosphorus is indicated.

In der US 2004/0084149 A1 ist eine Vorrichtung zur Bildung siliziumhaltiger Filme auf einem Substrat beschrieben. Zu einem Beispiel ist angegeben, dass der siliziumhaltige Film vorzugsweise amorph ist und einen oder mehrere weitere Elemente, unter anderem Arsen und Phosphor enthalten kann. Ein weiteres Beispiel betrifft HSG-Siliziumfilme (hemispherical silicon grain).In US 2004/0084149 A1 is an apparatus for forming silicon-containing Described films on a substrate. An example is given that the silicon-containing film is preferably amorphous and a or several other elements, including arsenic and phosphorus may contain. Another example relates to HSG silicon films (hemispherical silicon grain).

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Herstellung elektrisch leitender Füllung in Gräben anzubieten, welches insbesondere auch die für die Zukunft zu erwartende weitere Verringerung der Struktur größen berücksichtigt. Es ist des Weiteren eine Aufgabe, einen Grabenkondensator mit verbesserter Qualität anzubieten.It An object of the present invention is an improved method for the To provide electrically conductive filling in trenches, which in particular also for the future expected further reduction of the structure sizes. It is a further object to provide a trench capacitor with improved To offer quality.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Füllung in einem Graben mit den Merkmalen des Anspruches 1 beziehungsweise mit dem Grabenkondensator mit den Merkmalen des Anspruches 8.The Task is solved by the method for producing an electrically conductive filling in one Trench with the features of claim 1 or with the Trench capacitor with the features of claim 8.

Das Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Füllung in einem Graben, welcher in einem Halbleitersubstrat oder in einer Schicht auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist, umfasst die Schritte
Bereitstellen des Halbleitersubstrats mit dem Graben und Abscheiden der Stoffe amorphes oder polykristallines Silizium, Arsen und Phosphor zur Bildung der elektrisch leitenden Füllung in dem Graben, wobei
das Abscheiden von amorphem oder polykristallinem Silizium und das Abscheiden von Phosphor simultan durchgeführt werden, das Abscheiden von Arsen zeitlich separat von der Abscheidung von amorphem oder polykristallinem Silizium und Phosphor durchgeführt wird und
das Abscheiden von Arsen die Bildung wenigstens einer Monolage von Arsenatomen auf einer durch das amorphe oder polykristalline Silizium und den Phosphor gebildeten Oberfläche umfasst.
The method for producing an electrically conductive filling in a trench, which is formed in a semiconductor substrate or in a layer on the semiconductor substrate, comprises the steps
Providing the semiconductor substrate with the trench and depositing the substances amorphous or polycrystalline silicon, arsenic and phosphorus to form the electrically conductive filling in the trench, wherein
the deposition of amorphous or polycrystalline silicon and the deposition of phosphorus are carried out simultaneously, the deposition of arsenic is carried out separately from the deposition of amorphous or polycrystalline silicon and phosphorus, and
depositing arsenic comprises forming at least one monolayer of arsenic atoms on a surface formed by the amorphous or polycrystalline silicon and the phosphorus.

Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen Grabenkondensator in einem Halbleitersubstrat, umfassend einen Graben, der in einem Halbleitersubstrat gebildet ist, eine erste als elektrisch leitende Füllung ausgebildete Kondensatorelektrode, die in wenigstens einem unteren Abschnitt des Grabens abgeschieden ist, wobei die elektrisch leitende Füllung umfasst:

  • a) eine amorphe oder polykristalline Siliziumschicht,
  • b) Phosphor und
  • c) Arsen,

wobei in der Grabenfüllung der Phosphor homogen und das Arsen inhomogen zwischen dem amorphen oder polykristallinen Silizium verteilt ist;
ein als dielektrische Schicht an einer Innenwand des Grabens ausgebildetes Kondensatordielektrikum und
eine zweite als vergrabenes dotiertes Gebiet in dem Halbleitersubstrat an der Innenwand des Grabens ausgebildete Kondensatorelektrode.The object is also achieved by a trench capacitor in a semiconductor substrate, comprising a trench formed in a semiconductor substrate, a first capacitor electrode formed as an electrically conductive filling, which is deposited in at least one lower portion of the trench, wherein the electrically conductive filling comprises:
  • a) an amorphous or polycrystalline silicon layer,
  • b) phosphorus and
  • c) arsenic,

wherein in the trench filling the phosphor is homogeneous and the arsenic is inhomogeneously distributed between the amorphous or polycrystalline silicon;
a capacitor dielectric formed as a dielectric layer on an inner wall of the trench; and
a second buried doped region in the semiconductor substrate formed on the inner wall of the trench capacitor electrode.

Es wird ein Halbleitersubstrat, etwa ein Halbleiterwafer bereitgestellt, in dem bzw. auf dem in einer Schicht ein Graben gebildet ist. Bei dem Graben kann es sich um eine beliebig geformte Vertiefung in dem Substrat bzw. in der Schicht auf dem Substrat handeln. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um den Graben eines Grabenkondensators. Dieser wird typischerweise mit sehr hohen Aspektverhältnissen von größer als 10 : 1 oder 50 : 1 gebildet. Beispielsweise kann ein Graben eine Tiefe von 7 μm bei einer Breite von 90 nm besitzen. Es gibt derzeit das Bestreben, diese Aspektverhältnisse noch weiter zu vergrößern. Dies wird insbesondere mit dem Übergang zur 70 nm-Technologie der Fall sein. Diese Ausführungsform wird im Folgenden noch näher zu erläutern sein.It For example, a semiconductor substrate, such as a semiconductor wafer, is provided. in which or in which a trench is formed in a layer. at the trench may be an arbitrarily shaped depression in the Substrate or act in the layer on the substrate. According to one embodiment the invention is the trench of a trench capacitor. This is typically done with very high aspect ratios from bigger than 10: 1 or 50: 1 formed. For example, digging can be a depth of 7 μm at a width of 90 nm. There is currently a desire these aspect ratios even further to enlarge. This especially with the transition be the case for 70 nm technology. This embodiment will be below closer to explain be.

Bei den Gräben kann es sich aber auch um solche von tiefen Leiterbahnen handeln. In diesem Fall besitzen die Gräben eine geringe Breite, jedoch eine erheblich größere Länge. Auch bei solchen Gräben kann von großen Aspektverhältnissen die Rede sein.at the trenches but it can also be those of deep tracks. In this case own the trenches a small width, but a considerably longer length. Even with such ditches can of big ones aspect ratios be the talk.

Des Weiteren kommen als Gräben auch Kontaktlöcher in Betracht, welche zum Beispiel verschiedene Metallisierungsebenen einer Schaltung miteinander verbinden. Ein Einsatz von amorphem oder polykristallinem Silizium als Grabenfüllung (Kontaktlochfüllung) kommt besonders dann in Betracht, wenn mit dem Kontaktstöpsel eine Leiterbahn- und Metallisierungsebene mit dotierten Gebieten auf dem monokristallinen Substrat zu verbinden ist. Ein Beispiel ist die Verbindung von Bitleitungen mit Source-/Drain-Gebieten eines Auswahltransis tors in einer Speicherzelle mit wahlfreiem Schreib-/Lesezugriff.Of Others come as trenches also contact holes considering, for example, different metallization levels connect a circuit with each other. A use of amorphous or Polycrystalline silicon as trench filling (contact hole filling) comes especially when considered with the contact plug one Track and metallization level with doped areas on the is to connect monocrystalline substrate. An example is the Connection of bit lines to source / drain regions of a selection transistor in a memory cell with random read / write access.

Es ist weiter vorgesehen, die elektrisch leitende Füllung in dem Graben aus amorphem oder polykristallinem Silizium, dotiert sowohl mit Arsen als auch mit Phosphor einzurichten. Es werden jeweils Abscheideschritte durchgeführt, die simultan oder auch getrennt durchgeführt werden können. Es wurde dabei der überraschende Effekt festgestellt, dass bei einer Kombination der beiden Dotierstoffe, deren Abscheidung an sich einen höheren Aufwand erfordert und damit normalerweise nicht angestrebt worden wäre, die genannten Vorteile und Vorzüge der jeweiligen Materialeigenschaften erhalten bleiben. Die Nachteile der einzelnen Stoffe werden dagegen durch die Vorteile des jeweils anderen Stoffs kompensiert.It is further provided, the electrically conductive filling in the trench of amorphous or polycrystalline silicon doped with both arsenic and to set up with phosphorus. Separation steps are carried out in each case can be performed simultaneously or separately. It was the surprising Found that in a combination of the two dopants, the separation of which requires a greater effort in itself and would not normally have been sought, the benefits mentioned and benefits the respective material properties are retained. The disadvantages By contrast, the individual substances are replaced by the benefits of each other substance compensated.

So wurde beispielsweise festgestellt, dass bei der Dotierung mit Arsen die durch die gleichzeitige Dotierung mit Phosphor zu erwartende Migration der Löcher, die unvermeidlich in der Poly-Siliziumfüllung entstehen, zu den Grabenwänden hin unterdrückt wird. Die Verarmung elektrisch aktiver Arsenatome in der elektrisch leitenden Füllung wird andererseits vollständig durch die erhöhte elektrische Aktivierung der Phosphoratome kompensiert.So For example, it was found that when doping with arsenic those expected by the simultaneous doping with phosphorus Migration of the holes, which inevitably arise in the poly-silicon filling, towards the trench walls repressed becomes. The depletion of electrically active arsenic atoms in the electric conductive filling on the other hand becomes complete through the increased compensated for electrical activation of the phosphorus atoms.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Kombination von Arsen und Phosphor als gemeinsame Dotierstoffe für eine elektrisch leitende Füllung aus Poly-Silizium die Zuverlässigkeit der Funktion – insbesondere eines Grabenkondensators – sowie die elektrischen Eigenschaften bezüglich Leitfähigkeit mitunter erheblich verbessern können.In summary let yourself say that by combining arsenic and phosphorus as common Dopants for an electrically conductive filling Poly-silicon reliability the function - in particular a trench capacitor - as well the electrical properties in terms of conductivity sometimes considerably can improve.

Phosphor liefert zudem auf Grund der höheren Rate an Aktivierung auch den größeren Beitrag zur elektrischen Leitfähigkeit. Wenn Arsen zeitlich getrennt vom Poly-Silizium abgeschieden wird, entsteht dadurch ein digitales Dotierprofil mit der Konsequenz einer nicht ausreichenden As-Dotierung, wenn die letzte Monolage nicht mehr wie erwünscht in den Graben gerät, weil dieser verfüllt ist. Dieser Effekt spielt dann aber wegen der Dominanz des Beitrags von Phosphor nur noch eine untergeordnete Rolle.phosphorus also delivers because of the higher Rate of activation also makes the bigger contribution to electrical conductivity. When arsenic is separated from poly-silicon in time, This creates a digital doping profile with the consequence of a insufficient As doping, if not the last monolayer more as desired into the ditch, because this is filled is. This effect then plays but because of the dominance of the contribution of Phosphorus only a minor role.

Ein besonderer Vorteil entsteht dadurch, dass die Abscheidung jeweils von amorphem oder polykristallinem Silizium, Phosphor und Arsen gemeinsam in einem (LP-)CVD-Reaktor durchgeführt werden kann. Eine Ausgestaltung der Erfindung zufolge werden amorphes oder polykristallines Silizium und Phosphor simultan abgeschieden, welches beispielsweise durch Zugabe von Phosphingas (PH3) zu dem die amorphe- oder Polykristalline Siliziumschicht bildenden Gas erfolgen kann (SiH4).A particular advantage arises from the fact that the deposition of each of amorphous or polycrystalline silicon, phosphorus and arsenic can be carried out together in a (LP) CVD reactor. According to one embodiment of the invention, amorphous or polycrystalline silicon and phosphorus are deposited simultaneously, which can be done, for example, by adding phosphine gas (PH 3 ) to the gas forming the amorphous or polycrystalline silicon layer (SiH 4 ).

Anschließend werden in dem gleichen (LP)CVD-Reaktor die Abscheideparameter wie etwa die Temperatur, der Druck, etc. variiert, um nun Arsingas (AsH3) einzuleiten, sodass eine Monolage oder mehrere Monolagen von Arsen auf der nach der ersten Abscheidung entstandenen Oberfläche des mit Phosphor dotierten amorphen oder polykristallinen Siliziums gebildet wird bzw. gebildet werden. Danach kann wieder auf die ursprünglichen Geräteparameter zurückgeschwenkt werden, um nun wieder eine amorphe oder polykristalline Siliziumschicht mit einer Phosphordotierung abzuscheiden. Es ist also keine Entnahme der Halbleiterwafer aus dem Reaktor notwendig.Subsequently, in the same (LP) CVD reactor, the deposition parameters such as temperature, pressure, etc. are varied to initiate arsine (AsH 3 ) to produce one or more monolayers of arsenic on the surface formed after the first deposition of the phosphorus doped amorphous or polycrystalline silicon is formed or formed. Thereafter, it is possible to return to the original device parameters in order to again deposit an amorphous or polycrystalline silicon layer with a phosphorus doping. So it is not necessary to remove the semiconductor wafer from the reactor.

Ausgestaltungen bezüglich des Grabenkondensators sehen vor, auch die üblicherweise in einem oberen Teil des Grabens nach träglich eingebrachte Grabenfüllung mit einer Dotierung aus Phosphor und Arsen zu versehen. Dies bietet den Vorteil einer durchgängigen Leitfähigkeit über die gesamte Tiefe des Grabenkondensators. Hintergrund ist, dass üblicherweise zunächst in dem größeren unteren Bereich des Grabens die Kondensatorelektrode anhand der elektrisch leitenden Füllung gebildet wird. Diese ist durch das Kondensatordielektrikum (NO, ONO oder Al2O3, etc.) von dem vergrabenen dotierten Gebiet als zweiter Kondensatorelektrode getrennt.Embodiments with regard to the trench capacitor also provide those which are usually introduced later in an upper part of the trench Trench filling to be provided with a doping of phosphorus and arsenic. This offers the advantage of a continuous conductivity over the entire depth of the trench capacitor. The background is that usually first in the larger lower region of the trench, the capacitor electrode is formed on the basis of the electrically conductive filling. This is separated from the buried doped region as the second capacitor electrode by the capacitor dielectric (NO, ONO or Al 2 O 3 , etc.).

Der obere Teil des Grabens wird dann durch einen Rückätzprozess von der so eingebrachten Füllung befreit, um einen Isolationskragen in dem oberen Bereich einzubringen, welcher in einem dichten Speicherzellenfeld den betrachteten Kondensatorgraben von einem benachbarten isoliert. Anschließend wird erneut eine elektrisch leitende Füllung in den oberen Bereich eingebracht, welche durch weitere Schritte mit Source- bzw. Drain-Gebieten eines Auswahltransistors verbunden wird.Of the The upper part of the trench is then inserted by an etch back process filling freed to bring in an insulation collar in the upper area, which in a dense memory cell array the considered capacitor trench isolated from a neighboring one. Subsequently, an electric again conductive filling introduced into the upper area, which by further steps connected to source and drain regions of a selection transistor becomes.

Dieser obere Bereich stellt vor seiner (zweiten) Verfüllung mit elektrisch leitendem Material wiederum einen Graben mit nunmehr moderatem Aspektverhältnis dar. Eine weitere Ausführungsform sieht daher vor, alternativ zur vorherigen Ausführungsform hier nun gerade für diese zweite Verfüllung amorphes oder polykristallines Silizium dotiert entweder nur mit Phosphor oder nur mit Arsen einzurichten. Auf Grund des geringen Aspektverhältnisses wirkt sich hier der Zeitvorteil stärker aus. Die Migration von Löchern stellt dagegen aufgrund des nicht vorhandenen Kondensatordielektrikums im oberen Bereich nur noch ein geringes Problem dar. Es kommt insbesondere Phosphor als Dotierstoff in Betracht.This upper area presents before its (second) backfilling with electrically conductive Material in turn a trench with now moderate aspect ratio. Another embodiment sees Therefore, before, as an alternative to the previous embodiment here now for this second backfilling amorphous or polycrystalline silicon doped with either phosphor alone or only with arsenic. Due to the low aspect ratio the time advantage has a stronger effect here. The migration of holes provides in contrast, due to the non-existent capacitor dielectric in the upper area only a small problem dar. It comes in particular Phosphorus as a dopant into consideration.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass im Falle von Grabenkondensatoren aufgrund der verminderten Migration der Löcher zu den Grabenwänden hin ein wesentliches größeres thermisches Budget für die Nachprozessierung zur Verfügung steht. Weil die Herstellung der elektrisch leitenden Grabenfüllung in einem relativ frühen Stadium der Herstellung eines Speicherbausteins durchgeführt wird, eröffnet sich somit für eine Vielzahl von Nachfolgeprozessen die Möglichkeit, auch bei höheren Temperaturen kritische Strukturbreiten herstellen zu können.One Another advantage of the invention is that in the case of trench capacitors due to the reduced migration of the holes to the trench walls an essential larger thermal Budget for the post-processing available stands. Because the production of the electrically conductive trench filling in a relatively early one Stage of manufacturing a memory chip is performed open thus for a variety of succession processes the possibility, even at higher temperatures to be able to produce critical structure widths.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:The Invention will now be described with reference to an embodiment with the aid of a Drawing closer explained become. Show:

18 in Querschnittsprofilen Schritte der Herstellung einer elektrisch leitenden Füllung in einem Grabenkondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 - 8th in cross-sectional profiles steps of producing an electrically conductive filling in a trench capacitor according to an embodiment of the invention;

910 eine Darstellung des Problems der Migration von Löchern (Voids) gemäß dem Stand der Technik. 9 - 10 a representation of the problem of migration of holes (voids) according to the prior art.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrisch leitenden Grabenfüllung ist anhand einer Abfolge von Schritten in Querschnittsprofilen in den 18 gezeigt. Die Querschnittsprofile zeigen die Bildung eines Grabens mit elektrisch leitender Füllung betreffend einen Grabenkondensator.An embodiment of the inventive method for producing an electrically conductive trench filling is based on a sequence of steps in cross-sectional profiles in the 1 - 8th shown. The cross-sectional profiles show the formation of a trench with electrically conductive filling concerning a trench capacitor.

1 zeigt das bereitgestellte Halbleitersubstrat 10 (monokristallines Silizium), in dem ein Graben 18 (Deep Trench) gebildet ist. Der Graben 18 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Siliziumsubstrat 10 anhand einer Ätzmaske umfas send eine Schicht 12 aus Siliziumnitrid geätzt. Die Schicht 12 wird dabei in einem fotolithografischen Prozess mit Belichtung einer Resistschicht und anschließendem Entwicklungsprozess am Ort des zu erstellenden Grabens geöffnet. Die Schicht 12 aus Siliziumnitrid liegt üblicherweise auf einer Oxidationsschicht 14 auf dem Halbleitersubstrat 10 auf. Ein vergrabenes dotiertes Gebiet 16 wird in einem unteren Bereich des Grabens 18 gebildet, in dem vorab eine Glasschicht mit einem Dotierstoff in dem Graben 18 abgeschieden und anschließend dieser Dotierstoff ausdiffundiert wird. Es kann sich dabei um Borsilikatglas oder Arsenglas, etc. handeln. 1 shows the provided semiconductor substrate 10 (monocrystalline silicon), in which a trench 18 (Deep Trench) is formed. The ditch 18 becomes in the silicon substrate according to this embodiment 10 Based on an etching mask comprehensive send a layer 12 etched from silicon nitride. The layer 12 is thereby opened in a photolithographic process with exposure of a resist layer and subsequent development process at the location of the trench to be created. The layer 12 Silicon nitride usually lies on an oxidation layer 14 on the semiconductor substrate 10 on. A buried spiked area 16 is in a lower area of the trench 18 formed in which in advance a glass layer with a dopant in the trench 18 deposited and then this dopant is diffused out. It may be borosilicate glass or arsenic glass, etc.

2 zeigt den Zustand, nachdem die Glasschicht entfernt und eine so genannte NOLA-Schicht 20 (NOLA: „Non-conformal Liner by ALD") abgeschieden wurde. Die NOLA-Abscheidung ist beispielweise in der Veröffentlichung EP 1,525,610 A1 von Infineon Technologies AG, München beschrieben. Auf die in der Veröffentlichung dargestellten Details wird im vorliegenden Dokument Bezug genommen. Die NOLA-Abscheidung beeinhaltet eine CVD- bzw. ALD- (Atomic Layer Deposition) Abscheidung unter Verwendung der Prozessgase TMA und H2O. Das Prozessergebnis ist die Ausbildung einer Al2O3-Schicht im oberen Teil des Grabens. Typischerweise sind die Schichten im Bereich von 5–12 nm dick. Die NOLA-Schicht 20 reicht nur in den oberen Bereich des Grabens hinein, der untere Teil des Grabens 18 liegt an seinen Seitenwänden frei von jeglicher Schicht vor. 2 shows the state after the glass layer is removed and a so-called NOLA layer 20 (NOLA: "Non-Conformal Liner by ALD") The NOLA deposition is for example in the publication EP 1,525,610 Al by Infineon Technologies AG, Munich. The details presented in the publication are referred to in this document. The NOLA deposition involves CVD (Atomic Layer Deposition) deposition using process gases TMA and H 2 O. The process result is the formation of an Al 2 O 3 layer in the upper part of the trench. Typically, the layers are thick in the range of 5-12 nm. The NOLA layer 20 extends only into the upper part of the trench, the lower part of the trench 18 is on its sidewalls free from any layer.

Der NOLA-Prozess dient zur Aufweitung des unteren Bereichs des Grabens 18. Die Aufweitung bewirkt eine Vergrößerung des Durchmessers und damit der Oberfläche innerhalb des Grabens. Die Kapazität des Kondensators wird damit vorteilhafterweise vergrößert. Als weitere unterstützende Maßnahme (nicht in 2 dargestellt) kann die Oberfläche an den Seitenwänden innerhalb des Grabens 18 durch Bildung einer HSG-Schicht (Hemispherical Silicon Grain) vergrößert werden. Diese Maßnahmen werden insbesondere dann getroffen, wenn auf Grund der Strukturverkleinerung die Grabenbreite im oberen Bereich nur noch 90 nm, oder insbesondere nur noch 70 nm betragen. Eine Vergrößerung der Tiefe des Grabenkondensators zur Oberflächenvergrößerung mit einer Vergrößerung des Aspektverhältnisses ist bei diesen Technologiestufen nur noch begrenzt möglich.The NOLA process is used to widen the lower part of the trench 18 , The expansion causes an increase in the diameter and thus the surface within the trench. The capacity of the capacitor is thus advantageously increased. As a further supporting measure (not in 2 shown) may be the surface on the sidewalls within the trench 18 be increased by formation of an HSG (Hemispherical Silicon Grain) layer. These measures are taken in particular when, due to the structural reduction, the trench width in the upper region is only 90 nm, or in particular only 70 nm. An enlargement of the depth of the trench capacitor for surface enlargement with an increase in the aspect ratio is only possible to a limited extent in these technology stages.

3 zeigt das Ergebnis des Ätzprozesses in dem Siliziumsubstrat an den Grabeninnenwänden, bei dem der Graben des Grabenkondensators eine Flaschenform (Bottle-shaped) erhält. 3 shows the result of the etching process in the silicon substrate at the trench inner walls, where the trench of the trench capacitor is bottle-shaped.

4 zeigt den Zustand nach Entfernung der NOLA-Schicht 20. 4 shows the state after removal of the NOLA layer 20 ,

Wie in 5 dargestellt ist, wird anschließend eine Schicht eines dünnen Dielektrikums 22 als Kondensatordielektrikum aufgebracht. Bei den hier betrachteten Technologiestufen, insbesondere 70 nm, wird Al2O3 verwendet.As in 5 is then a layer of a thin dielectric 22 applied as a capacitor dielectric. Al 2 O 3 is used in the technology stages considered here, in particular 70 nm.

Nach diesen Verfahrensschritten wird das Halbleitersubstrat nunmehr einem (LP-)CVD-Reaktor zugeführt. Wie in 6 dargestellt ist, wird darin in einem ersten Abscheideschritt amorphes Silizium mit einer Schichtdicke von etwa 20 nm in dem Graben 18 abgeschieden. Diese Schicht kann dotiert oder undotiert ausgeführt werden. Im Anwendungsbeispiel ist sie mit Phosphor dotiert. Der Graben 18 ist somit noch nicht vollständig verfüllt. Im nächsten Schritt findet nun die Belegung dieser dotierten Schicht mit AsH3 statt, typische Belegungszeiten sind 30–60 Minuten. Im nächsten Schritt werden simultan die Gase SiH4 und Phosphingas (PH3) zur Abscheidung von dotiertem amorphem oder polykristallinem Silizium zugeführt. Dann kann die zweite Arsenbelegung genauso wie oben beschrieben stattfinden. Abschliessend wird der Kondensatorgraben vollständig mit einer mit Phosphor dotierten amorphen oder polykristallinen Siliziumschicht aufgefüllt wie in 7 als Schicht 30b dargestellt. Die Prozessparameter für diese Abscheidung umfassen im wesentlichen Temperatur, Druck und Gasflüsse. Der jeweils nutzbare Bereich von Parameterwerten erstreckt sich gemäß diesem Beispiel für die einzelnen Parameter:
Temperatur: 500–650°C
Druck: 0.5–600 Torr entsprechend 66,661 Pa–79993,4 Pa
SiH4: 100–500 sccm
AsH4 bzw. PH3: 30–300 sccm
H2: 0.5–20 slm
After these process steps, the semiconductor substrate is now fed to a (LP) CVD reactor. As in 6 is shown, in a first deposition step, amorphous silicon having a layer thickness of about 20 nm in the trench is formed therein 18 deposited. This layer can be doped or undoped. In the application example, it is doped with phosphorus. The ditch 18 is thus not yet completely filled. In the next step, the assignment of this doped layer with AsH 3 takes place, typical occupancy times are 30-60 minutes. In the next step, the gases SiH 4 and phosphine gas (PH 3 ) are simultaneously fed for the deposition of doped amorphous or polycrystalline silicon. Then the second arsenic occupancy can take place exactly as described above. Finally, the capacitor trench is completely filled with a phosphorus doped amorphous or polycrystalline silicon layer as in 7 as a layer 30b shown. The process parameters for this deposition essentially include temperature, pressure and gas flows. The respective usable range of parameter values extends according to this example for the individual parameters:
Temperature: 500-650 ° C
Pressure: 0.5-600 Torr corresponding to 66.661 Pa-79993.4 Pa
SiH 4 : 100-500 sccm
AsH 4 and PH3: 30-300 sccm
H 2 : 0.5-20 slm

Die angegebenen Prozessparameter beziehen sich sowohl auf Anlagen mit Batch-Verarbeitung, welche typischerweise in einem LPCVD (LowPressureCVD) Modus betrieben werden, als auch CVD- Verfahren in einer Einzelscheibenanlage, die bis in den subatmosphärischen Druckbereich arbeiten können.The specified process parameters are related to systems Batch processing, typically in a LPCVD (LowPressure CVD) Mode as well as CVD processes in a single-disk system, to the subatmospheric Pressure range can work.

Die in dem ersten und zweiten Abscheideschritt aufgewachsene Schicht 24 von Poly-Silizium ist somit homogen mit Phosphor dotiert. Ein erster Anteil 30a der elektrisch leitenden Grabenfüllung ist fertig gestellt, welche eine Oberfläche 26 aufweist.The grown in the first and second deposition step layer 24 of poly-silicon is thus homogeneously doped with phosphorus. A first share 30a the electrically conductive trench filling is completed, which is a surface 26 having.

Nach Erreichen der genannten Schichtdicke der Schicht 24 wird die Zuführung der Gase zur Abscheidung von Poly-Silizium und Phosphor gestoppt, und ein Wechsel der Geräteparameter vorgenommen. Es wird nun Arsingas (AsH3) zugeführt, sodass sich eine Monolage, oder mehrere Monolagen, Arsen auf der Oberfläche 26 ablagern (Bezugszeichen 28).After reaching the mentioned layer thickness of the layer 24 the supply of gases for the deposition of poly-silicon and phosphorus is stopped, and a change of the device parameters made. It is now fed to Arsingas (AsH 3 ), resulting in a monolayer, or several monolayers, of arsenic on the surface 26 deposit (reference numeral 28 ).

Wie in 7 gezeigt ist, wird anschließend wieder zurückgewechselt auf die Abscheidung von Poly-Silizium dotiert mit Phosphor. Die weitere Dotierung mit Arsen kann wie oben angegeben entsprechend durchgeführt werden, es ist jedoch auch grundsätzlich möglich auf diese zusätzliche Arsen-Dotierung zu verzichten. Dies hängt ab von den Schichtdicken, mit denen jeweils die Abscheideschritte für das Poly-Silizium mit dem Phosphor vorgenommen werden im Verhältnis zur Grabenbreite, hier 70 nm. Der Graben 18 ist nunmehr verfüllt und die Monolagen mit dem Arsen befinden sich gleich einem digitalen Dotierprofil inmitten der mit Phosphor dotierten amorphen- oder polykristallinen Siliziumschicht.As in 7 is shown, is then changed back to the deposition of poly-silicon doped with phosphorus. The further doping with arsenic can be carried out as indicated above, but it is also possible in principle to dispense with this additional arsenic doping. This depends on the layer thicknesses with which the deposition steps for the poly-silicon with the phosphor are carried out in each case in relation to the trench width, here 70 nm. The trench 18 is now filled and the monolayers with the arsenic are equal to a digital doping profile in the midst of the doped with phosphorus amorphous or polycrystalline silicon layer.

8 beschreibt den Zustand nach einer Rückätzung der leitenden Grabenfüllung in dem Graben 18 bis oberhalb des vergrabenen Dotiergebietes 16. Bei diesem moderat thermischen Prozess findet bereits der Einbau der Arsenatome in das Poly-Siliziumgitter statt. Eine vollständig homogene Verteilung und Ladungsträgeraktivierung wird allerdings erst in nachfolgenden Hochtemperaturschritten erreicht. Die elektrisch leitende Grabenfüllung 30 umfasst nunmehr die in den Teilschritten entstandenen Füllungen 30a, 30b sowie die Monolagen 28. Wie erwähnt, können durch Berücksichtigung kleinerer Schichtdicken für die Poly-Siliziumabscheidung weitaus mehr Teilfüllungen 30a, 30b alternierend mit Monolagen 28 eingerichtet werden. 8th describes the condition after etch back of the conductive trench fill in the trench 18 to above the buried doping area 16 , In this moderate thermal process, the incorporation of the arsenic atoms into the poly-silicon lattice already takes place. However, a completely homogeneous distribution and charge carrier activation is only achieved in subsequent high-temperature steps. The electrically conductive trench filling 30 now includes the fillings created in the partial steps 30a . 30b as well as the monolayers 28 , As mentioned, by taking into account smaller layer thicknesses for the poly-silicon deposition far more partial fillings 30a . 30b alternating with monolayers 28 be set up.

Der Grabenkondensator 34 umfassend eine erste Kondensatorelektrode als vergrabenes Dotiergebiet 16, ein Kondensatordielektrikum als dielektrische Schicht 22 sowie eine zweite Kondensatorelektrode als elektrisch leitende Grabenfüllung 30 ist somit gebildet.The trench capacitor 34 comprising a first capacitor electrode as a buried doping region 16 , a capacitor dielectric as a dielectric layer 22 and a second capacitor electrode as an electrically conductive trench filling 30 is thus formed.

Ein Anschluss des Grabenkondensators an einen Auswahltransistor wird ermöglicht durch weiteres konformes Abscheiden einer isolierenden Schicht zur Bildung eines Isolationskragens (Collar). Dieser kann alternierend mit einer weiteren elektrisch leitenden Grabenfüllung aus amorphem bzw. polykristallinem Silizium dotiert mit Phosphor und Arsen oder mit einer solchen dotiert entweder mit Phosphor oder Arsen aufgefüllt werden. Weitere Einzelheiten des Grabenanschlusses richten sich danach, ob ein planarer oder ein vertikaler Auswahltransistor angestrebt ist.Connection of the trench capacitor to a selection transistor is made possible by further conformally depositing an insulating layer to form an isolation collar. This can be alternately doped with another electrically conductive trench filling made of amorphous or polycrystalline silicon with phosphorus and arsenic or with one doped with either phosphorus or arsenic. Further details of the trench connection depend on whether a planar or a vertical selection transistor is desired.

Die Ausbildung der Auswahltransistoren und ihre Positionierung erfolgt wiederum gemäß dem Stand der Technik. Die Bildung des erfindungsgemäßen Grabenkondensators ist auf keine der speziellen Ausführungsformen von vertikalen oder planaren Auswahltransistoren beschränkt, sondern vielmehr allgemein anwendbar. Einen besonders vorteilhaften Effekt erzielt das erfindungsgemäße Verfahren angewandt auf Grabenkondensatoren mit Breiten von 70 nm oder weniger. Bei den hohen Aspektverhältnissen wurde herausgefunden, dass das digitale Dotierprofil des Arsens weitaus weniger homogenisiert wird und als Unsicherheitsfaktor immer stärker zu Buche schlägt. Da die Schichtdicken des Poly-Siliziums nicht beliebig klein gewählt werden können, kann es daher umso leichter dazu kommen, dass eine digitale "Stufe" für das Arsen möglicherweise nicht zur Anwendung kommt und der Dotiergrad daher erheblich unterschritten wird. Durch die Kombination mit Phosphor wird dies ausgeglichen.The Training the selection transistors and their positioning is done again according to the state of the technique. The formation of the trench capacitor according to the invention is to none of the specific embodiments but limited by vertical or planar selection transistors rather generally applicable. A particularly advantageous effect achieves the method according to the invention applied to trench capacitors with widths of 70 nm or less. At the high aspect ratios became found that the digital doping profile of arsenic far out is less homogenized and more and more as an uncertainty factor Beech beats. Since the layer thicknesses of the poly-silicon are not chosen arbitrarily small can, Therefore, it may be easier to create a digital "stage" for arsenic possibly is not used and therefore the degree of doping considerably undercut becomes. This is compensated by the combination with phosphorus.

Gleichzeitig wird die Migration von Löchern auf Grund des Zusatzes von Phosphor durch das Arsen wirkungsvoll verhindert, welches gerade im Fall der Oberflächenvergrößerung zum Beispiel durch NOLA oder HSG stärker zu Buche schlagen würde, denn die Löcher belegen bei gleicher Größe einen größeren Oberflächenanteil, insbesondere bei der HSG-Anwendung.simultaneously is the migration of holes on Reason of the addition of phosphorus by the arsenic effectively prevents which especially in the case of surface enlargement, for example by NOLA or HSG stronger would hit, because the holes occupy a larger surface area at the same size, especially with the HSG application.

Das Problem der Void-Migration ist in den 9 und 10 gezeigt. Eine Schicht Poly-Siliziums 30', welche gemäß dem Stand der Technik nur mit Phosphor dotiert ist, ist dabei in dem Graben 18 abgeschieden worden. Entlang der Längsachse des Grabens 18 bildet sich ein unregelmäßiges Loch 32 dort, wo die aufwachsenden Schichten sich treffen, und die Löcher nicht mehr verfüllt werden können. 10 zeigt den Zustand nach Anwendung eines nachfolgenden thermischen Anneal- und/oder Oxidationsprozesses, strukturverändernder Plasmaätzung oder einer späteren Aluminiumabscheidung. Die unregelmäßige Lochstruktur 32 teilt sich und wandert als Vielzahl von Löchern 33 (Voids) in Richtung auf die Grabeninnenwand des Grabens 18 hin. Dort lagern sie sich an das Kondensatordielektrikum 22 an. Die Oberfläche des Dielektrikums wird dadurch nachteilhaft verringert, während gleichzeitig an den Kanten der Voids 33 solche die Funktion des Grabenkondensators beeinträchtigende Feldspitzen entstehen. Wie erwähnt, werden durch das erfindungsgemäße Verfahren und dem erfindungsgemäßen Grabenkondensator die in den 9 und 10 gezeigten Wirkungen behoben oder zumindest vermindert.The problem of void migration is in the 9 and 10 shown. A layer of poly-silicon 30 ' , which is doped according to the prior art only with phosphorus, is in the trench 18 been separated. Along the longitudinal axis of the trench 18 An irregular hole forms 32 where the growing layers meet, and the holes can no longer be filled. 10 shows the state after application of a subsequent thermal annealing and / or oxidation process, structure-changing plasma etching or a later aluminum deposition. The irregular hole structure 32 splits and wanders as a multitude of holes 33 (Voids) towards the trench inner wall of the trench 18 out. There they are deposited on the capacitor dielectric 22 at. The surface of the dielectric is thereby disadvantageously reduced, while at the same time at the edges of the voids 33 such field peaks affecting the function of the trench capacitor arise. As mentioned, by the inventive method and the trench capacitor according to the invention in the 9 and 10 fixed effects shown or at least reduced.

1010
HalbleitersubstratSemiconductor substrate
1212
Siliziumnitridsilicon nitride
1414
Oxidationsschichtoxidation layer
1616
vergrabenes Dotiergebietburied doping
1818
Grabendig
2020
NOLA-SchichtNOLA layer
2222
dielektrische Schicht, Al2O3 dielectric layer, Al 2 O 3
2424
amorphe oder polykristalline Siliziumschichtamorphous or polycrystalline silicon layer
2626
Oberflächesurface
2828
Monolage(n) von ArsenMonolayer (n) from arsenic
30a, b30a, b
Teilfüllungen des Grabens mit amorphem und Polykristalline Silizium, dotiert mit Phosphorpart fillings trenching with amorphous and polycrystalline silicon doped with phosphorus
3030
elektrisch leitende Grabenfüllung, dotiert mit Phosphor und Arsenelectrical conductive trench filling, doped with phosphorus and arsenic
30'30 '
elektrisch leitende Grabenfüllung, dotiert ausschließlich mit Phosphorelectrical conductive trench filling, endowed exclusively with phosphorus
3232
Lochstruktur nach Abscheidung von amorphen- oder Polykristallinem-Siliziumhole structure after deposition of amorphous or polycrystalline silicon
3333
Löcher, Voids, migriert an GrabeninnenwandHoles, voids, migrated to trench inner wall

Claims (13)

Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Füllung (30) in einem Graben (18), welcher in einem Halbleitersubstrat (10) oder in einer Schicht auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist, umfassend die Schritte: – Bereitstellen des Halbleitersubstrats (10) mit dem Graben (18) und – Abscheiden der Stoffe amorphes oder polykristallines Silizium, Arsen und Phosphor zur Bildung der elektrisch leitenden Füllung (30) in dem Graben (18), wobei – das Abscheiden von amorphem oder polykristallinem Silizium und das Abscheiden von Phosphor simultan durchgeführt werden, – das Abscheiden von Arsen zeitlich separat von der Abscheidung von amorphem oder polykristallinem Silizium und Phosphor durchgeführt wird und – das Abscheiden von Arsen die Bildung wenigstens einer Monolage (28) von Arsenatomen auf einer durch das amorphe oder polykristalline Silizium und den Phosphor gebildeten Oberfläche umfasst.Process for producing an electrically conductive filling ( 30 ) in a ditch ( 18 ), which in a semiconductor substrate ( 10 ) or in a layer on the semiconductor substrate, comprising the steps of: - providing the semiconductor substrate ( 10 ) with the ditch ( 18 ) and - depositing the substances amorphous or polycrystalline silicon, arsenic and phosphorus to form the electrically conductive filling ( 30 ) in the trench ( 18 ), wherein - the deposition of amorphous or polycrystalline silicon and the deposition of phosphorus are performed simultaneously, - the deposition of arsenic is carried out separately from the deposition of amorphous or polycrystalline silicon and phosphorus, and - the deposition of arsenic the formation of at least one monolayer ( 28 ) of arsenic atoms on a surface formed by the amorphous or polycrystalline silicon and the phosphorus. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Graben (18) mit einem Aspektverhältnis einer Tiefe zu einer Breite von mehr als 10 : 1 gebildet wird.Method according to claim 1, wherein the trench ( 18 ) having an aspect ratio of a depth to a width of more than 10: 1. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Graben (18) mit einem Aspektverhältnis einer Tiefe zu einer Breite von mehr als 50 : 1 gebildet wird.Method according to claim 1, wherein the trench ( 18 ) having an aspect ratio of a depth to a width of more than 50: 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Graben mit einer Breite von weniger als 75 nm ausgebildet wird.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the trench is formed with a width of less than 75 nm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem vor dem Abscheiden von amorphem oder polykristallinem Silizium und Phosphor eine dielektrische Schicht (22) in dem Graben (18) zur Bildung eines Kondensatordielektrikums abgeschieden wird, so dass die elektrisch leitende Füllung (30) in dem Graben (18) nach der Abscheidung eine Kondensatorelektrode in einem Grabenkondensator bildet.Method according to one of claims 1 to 4, wherein prior to the deposition of amorphous or polycrystalline silicon and phosphorus, a dielectric layer ( 22 ) in the trench ( 18 ) is deposited to form a capacitor dielectric so that the electrically conductive filling ( 30 ) in the trench ( 18 ) forms a capacitor electrode in a trench capacitor after deposition. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem nach dem Abscheiden von Arsen ein thermischer Prozessschritt an dem Halbleitersubstrat (10) ausgeführt wird, so dass Arsenatome in das amorphe oder polykristalline Silizium ausdiffundieren.Method according to one of claims 1 to 5, wherein after the deposition of arsenic, a thermal process step on the semiconductor substrate ( 10 ) is carried out so that arsenic atoms diffuse out into the amorphous or polycrystalline silicon. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Schritte simultanes Abscheiden von amorphem oder polykristallinem Silizium und Phosphor sowie Abscheiden von Arsen in alternierender Weise wenigstens einmal wiederholt werden.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the steps simultaneous deposition of amorphous or polycrystalline silicon and phosphorus and deposition of arsenic in an alternating manner be repeated at least once. Grabenkondensator in einem Halbleitersubstrat mit – einem Graben (18) in dem Halbleitersubstrat (10), – einer ersten Kondensatorelektrode, die durch ein vergrabenes dotiertes Gebiet (16) in dem Halbleitersubstrat an der Innenwand des Grabens (18) ausgebildet ist, – einem Kondensatordielektrikum, das durch eine dielektrische Schicht (22) an einer Innenwand des Grabens (18) ausgebildet ist, und – einer zumindest in einem unteren Abschnitt des Grabens (18) angeordneten zweiten Kondensatorelektrode, die durch eine elektrisch leitende Grabenfüllung (30) aus a) amorphem oder polykristallinem Silizium, b) Phosphor und c) Arsen ausgebildet ist, wobei in der Grabenfüllung (30) der Phosphor homogen und das Arsen inhomogen zwischen dem amorphen oder polykristallinen Silizium verteilt ist.Trench capacitor in a semiconductor substrate with - a trench ( 18 ) in the semiconductor substrate ( 10 ), - a first capacitor electrode passing through a buried doped region ( 16 ) in the semiconductor substrate on the inner wall of the trench ( 18 ) is formed, - a capacitor dielectric, which through a dielectric layer ( 22 ) on an inner wall of the trench ( 18 ), and - at least in a lower portion of the trench ( 18 ) arranged second capacitor electrode by an electrically conductive trench filling ( 30 ) of a) amorphous or polycrystalline silicon, b) phosphorus and c) arsenic, wherein in the trench filling ( 30 ) the phosphor is homogeneous and the arsenic is inhomogeneously distributed between the amorphous or polycrystalline silicon. Grabenkondensator nach Anspruch 8, bei dem ein oberer Abschnitt des Grabens (18) durch einen Isolationskragen von dem Halbleitersubstrat (10) isoliert ist.Trench capacitor according to claim 8, wherein an upper portion of the trench ( 18 ) by an insulation collar of the semiconductor substrate ( 10 ) is isolated. Grabenkondensator nach Anspruch 9, bei dem in dem oberen Abschnitt des Grabens (18), seitlich von dem Isolationskragen umschlossen, eine elektrisch leitende Grabenfüllung (30) eingebracht ist, die a) amorphes oder polykristallines Silizium und b) Phosphor umfasst.Trench capacitor according to claim 9, wherein in the upper portion of the trench ( 18 ), laterally enclosed by the insulation collar, an electrically conductive trench filling ( 30 ) comprising a) amorphous or polycrystalline silicon and b) phosphorus. Grabenkondensator nach Anspruch 9, bei dem in dem oberen Abschnitt des Grabens (18), seitlich von dem Isolationskragen umschlossen, eine elektrisch leitende Grabenfüllung (30) eingebracht ist, die a) amorphes oder polykristallines Silizium und b) Arsen umfasst.Trench capacitor according to claim 9, wherein in the upper portion of the trench ( 18 ), laterally enclosed by the insulation collar, an electrically conductive trench filling ( 30 ) comprising a) amorphous or polycrystalline silicon and b) arsenic. Grabenkondensator nach Anspruch 9, bei dem in dem oberen Abschnitt des Grabens (18), seitlich von dem Isolationskragen umschlossen, eine elektrisch leitende Grabenfüllung (30) eingebracht ist, die a) amorphes oder polykristallines Silizium, b) Phosphor und c) Arsen umfasst.Trench capacitor according to claim 9, wherein in the upper portion of the trench ( 18 ), laterally enclosed by the insulation collar, an electrically conductive trench filling ( 30 ) comprising a) amorphous or polycrystalline silicon, b) phosphorus and c) arsenic. Grabenkondensator nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem der Graben (18) eine Innenwand aufweist, die mit einer HSG-(Hemispherical Silicon Grain)-Struktur zur Oberflächenvergrößerung versehen ist.Trench capacitor according to one of claims 8 to 12, wherein the trench ( 18 ) has an inner wall provided with an HSG (Hemispherical Silicon Grain) structure for surface enlargement.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5652165A (en) * 1996-06-10 1997-07-29 Vanguard International Semiconductor Corporation Method of forming a stacked capacitor with a double wall crown shape
US20020086481A1 (en) * 2001-01-04 2002-07-04 Hong-Hsiang Tsai Method of fabricating deep trench capacitor
US20040084149A1 (en) * 2002-07-19 2004-05-06 Stamp Michael R. Bubbler for substrate processing
EP1493712A2 (en) * 2003-06-12 2005-01-05 Dalsa Semiconductor Inc. Method of fabricating silicon-based MEMS devices

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5652165A (en) * 1996-06-10 1997-07-29 Vanguard International Semiconductor Corporation Method of forming a stacked capacitor with a double wall crown shape
US20020086481A1 (en) * 2001-01-04 2002-07-04 Hong-Hsiang Tsai Method of fabricating deep trench capacitor
US20040084149A1 (en) * 2002-07-19 2004-05-06 Stamp Michael R. Bubbler for substrate processing
EP1493712A2 (en) * 2003-06-12 2005-01-05 Dalsa Semiconductor Inc. Method of fabricating silicon-based MEMS devices

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