WO2003081666A1 - Production method for a contact in a semiconductor structure and corresponding contact - Google Patents

Production method for a contact in a semiconductor structure and corresponding contact Download PDF

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WO2003081666A1
WO2003081666A1 PCT/EP2003/001139 EP0301139W WO03081666A1 WO 2003081666 A1 WO2003081666 A1 WO 2003081666A1 EP 0301139 W EP0301139 W EP 0301139W WO 03081666 A1 WO03081666 A1 WO 03081666A1
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contact
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Joern Luetzen
Martin Popp
Till Schloesser
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Infineon Technologies Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a production method for a contact in a semiconductor structure which has a substrate with first and second structural elements which are provided on the substrate surface and have approximately the same height and which are spaced apart from one another by a space having a critical lateral dimension.
  • the invention also relates to a corresponding contact.
  • FIG. 6 shows an exemplary silicon semiconductor substrate 1 with a memory cell arrangement (not illustrated in more detail) to explain the background problem.
  • 60 denotes an active area, for example a common one Source / drain area of two memory cells.
  • GS1, GS2 are two side-by-side gate stacks, which are constructed from a polysilicon layer 10 with an underlying (not illustrated) gate dielectric layer (eg gate oxide), possibly a silicide layer 20 and a silicon nitride cap 30 and a side wall oxide layer 40.
  • the two gate stacks GS1, GS2 have approximately the same height d.
  • a critical contact type CB which electrically contacts the active region 60 between the two gate stacks GS1, GS2, must be provided between the two gate stacks GS1, GS2, since the lateral distance between the gate stacks GS1, GS2 has a critical dimension.
  • the contact hole for the critical contact CB is usually etched separately from other less critical contacts. As is known, the critical distance results from increasing miniaturization, which leads to an increase in the number of chips per wafer and thus to a reduction in costs.
  • Finding aligned contact has been a key problem for many generations of technology.
  • the main requirements include:
  • FIG. 7 shows the conditions for explaining the usual contact hole etching process for the example according to FIG. 6.
  • the gate stacks GS1, GS2 are embedded in two superimposed insulation layers 100, 110 (preferably oxide layers).
  • the etching process for forming a contact hole for the contact CB is accomplished by two-stage etching.
  • anisotropic etching is carried out as vertically as possible up to approximately the level of silicon nitride layer 30, and in the second step, etching is carried out as selectively as possible with respect to silicon nitride layer 30, the profile of the upper region of contact hole KB should preferably not be widened.
  • etching stop In the second stage of the etching, a compromise must therefore be found between the highest possible selectivity for silicon nitride and the avoidance of an etching stop.
  • the selectivity is usually achieved by selecting the etching chemistry in such a way that protective polymers form on the silicon nitride surfaces.
  • an etching stop can occur if too many polymers are formed and the contact hole, which tapers towards the bottom, closes. It is therefore a crucial requirement, an extreme one to find a selective process that does not lead to an etching stop at the same time.
  • the contact CB is covered by a metal deposit of e.g. Tungsten and a subsequent CMP step (chemical mechanical polishing) completed.
  • a metal deposit of e.g. Tungsten e.g. Tungsten and a subsequent CMP step (chemical mechanical polishing) completed.
  • the object of the present invention is to provide a generic method by means of which a new integration concept is created which relaxes the conditions for creating the critical contact. According to the invention, this object is achieved by the manufacturing method specified in claim 1 or the contact according to claim 13.
  • the advantages of the method according to the invention are in particular that the yield in the process, for example in the DRAM production process, can be significantly increased by reducing the short-circuit problem, since the undesired widening of the contact hole in the upper region and narrowing in the lower region can be further reduced, even though the process control is somewhat more complex than before due to the additional selective growth step.
  • the idea on which the present invention is based consists, on the one hand, of reducing the necessary depth for the critical etching process on the contact areas and selectively a highly conductive area for the connection to the outside by selectively estimating a conductive material, which can possibly still be doped manufacture.
  • the raised area is a source / drain area of a field effect transistor, for example a selection transistor, the electrical properties of the transistor are improved by the procedure according to the invention, since the critical E fields can be reduced.
  • the procedure according to the invention also enables an increasing reduction in size of DRAM memory cells and thus a considerable cost advantage.
  • an oxide is provided on the surface of the substrate by selective growth before the active region is raised and this oxide is opened above the active region.
  • a side wall spacer is formed on the two structural elements by selective growth before or after the active area is raised.
  • a self-aligned implantation is carried out in the raised active area.
  • the two structural elements are embedded in at least one insulation layer after the selective growth, after which a contact hole is provided for the contact in the at least one insulation layer.
  • two insulation layers are provided, which are first and second silicon dioxide layers or nitrided SiO x layers.
  • the two structural elements are a first and second gate stack of a memory cell arrangement, the active region being a source / gain connection of a selection transistor.
  • Memory cell arrangement constructed using trench technology, the memory cell capacitances being buried in the substrate.
  • the memory cell arrangement is constructed using stacking technology, the memory cell capacitances being stacked over the substrate.
  • At least one further active area is provided in the substrate between the structural elements and the further active area is also increased when the active area is increased by selective growth of substrate material or conductive material.
  • the further active area is a connection of a memory cell capacity.
  • the active region is raised by selective growth of substrate material or conductive material up to approximately half the height of the two structural elements.
  • FIG. 1-4 are schematic representations of successive process stages of a production process for a contact in a semiconductor structure as a first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows a schematic illustration to illustrate a process stage analogous to FIG. 3 of a production process for a contact in a
  • FIG. 6 shows an exemplary silicon semiconductor substrate with a memory cell arrangement (not illustrated in more detail) to explain the background problem; and Fig. 7 shows the conditions for explaining the usual
  • 1 to 4 are schematic representations of successive process stages of a manufacturing process for a contact hole in a semiconductor structure as a first embodiment of the present invention.
  • a substrate 1 is provided with a memory cell arrangement (not shown).
  • Reference numeral 60 denotes a first active area, for example a common source / drain area of two memory cells.
  • Reference numeral 60 denotes a second active area, for example a trench capacitor connection of a memory cell.
  • Adjacent gate stacks GS1 and GS2 are located above the active area 60, which have a critical lateral distance and approximately the same height d.
  • the gate stacks GS1, GS2 have the same structure as those according to FIG. 6, namely a lower layer 10 made of polysilicon with a gate oxide layer (not shown) underneath, a middle layer 20 made of one Silicide and an upper layer 30 of silicon nitride and a sidewall oxide layer 40.
  • CB denotes the position at which the critical contact to the active region 60 is to be made.
  • an oxide layer 70 is formed on the entire surface of the substrate 1.
  • this oxide layer 70 is then opened ⁇ 60 in the region between the gate stacks GSL GS2 above the active region 60 and adjacent to the gate stack GSI above the active region. This is preferably done using known photolithographic etching techniques.
  • a selective growth of conductive substrate material 80 or 80 ⁇ above the exposed active areas 60 or 60 x is then a selective growth of conductive substrate material 80 or 80 ⁇ above the exposed active areas 60 or 60 x .
  • the selective growth is preferably accomplished by means of selective gas phase epitaxy.
  • the height of the grown areas 80, 80 is preferably between 30% and 50% of the height d of the gate stacks GS1, GS2.
  • sidewall spacers 90 made of silicon nitride are then formed on the sidewalls of the gate stacks GS1, GS2.
  • the remaining height d ⁇ of the intermediate space is significant. is less than the height d of the space without the raised area 80.
  • a silicon oxide layer e.g. a BPSG layer (boron-phosphorus-silicate glass) deposited, which is designated by reference number 100.
  • This BPSG layer 100 is made to flow in a subsequent tempering, so that it leaves no free spaces or voids, in particular between the closely adjacent gate stacks GS1, GS2.
  • a planarizing ARC (anti-reflective coating) varnish is applied, which compensates for the remaining unevenness in the surface of the BPSG 100. If this is not sufficient, planarization, for example by means of chemical mechanical polishing (CMP), can also take place after the tempering of the BPSG layer 100.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a further intermediate oxide (for example TEOS), which is designated by reference symbol 110, is then deposited on the resulting structure.
  • This intermediate oxide 110 serves as a spacer from the substrate, for example from the gate stacks, for later metallization in order to keep capacitive couplings low.
  • a contact hole is formed by means of a two-stage etching process at the location of the critical contact CB ⁇ to be formed, which reaches down to the grown-up area 80.
  • This contact hole is then in the usual way with a metal, such as. B. tungsten, filled by a full-surface deposition process, whereupon a CMP step takes place, through which the tungsten is removed outside the contact hole.
  • a metal such as. B. tungsten
  • FIG. 5 shows a schematic illustration to illustrate a process stage analogous to FIG. 3 of a production method for a contact in a semiconductor structure as a second embodiment of the present invention.
  • the side wall spacers 90 are formed on the side walls of the gate stacks GS1, GS2 before the selective deposition of the raised areas 80, 80. Otherwise, the method steps of this second embodiment are the same as those of the above refined first embodiment.
  • This embodiment has the advantage that the critical contact CB is better insulated from the word lines provided in the gate stacks GS1, GS2.
  • the selection of the layer materials is only exemplary and can be varied in many ways.
  • the method according to the invention can also be applied to any semiconductor structures and not only to the memory cell arrangements given by way of example.

Abstract

The invention relates to a production method for a contact in a semiconductor structure comprising a substrate (1) provided with a first and second structural element (GS1, GS2) of approximately the same height which are disposed on the surface of the substrate and which are distanced from each other by means of an intermediate space having a critical lateral dimension. The inventive method comprises the following steps: provision of an active area (60) in the substrate (1) between the structural elements (GS1, GS2); raising the active area (60) by selective epitaxy of conductive substrate material (80); and formation of the contact (CB) on the raised active area. The invention also relates to a corresponding contact.

Description

Herstellungsverfahren für einen Kontakt in einer Halbleiterstruktur und entsprechender KontaktManufacturing method for a contact in a semiconductor structure and corresponding contact
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Kontakt in einer Halbleiterstruktur, die ein Substrat mit einem ersten und zweiten auf der Substratoberfläche vorgesehenen, ungefähr gleich hohen Strukturelement aufweist, welche durch einen Zwischenraum mit einer kritischen lateralen Dimension voneinander beabstandet sind. Die Erfindung betrifft auch einen entsprechenden Kontakt.The present invention relates to a production method for a contact in a semiconductor structure which has a substrate with first and second structural elements which are provided on the substrate surface and have approximately the same height and which are spaced apart from one another by a space having a critical lateral dimension. The invention also relates to a corresponding contact.
Obwohl prinzipiell auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf integrierte Speicherschaltungen in Silizium-Technologie erläutert.Although applicable in principle to any integrated circuits, the present invention and the problem on which it is based are explained in relation to integrated memory circuits in silicon technology.
Bei der Herstellung integrierter Schaltungen, insbesondere integrierter Halbleiter-Speicherschaltungen, ist es erforderlich, verschiedene Arten von Kontakten herzustellen. Dabei ist es wünschenswert, diese verschiedenen Kontakte mit möglichst wenig Lithographieebenen und Ätzschritten herzustellen, um eine hohe Justiergenauigkeit zu gewährleisten.In the manufacture of integrated circuits, in particular integrated semiconductor memory circuits, it is necessary to produce various types of contacts. It is desirable to produce these different contacts with as few lithography levels and etching steps as possible in order to ensure a high degree of alignment accuracy.
Fig. 6 zeigt ein beispielhaftes Silizium-Halbleitersubstrat 1 mit einer nicht näher illustrierten Speicherzellenanordnung zur Erläuterung der Hintergrundproblematik. 60 bezeichnet ein aktives Gebiet, beispielsweise ein gemeinsames Source-/ Draingebiet zweier Speicherzellen. GSl, GS2 sind zwei nebeneinander liegende Gatestapel, welche aus einer Polysiliziumschicht 10 mit darunterliegender (nicht illustrierter) Gatedielektrikumschicht (z.B. Gateoxid), ggfs. ei- ner Silizidschicht 20 und einer Siliziumnitridkappe 30 sowie eine Seitenwandoxidschicht 40 aufgebaut sind. Die beiden Gatestapel GSl, GS2 weisen etwa dieselbe Höhe d auf.FIG. 6 shows an exemplary silicon semiconductor substrate 1 with a memory cell arrangement (not illustrated in more detail) to explain the background problem. 60 denotes an active area, for example a common one Source / drain area of two memory cells. GS1, GS2 are two side-by-side gate stacks, which are constructed from a polysilicon layer 10 with an underlying (not illustrated) gate dielectric layer (eg gate oxide), possibly a silicide layer 20 and a silicon nitride cap 30 and a side wall oxide layer 40. The two gate stacks GS1, GS2 have approximately the same height d.
Zwischen den beiden Gatestapeln GSl, GS2 muss ein kriti- scher Kontakttyp CB, welcher das aktive Gebiet 60 zwischen den beiden Gatestapeln GSl, GS2 elektrisch kontaktiert, vorgesehen werden, da der laterale Abstand der Gatestapel GSl, GS2 ein kritisches Maß hat. Üblicherweise wird das Kontaktloch für den kritischen Kontakt CB separat von ande- ren weniger kritischen Kontakten geätzt. Der kritische Abstand resultiert dabei bekanntermaßen aus der zunehmenden Miniaturisierung, welche zu einer Erhöhung der Chipanzahl pro Wafer und damit zu einer Kostenreduzierung führt.A critical contact type CB, which electrically contacts the active region 60 between the two gate stacks GS1, GS2, must be provided between the two gate stacks GS1, GS2, since the lateral distance between the gate stacks GS1, GS2 has a critical dimension. The contact hole for the critical contact CB is usually etched separately from other less critical contacts. As is known, the critical distance results from increasing miniaturization, which leads to an increase in the number of chips per wafer and thus to a reduction in costs.
Eine geeignete CB-Kontaktlochätzung (SAC-Ätzung = SeifA suitable CB contact hole etching (SAC etching = Seif
Aligned Contact) zu finden, ist seit vielen Technologie-Generationen ein zentrales Problem. Zu den wichtigsten Anforderungen gehören:Finding aligned contact) has been a key problem for many generations of technology. The main requirements include:
- keine Kurzschlüsse zwischen Bitline und Wordline (CB- GC-Shorts) zu verursachen, bei der Ätzung also möglichst selektiv gegenüber dem Siliziumnitrid zu sein;- not to cause short circuits between bitline and wordline (CB-GC shorts), so that the etching should be as selective as possible with respect to silicon nitride;
CB opens zu vermeiden, also nicht ausreichend tief ge- ätzte Kontaktlöcher; und das CD (Critical Dimension) -Maß im oberen Abschnitt des Kontaktlochs nicht aufzuweiten, da schon geringe Aufweitungen das Risiko für CB-CB-Shorts über schlecht justierte Metallisierungsbahnen stark erhöhen würden.To avoid CB opens, ie not sufficiently deeply etched contact holes; and do not widen the CD (critical dimension) dimension in the upper section of the contact hole, since even slight widening would greatly increase the risk of CB-CB shorts over poorly adjusted metallization paths.
Fig. 7 zeigt die Verhältnisse zur Erläuterung des üblichen Kontaktloch-Ätzprozesses für das Beispiel gemäss Fig. 6. Insbesondere werden die Gatestapel GSl, GS2 in zwei über- einanderliegende Isolationsschichten 100, 110 (vorzugsweise Oxidschichten) eingebettet.FIG. 7 shows the conditions for explaining the usual contact hole etching process for the example according to FIG. 6. In particular, the gate stacks GS1, GS2 are embedded in two superimposed insulation layers 100, 110 (preferably oxide layers).
Dann wird der Ätzprozess zur Bildung eines Kontaktlochs für den Kontakt CB durch eine Zweistufen-Ätzung bewerkstelligt. Im ersten Schritt wird möglichst senkrecht anisotrop bis etwa auf Höhe der Siliziumnitridschicht 30 geätzt, und im zweiten Schritt wird möglichst selektiv zur Siliziumnitridschicht 30 geätzt, wobei das Profil des oberen Bereichs des Kontaktlochs KB möglichst nicht aufgeweitet werden sollte.Then, the etching process for forming a contact hole for the contact CB is accomplished by two-stage etching. In the first step, anisotropic etching is carried out as vertically as possible up to approximately the level of silicon nitride layer 30, and in the second step, etching is carried out as selectively as possible with respect to silicon nitride layer 30, the profile of the upper region of contact hole KB should preferably not be widened.
In der zweiten Stufe der Ätzung muss daher ein Kompromiss zwischen möglichst hoher Selektivität zu Siliziumnitrid und dem Vermeiden eines Ätzstopps gefunden werden. Die Selektivität wird üblicherweise dadurch erreicht, dass die Ätzche- mie so gewählt wird, dass sich schützende Polymere auf den Siliziumnitridoberflächen bilden. Ein Ätzstopp kann hingegen eintreten, wenn sich zu viele Polymere bilden und das sich nach unten hin verjüngende Kontaktloch verschließen. Es ist daher eine entscheidende Anforderung, einen äußerst selektiven Prozess zu finden, der gleichzeitig nicht zu einem Ätzstopp führt.In the second stage of the etching, a compromise must therefore be found between the highest possible selectivity for silicon nitride and the avoidance of an etching stop. The selectivity is usually achieved by selecting the etching chemistry in such a way that protective polymers form on the silicon nitride surfaces. On the other hand, an etching stop can occur if too many polymers are formed and the contact hole, which tapers towards the bottom, closes. It is therefore a crucial requirement, an extreme one to find a selective process that does not lead to an etching stop at the same time.
Schließlich wird der Kontakt CB durch eine Metallabschei- düng von z.B. Wolfram und einen anschließenden CMP-Schritt (chemisch-mechanisches Polieren) vervollständigt.Finally, the contact CB is covered by a metal deposit of e.g. Tungsten and a subsequent CMP step (chemical mechanical polishing) completed.
Bei der zunehmenden Verkleinerung der Strukturen von DRAM- Zellen mit Grabenkondensator tritt das Problem auf, dass der Kontaktwiderstand der Anschlüsse an den Auswahltransistor sowohl auf der Seite des Grabenkondensators (buried strap) als auch auf der gegenüberliegenden Seite (CB- Kontakt bzw. Bitline-Kontakt) steigt.With the increasing downsizing of the structures of DRAM cells with a trench capacitor, the problem arises that the contact resistance of the connections to the selection transistor both on the side of the trench capacitor (buried strap) and on the opposite side (CB contact or bitline contact) ) increases.
Durch die selbstjustierte Ätzung des Kontaktes CB mit immer geringeren Dimensionen, führt nämlich dazu, dass insbesondere im unteren Bereich des geätzten Kontaktloches eine deutliche Verjüngung auftreten kann, die zu einem erheblich erhöhten Kontaktwiderstand führt. Bisher wurde diesen Prob- lemen durch eine Optimierung des Ätzprozesses und eine Erhöhung der Dotierung auf der Seite des buried strap begegnet.Due to the self-aligned etching of the contact CB with increasingly smaller dimensions, this leads to the fact that, in particular in the lower region of the etched contact hole, a significant tapering can occur, which leads to a considerably increased contact resistance. So far, these problems have been countered by optimizing the etching process and increasing the doping on the buried strap side.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, durch das ein neues Integrationskonzept geschaffen wird, die Verhältnisse zur Schaffung des kritischen Kontaktes entspannt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Herstellungsverfahren bzw. den Kontakt nach Anspruch 13 gelöst.The object of the present invention is to provide a generic method by means of which a new integration concept is created which relaxes the conditions for creating the critical contact. According to the invention, this object is achieved by the manufacturing method specified in claim 1 or the contact according to claim 13.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen insbesondere darin, dass durch eine Verringerung der Kurz- schluss-Problematik die Ausbeute im Prozess, beispielsweise im DRAM-Fertigungsprozess, deutlich erhöht werden kann, da sich die unerwünschte Aufweitung des Kontaktlochs im oberen Bereich und Verengung im unteren Bereich weiter vermindern lässt, wenn auch die Prozessführung durch den zusätzlichen selektiven Aufwachsschritt etwas aufwendiger ist als bisher.The advantages of the method according to the invention are in particular that the yield in the process, for example in the DRAM production process, can be significantly increased by reducing the short-circuit problem, since the undesired widening of the contact hole in the upper region and narrowing in the lower region can be further reduced, even though the process control is somewhat more complex than before due to the additional selective growth step.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, durch selektive Abschätzung eines leitfähigen Materials, welches gegebenenfalls noch aufdotiert werden kann, auf den Kontaktbereichen zum einen die notwendige Tiefe für den kritischen Ätzprozess zu verringern und si- multan einen hochleitfähigen Bereich für die Verbindung nach außen herzustellen. Wenn der erhöhte Bereich ein Sour- ce-/Drain-Gebiet eines Feldeffekttransistors, beispielsweise eines Auswahltransistors ist, so werden durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise die elektrischen Eigenschaften des Transistors verbessert, da die kritischen E-Felder reduziert werden können. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht weiterhin eine zunehmende Verkleinerung von DRAM-Speicherzellen und somit einen erheblichen Kostenvorteil.The idea on which the present invention is based consists, on the one hand, of reducing the necessary depth for the critical etching process on the contact areas and selectively a highly conductive area for the connection to the outside by selectively estimating a conductive material, which can possibly still be doped manufacture. If the raised area is a source / drain area of a field effect transistor, for example a selection transistor, the electrical properties of the transistor are improved by the procedure according to the invention, since the critical E fields can be reduced. The procedure according to the invention also enables an increasing reduction in size of DRAM memory cells and thus a considerable cost advantage.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen Herstellungsverfahrens .Advantageous further developments and improvements of the manufacturing method specified in claim 1 are found in the subclaims.
Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung wird vor dem Erhöhen des aktiven Gebietes durch selektives Aufwachsen ein Oxid auf der Oberfläche des Substrats vorgesehen und dieses Oxid über dem aktiven Gebiet geöffnet.According to a preferred development, an oxide is provided on the surface of the substrate by selective growth before the active region is raised and this oxide is opened above the active region.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird vor oder nach dem Erhöhen des aktiven Gebietes durch selektives Aufwachsen ein Seitenwandspacer an den beiden Strukturelementen gebildet.According to a further preferred development, a side wall spacer is formed on the two structural elements by selective growth before or after the active area is raised.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird nach Bilden des Seitenwandspacers und des erhöhten aktiven Gebiets eine selbstjustierte Implantation in das erhöhte aktive Gebiet durchgeführt.According to a further preferred development, after the side wall spacer and the raised active area have been formed, a self-aligned implantation is carried out in the raised active area.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die beiden Strukturelemente nach dem selektiven Aufwachsen in mindestens eine Isolationsschicht eingebettet, wonach ein Kontaktloch für den Kontakt in der mindestens einen Isolationsschicht vorgesehen wird. Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden zwei Isolationsschichten vorgesehen, die eine erste und zweite Siliziumdioxidschicht oder nitridierte SiOx-Schicht sind.According to a further preferred development, the two structural elements are embedded in at least one insulation layer after the selective growth, after which a contact hole is provided for the contact in the at least one insulation layer. According to a further preferred development, two insulation layers are provided, which are first and second silicon dioxide layers or nitrided SiO x layers.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die beiden Strukturelemente ein erster und zweiter Gatestapel einer Speicherzellenanordnung sind, wobei das aktive Gebiet ein Source-/Dainanschluss eines Auswahltransistors ist.According to a further preferred development, the two structural elements are a first and second gate stack of a memory cell arrangement, the active region being a source / gain connection of a selection transistor.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist dieAccording to a further preferred development, the
Speicherzellenanordnung nach der Grabentechnologie aufgebaut, wobei die Speicherzellenkapazitäten im Substrat vergraben sind.Memory cell arrangement constructed using trench technology, the memory cell capacitances being buried in the substrate.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Speicherzellenanordnung nach der Stapeltechnologie aufgebaut, wobei die Speicherzellenkapazitäten über dem Substrat gestapelt sind.According to a further preferred development, the memory cell arrangement is constructed using stacking technology, the memory cell capacitances being stacked over the substrate.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird zumindest ein weiteres aktives Gebiet im Substrat zwischen den Strukturelementen vorgesehen wird und das weitere aktive Gebiet beim Erhöhen des aktiven Gebietes durch selektives Aufwachsen von Substratmaterial bzw. leitfähigem Material ebenfalls erhöht.According to a further preferred development, at least one further active area is provided in the substrate between the structural elements and the further active area is also increased when the active area is increased by selective growth of substrate material or conductive material.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das weitere aktive Gebiet ein Anschluss einer Speicherzellenkapazität . Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Erhöhen des aktiven Gebietes durch selektives Aufwachsen von Substratmaterial bzw. leitfähigem Material bis etwa zur halben Höhe der beiden Strukturelemente.According to a further preferred development, the further active area is a connection of a memory cell capacity. According to a further preferred development, the active region is raised by selective growth of substrate material or conductive material up to approximately half the height of the two structural elements.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1-4 schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens für einen Kontakt in einer Halbleiterstruktur als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;1-4 are schematic representations of successive process stages of a production process for a contact in a semiconductor structure as a first embodiment of the present invention;
Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Illustration eines Verfahrensstadiums analog zu Fig. 3 eines Herstellungsverfahrens für einen Kontakt in einerFIG. 5 shows a schematic illustration to illustrate a process stage analogous to FIG. 3 of a production process for a contact in a
Halbleiterstruktur als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Semiconductor structure as a second embodiment of the present invention;
Fig. β ein beispielhaftes Silizium-Halbleitersubstrat mit einer nicht näher illustrierten Speicherzellenanordnung zur Erläuterung der Hintergrundproblematik; und Fig. 7 die Verhältnisse zur Erläuterung des üblichenFIG. 6 shows an exemplary silicon semiconductor substrate with a memory cell arrangement (not illustrated in more detail) to explain the background problem; and Fig. 7 shows the conditions for explaining the usual
Kontaktloch-Ätzprozesses für das Beispiel gemäss Fig. 6.Contact hole etching process for the example according to FIG. 6.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche o- der funktionsgleiche Bestandteile.In the figures, the same reference numerals designate the same or functionally identical components.
Fig. 1 bis 4 sind schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens für ein Kontaktloch in einer Halbleiterstruktur als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.1 to 4 are schematic representations of successive process stages of a manufacturing process for a contact hole in a semiconductor structure as a first embodiment of the present invention.
Gemäss Fig. 1 wird ein Substrat 1 mit einer (nicht gezeigten) Speicherzellenanordnung bereitgestellt. Bezugszeichen 60 bezeichnet ein erstes aktives Gebiet, beispielsweise ein gemeinsames Source-/Draingebiet zweier Speicherzellen. Bezugszeichen 60 bezeichnet ein zweites aktives Gebiet, beispielsweise einen Grabenkondensatoranschluss einer Speicherzelle.1, a substrate 1 is provided with a memory cell arrangement (not shown). Reference numeral 60 denotes a first active area, for example a common source / drain area of two memory cells. Reference numeral 60 denotes a second active area, for example a trench capacitor connection of a memory cell.
Weitere dotierte Gebiete sind zwecks Vereinfachung nicht dargestellt, da sie für die Erfindung nicht relevant sind. Oberhalb des aktiven Gebietes 60 befinden sich benachbarte Gatestapel GSl und GS2, welche einen kritischen lateralen Abstand und etwa dieselbe Höhe d aufweisen.Further doped areas are not shown for the sake of simplicity since they are not relevant to the invention. Adjacent gate stacks GS1 and GS2 are located above the active area 60, which have a critical lateral distance and approximately the same height d.
Die Gatestapel GSl, GS2 besitzen denselben Aufbau wie diejenigen gemäss Fig. 6, nämlich eine untere Schicht 10 aus Polysilizium mit einer (nicht eingezeichneten) darunterlie- genden Gateoxidschicht, eine mittlere Schicht 20 aus einem Silizid und eine obere Schicht 30 aus Siliziumnitrid sowie eine Seitenwandoxidschicht 40. CB bezeichnet die Position, an der der kritische Kontakt zum aktiven Bereich 60 herzustellen ist.The gate stacks GS1, GS2 have the same structure as those according to FIG. 6, namely a lower layer 10 made of polysilicon with a gate oxide layer (not shown) underneath, a middle layer 20 made of one Silicide and an upper layer 30 of silicon nitride and a sidewall oxide layer 40. CB denotes the position at which the critical contact to the active region 60 is to be made.
Gemäß Fig. 1 wird nach Bildung der so aufgebauten Gate- Stapel GSl, GS2 eine Oxidschicht 70 auf der gesamten Oberfläche des Substrats 1 gebildet. In einem darauffolgenden Prozessschritt wird diese Oxidschicht 70 dann im Bereich zwischen den Gate-Stapeln GSl, GS2 oberhalb des aktiven Gebiets 60 und neben dem Gate-Stapel GSl oberhalb des aktiven Gebiets 60 Λ geöffnet. Dies geschieht vorzugsweise mittels bekannter photolithographischer Ätztechniken.1, after formation of the gate stacks GS1, GS2 constructed in this way, an oxide layer 70 is formed on the entire surface of the substrate 1. In a subsequent process step, this oxide layer 70 is then opened Λ 60 in the region between the gate stacks GSL GS2 above the active region 60 and adjacent to the gate stack GSI above the active region. This is preferably done using known photolithographic etching techniques.
In einem darauffolgenden Prozeßschritt, welcher in Fig. 2 illustriert ist, erfolgt dann ein selektives Aufwachsen von leitfähigem Substratmaterial 80 bzw. 80 Λ oberhalb der freiliegenden aktiven Bereiche 60 bzw. 60 x . Das selektive Aufwachsen wird vorzugsweise mittels selektiver Gasphasen- Epitaxie bewerkstelligt. Die Höhe der aufgewachsenen Bereiche 80, 80 beträgt vorzugsweise zwischen 30 % und 50 % der Höhe d der Gate-Stapel GSl, GS2.In a subsequent process step, which is illustrated in FIG. 2, there is then a selective growth of conductive substrate material 80 or 80 Λ above the exposed active areas 60 or 60 x . The selective growth is preferably accomplished by means of selective gas phase epitaxy. The height of the grown areas 80, 80 is preferably between 30% and 50% of the height d of the gate stacks GS1, GS2.
Wie in Fig. 3 illustriert, werden dann Seitenwand-Spacer 90 aus Siliziumnitrid an den Seitenwänden der Gate-Stapel GSl, GS2 gebildet. In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, daß durch den erhöhten Bereich 80 zwischen den Gate-Stapeln GSl, GS2 die verbleibende Höhe dΛ des Zwischenraums wesent- lieh geringer ist als die Höhe d des Zwischenraums ohne den erhöhten aufgewachsenen Bereich 80.As illustrated in FIG. 3, sidewall spacers 90 made of silicon nitride are then formed on the sidewalls of the gate stacks GS1, GS2. In this context, it should also be mentioned that due to the increased area 80 between the gate stacks GS1, GS2, the remaining height d Λ of the intermediate space is significant. is less than the height d of the space without the raised area 80.
Nach Anbringen der Seitenwand-Spacer 90 erfolgt eine selbst-justierte Implantation I, welche die Leitfähigkeit der aufgewachsenen Bereiche 80, 80 λ erhöht. Unter Umständen kann diese Implantation I weggelassen werden, falls die Gleitfähigkeit des aufgewachsenen Materials für den Anwendungszweck ausreichend ist.After the side wall spacers 90 have been attached, there is a self-adjusted implantation I, which increases the conductivity of the grown areas 80, 80 λ . Under certain circumstances, this implantation I can be omitted if the lubricity of the grown material is sufficient for the application.
Danach wird, wie in Fig. 4 dargestellt, über der resultierenden Struktur eine Siliziumoxidschicht, z.B. eine BPSG- Schicht (Bor-Phosphor-Silikat-Glas) , abgeschieden, welche mit Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. Diese BPSG-Schicht 100 wird in einer anschließenden Temperung zum Verfließen gebracht, so dass sie keine Freiräume bzw. Voids insbesondere zwischen den eng benachbarten Gatestapeln GSl, GS2 hinterlässt .Thereafter, as shown in Fig. 4, a silicon oxide layer, e.g. a BPSG layer (boron-phosphorus-silicate glass) deposited, which is designated by reference number 100. This BPSG layer 100 is made to flow in a subsequent tempering, so that it leaves no free spaces or voids, in particular between the closely adjacent gate stacks GS1, GS2.
In einem darauffolgenden (nicht-illustrierten) Verfahrensschritt wird ein planarisierender ARC-Lack (Anti-Reflective Coating) aufgeschleudert, der die verbleibenden Unebenheiten der Oberfläche des BPSG 100 ausgleicht. Sollte dies nicht ausreichen, kann nach dem Tempern der BPSG-Schicht 100 auch eine Planarisierung, beispielsweise mittels chemisch-mechanischen Polierens (CMP) , erfolgen.In a subsequent (not illustrated) process step, a planarizing ARC (anti-reflective coating) varnish is applied, which compensates for the remaining unevenness in the surface of the BPSG 100. If this is not sufficient, planarization, for example by means of chemical mechanical polishing (CMP), can also take place after the tempering of the BPSG layer 100.
Anschließend wird ein weiteres Zwischenoxid (z.B. TEOS), das mit Bezugszeichen 110 bezeichnet ist, auf der resultie- renden Struktur abgeschieden. Dieses Zwischenoxid 110 dient als Abstandshalter vom Substrat, z.B. von den Gatestapeln, zur späteren Metallisierung, um kapazitive Kopplungen gering zu halten.A further intermediate oxide (for example TEOS), which is designated by reference symbol 110, is then deposited on the resulting structure. This intermediate oxide 110 serves as a spacer from the substrate, for example from the gate stacks, for later metallization in order to keep capacitive couplings low.
Anschließend wird wie beim Stand der Technik mittels eines zweistufigen Ätzprozesses ein Kontaktloch am Ort des zu bildenden kritischen Kontaktes CB Λ gebildet, welches bis hinunter zum aufgewachsenen Bereich 80 reicht. Dieses Kontaktloch wird dann in üblicher Weise mit einem Metall, wie z. B. Wolfram, durch einen ganzflächigen Abscheidungspro- zess gefüllt, woraufhin ein CMP-Schritt erfolgt, durch den das Wolfram außerhalb des Kontaktloches entfernt wird. Somit ist der kritische Kontakt CB fertiggestellt, welcher eine geringere Tiefenerstreckung aufweist als der im Stand der Technik bekannte kritische Kontakt CB, was zu einer deutlichen Entspannung des Ätzprozesses im oberen Bereich der Isolationsschicht 110 und im unteren Bereich zwischen den beiden Gate-Stapeln GSl, GS2 führt.Then, as in the prior art, a contact hole is formed by means of a two-stage etching process at the location of the critical contact CB Λ to be formed, which reaches down to the grown-up area 80. This contact hole is then in the usual way with a metal, such as. B. tungsten, filled by a full-surface deposition process, whereupon a CMP step takes place, through which the tungsten is removed outside the contact hole. This completes the critical contact CB, which has a smaller depth extension than the critical contact CB known in the prior art, which leads to a significant relaxation of the etching process in the upper region of the insulation layer 110 and in the lower region between the two gate stacks GS1, GS2 leads.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung zur Illustration eines Verfahrensstadiums analog zu Fig. 3 eines Herstellungsverfahrens für einen Kontakt in einer Halbleiterstruktur als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.FIG. 5 shows a schematic illustration to illustrate a process stage analogous to FIG. 3 of a production method for a contact in a semiconductor structure as a second embodiment of the present invention.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Darstellung erfolgt die Bildung der Seitenwand-Spacer 90 an den Seitenwänden der Gate- Stapel GSl, GS2 vor der selektiven Abscheidung der erhöhten Gebiete 80, 80 . Ansonsten sind die Verfahrensschritte dieser zweiten Ausführungsform gleich denjenigen der oben er- läuterten ersten Ausführungsform. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass eine bessere Isolation des kritischen Kontakts CB zu den in den Gate-Stapeln GSl, GS2 vorgesehenen Wortleitungen gegeben ist.In the illustration shown in FIG. 5, the side wall spacers 90 are formed on the side walls of the gate stacks GS1, GS2 before the selective deposition of the raised areas 80, 80. Otherwise, the method steps of this second embodiment are the same as those of the above refined first embodiment. This embodiment has the advantage that the critical contact CB is better insulated from the word lines provided in the gate stacks GS1, GS2.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar .Although the present invention has been described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted thereto, but rather can be modified in a variety of ways.
Insbesondere ist die Auswahl der Schichtmaterialien nur beispielhaft und kann in vielerlei Art variiert werden.In particular, the selection of the layer materials is only exemplary and can be varied in many ways.
Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren auf beliebige Halb- leiterstrukturen anwendbar und nicht nur auf die beispielhaft angegebenen Speicherzellenanordnungen. The method according to the invention can also be applied to any semiconductor structures and not only to the memory cell arrangements given by way of example.
BEZUGSZEICHENLISTE :REFERENCE SIGN LIST:
1 Substrat1 substrate
GSl, GS2 GatestapelGSl, GS2 gate stack
60 λ aktives Gebiet (Grabenkondensatoran- schluss)60 λ active area (trench capacitor connection)
60 aktives Gebiet (Source, Drain)60 active area (source, drain)
10 Polysilizium mit darunterliegendem10 polysilicon with underlying
Gateoxidgate oxide
20 Silizid20 silicide
30 Siliziumnitrid30 silicon nitride
40 Ξeitenwandoxid40 side wall oxide
80, 80 λ selektiv aufgewachsene Gebiete80, 80 λ selectively grown areas
90 Seitenwandspacer90 sidewall spacers
70 Oxidschicht70 oxide layer
100 erstes Siliziumoxid100 first silicon oxide
110 zweites Siliziumoxid110 second silicon oxide
CB Stelle für BitleitungskontaktCB position for bit line contact
I Implantation d, dΛ Höhe I implantation d, d Λ height

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Herstellungsverfahren für einen Kontakt in einer Halbleiterstruktur, die ein Substrat (1) mit einem ersten und zweiten auf der Substratoberfläche vorgesehenen, ungefähr gleich hohen Strukturelement (GSl, GS2) aufweist, welche durch einen Zwischenraum mit einer kritischen lateralen Dimension voneinander beabstandet sind, mit den Schritten:1. Production method for a contact in a semiconductor structure which has a substrate (1) with first and second structural elements (GS1, GS2) of approximately the same height which are provided on the substrate surface and which are spaced apart from one another by a space having a critical lateral dimension, with the steps:
Vorsehen eines aktiven Gebietes (60) im Substrat (1) zwischen den Strukturelementen (GSl, GS2);Providing an active area (60) in the substrate (1) between the structural elements (GS1, GS2);
Erhöhen des aktiven Gebietes (60) durch selektives Aufwachsen von Substratmaterial bzw. leitfähigem Material (80) ; undIncreasing the active area (60) by selectively growing substrate material or conductive material (80); and
Bilden des Kontakts (CB) auf dem erhöhten aktiven Gebiet.Make contact (CB) on the elevated active area.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vor dem Erhöhen des aktiven Gebietes (60) durch selektives Aufwachsen ein Oxid (70) auf der Oberfläche des Substrats (1) vorgesehen wird und dieses Oxid (70) über dem aktiven Gebiet (60) geöffnet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that before the elevation of the active region (60) by selective growth, an oxide (70) is provided on the surface of the substrate (1) and this oxide (70) over the active region (60) is opened.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vor oder nach dem Erhöhen des aktiven Gebietes (60) durch selektives Aufwachsen ein Seitenwandspacer (90) an den beiden Strukturelementen (GSl, GS2) gebildet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a side wall spacer (90) is formed on the two structural elements (GS1, GS2) by selective growth before or after the elevation of the active area (60).
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nach Bilden des Seitenwandspacers (90) und des erhöhten aktiven Gebiets eine selbstjustierte Implantation in das erhöhte aktive Gebiet erfolgt.4. The method according to claim 1, 2 or 3, so that after formation of the side wall spacer (90) and the raised active area, a self-aligned implantation into the raised active area takes place.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Strukturelemente (GSl, GS2) nach dem selektiven Aufwachsen in mindestens eine Isolationsschicht (100, 110) eingebettet werden und ein Kontaktloch für den Kontakt (CB) in der mindestens einen Isolationsschicht (100, 110) vorgesehen wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the two structural elements (GSl, GS2) after the selective growth are embedded in at least one insulation layer (100, 110) and a contact hole for the contact (CB) in the at least one insulation layer ( 100, 110) is provided.
6. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwei Isolationsschichten (100, 110) vorgesehen werden, die eine erste (100) und zweite (110) Siliziumdioxidschicht oder nitridierte SiOx-Schicht sind.6. The method according to claim 4, characterized in that two insulation layers (100, 110) are provided, which are a first (100) and second (110) silicon dioxide layer or nitrided SiO x layer.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Strukturelemente (GSl, GS2) ein erster und zweiter Gatestapel (GSl, GS2) einer Speicherzellenanordnung sind und das aktive Gebiet (60) ein Source-/Dainanschluss eines Auswahltransistors ist.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the two structural elements (GSl, GS2) a first and second gate stack (GSl, GS2) of a memory cell arrangement and the active region (60) is a source / dain connection of a selection transistor.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Speicherzellenanordnung nach der Grabentechnologie aufgebaut ist, wobei die Speicherzellenkapazitäten im Substrat vergraben sind.8. The method according to claim 7, so that the memory cell arrangement is constructed according to trench technology, the memory cell capacitances being buried in the substrate.
9. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Speicherzellenanordnung nach der Stapeltechnologie aufgebaut ist, wobei die Speicherzellenkapazitäten über dem Substrat gestapelt sind.9. The method of claim 7, so that the memory cell arrangement is constructed according to the stacking technology, the memory cell capacitances being stacked over the substrate.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest ein weiteres aktives Gebiet (60Λ) im Substrat (1) zwischen den Strukturelementen (GSl, GS2) vorge- sehen wird und das weitere aktive Gebiet (60Λ) beim Erhöhen des aktiven Gebietes (60) durch selektives Aufwachsen von Substratmaterial bzw. leitfähigem Material (80Λ) ebenfalls erhöht wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one further active region (60 Λ ) is provided in the substrate (1) between the structural elements (GS1, GS2) and the further active region (60 Λ ) when increasing the active area (60) is also increased by selective growth of substrate material or conductive material (80 Λ ).
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das weitere aktive Gebiet (60 ) ein Anschluss einer11. The method according to claim 10, which also means that the further active area (60) is a connection of a
Speicherzellenkapazität ist. Memory cell capacity.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Erhöhen des aktiven Gebietes (60) durch selektives Aufwachsen von Substratmaterial bzw. leitfähigem Material (80) bis etwa zur halben Höhe (d) der beiden Strukturelemente (GSl, GS2) erfolgt.12. The method according to any one of the preceding claims, that the active region (60) is increased by selectively growing substrate material or conductive material (80) up to approximately half the height (d) of the two structural elements (GS1, GS2).
13. Kontakt in einer Halbleiterstruktur, die ein Substrat (1) mit einem ersten und zweiten auf der Substratoberfläche vorgesehenen, ungefähr gleich hohen Strukturelement (GSl, GS2) aufweist, welche durch einen Zwischenraum mit einer kritischen lateralen Dimension voneinander beabstandet sind, mit :13. Contact in a semiconductor structure which has a substrate (1) with first and second structural elements (GS1, GS2) of approximately the same height which are provided on the substrate surface and which are spaced apart by an intermediate space with a critical lateral dimension, with:
einem aktiven Gebiet (60) im Substrat (1) zwischen den Strukturelementen (GSl, GS2) ;an active region (60) in the substrate (1) between the structural elements (GS1, GS2);
einer Erhöhung des aktiven Gebietes (60) aus Substratmaterial bzw. leitfähigem Material (80) ; undan increase in the active area (60) made of substrate material or conductive material (80); and
einer auf der Erhöhung vorgesehenen Kontaktfüllung (CB) a contact filling (CB) provided on the elevation
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