DE4034995C2 - Hochintegriertes Halbleiterspeicherbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hochintegriertes Halbleiterspeicher­ bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Auf dem Gebiet der Halbleiterspeichertechnik sind miteinander wetteifernde Anstrengungen unternommen worden, um die Anzahl von Speicherzellen auf einem Chip zu erhöhen. Hierzu ist es wichtig, die Fläche einer Speicherzellenmatrix, auf der eine Mehrzahl von Speicherzellen innerhalb einer begrenzten Chip­ oberfläche gebildet sind, zu minimieren.

Zur Realisierung einer minimalen Speicherzellenfläche ist all­ gemein ein DRAM (dynamischer Schreib-Lese-Speicher) bekannt, bei dem eine individuelle Zelle einen einzelnen Transistor und einen einzelnen Kondensator aufweist. Da in dieser Speicherzel­ le ein großer Flächenanteil von dem Kondensator eingenommen wird, wird es für die Entwicklung höherer Packungsdichten der hochintegrierten Halbleiterspeicherbauelemente immer bedeutsa­ mer, die Kapazität des Kondensators gleichzeitig mit einer Mi­ nimierung des von ihm eingenommenen Halbleiterflächenanteils zu erhöhen, um so die Datenerkennung zu erleichtern und durch Al­ phateilchen hervorgerufene Fehler ("soft errors") zu verrin­ gern.

Um, wie oben beschrieben, die vom Kondensator benötigte Fläche zu minimieren und die Kapazität des Speicherkondensators zu ma­ ximieren, wurde bereits ein gattungsgemäßes Halbleiterspeicher­ bauelement mit einer Zellenstruktur mit gestapeltem, lateral ausgedehntem, übergreifendem Kondensator ("spread stacked capa­ citor", nachfolgend SSC abgekürzt) vorgeschlagen, in welcher die Speicherelektrode jeder Speicherzelle zum Flächenbereich einer benachbarten Speicherzelle hin ausgedehnt ist. Eine solche SSC-Zellenstruktur wurde in "IEDM 89" auf S. 31 bis 34 veröffentlicht und ist auch aus der JP 62-179759 (A) und der DE 39 29 129 A1 bekannt. Bei dieser Technik besteht jede Speicher­ elektrode aus einem unterseitig auf dem zugehörigen aktiven Transistorbereich aufsitzenden, massiven Vertikalbereich mit zur Substratoberseite im wesentlichen senkrechten Seitenwänden sowie einem daran oberseitig anschließenden, im wesentlichen parallel zur Substratoberseite verlaufenden Lateralbereich, dessen Oberfläche allseitig von der dielektrischen Zwischen­ schicht bedeckt ist. Der massive Vertikalbereich dient dabei der Kontaktierung zum aktiven Transistorbereich, ohne mit seinen Seitenwänden wesentlich zur effektiven Kondensatorfläche beizutragen, die vielmehr durch die von der dielektrischen Schicht abgedeckte Oberfläche des obenliegenden Lateralberei­ ches bestimmt ist.

Bei der oben erwähnten, bekannten Technologie werden erste Elektroden des Kondensators durch Freilegen des Sourcebereiches jeder Speicherzelle auf einem Silizium-Halbleitersubstrat, in dem Transistoren gebildet sind, dergestalt erzeugt, daß sie sich zu den Flächenbereichen benachbarter Speicherzellen hin ausdehnen. Mit der oben erwähnten SSC-Zellenstruktur lassen sich 64 Mbit DRAMs herstellen. Dem Erzielen einer ausreichenden Speicherfläche des Kondensators, wie sie für ein 256 Mbit DRAM benötigt wird, sind hierbei Grenzen gesetzt, weil ein erster Kondensator zwischen zwei später zu bildende Kondensatoren an­ geordnet sein sollte. Weil aber die Ausdehnung jedes Konden­ sators solcher erster Speicherzellen durch die Kondensatoren der späteren zweiten Speicherzellen beschränkt ist, sollten auch die Abmessungen der sich nach links und rechts ausdehnen­ den Kondensatoren der zweiten Speicherzellen begrenzt sein, um die Ausgeglichenheit mit den Abmessungen jedes Kondensators der ersten Speicherzellen beizubehalten. Dementsprechend könnte je­ der Kondensator der zweiten Speicherzellen nicht in vollem Maße über die benachbart zu den zweiten Speicherzellen angeordneten Kondensatoren der ersten Speicherzellen ausgedehnt werden, um im größten Flächenbereich mit den ersten Speicherzellen zu überlappen. Die Abmessungen jedes Kondensators der ersten Spei­ cherzellen sollten vergrößert werden, um mit denjenigen der Kondensatoren der zweiten Speicherzellen Balance zu halten und um jeden Kondensator der zweiten Speicherzellen in vollem Maße zu den Kondensatoren der benachbarten ersten Speicherzellen hin ausdehnen zu können. Weil aber die Größe jedes Kondensators der ersten Speicherzellen durch die Kondensatoren der zweiten Spei­ cherzellen in der bekannten SSC-Zellenstruktur beschränkt ist, ist dies nicht ausreichend, die für ein 256 Mbit DRAM, dessen Zellengröße kleiner ist als diejenige des 64 Mbit DRAMs, erfor­ derliche effektive Kondensatorfläche zu erhalten.

Bei einem aus der EP 0 370 407 A1 bekannten Halbleiterspeicher­ bauelement mit matrixförmig angeordneten Speicherzellen, von denen die eine Hälfte mit einem ersten Speicherelektrodentyp alternierend zur anderen Hälfte mit einem zweiten Speicher­ elektrodentyp angeordnet ist, sitzen gleichfalls beide Spei­ cherelektrodentypen auf dem aktiven Transistorgebiet auf, wobei die Flächenausdehnung einer jeweils obenliegenden Speicherelek­ trode der einen Hälfte von Speicherzellen mit derjenigen einer darunterliegenden Speicherelektrode einer benachbarten Spei­ cherzelle übereinstimmt, wobei der zum zugehörigen aktiven Transistorbereich führende Vertikalbereich der obenliegenden Speicherelektrode mit einer seitlichen Isolation versehen ist. Bei diesem Aufbau überlappt jede Speicherelektrode nur mit einer der mehreren ihr benachbarten Speicherelektroden des anderen Typs.

Aus der DE 39 16 228 A1 ist es bekannt, sämtliche Kondensatoren einer Speicherzellenanordnung zur Vergrößerung der wirksamen Speicherfläche mit einer kombinierten stapel- und grabenartigen Struktur auszubilden, wobei die Sohle jedes Grabens von einer flachen n-leitenden Diffusionsschicht, die mit dem Draingebiet eines zugeordneten Transistors verbunden ist, umgeben ist, um Leckströme zwischen benachbarten Speicherzellen zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hochintegriertes Halbleiter­ speicherbauelement der eingangs genannten Art, welches bei ge­ ringem Speicherzellenabstand genügend Speicherfläche für jeden Kondensator hat, ohne daß Stufenbedeckungsprobleme oder Leck­ ströme zwischen Speicherzellen auftreten, sowie geeignete Ver­ fahren zu dessen Herstellung zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch ein hochintegriertes Halbleiterspeicher­ bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 oder 10 gelöst. Die Gestaltung der Kondensatoren der ersten Hälfte von Speicherzellen als solche mit einer kombinierten gestapelten und vergrabenen Struktur ermöglicht bei Verkleinerung der late­ ralen Dimensionen gegenüber der bekannten SSC-Zellenstruktur die Beibehaltung einer ausreichenden Kondensatorspeicherfläche auch für diese Kondensatoren der ersten Hälfte von Speicher­ zellen. Die effektive Speicherfläche ist maximiert, ohne den Flächenbedarf für die Speicherzelle zu erhöhen. Zur Einhaltung eines optimalen Abstands voneinander sind die ersten und zweiten Hälften von Speicherzellen bevorzugt benachbart zuein­ ander jeweils in Zeilen- und Spaltenrichtung einer Speicher­ zellenmatrix alternierend angeordnet. Damit werden Leckströme zwischen den sich in die Gräben erstreckenden ersten Speicher­ elektroden und durch Alphateilchen verursachte Fehler auch für eine matrixförmige Speicherzellenanordnung unterbunden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich insbesondere auch DRAMs in effektiver Weise herstellen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Speicherzellen­ matrix im Ausschnitt,

Fig. 2A bis 2G einen Verfahrensablauf zur Herstellung der Spei­ cherzellenmatrix in Fig. 1 und

Fig. 3A bis 3E einen Verfahrensablauf zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform einer Speicherzellenmatrix.

In einer erfindungsgemäßen Speicherzellenmatrix, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, sind Speicherzellen (M1 und M3), welche Kondensatoren (11, 12 und 13) mit kombinierter gestapelter und vergrabener Struktur enthalten, abwechselnd mit und benachbart zu Speicherzellen (M2) angeordnet, welche jeweils einen gesta­ pelten Kondensator (20, 21 und 22) aufweisen. In diesen Spei­ cherzellen erstrecken sich Speicherelektroden (11) (erste Elek­ troden der Kondensatoren) der ersten und der dritten Speicher­ zelle (M1 und M3) zum Flächenbereich der benachbarten zweiten Speicherzelle und genauso eine Speicherelektrode (20) der zwei­ ten Speicherzelle (M2) zu den Flächenbereichen der ersten und der dritten Speicherzelle (M1 und M3). Die Speicherzellenmatrix besitzt nicht nur die in Fig. 1 dargestellte, benachbarte An­ ordnung solcher Speicherzellen in Richtung einer Zeile, sondern weist auch in Spaltenrichtung Speicherzellen mit einem Konden­ sator mit kombinierter gestapelter und vergrabener Struktur be­ nachbart zu Speicherzellen mit einem gestapelten Kondensator auf.

Die Fig. 2A bis 2G illustrieren eine Verfahrensabfolge zur Her­ stellung der Speicherzellenmatrix der Fig. 1.

Fig. 2A zeigt den Verfahrensschritt zur Bildung von Transisto­ ren und Bitleitungen (5) auf einem Halbleitersubstrat (100), worin zunächst aktive Bereiche durch Bildung von Feldoxid­ schichten (101) mittels selektiver Oxidation auf dem Halblei­ tersubstrat (100) eines ersten Leitfähigkeitstyps festgelegt werden. Unter Zwischenfügen von Gateoxidschichten werden auf den aktiven Bereichen zur Bildung von Gateelektroden (1) erste fremdatomdotierte, polykristalline Siliziumschichten aufgebracht und gleichzeitig erste leitende Schichten (4) der Transistoren, z. B. erste fremdatomdotierte, polykristalline Siliziumschichten, über beliebig festlegbaren Bereichen der Feldoxidschichten (101) dergestalt aufgebracht, daß sie mit Gateelektroden benach­ bart zu den Feldoxidschichten angeordneter Speicherzellen ver­ bunden sind. Beiderseits der Gateelektroden (1) werden ein Sourcebereich (2) bzw. ein Drainbereich (3) in der Oberfläche des Halbleitersubstrats mittels Ionenimplantation erzeugt und daraufhin eine erste Isolationsschicht (I1), z. B. eine HTO (Hochtemperaturoxid) - oder LTO(Niedertemperaturoxid)-Schicht mit einer Dicke von ca. 50 nm bis 200 nm, über der gesamten Ober­ fläche der vorigen Struktur gebildet. Nach Freilegen von Teilen der Drainbereiche werden daraufhin die als Bitleitungen dienen­ den Metallschichten (5) aufgebracht. Die in Fig. 2A gezeigte Struktur beinhaltet den Bereich für die erste, zweite und drit­ te Speicherzelle (M1, M2 und M3).

Fig. 2B stellt den Verfahrensschritt zur Erzeugung einer zwei­ ten Isolationsschicht (I2) und erster Öffnungen (OP1) dar, wo­ bei die zweite Isolationsschicht (I2) auf den in Fig. 2A ge­ zeigten Verfahrensstand hin in einer Dicke von ca. 50 nm bis 300 nm, z. B. als HTO-Schicht, abgeschieden und die ersten Öff­ nungen (OP1) unter Verwendung eines Maskenmusters auf der zwei­ ten Isolationsschicht erzeugt werden, um die Sourcebereiche (2) der ersten und dritten Speicherzelle (M1 und M3) freizulegen.

Ein Verfahrensschritt zur Erzeugung von Gräben (10) und zweiter leitender Schichten (11), welche als erste Elektroden der Kon­ densatoren fungieren, ist in Fig. 2C dargestellt. Das Halblei­ tersubstrat (100) wird durch die ersten Öffnungen (OP1) zur Bildung der Gräben (10) geätzt und danach die zweiten, als er­ ste Elektrode der Kondensatoren dienenden, leitenden Schichten (11), z. B. fremdatomdotierte, zweite polykristalline Silizium­ schichten mit einer Dicke von ca. 20 nm bis 300 nm, sowohl an den Wänden der Gräben (10) als auch auf der zweiten Isolations­ schicht (I2) abgeschieden, um so das in Fig. 2C erkennbare Elektrodenmuster zu bilden. In Abhängigkeit von dem gewünschten Kapazitätswert kann hierbei die Tiefe der Gräben (10) in einem Bereich von ca. 0,5 µm bis 10 µm passend gewählt werden.

Fig. 2D illustriert den Verfahrensschritt zur Erzeugung dielek­ trischer Zwischenschichten (12) und dritter, als zweite Elek­ troden der Kondensatoren dienender, leitender Schichten (13). Die dielektrischen Zwischenschichten (12) und die dritten, lei­ tenden Schichten (13) mit einer Dicke von ca. 50 nm bis 400 nm werden nacheinander gebildet, wonach die ersten Speicherzellen (M1 und M3) vervollständigt sind, die jeweils einen Kondensator mit kombinierter gestapelter und vergrabener Struktur aufweisen. Hierbei hat die dielektrische Zwischenschicht (12) eine Oxid­ schichtstruktur,wie z. B. eine HTO-Schicht oder eine LTO-Schicht, oder eine Oxid/Nitrid/Oxid-Struktur, i.e. eine ONO-Struktur, oder eine Nitrid/Oxid-Struktur, i.e. eine NO-Struktur.

Der Verfahrensschritt zur Bildung dritter Isolationsschichten (I3) und einer zweiten Öffnung (OP2) ist in Fig. 2E illustriert. Nach dem in Fig. 2D dargestellten Verfahrensschritt wird die dritte Isolationsschicht (I3) in einer Dicke von ca. 50 nm bis 300 nm, z. B. als HTO-Schicht, abgeschieden und danach die zweite Öffnung (OP2) erzeugt, um den Sourcebereich (2) der zweiten Speicherzelle (M2) freizulegen. Nach Abscheidung einer BPSG (Bor-Phosphor-Silikatglas)-Schicht in einer Dicke von ca. 50 nm bis 400 nm kann hierbei die dritte Isolationsschicht durch Pla­ narisierung im Wege eines Aufschmelzprozesses gebildet werden.

Fig. 2F zeigt den Verfahrensschritt zur Erzeugung einer vierten, als erste Elektrode dienenden, leitenden Schicht (20), einer dielektrischen Zwischenschicht (21) und einer fünften, als zweite Elektrode für einen Kondensator dienenden, leitenden Schicht (22). Nach Ausführung des in Fig. 2E dargestellten Ver­ fahrensschritts wird zur Bildung des aus Fig. 2F erkennbaren Elektrodenmusters die vierte leitende Schicht (20) in einer Dicke von ca. 30 nm bis 400 nm, z. B. als vierte fremdatomdotier­ te, polykristalline Siliziumschicht, abgeschieden, welche als erste Elektrode des Kondensators dient. Daraufhin werden nach­ einander die dielektrische Zwischenschicht (21) und die fünfte leitende Schicht (22), welche als zweite Elektrode des Konden­ sators fungiert, in einer Dicke von ca. 50 nm bis 400 nm über die vierte leitende Schicht (20) aufgebracht, wodurch die zweite Speicherzelle (M2) mit dem gestapelten Kondensator vervollstän­ digt ist. Die dielektrische Zwischenschicht (21) besteht hier­ bei aus einer Oxidschichtstruktur, wie z. B. einer HTO-Schicht oder einer LTO-Schicht, oder einer ONO-Struktur oder einer NO- Struktur.

Der Verfahrensschritt zur Erzeugung einer Planarisierungs­ schicht (30) und von Metallelektroden (31) ist in Fig. 2G dar­ gestellt, wobei nach dem in Fig. 2F gezeigten Verfahrensschritt die Planarisierungsschicht (30), z. B. eine BPSG-Schicht, zum Planarisieren abgeschieden wird und anschließend die Metall­ elektroden (31) aufgebracht werden, wodurch die Fertigung eines DRAMs vervollständigt ist, das sowohl Kondensatorzellen mit kombinierter gestapelter und vergrabener Struktur als auch sol­ che mit nur gestapelter Struktur besitzt.

Eine weitere Variante des Herstellungsverfahrens für eine er­ findungsgemäße Speicherzellenmatrix ist in den Fig. 3A bis 3E dargestellt.

Die Verfahrensschritte vor dem in Fig. 3A gezeigten sind mit denjenigen identisch, die zu Fig. 2A beschrieben wurden, so daß sich deren erneute Beschreibung an dieser Stelle erübrigt.

Die Fig. 3A illustriert den Verfahrensschritt zur Bildung einer zweiten Isolationsschicht (I2), einer Nitridschicht (N) und einer vierten Isolationsschicht (I4). Nach dem in Fig. 2A dar­ gestellten Verfahrensschritt werden nacheinander die zweite Isolationsschicht (I2) in einer Dicke von ca. 50 nm bis 300 nm, z. B. als HTO-Schicht, die Nitrid-Schicht (N) in einer Dicke von ca. 10 nm bis 50 nm und die vierte Isolationsschicht (I4) in ei­ ner Dicke von ca. 50 nm bis 400 nm, z. B. als HTO-Schicht, aufge­ bracht.

Der Verfahrensschritt zur Erzeugung zweiter leitender Schichten (11), die als erste Elektroden von Kondensatoren dienen, sowie einer planarisierenden Zwischenschicht (32) ist in Fig. 3B dar­ gestellt, wobei unter Verwendung einer Maskenstruktur auf der vierten Isolationsschicht (I4) erste Öffnungen zur Freilegung der Sourcebereiche (2) der ersten und dritten Speicherzellen (M1 und M3) gebildet werden. Das Halbleitersubstrat wird zur Bildung von Gräben (10) durch die ersten Öffnungen hindurch ge­ ätzt, woraufhin die zweiten leitenden Schichten (11), die als erste Elektrode von Kondensatoren dienen, in einer Dicke von ca. 20 nm bis 300 nm, z. B. als fremdatomdotierte, zweite polykri­ stalline Siliziumschichten, zur Bildung des in Fig. 3B gezeigten Elektrodenmusters abgeschieden werden. Die planarisierende Zwi­ schenschicht (32), z. B. eine SOG("spin on glass")-Schicht wird zum Planarisieren abgeschieden. Bei diesem Verfahrensschritt kann die planarisierende Zwischenschicht (32) auch als eine Schicht hergestellt werden, bei der eine SOG-Schicht und eine HTO-Schicht oder eine HTO-Schicht und eine BPSG-Schicht aufein­ andergestapelt sind. Die Tiefe des Grabens (10) kann hierbei in Abhängigkeit vom gewünschten Kapazitätswert in einem Bereich von ca. 0,5 µm bis 10 µm passend gewählt werden.

Fig. 3C zeigt den Verfahrensschritt zur Erzeugung einer zweiten Öffnung und einer vierten leitenden Schicht (20), welche als erste Elektrode eines Kondensators fungiert. Nach Bildung der planarisierenden Zwischenschicht (32) wird die zweite Öffnung zur Freilegung des Sourcebereiches (2) der zweiten Speicherzel­ le (M2) erzeugt. Daraufhin wird die vierte, als erste Elektrode eines Kondensators fungierende, leitende Schicht (20) in einer Dicke von ca. 30 nm bis 400 nm, z. B. als fremdatomdotierte,vierte polykristalline Siliziumschicht sowohl auf der Oberfläche der zweiten Öffnung als auch auf der planarisierenden Zwischen­ schicht (32) abgeschieden, wodurch sie das in Fig. 3C gezeigte Elektrodenmuster bildet.

Fig. 3D illustriert den Verfahrensschritt zur Entfernung der vierten Isolationsschicht und der planarisierenden Zwischen­ schicht, wozu unter Verwendung der Nitridschicht (N) als Ätz­ sperrschicht die vierte Isolationsschicht und die planarisie­ rende Zwischenschicht, welche zwischen der zweiten leitenden Schicht (11) und der vierten leitenden Schicht (20) angeordnet sind, durch Naßätzen entfernt werden, wodurch sich die Ober­ fläche des ersten Elektrodenmusters jeder Speicherzelle erhöht.

Der Verfahrensschritt zur Erzeugung einer dielektrischen Zwi­ schenschicht (33) und einer sechsten leitenden Schicht (34), die als zweite Elektrode eines Kondensators dient, ist in Fig. 3E dargestellt. Nach dem in Fig. 3D dargestellten Verfahrens­ schritt wird die dielektrische Zwischenschicht (33) gleichzei­ tig sowohl auf die zweite leitende Schicht (11) als auch auf die vierte leitende Schicht (20) aufgebracht, wonach die als zweite Elektrode eines Kondensators dienende, sechste leitende Schicht (34) in einer Dicke von ca. 50 nm bis 500 nm, z. B. als fremdatomdotierte, sechste polykristalline Siliziumschicht, ab­ geschieden, woraufhin die ersten Speicherzellen (M1 und M3) und die zweite Speicherzelle (M2) fertiggestellt sind. Die dielek­ trische Zwischenschicht (33) besitzt hierbei eine Oxidschicht­ struktur, wie z. B. eine HTO-Schicht oder eine LTO-Schicht, oder eine ONO-Struktur.

Nach Durchführung des in Fig. 3E gezeigten Verfahrensschrittes wird eine Planarisierungsschicht, z. B. eine BPSG-Schicht, abge­ schieden, um eine Planarisierung zu bewirken, wonach Metall­ elektroden aufgebracht werden, womit die Fertigung eines DRAMs vervollständigt ist, welches sowohl Kondensatorzellen mit kom­ binierter gestapelter und vergrabener Struktur als auch solche mit nur gestapelter Struktur besitzt.

Wie oben beschrieben, benutzt die vorliegende Erfindung gegen­ über der bekannten SSC-Struktur als erste Kondensatoren solche mit einer kombinierten gestapelten und vergrabenen Struktur und als zweite Kondensatoren solche mit gestapelter Struktur. Durch diese Herstellung der Kondensatoren mit kombinierter gestapel­ ter und vergrabener Struktur ist es demgemäß möglich, genügend Speicherfläche für jeden Kon­ densator zu erhalten, ohne hierzu durch den Abstand zwischen den zweiten Kondensatoren, i.e. den Kondensatoren mit gestapel­ ter Struktur, beschränkt zu sein. Zusätzlich können die ersten Kondensatoren, i.e. diejenigen mit kombinierter gestapelter und vergrabener Struktur während der Bildung der zweiten Kondensatoren (solche mit gestapelter Struktur) das Stufenbedeckungsproblem im Vergleich zu den be­ kannten ersten Kondensatoren, i.e. solche mit gestapelter Struktur, beträchtlich vermindern, so daß die Verfahrensschrit­ te problemlos durchführbar sind.

Weil die ersten, die Kondensatoren mit kombinierter gestapelter und vergrabener Struktur beinhalten­ den Speicherzellen und die zweiten, Kondensatoren mit gestapel­ ter Struktur beinhaltenden Speicherzellen sowohl in Zeilen- als auch in Spaltenrichtung jeweils zueinander benachbart angeord­ net sind, beinhaltet jeweils die übernächste Speicherzelle in der erfindungsgemäßen Speicherzellenmatrix den Graben. Daraus ergibt sich als Vorteil, daß kein Leckstrom zwischen Speicher­ zellen mit Gräben auftritt und durch Alphateilchen verursachte Fehler nicht auftreten.

Außerdem werden durch Ätzen der Oxidschicht und der planarisie­ renden Zwischenschicht unter der als erste Elektrode eines Kon­ densators dienenden leitenden Schicht gemäß dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung die Flächenbereiche der Oberseite, der Seitenbereiche sowie der Unterseite der leitenden Schicht als erste Elektrode des Kondensators benutzt, so daß die Spei­ cherfläche des Kondensators möglichst hoch ist. Der durch eine Erhöhung der Packungsdichte des hochintegrierten Halbleiter­ speicherbauelements verursachten Verringerung der Kapazität kann mittels dieser strukturellen Maßnahmen entgegengewirkt werden.

Claims (16)

1. Hochintegriertes Halbleiterspeicherbauelement, mit

• - einer Mehrzahl von matrixförmig angeordneten Speicherzellen (M1, M2, M3), von denen jede einen auf einem Halbleitersubstrat (100) gebildeten Schalttransistor und einen Kondensator mit einer ersten, als Speicherelektrode dienenden und mit dem Sourcebereich (2) eines jeweils zuge­ hörigen Transistors verbundenen Elektrode (11, 20) sowie mit einer zweiten, von der ersten durch eine dielektrische Schicht (12, 21) getrennten Elektrode (13, 22) aufweist, wobei
• - jede Speicherelektrode (11, 20) aus einem Vertikalbereich mit zur Substratoberseite im wesentlichen senkrechten Sei­ tenwänden und einem daran oberseitig anschließenden, im wesentlichen parallel zur Substratoberseite verlaufenden Lateralbereich besteht, wobei
• - der Vertikalbereich jeder Speicherelektrode (11, 20) eine hohle, nach oben offene U-Form bildet, die innenseitig von einer Schichtfolge aus dielektrischer Schicht (12, 21) und zweiter Elektrode (13, 22) bedeckt ist, und wobei
• - eine erste Hälfte von Speicherzellen (M1, M3) mit unter sich gleichartigen Speicherelektroden (11) in Zeilen- und Spaltenrichtung alternierend zu einer zweiten Hälfte von Speicherzellen (M2) mit unter sich gleichartigen Speicherelektroden (20) angeordnet ist, wobei jede Speicherelektrode (20) der zweiten Speicherzellenhälfte (M2) mit der Unterseite ihres Vertikalbereiches auf dem zu­ gehörigen Transistor-Sourcebereich (2) aufsitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - sich jede Speicherelektrode (11) der ersten Speicherzellen­ hälfte (M1, M3) durch den zugehörigen Transistor-Source­ bereich (2) hindurch in einen im Halbleitersubstrat (100) gebildeten Graben (10) hinein erstreckt und
• - der Lateralbereich jeder Speicherelektrode (20) der zweiten Speicherzellenhälfte (M2) mit den Lateralbereichen der benachbarten Speicherelektroden (11) der ersten Speicherzellenhälfte (M1, M3) teilweise überlappt, indem er sich zur Erzielung einer genügend großen Kondensatorspeicherhälfte mit vertikalem Abstand über diesen benachbarten Lateralbereichen erstreckt.

2. Hochintegriertes Halbleiterspeicherbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Gräben (10) im Bereich von ca. 0,5 µm bis 10 µm liegt.

3. Hochintegriertes Halbleiterspeicherbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Elektrode (13) der ersten Hälfte von Speicherzellen (M1, M3) durch eine zwischengefügte Isolationsschicht (I3) von den benachbarten Speicherelektroden (20) der zweiten Speicher­ zellenhälfte (M2) isoliert ist.

4. Hochintegriertes Halbleiterspeicherbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden sämtlich von einer einzigen leitenden Schicht (34) gebildet sind, welche den Raum zwischen den di­ elektrischen Schichten (33) der einzelnen Kondensatoren aus­ füllt.

5. Verfahren zur Herstellung eines hochintegrierten Halbleiterspeicherbauelementes mit den Merkmalen des Anspruchs 3, gekennzeichnet durch die Schrittfolge:

• - Festlegung aktiver Bereiche durch Bildung von Feldoxid­ schichten (101) auf dem Halbleitersubstrat (100);
• - Bildung der Transistoren der Speicherzellen (M1, M2, M3) auf den aktiven Bereichen und Aufbringen einer ersten Isola­ tionsschicht (I1) auf die erhaltene Struktur;
• - Erzeugung von mit jeweiligen Drainbereichen (3) der Tran­ sistoren verbundenen Bitleitungen (5) und Aufbringen einer zweiten Isolationsschicht (I2) auf die erhaltene Struktur;
• - Freilegung wenigstens jeweils eines Teils der Sourcebereiche (2) der Transistoren der ersten Speicherzellen (M1, M3) durch Erzeugung erster Öffnungen (OP1);
• - Erzeugung von Gräben (10) im Halbleitersubstrat (100) durch die ersten Öffnungen (OP1) hindurch;
• - Erzeugung der Kondensatoren der ersten Hälfte von Speicher­ zellen (M1, M3) durch Aufbringen der zugehörigen Speicher­ elektroden (11) sowohl auf die Oberfläche der Gräben (10) als auch auf einen angrenzenden Teil der zweiten Isola­ tionsschicht (I2), gefolgt vom Aufbringen der zugehörigen dielektrischen Zwischenschicht (12) auf die Oberfläche dieser Speicherelektroden (11) sowie der zugehörigen zweiten Elektroden (13) auf die Oberfläche dieser Zwischenschicht und Bildung einer dritten Isolationsschicht (I3) auf der erhaltenen Struktur;
• - Freilegung wenigstens jeweils eines Teils der Sourcebereiche (2) der Transistoren der zweiten Speicherzellen (M2) durch Erzeugung zweiter Öffnungen (OP2); und
• - Erzeugung der Kondensatoren der zweiten Hälfte von Speicher­ zellen (M2) durch Aufbringen der zugehörigen Speicherelek­ troden (20) sowohl auf die Innenseite der zweiten Öffnungen als auch unter Überlappung mit den zuvor gebildeten, darun­ terliegenden Lateralbereichen der Speicherelektroden (11) der Kondensatoren der ersten Hälfte von Speicherzellen (M1, M3) auf einen an die zweiten Öffnungen angrenzenden Teil der dritten Isolationsschicht (I3), gefolgt vom Aufbringen der zugehörigen dielektrischen Zwischenschicht (21) auf die Oberfläche dieser Speicherelektroden und der zugehörigen zweiten Elektroden (22) auf die erhaltene Struktur.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (I1), zweite (I2) und dritte Isolationsschicht (I3) jeweils eine HTO(Hochtemperaturoxid)-Schicht sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dritte Isolationsschicht (I3) als eine pla­ narisierende Zwischenschicht abgeschieden wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Isolationsschicht (I3) durch Abscheiden und Wiederaufschmelzen einer BPSG-Schicht in einer Dicke von ca. 50 nm bis 400 nm gebildet wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines hochintegrierten Halbleiterspeicherbauelements mit den Merkmalen des Anspruchs gekennzeichnet durch die Schrittfolge:

• - Festlegung aktiver Bereiche durch Bildung von Feldoxid­ schichten (101) auf dem Halbleitersubstrat (100);
• - Bildung der Transistoren der Speicherzellen (M1, M2, M3) auf den aktiven Bereichen und Aufbringen einer ersten Isolationsschicht (I1) auf die erhaltene Struktur;
• - Erzeugung von mit jeweiligen Drainbereichen (3) der Transistoren verbundenen Bitleitungen (5) und Aufbringen einer eine Mehrschichtstruktur (I2, N, I4) aufweisenden Isolationsschicht auf die erhaltene Struktur;
• - Freilegung wenigstens jeweils eines Teils der Sourcebereiche (2) der Transistoren der ersten Speicherzellen (M1, M3) durch Erzeugung erster Öffnungen;
• - Erzeugung von Gräben (10) im Halbleitersubstrat (100) durch die ersten Öffnungen hindurch;
• - Bildung der Speicherelektroden (11) der Kondensatoren der ersten Hälfte von Speicherzellen (M1, M3) auf der Innenseite der Gräben (10) und auf einem angrenzenden Teil der Mehr­ schichtstruktur-Isolationsschicht (I2, N, I4) und Abschei­ dung einer planarisierenden Zwischenschicht (32) auf der erhaltenen Struktur;
• - Freilegung wenigstens jeweils eines Teils der Sourcebereiche (2) der Transistoren der zweiten Speicherzellen (M2) durch Erzeugung zweiter Öffnungen;
• - Aufbringen der Speicherelektroden (20) der Kondensatoren der zweiten Hälfte von Speicherzellen (M2) sowohl auf die Innen­ seite der zweiten Öffnungen als auch unter Überlappung mit den zuvor gebildeten, darunterliegenden Lateralbereichen der Speicherelektroden (11) der Kondensatoren der ersten Hälfte von Speicherzellen (M1, M3) auf einen an die zweiten Öff­ nungen angrenzenden Teil der planarisierenden Zwischen­ schicht (32);
• - Entfernung der planarisierenden Zwischenschicht (32) und der obersten Schicht (I4) der Mehrschichtstruktur-Isolations­ schicht;
• - Erzeugung einer dielektrischen Zwischenschicht (33) auf den durch den vorangegangenen Schritt freigelegten Oberflächen sämtlicher Speicherelektroden (11, 20); und
• - Bildung einer planarisierenden, als gemeinsame zweite Elek­ trode der Kondensatoren aller Speicherzellen dienende Schicht (34).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Mehrschichtstruktur der Isolationsschicht (I2, N, I4) nacheinander eine erste Oxidschicht (I2), eine Ni­ tridschicht (N) sowie eine zweite Oxidschicht (I4) abgeschieden werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die planarisierende Zwischenschicht (32) eine SOG ("spin on glass")-Schicht ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die planarisierende Zwischenschicht (32) aus einer SOG-Schicht und einer HTO-Schicht besteht, die überein­ ander gestapelt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die planarisierende Zwischenschicht (32) aus einer HTO-Schicht und einer BPSG(Bor-Phosphor-Silikatglas)- Schicht besteht, die übereinander gestapelt sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oxidschicht (I4) und die plana­ risierende Zwischenschicht (32) durch ein Naßätzverfahren ent­ fernt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Zwischenschicht (33) durch die Bildung einer ersten Oxidschicht über die freigeleg­ ten Oberflächen der Speicherelektroden (11, 20), die Bildung einer Nitridschicht über dieser ersten Oxidschicht und die Bil­ dung einer zweiten Oxidschicht über dieser Nitridschicht er­ zeugt wird.