DE10337561A1

DE10337561A1 - DRAM mit verbessertem Leckstromverhalten und entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10337561A1
Application number: DE10337561A
Authority: DE
Inventors: Jonathan-Philip Davis; Stephen Rusinko
Original assignee: Infineon Technologies Richmond LP
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-08-15
Also published as: US6818534B2; DE10337561B4; US20040031992A1

Abstract

Eine Halbleiterspeichervorrichtung umfasst einen Graben, der aus einem Substrat unterhalb einer flachen Grabenisolierung geätzt ist, sowie ein dotiertes Kragenoxid. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Übergang eines vergrabenen Anschlusses, der neben der flachen Grabenisolation und oberhalb des Kragenoxids gebildet ist, sowie einen Kanalstopp, der unterhalb des Übergangs des vergrabenen Anschlusses gebildet ist, wobei ein Übergang zwischen dem Kanalstopp und dem Übergang des vergrabenen Anschlusses in dem Substrat gebildet wird.

Description

DRAM mit verbessertem Leckstromverhalten und entsprechendes Herstellungsverfahren Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiter-, und insbesondere Leckstromeigenschaften in Graben-DRAM's.
In Graben-DRAM's ist das Haltevermögen elektrischer Ladung in einem Zellkondensator im Wesentlichen eine Funktion verschiedener Leckstrommechanismen. Diese Mechanismen enthalten beispielsweise einen Sub-STI-Leckstrom und einen Umkehr-Vorspannungs-Leckstrom am Übergang des vergrabenen Kontakts.
Mit Bezug auf 1 verwendet die BEST (BuriEd-Strap = vergrabener Anschluss)-Zelle ein Kragenoxid 101 in einem oberen Bereich des Grabens zum Isolieren des Kondensators 103 vor einem Zugangstransistor an der Silizium(Si)-Oberfläche der vergrabene Anschluss 107 verbindet eine Wortleitung 105 mit dem Kondensator 103. 2 zeigt eine Detailansicht des Bereichs nahe dem vergrabenen Anschluss 107.
Mit Bezug auf 2 schafft Arsen-dotiertes Polysilizium 201 den n+-Übergang des vergrabenen Kontakts 107 durch Ausdiffusion von Arsen in ein kristallines Silizium. Nach der Ausdiffusion hilft der p-Dotierstoff bei der Bildung eines abrupteren Übergangs mit verbesserten Umkehrspannungs-Leckstromverhalten. Jedoch kann sich ein schwachdotierter Bereich 203 an der Oberseite des Kragenoxids 101 unter dem Übergang des vergrabenen Kontakts 107 bilden. Somit kann die Topologie es schwierig machen, diesen Bereich zu dotieren, was das Umkehrspannungs-Leckstromverhalten der Vorrichtung kompromittiert.
Deshalb gibt es eine Notwendigkeit nach einer Vorrichtung mit verbessertem Haltevermögen über ein verbessertes Umkehrspannungs-Leckstromverhalten.
Eine erfindungsgemäße Halbleiterspeichervorrichtung umfasst einen Graben, der unterhalb einer flachen Grabenisolation aus einem Substrat geätzt ist, sowie ein dotiertes Kragenoxid. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Übergang eines vergrabenen Kontakts, der neben der flachen Grabenisolation und oberhalb des Kragenoxids gebildet ist, sowie ein Kanalstopp, der unterhalb des Übergangs des vergrabenen Kontakts gebildet ist, wobei ein Übergang zwischen dem Kanalstopp und dem Übergang des vergrabenen Kontakts in dem Substrat gebildet ist.
Das Kragenoxid ist ein Bor-Silikat-Glas. Das Bor-Silikat-Glas umfasst etwa 6 Gewichtsprozent Bor.
Der Oxidkragen ist p-dotiert. Der Kanalstopp umfasst einen Bereich eines p-dotierten Substrats.
Gemäß der Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichervorrichtung die Schritte des Vorsehens eines Substrats, des Bildens eines Grabens in dem Substrat, wobei der Graben Seitenwände aufweist, und des Bildens einer Schicht aus Polysilizium in einem Bodenabschnitt des Grabens. Das Verfahren umfasst weiterhin die Schritte des Bildens eines Kragens an den Seitenwänden des Grabens, des Bildens einer zweiten Polysiliziumschicht in einem zweiten Bodenbereich des Grabens und des Entfernens eines oberen Bereichs des Kragens. Das Verfahren sieht eine dritte Polysiliziumschicht in einem dritten Bodenabschnitt des Kragens vor, wobei die dritte Polysiliziumschicht in Kontakt mit einem oberen Bereich des Kragens steht, bildet einen Isolationsbereich in einem Bereich des Substrats, wobei der Isolationsbereich den Graben verdeckelt, und diffundiert Dotierstoffe aus der dritten Polysiliziumschicht und dem Kragen in das Substrat aus.
Das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt des Planarisierens der Oberfläche des Substrats nach der Bildung des Isola tionsbereichs, wobei das Substrat eine Siliziumschicht und eine Topnitridschicht umfasst.
Die Ausdiffusion von dotierten Stoffen aus der dritten Polysiliziumschicht bildet einen Übergang des vergrabenen Kontakts, und die Ausdiffusion der Dotierstoffe aus dem Kragen bildet einen Kanalstopp.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Halbleiterspeichervorrichtung einen Grabenzellkondensator mit vergrabenem Anschluss mit einem Kragenoxid, das auf einem Bereich der Grabenseitenwand abgeschieden ist und mit einem Kanalstopp, der in ein Substrat ausdiffundiert ist und im Wesentlichen unter einem vergrabenen Anschluss des Grabenzellkondensators mit vergrabenem Anschluss positioniert ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 ein Diagramm einer Graben-DRAM-Zelle mit vergrabenem Anschluss;
2 ein Diagramm des Übergangs des vergrabenen Anschlusses von 1;
3 ein Diagramm des Übergangs des vergrabenen Anschlusses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 einen Fließplan eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5a bis 5f Diagramme eines Zellkondensators an verschiedenen Punkten unter Bezugnahme auf 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein dynamischer Graben-Zufallszugriffsspeicher (DRAM) einen Oxidkragen, der beispielsweise aus einem Bor-Silikat-Glas (BSG) gebildet ist. Der Oxidkragen kann beispielsweise unter Verwendung eines p-dotierten Oxids, beispielsweise SiO₂, gebildet werden. Eine Ausdiffusion der p-Dotierstoffe kann einen Kanalstopp unter einer flachen Grabenisolation (STI = shallow-tranch isolation) bilden und die Dotierung der p-Seite eines Übergangs eines vergrabenen Anschlusses erhöhen, was den Übergang abrupter gestaltet.
Mit Bezug auf 3 kann der Sub-STI-Bereich erkannt werden, der ein p-dotiertes Kragenoxid 301 zum Dotieren eines Bereichs 303 aus Silizium unter dem Übergang des vergrabenen Anschlusses 305 aufweist. Der Bereich bildet einen eingelassenen Kanalstopp 303 mit einem erhöhten Pegel von p-Dotierstoffen. Die Grenze zwischen dem Übergang des vergrabenen Kontakts 305 und dem Kanalstopp 303 ist abrupter als in Vorrichtungen ohne einen Kanalstopp. Die verbesserte Grenze schafft ein verbessertes Umkehrspannungs-Leckstromverhalten.
Der Dotierstoffpegel in dem DRRM-Kragenfilm 301 muss signifikant sein, um eine ausreichende Ausdiffusion in das Siliziumsubstrat zu erzeugen. In dem Falle von BSG können etwa 6 Gewichtsprozent Bor verwendet werden. Jedoch können hohe Grade an Dotierung in unstabilen und/oder sehr schnellen Ätzraten des Films resultieren.
Mit Bezug auf 4 kann ein Zellkondensator im Schritt 401 mit Polysilizium gefüllt werden und geätzt zu werden, um das Polysilizium einzusenken. Die Einsenkung kann etwa 1 μm tief sein. Im Schritt 402 kann eine BSG-Schicht über der Vorrich tung beispielsweise durch Oxidabscheidung abgeschieden werden. Eine Oxidätzung kann im Schritt 403 angewendet werden, um das GSB von der Oberfläche der Vorrichtung zu entfernen. Im Schritt 404 kann eine zweite Polysiliziumschicht in der Einsenkung abgeschieden und wiederum eingesenkt werden. Die Einsenkung kann etwa 0,2 μm tief sein. Der BSG-Graben kann beispielsweise durch Flusssäure (HF) geätzt werden, um einen Bereich zu entfernen, der nahe oder oberhalb des zweiten Polysiliziums freigelegt ist. Eine dritte Polysiliziumschicht kann im Schritt 405 abgeschieden und geätzt werden, um unterhalb einer Nitridschicht an der Oberfläche der Vorrichtung eingesenkt zu werden. Die Vorrichtung kann strukturiert und geätzt werden, um einen flachen Grabenisolationsbereich (STI) zu schaffen. Der STI kann im Schritt 406 mit einem Oxid gefüllt werden und zur Oberfläche der Vorrichtung planarisiert werden.
Mit Bezug auf 5a bis 5f wird ein Zellkondensatorgraben 501 in einem Substrat 500, wie z.B. Silizium, gebildet. Das Polysilizium 502 kann in den Bodenabschnitt des Grabens abgeschieden werden. Eine BSG-Schicht 503 kann beispielsweise durch Oxidabscheidung abgeschieden werden. Das BSG 503 kann von der Oberfläche der Vorrichtung und dem Boden des Grabens entfernt werden, um einen Kragen zu bilden. Eine zweite Polysiliziumschicht 404 kann in dem Graben abgeschieden werden. Der Graben 503 kann geätzt werden, um einen Bereich zu entfernen, der nahe oder oberhalb des zweiten Polysiliziums 504 freigelegt ist. Eine dritte Polysiliziumschicht 505 kann abgeschieden und geätzt werden, um unterhalb einer Nitridschicht 506 an der Oberfläche der Vorrichtung eingesenkt zu werden, wobei das Substrat 500 weiterhin die Nitridschicht 506 umfasst. Der STI-Bereich 507 kann in dem Substrat gebildet werden. Das STI kann mit einem Oxid gefüllt werden und zur Oberfläche der Vorrichtung planarisiert werden. Der Bereich des vergrabenen Anschlusses 508 und der Kanalstoppbereich 509 werden durch Ausdiffusion von Dotierstoffen in das Substrat gebildet. Die Dotierstoffe können beispielsweise Arsen für den vergrabenen Anschluss und Bor für den Kanalstopp sein. Die Hinzufügung des Kanalstopps verbessert das Umkehrspannungs-Leckstromverhalten in dem Zellkondensator.
Nach der Beschreibung der Ausführungsform für einen Graben-DRAM mit verbesserter Leckstromcharakteristik sollte bemerkt werden, dass Modifikationen und Variationen von den Fachleuten angesichts der obigen Lehre durchgeführt werden können. Es sollte deshalb klar sein, dass Änderungen an den besonderen Ausführungsformen der offenbarten Erfindung durchgeführt werden können, welche im Schutzumfang der Erfindung liegen, der durch die angehängten Patentansprüche definiert ist.

Claims

Halbleiterspeichervorrichtung mit: einem Graben, der aus einem Substrat unterhalb einer flachen Grabenisolation geätzt ist; einem dotierten Kragenoxid; einem Übergang eines vergrabenen Anschlusses, der neben der flachen Grabenisolation und oberhalb des Kragenoxids gebildet ist; und einem Kanalstopp, der unterhalb des Übergangs des vergrabenen Anschlusses gebildet ist, wobei ein Übergang zwischen dem Kanalstopp und dem Übergang des vergrabenen Anschlusses in dem Substrat gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Grabenoxid ein Bor-Silikat-Glas ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Bor-Silikat-Glas etwa 6 Gewichtsprozent Bor aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kragenoxid pdotiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kanalstopp einen Bereich des p-dotierten Substrats umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichervorrichtung mit folgenden Schritten: Vorsehen eines Substrats; Formen eines Grabens in dem Substrat, wobei der Graben Seitenwände aufweist; Formen einer Schicht aus Polysilizium in einem Bodenabschnitt des Grabens; Formen eines Kragens an den Seitenwänden des Grabens; Formen einer zweiten Schicht aus Polysilizium in einem zweiten Bodenabschnitt des Grabens; Entfernen eines oberen Bereichs des Kragens; Formen einer dritten Polysiliziumschicht in einem dritten Bodenbereich des Grabens, wobei die dritte Polysiliziumschicht in Kontakt mit einem oberen Bereich des Kragens steht; Bilden eines Isolationsbereichs in einem Bereich des Substrats, wobei der Isolationsbereich den Graben bedeckt; Ausdiffundieren von dotierten Stoffen aus der dritten Polysiliziumschicht und dem Kragen in das Substrat.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Schritt des Planarisierens der Oberfläche des Substrats nach der Bildung des Isolationsbereichs, wobei das Substrat eine Siliziumschicht und eine Decknitridschicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Ausdiffusion von Dotierstoffen aus der dritten Schicht aus Polysilizium einen Übergang eines vergrabenen Anschlusses bildet und die Ausdiffusion von Dotierstoffen aus dem Kragen einen Kanalstopp bildet.
Halbleiterspeichervorrichtung mit: einem Grabenzeugkondenstor mit vergrabenem Anschluss mit einem Kragenoxid, welches auf einem Bereich einer Grabenseitenwand abgeschieden ist; und einem Kanalstopp, der in ein Substrat ausdiffundiert ist, und im Wesentlichen unterhalb eines vergrabenen Anschlusses des Grabenzellkondensators mit vergrabenem Anschluss positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Grabenoxid ein Bor-Silikat-Glas ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Bor-Silikat-Glas etwa 6 Gewichtsprozent Bor aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Kragenoxid pdotiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Kanalstopp einen Bereich des p-dotierten Substrats aufweist.