DE102004063949B4

DE102004063949B4 - Verfahren zum Herstellen eines eine becherförmige Elektrodenstruktur aufweisenden Kondensators

Info

Publication number: DE102004063949B4
Application number: DE102004063949A
Authority: DE
Inventors: Srivatsa Kundalgurki; Kristin Schupke; Dirk Manger; Till Dr. Schlösser; Peter Moll
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: DE102004063949A1; DE102004044678B4; DE102004044678A1; US20060079049A1; US7863149B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines eine becherförmige Elektrodenstruktur aufweisenden Kondensators (410, 420, 910, 920), bei dem
– auf ein Substrat (200) eine Hilfsschicht (260) aufgebracht wird,
– eine die Form der Elektrodenstruktur bestimmende Ausnehmung (310, 320, 800, 810) in die Hilfsschicht (260) geätzt und in der Ausnehmung die becherförmige Elektrodenstruktur des Kondensators gebildet wird, wobei
– während der Herstellung der Elektrodenstruktur zu jedem Prozesszeitpunkt eine mechanische Abstützung der bis zum jeweiligen Prozesszeitpunkt hergestellten Struktur vorgesehen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die im Becheraußenbereich (500) der becherförmigen Elektrodenstruktur vorhandene Hilfsschicht (260) während des Herstellungsverfahrens entfernt wird, wobei vor dem Entfernen der Hilfsschicht der Becherinnenbereich der becherförmigen Elektrodenstruktur mit einer mechanisch stützenden Füllung (550) gefüllt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Kondesators ist aus der Druckschrift „Study of the Robust Stack Cell Capacitor Structure using Double Mold Oxide (DMO) Technology for a Gigabit-Density DRAM and beyond" (Jeong-Hoon Oh, Hoon Jeong, J. M. Park, J. Y. Park, K. H. Hong, Y. J. Choi, K. H. Lee, T. Y. Chung, Y. J. Park and Kinam Kim; Journal of the Korean Physical Society, Vol. 41, No. 6, December 2002, pp. 884–887) bekannt. Bei diesem vorbekannten Verfahren wird ein „becherförmiger" Kondensator für ein Gigabit-DRAM-Speicherelement hergestellt. Unter einem becherförmigen Kondensator wird nachfolgend verstanden, dass die Elektrodenstruktur des Kondensators becher- oder topfförmig, zumindest näherungsweise becher- oder topfförmig ausgestaltet ist. Im Rahmen des vorbekannten Herstellungsverfahrens wird auf ein Substrat mit einem Anschlusspad zunächst eine Hilfsschicht aus Siliziumoxid aufgebracht. Die Dicke der Hilfsschicht gibt dabei die Bauhöhe des herzustellenden „Kondensatorbechers" bzw. „Elektrodenbechers" vor. In die Siliziumoxid-Hilfsschicht wird eine Ausnehmung hineingeätzt, die sich bis zum Anschlusspad auf dem Substrat erstreckt. Im Bereich der Ausnehmung wird anschließend eine Siliziumschicht abgeschieden, die nachfolgend eine innenliegende Elektrode des becherförmigen Kondensators bilden wird. In einem sich daran anschließenden Prozessschritt wird die Siliziumoxid-Hilfsschicht vollständig entfernt, so dass die innenliegende Elektrode des „späteren" Kondensators „stehenbleibt". Nachfolgend wird die innenliegende Elektrode mit einem Dielektrikum beschichtet, auf das eine außenliegende Elektrodenschicht des Kondensators aufgebracht wird; der becherförmige Kondensator ist damit fertiggestellt.
Ein weiteres vorbekanntes Verfahren zur Herstellung eines becherförmigen Kondensators ist in der Druckschrift "Novel Robust Cell Capacitor (Leaning Exterminated Ring type Insulator) and New Storage Node Contact (Top Spacer Contact) for 70 nm DRAM technology and beyond" (J. M. Park, Y. S. Hwang, D. W. Shin, M. Huh, D. H. Kim, H. K. Hwang, H. J. Oh, J. W. Song, N. J. Kang, B. H. Lee, C. J. Yun, M. S. Shim, S. E. Kim, J. Y. Kim, J. M. Kwon, B. J. Park, J. W. Lee, D. I. Kim, M. H. Cho, M. Y. Jeong, H. J. Kim, H. J. Kim, H. S. Kim, G. Y. Jin, Y. G. Park and Kinam Kim); (2004 Symposiom an VLSI Technology Digest of Technical Papers, Seiten 34–35) beschrieben.
Die US 2004/0164335 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer becherförmigen Elektrodenstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei eine Abstützung der Struktur im Herstellungsprozess vorgesehen ist.
Die US 2004/0150030 A1 und die US 2003/0136996 A1 offenbaren jeweils ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenstruktur unter Verwendung einer Hilfsschicht zum mechanischen Abstützen der Struktur während der Herstellung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators anzugeben, bei dem sich die gewünschte Form bzw. räumliche Ausgestaltung der Elektrodenstruktur des Kondensators besonders einfach und mit möglichst geringen Abweichungen von der vorgegebenen „Soll-Form" bzw. von vorgegebenen „Soll-Parametern" herstellen lässt.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist vorgesehen, dass zum Herstellen eines eine becherförmige Elektrodenstruktur aufweisenden Kondensators, bei dem auf ein Substrat eine Hilfsschicht aufgebracht wird, eine die Form der Elektrodenstruktur bestimmende Ausnehmung in die becherförmige Hilfsschicht geätzt wird. In der Ausnehmung wird die Elektrodenstruktur des Kondensators gebildet. Es ist vor gesehen, dass während der Herstellung der Elektrodenstruktur zu jedem Prozesszeitpunkt eine mechanische Abstützung der bis zum jeweiligen Prozesszeitpunkt hergestellten Struktur vorgesehen wird. Erfindungsgemäß wird die im Becheraußenbereich der becherförmigen Elektrodenstruktur vorhandene Hilfsschicht während des Herstellungsverfahrens entfernt, wobei vor dem Entfernen der Hilfsschicht der Becherinnenbereich der becherförmigen Elektrodenstruktur mit einer mechanisch stützenden Füllung gefüllt wird.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Elektrodenstruktur bzw. deren „Vor-Strukturen", die also nachfolgend die Elektrodenstruktur bilden werden oder zu dieser gehören werden, zu keinem Zeitpunkt „allein" und unabgestützt stehen. Bei den eingangs beschriebenen vorbekannten Verfahren wird – wie bereits erläutert – während der Herstellung der Elektrodenstruktur die Siliziumoxid-Hilfsschicht vollständig entfernt, so dass die innenliegende Elektrode des „späteren" Kondensators allein „stehen bleibt". Dies kann zu mechanischen Stabilitätsproblemen führen, weil die relativ filigrane Elektrodenstruktur völlig ungeschützt ist. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, indem erfindungsgemäß vorgesehen wird, dass stets eine mechanische „Stütze" vorhanden ist; dadurch werden mechanische Belastungen, z. B. mechanische Verspannungen, gezielt vermieden.
Die mechanische Abstützung der Elektrodenstruktur ist im Becherinneren vorgesehen und kann zusätzlich außen an der Elektrodenstruktur – also im Becheräußeren – vorgesehen sein. Näheres hierzu lässt sich u. a. den Unteransprüchen entnehmen.
Eine besonders kompakte Bauform bei gleichzeitig hoher Kapazität wird durch die becherförmige Elektrodenform erreicht. Kondensatoren mit einer becherförmigen Elektrodenform sind beispielsweise aus der eingangs genannten Druckschrift bekannt. Diese becherförmigen Kondensatoren werden insbesondere bei Speicherelementen, beispielsweise bei DRAM-Speicherelementen, eingesetzt.
Die becherförmige Elektrodenstruktur wird vorzugsweise durch die im Becheraußenbereich verbleibende Hilfsschicht mechanisch abgestützt.
Es bilden sich durch die Füllung im Becherinnenbereich relativ stabile säulenartige Strukturen, die auch großen mechanischen Kräften standhalten. Derartige säulenartige Strukturen sind mechanisch deutlich stabiler als becherförmige Elektrodenstrukturen, bei denen sowohl der Becherinnenbereich als auch der Becheraußenbereich ohne Stützmaterial auskommen muss und bei denen mechanische Probleme – wie sie in der eingangs erwähnten Schrift „Study of the Robust Stack Cell Capacitor Structure using Double Mold Oxide (DMO) Technology for a Gigabit-Density DRAM and beyond" beschrieben sind – auftreten können.
Vorteilhafterweise wird eine Innenelektrode des Kondensators durch die Becherinnenwand gebildet, wohingegen eine von der Innenelektrode durch eine Isolatorschicht getrennte Außenelektrode des Kondensators durch die Becheraußenwand des becherförmigen Kondensators gebildet wird.
Alternativ kann auch ein becherförmiger Kondensator hergestellt werden, bei dem eine außenliegende Elektrode sowohl die Becherinnenwand als auch die Becheraußenwand bildet und eine innenliegende Elektrode des Kondensators vollständig einschließt.
Bei der letztgenannten Ausgestaltung des becherförmigen Kondensators wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der die Becherinnenwand bildende Teil der außenliegenden Elektrode und der die Becheraußenwand bildende Teil der außenliegenden Elektrode in demselben Prozessschritt hergestellt werden. Dies kann beispielsweise derart durchgeführt werden, dass die Innenseite der Ausnehmung mit einer leitenden Elektrodenschicht beschichtet wird, wodurch die innenliegende Elektrode des becherförmigen Kondensators gebildet wird. Anschließend wird die innenliegende Elektrode freigelegt, indem die Hilfsschicht vollständig entfernt wird. In nachfolgenden Prozessschritten wird dann die außenliegende Elektrode hergestellt und der becherförmige Kondensator fertiggestellt. Hierzu wird beispielsweise auf die innenliegende Elektrode sowohl becherinnenseitig als auch becheraußenseitig eine Isolationsschicht aufgetragen, und auf die Isolationsschicht wird anschließend eine weitere leitende Elektrodenschicht als außenliegende Elektrode abgeschieden.
Der die Becherinnenwand bildende Teil der außenliegenden Elektrode und der die Becheraußenwand bildende Teil der außenliegenden Elektrode können in ein und demselben Prozessschritt oder aber in unterschiedlichen Prozessschritten hergestellt werden. Dabei ist es möglich, die außenliegende Elektrode vor der innenliegenden Elektrode oder umgekehrt herzustellen.
Um einen elektrischen Kontakt zwischen dem die Becherinnenwand bildenden Teil der außenliegenden Elektrode und dem die Becheraußenwand bildenden Teil der außenliegenden Elektrode herzustellen, wird vorzugsweise eine leitende Deckschicht, insbesondere eine dotierte Siliziumschicht auf das Elektrodenmaterial aufgebracht.
Die innenliegende Elektrode und/oder die außenliegende Elektrode bzw. dementsprechend die Innenelektrode und/oder die Außenelektrode des Kondensators werden vorzugsweise aus Titannitrid-Material oder titannitridhaltigem Material gebildet. Alternativ kann auch siliziumhaltiges Material, insbesondere dotiertes Silizium, als Elektrodenmaterial verwendet werden.
Der Kondensator kann im Übrigen mit einem Anschluss eines Transistors, insbesondere eines MOS-Transistors verbunden werden, beispielsweise dann, wenn mit dem Kondensator ein Speicherelement, insbesondere ein DRAM-Speicherelement hergestellt werden soll. So kann mit dem beschriebenen Verfahren beispielsweise ein COB (Capacitor-over-bit-line)-Speicherelement hergestellt werden.
Ein bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass als Hilfsschicht eine Halbleiterschicht verwendet wird. Mit dieser Ausführung lassen sich die für die Elektrodenstruktur des Kondensators vorgegebenen Strukturparameter besonders gut einhalten. Beispielsweise lässt sich erreichen, dass die zur Herstellung des Kondensators herangezogene Ausnehmung nur geringfügig getapert ist und eine im Wesentlichen runde Form aufweist; ein „Bowing"-Effekt, also eine tonnenförmige Aufweitung im oberen Bereich der Ausnehmung, lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu dem vorbekannten Verfahren vermeiden. Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, dass ein Halbleitermaterial für die Hilfsschicht verwendet wird, also ein Material, das sich sehr einfach maskieren und strukturieren lässt, weil es gegenüber üblichen Maskenmaterialien und Elektrodenmaterialien eine sehr hohe Ätzselektivität aufweist. Dies bedeutet, dass sich die Hilfsschicht strukturieren und nachfolgend „wegätzen" lässt, ohne dass die Ätzmaske und damit die Form der zu ätzenden Ausnehmung oder in einem späteren Verfahrensabschnitt die Elektrodenstruktur des Kondensators in Mitleidenschaft gezogen wird.
Im Falle eines Einsatzes des Kondensators in einer integrierten elektronischen Schaltung oder in einem Speicherelement wird der Kondensator beispielsweise in deren Halbleiterstruktur integriert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Halbleiterschicht eine siliziumhaltige Schicht ist. In einem solchen Fall kann die Ausnehmung beispielsweise analog zu einer sogenannten „Deep-Trench"-Ätzung hergestellt werden, wie sie bekanntermaßen zur Trennung separater elektronischer Bauelemente innerhalb eines Silizium-Substrates verwendet wird bzw. wie sie für die Ätzung von Lö chern in Silizium-Substrate für so genannte DT-Kondensatoren für DRAM Speicherelemente verwendet wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Hilfsschicht um eine Silizium-Germanium-Schicht (SiGe-Schicht) bzw. SiGe-Legierung. Eine Silizium-Germanium-Schicht lässt sich besonderes einfach ätztechnisch verarbeiten, weil sich nämlich Silizium-Germanium-Schichten mit wasserstoffperoxydhaltigen Ätzflüssigkeiten oder auch mit reinem Wasserstoffperoxyd ätzen lassen. Sowohl das Ätzen der Ausnehmung als auch das Entfernen der Hilfsschicht bei nachfolgenden Herstellungsschritten kann somit mit Wasserstoffperoxyd durchgeführt werden. Wasserstoffperoxyd weist dabei den besonderen Vorteil auf, dass es geeignete Elektrodenmaterialien wie beispielsweise Titannitrid, dotiertes Silizium oder dergleichen quasi überhaupt nicht angreift, so dass Elektrodenschichten aus solchem Material bei einem Ätzen mit Wasserstoffperoxyd kaum in Mitleidenschaft gezogen werden. Bei Verwendung von Wasserstoffperoxyd als Ätzmittel weist das SiGe-Material einen Ge-Anteil von vorzugsweise über 20% auf, da die Ätzrate von SiGe-Material bei zu geringen Ge-Anteilen zu klein ist. Als besonders geeignet werden Ge-Anteile von mindestens 40%, vorzugsweise von mindestens 60%, angesehen.
Ebenfalls geeignet ist eine reine Siliziumschicht, da sich diese mit besonders guter Profilkontrolle mit einem HBr/NF3 basierten anisotropen Plasmaätzprozess strukturieren lässt und da diese ebenfalls gute Selektivitäten beim Entfernen dieser Schicht gegenüber SiN, SiO₂ und TiN erlaubt.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei beziehen sich:
1–4 auf ein nicht erfindungsgemäßes, der Erläuterung dienendes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Kondensators,
5–10 auf ein zweites nicht erfindungsgemäßes, der Erläuterung dienendes Beispiel,
11–14 auf ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
15–19 auf ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
20–23 auf ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der 1 erkennt man ein Substrat 10, das mit einer Isolationsschicht 20 versehen ist. Außerdem erkennt man zwei Anschlusspads 30, auf die jeweils ein Kondensator aufgebracht werden soll.
Auf das Substrat 10 wird zunächst eine Silizium-Germanium-Hilfsschicht 40 aufgetragen und mit einer Hartmaskenschicht 50 versehen. Die Hartmaskenschicht 50 wird dann im Rahmen eines Fotolithografieschrittes strukturiert; anschließend wird die Silizium-Germanium-Hilfsschicht 40 bis zur Isolationsschicht 20 weggeätzt. Dieser Ätzschritt wird vorzugsweise mit einem HBr-haltigem Ätzmittel oder mit Wasserstoffperoxyd (H₂O₂) durchgeführt. Es entstehen bei diesem Ätzschritt in der Silizium-Germanium-Hilfsschicht 40 Ausnehmungen 60.
In einem nachfolgenden Prozessschritt werden die Ausnehmungen 60 mit einem Elektrodenmaterial aus TiN-Material (oder aus einem anderen geeigneten Material wie z. B. Ru, TaN oder dergleichen) beschichtet. Dabei bildet sich eine Elektrodenschicht 70 aus, die – wie weiter unten ersichtlich werden wird – eine innenliegende Elektrode der beiden Kondensatoren bilden wird. Die resultierende Struktur ist in der 2 gezeigt.
Bei der Herstellung der Elektrodenschicht 70 wird sich diese zunächst auch oberhalb der Hartmaskenschicht 50 abscheiden, so dass die Elektrodenschicht 70 im Bereich der Hartmaskenschicht 50 zunächst noch entfernt werden muss, um zu der in der 2 nur schematisch dargestellten Struktur zu gelangen. Diese Zwischenschritte sind aber der Übersichtlichkeit halber in den Figuren weggelassen.
In einem sich anschließenden Prozessschritt wird zunächst die Hartmaskenschicht 50 entfernt, beispielsweise mit einem flusssäurehaltigen Ätzmittel z. B. DHF. Anschließend wird die Silizium-Germanium-Hilfsschicht 40 mit Wasserstoffperoxyd vollständig entfernt. Da Wasserstoffperoxyd die TiN-Elektrodenschicht 70 quasi überhaupt nicht angreift, bilden sich die in der 3 dargestellten „freistehenden" Elektrodenbecher 80. Die Hilfsschicht 40 dient bei dem Verfahren also als Opferschicht, da sie vollständig entfernt wird.
Nachfolgend werden die beiden Elektrodenbecher 80 mit einer dielektrischen Schicht 90 beschichtet. Darauf wird eine weitere Elektrodenschicht 100 abgeschieden, die jeweils eine außenliegende Elektrode für jede der beiden Kondensatoren 130 und 140 bildet. Diese außenliegenden Elektroden erstrecken sich sowohl über die Becherinnenwand 110 als auch über die Becheraußenwand 120 der jeweils becherförmigen Elektrodenstrukturen der Kondensatoren 130 und 140 (vgl. 4).
Jeder der beiden Kondensatoren 130 und 140 weist somit jeweils ein Anschlusspad 30 als „unteren" Kondensatoranschluss auf; der „obere" Kondensatoranschluss wird jeweils durch die weitere Elektrodenschicht 100 gebildet.
Zusammengefasst zeichnet sich das im Zusammenhang mit den 1 bis 4 erläuterte Verfahren dadurch aus, dass als Hilfs- bzw. Opferschicht 40 eine Silizium-Germanium-Schicht verwendet wird, die sich besonders leicht handhaben und ätzen lässt, weil die Ätzselektivität zwischen der verwendeten Hartmaskenschicht 50 und der Silizium-Germanium-Opferschicht 40 einerseits als auch die Selektivität zwischen der Silizium-Germanium-Opferschicht 40 und der Elektrodenschicht 70 besonders groß ist.
Anhand der 5 bis 10 wird ein weiteres nicht erfindungsgemäßes Beispiel beschrieben.
Man erkennt in der 5 ein Substrat 200 bestehend beispielsweise aus einer Silizium-Basisschicht 210, einer Silizium-Nitrid-Trennschicht 220 und zwei Kondensatoranschlusspads 230 und 240, die in einer Isolationsschicht 250 eingebettet sind. Der Aufbau des Substrats 200 ist nur beispielhaft; alternativ kann das Substrat 200 auch völlig anders aufgebaut sein: Beispielsweise können die Silizium-Basisschicht 210 und die Silizium-Nitrid-Trennschicht 220 fehlen oder durch andere Schichten oder Schichtpakete ersetzt sein. Entsprechendes gilt im Übrigen für die weiteren, im Zusammenhang mit den 11 bis 23 erläuterten Beispiele.
Auf das Substrat 200 wird zunächst eine SiN-Stoppschicht 255 und eine Silizium-Hilfsschicht 260 aufgebracht. Die Dicke der Silizium-Hilfsschicht kann beispielsweise einige Mikrometer betragen. Auf die Hilfsschicht 260 wird ein Maskenschichtpaket 270 aufgebracht, das beispielsweise eine Silizium-Deckschicht 280, eine Siliziumoxidschicht – z. B. eine USG-Schicht (USG: undoped Si-glass)- 290 und eine Silizium-Nitrid-Schicht 300 umfassen kann. Das Maskenschichtpaket 270 wird mit im Rahmen einer Lithografie maskiert und nachfolgend geätzt. Es entsteht die in der 6 dargestellte Schichtenfolge.
Anschließend wird die Hilfsschicht 260 und die SiN-Stoppschicht 255 im Bereich der Öffnungen des Maskenschichtpakets 270 weggeätzt. Außerdem werden die Silizium-Deckschicht 280 sowie die USG-Schicht 290 entfernt. Es entsteht damit die in der 7 dargestellte Schichtenfolge mit den beiden Ausnehmungen 310 und 320.
Die beiden Ausnehmungen 310 und 320 werden mit einer dielektrischen Isolationsschicht 330 (vorzugsweise mit hoher Dielektrizitätskonstante, beispielsweise Aluminiumoxid) "ausgekleidet". Diese Isolationsschicht 330 wird im Bereich der beiden Kondensatoranschlusspads 230 und 240 geöffnet, so dass eine auf die Isolationsschicht 330 aufgebrachte Titan-Nitrid-Elektrodenschicht 340 einen elektrischen Anschluss zu den Kondensatoranschlusspads 30 bzw. 240 erreicht.
Die TiN Schicht 340 wird oberhalb und seitlich von der Hartmaskenschicht 300 durch eine Plasmaätzung mit großem RIE-Lag entfernt, d. h. durch eine Ätzung, die innerhalb von tiefen Strukturen langsamer als auf der Oberfläche ätzt bzw. gar keinen Abtrag erzielt.
Die Titan-Nitrid-Elektrodenschicht 340 bildet innenliegende, becherförmige Elektroden 350 und 360 für die herzustellenden Kondensatoren. Die resultierende Struktur ist in der 8 gezeigt.
Nachfolgend werden die beiden innenliegenden Elektroden 350 und 360 mit einer weiteren dielektrischen Isolationsschicht 370 (identisches Material wie für die Schicht 330) beschichtet, so dass die innenliegenden Elektroden 350 und 360 vollständig nach außen isoliert werden. Der Innenbereich der innenliegenden Elektroden 350 und 360 wird nachfolgend mit Silizium 380 gefüllt, so dass die in 9 dargestellte Gesamtstruktur entsteht.
In einem nachfolgenden Schritt wird die noch übrig gebliebene Silizium-Nitrid-Schicht 300 fast vollständig entfernt, es verbleiben lediglich Restbereiche 390, so dass durch Abscheiden einer Silizium-Deckschicht 400 das im Innenbereich der beiden becherförmigen Elektroden 350 bzw. 360 liegende Silizium 380 mit der verbliebenen außenliegenden Silizium-Hilfsschicht 260 verbunden werden kann. Es entstehen somit zwei Kondensatoren 410 und 420, deren äußere Elektroden miteinander elektrisch verbunden sind und die jeweils separate Kondensatoranschlusspads 230 und 240 aufweisen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun nachfolgend anhand der 11 bis 14 erläutert.
Ausgehend von der im Zusammenhang mit der 7 bereits erläuterten Struktur werden die beiden Ausnehmungen 310 und 320 zunächst mit der Isolationsschicht 330 „ausgekleidet", die im Bereich der beiden Anschlusspads 230 und 240 zwecks späterer Kontaktierung geöffnet wird. Anschließend wird eine Silizium-Schicht 440 aufgebracht, die jeweils innenliegende, becherförmige Elektroden 450 der Kondensatoren bilden wird. Die becherförmigen Elektroden 450 werden mit einer weiteren Isolationsschicht 460 im Becherinnenbereich isoliert, und es wird nachfolgend eine Titan-Nitrid-Elektrodenschicht 470 aufgebracht. Es entsteht damit die in der 11 dargestellte Schichtenfolge.
Anschließend wird der Becherinnenbereich mit Silizium 480 gefüllt und mit einer Siliziumdioxid-Kappe 490 verschlossen. Die resultierende Struktur wird einem CMP (CMP: Chemical Mechanical Polishing)-Schritt unterworfen, so dass sich die in der 12 dargestellte Schichtenfolge ergibt.
Im Folgenden wird die Silizium-Hilfsschicht 260 im Becheraußenbereich 500 vollständig entfernt, so dass die äußere Isolationsschicht 330 außen freigelegt wird. Es entstehen freistehende säulenartige Elektrodenbecher, die durch die innere Siliziumfüllung 480 mechanisch stabilisiert werden. Im Unterschied zu dem Verfahren gemäß den 1 bis 4 stehen die Elektrodenbecher also mechanisch nicht ungeschützt frei herum, denn sie werden mit einer inneren mechanischen Stütze in Form der Siliziumfüllung abgestützt.
Auf die Isolationsschicht 330 wird nachfolgend eine äußere Titan-Nitrid-Elektrodenschicht 510 aufgebracht, die eine an der Becheraußenwand angeordnete außenliegende Elektrode bildet.
Nachfolgend wird auf die äußere Titan-Nitrid-Elektrodenschicht 510 Silizium 520 abgeschieden, so dass die in der 13 dargestellte Schichtenfolge entsteht. In einem nachfolgenden CMP-Polierschritt wird das obere Schichtmaterial abgetragen, so dass insbesondere die Siliziumdioxid-Kappen 490 verschwinden und den Becherinnenbereich jeweils freigeben. Durch Abscheiden einer Deckschicht 430 aus vorzugsweise hochdotiertem Silizium lassen sich dann die äußere Titan-Nitrid-Elektrode 510 sowie die innenliegende Titan-Nitrid-Elektrodenschicht 470 elektrisch verbinden. Die Titan-Nitrid-Elektrodenschicht 470 sowie die äußere Titan-Nitrid-Elektrodenschicht 510 bilden somit eine außenliegende Elektrode der beiden Kondensatoren 410 und 420 und gleichzeitig die Becherinnenwand und die Becheraußenwand der becherförmigen Elektrodenstruktur. Die beiden Titan-Nitrid-Schichten 470 und 510 schließen dabei die innere Elektrode 450 der beiden Kondensatoren 410 und 420, die durch die Siliziumschicht 440 gebildet ist, vollständig ein.
Die resultierende Struktur ist in der 14 gezeigt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Zusammenhang mit den 15 bis 19 erläutert. Ausgegangen wird dabei von der im Zusammenhang mit der 7 dargestellten Struktur. Die beiden Ausnehmungen 310 und 320 werden jeweils mit einer Isolationsschicht 330 ausgekleidet, die unten zu Kontaktierungszwecken geöffnet wird. Anschließend wird eine Siliziumschicht 540 abgeschieden.
Die Siliziumschicht 540 wird oberhalb und seitlich von der Hartmaskenschicht 300 durch eine Plasmaätzung mit großem RIE-Lag entfernt, d. h. durch eine Ätzung, die innerhalb von tiefen Strukturen langsamer als auf der Oberfläche ätzt bzw. dort gar keinen Abtrag erzielt. Die Siliziumschicht 540 wird eine innere Elektrode der herzustellenden becherförmigen Elektrodenstruktur bilden, wie nachfolgend deutlich werden wird.
Die Innenbereiche der beiden Ausnehmungen 310 und 320 werden nachfolgend mit Siliziumdioxid 550 vollständig aufgefüllt; es bildet sich die in der 15 dargestellte Struktur.
Anschließend wird sowohl die Silizium-Nitrid-Maskenschicht 300 als auch der Becheraußenbereich 500 der Hilfsschicht 260 weggeätzt, so dass lediglich die Isolationsschicht 330, die innenliegende Siliziumelektrode 540 sowie die Siliziumdioxidfüllung 550 übrig bleiben. Die sich ergebende säulenartige Struktur zeigt die 16. Aufgrund der Siliziumdioxidfüllung 550 ist diese säulenartige Struktur sehr stabil, insbesondere deutlich stabiler als die freistehende Elektrodenstruktur gemäß der 3, so dass eine Beschädigung der E lektrodenstruktur bei der weiteren Bearbeitung relativ unwahrscheinlich ist.
Anschließend wird auf die äußere Isolationsschicht 330 eine außenliegende Elektrode in Form einer Titan-Nitrid-Schicht 560 aufgebracht. Anschließend wird Silizium 570 abgeschieden, und es wird durch einen CMP-Schritt das Silizium auf der Oberfläche der Siliziumdioxidfüllung 550 entfernt. Es ergibt sich die Struktur gemäß 17.
Nachfolgend wird der Becherinnenbereich vom Siliziumdioxid 550 befreit, so dass die innenliegende Siliziumelektrode 540 freigelegt wird. Auf diese wird eine weitere Isolationsschicht 580 aufgetragen. Nachfolgend wird der Becherinnenbereich mit Silizium 590 gefüllt. 18 zeigt die resultierende Struktur.
Die Struktur gemäß 18 wird einem CMP-Schritt unterworfen, so dass der Becherinnenbereich und der Becheraußenbereich der Elektrodenstrukturen jedes der beiden Kondensatoren 410 und 420 freigelegt wird. Durch Abscheiden einer leitenden Deckschicht 600 lassen sich dann nachfolgend die die Becherinnenwand der Elektrodenstruktur bildende Elektrode 580 sowie die die Becheraußenwand der Elektrodenstruktur bildende Elektrode 560 miteinander verbinden. Die innenliegende Siliziumelektrode 540 wird von diesen beiden eingeschlossen.
Damit bilden sich dann die in der 19 dargestellten Kondensatoren 410 und 420, bei denen die außenliegende Elektrode sowohl die Becherinnenwand als auch die Becheraußenwand bildet und bei denen diese die innenliegende Elektrode jeweils vollständig einschließt.
Bei dem im Zusammenhang mit den 1 bis 4 beschriebenen Verfahren kann anstelle einer Hilfsschicht bestehend aus Silizium-Germanium auch eine Hilfsschicht aus Silizium verwen det werden.
Anhand der 20 bis 23 wird nachfolgend ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Ausgehend von der Struktur gemäß der 6 wird die Silizium-Hilfsschicht 260 bis zur Silizium-Nitrid-Stoppschicht 255 geätzt. Die dabei entstehenden Ausnehmungen 800 und 810 werden anschließend mit einer Titan-Nitrid-Schicht 820 ausgekleidet, die eine Becheraußenwand einer außenliegenden Elektrode der späteren Kondensatoren bilden wird. Nach dem Abscheiden der Titan-Nitrid-Schicht 820 wird diese anisotrop geätzt, so dass deren an die Siliziumnitrid-Stoppschicht 255 angrenzender Bodenbereich entfernt wird.
Außerdem werden von dem Maskenschichtpaket 270 die Silizium-Deckschicht 280 sowie die USG-Schicht 290 entfernt, es verbleibt von dem Maskenschichtpaket 270 somit nur die Silizium-Nitrid-Schicht 300. Es entsteht damit die in der 20 dargestellte Schichtenfolge mit den beiden Ausnehmungen 800 und 810.
Anschließend wird die Silizium-Nitrid-Stoppschicht 255 im Bereich der beiden Kondensatoranschlusspads 830 und 840 geöffnet, und es wird eine dielektrische Schicht 850 mit einer hohen Dielektrizitätszahl (High-k-dielectric) aufgebracht. Auch diese Schicht 850 wird anisotrop geätzt, um die beiden Kondensatoranschlusspads 830 und 840 freizulegen.
Nachfolgend wird eine Siliziumschicht 860 oder Metallschicht abgeschieden, die eine innenliegende Elektrode der späteren Kondensatoren bilden wird. Die resultierende Struktur zeigt die 21.
Die Siliziumschicht 860 wird anschließend mit einer weiteren dielektrischen Schicht 870 mit einer hohen Dielektrizitäts zahl (High-k-dielectric) beschichtet. Auf diese weitere dielektrische Schicht 870 wird nachfolgend eine weitere Titan-Nitrid-Schicht 880 aufgebracht, die eine Becherinnenwand einer außenliegenden Elektrode der späteren Kondensatoren bilden wird (vgl. 22).
Nachfolgend wird die Struktur ganzflächig geätzt, dabei wird u. a. die Silizium-Nitrid-Schicht 300 entfernt. Die resultierende Struktur wird mit dotiertem Silizium beschichtet, wobei der noch „leere" Becherinnenbereich 890 vollständig mit Silizium 900 gefüllt wird. Durch das Silizium 900 werden die beiden Titan-Nitrid-Schichten 820 und 880 und damit die Becherinnenwand der außenliegenden Elektrode und die Becheraußenwand der außenliegenden Elektrode elektrisch verbunden. Von der außenliegenden Elektrode wird die Siliziumschicht 860 als innenliegende Elektrode umschlossen.
Es entstehen damit die in der 23 gezeigten Kondensatoren 910 und 920 mit becherförmigen Elektroden. Das die beiden Kondensatoren 910 und 920 umgebene Silizium 930 der Silizium-Hilfsschicht 260 wird im Rahmen eines Ätzschrittes im übrigen unter Verwendung einer Ätzmaske entfernt; die Elektrodenstruktur wird durch die Siliziumfüllung 900 im Becherinneren 890 abgestützt bleiben.
Die im Zusammenhang mit den 5 bis 19 sowie 20 bis 23 erläuterten Verfahren können im übrigen auch mithilfe einer SiGe-Hilfsschicht bzw. SiGe-Opferschicht beispielsweise unter Verwendung wasserstoffperoxidhaltiger Ätzmittel durchgeführt werden.
Bezüglich der Verarbeitung von Silizium-Germanium-Material sei außerdem auf die Literatur verwiesen, beispielhaft seien folgende Schriften genannt:

1. „Formation of polycrystalline silicon germanium/HfO₂ gate stack structure using inductively coupled plasma etching" (Jinghao Chen, Kian Ming Tan, Nan Wu, Won Jong Yoo and Daniel SH Chan); J. Vac. Sci. Technol. A 21(4), Jul/Aug 2003, Seiten 1210–1217)
2. "Interactive effects in the reactive ion etching of SiGe alloys" (G. S. Oehrlein, Y. Zhang, G. M. W. Kroesen, E. de Frésart, and T. D. Bestwick; Appl. Phys. Lett. 58(20), 20 May 1991, Seiten 2252–2254)
3. „Reactive ion etching of Si_1-xGe_x alloy with hydrogen bromide" (Lin Guo, Kaicheng Li, Daoguang Lio, Yihong Qu, Jing Zhang, Qiang Yi, Shiliu Xu; Journal of Crystal Growth 227–228 (2001), Seiten 801–804)
4. "Selective Dry Etching of Germanium with Respect to Silicon and Vice Versa" G. S. Oehrlein, T. D. Bestwick, P. L. Jones, M. A. Jaso, and J. L. Lindström; Electrochem. Soc., Vol. 138, No. 5, May 1991, Seiten 1443–1452)

10: Substrat
20: Isolationsschicht
30: Anschlusspad
40: Silizium-Germanium-Hilfsschicht
50: Hartmaskenschicht
60: Ausnehmung
70: Elektrodenschicht
80: Elektrodenbecher
90: dielektrische Schicht
100: weitere Elektrodenschicht
110: Becherinnenwand
120: Becheraußenwand
130: Kondensator
140: Kondensator
200: Substrat
210: Silizium-Basisschicht
220: Silizium-Nitrid-Trennschicht
230: Kondensatoranschlusspad
240: Kondensatoranschlusspad
250: Isolationsschicht
255: Silizium-Nitrid-Stoppschicht
260: Hilfsschicht
270: Maskenschichtpaket
280: Siliziumdeckschicht
290: USG-Schicht
300: Silizium-Nitrid-Schicht
310: Ausnehmung
320: Ausnehmung
330: Isolationsschicht
340: Titan-Nitrid-Elektrodenschicht
350: innenliegende Elektrode
360: innenliegende Elektrode
370: weitere Isolationsschicht
380: Silizium
390: Restbereiche der Silizium-Nitrid-Maske
400: Deckschicht
410: Kondensator
420: Kondensator
440: Silizium
450: innenliegende Elektrode
460: weitere Isolationsschicht
470: Titan-Nitrid-Elektrodenschicht
480: Silizium
490: SiO₂-Kappen
500: Becheraußenbereich
510: äußere Titan-Nitrid-Elektrode
520: Silizium
530: Deckschicht
540: Siliziumschicht
550: Siliziumdioxid
560: außenliegende Elektrode
570: Silizium
580: Isolationsschicht
590: Silizium
600: Deckschicht
800: Ausnehmung
810: Ausnehmung
820: Titan-Nitrid-Schicht
830: Kondensatoranschlusspad
840: Kondensatoranschlusspad
850: dielektrische Schicht
860: Siliziumschicht
870: weitere dielektrische Schicht
880: weitere Titan-Nitrid-Schicht
910: Kondensator
920: Kondensator
930: Silizium

Claims

Verfahren zum Herstellen eines eine becherförmige Elektrodenstruktur aufweisenden Kondensators (410, 420, 910, 920), bei dem – auf ein Substrat (200) eine Hilfsschicht (260) aufgebracht wird, – eine die Form der Elektrodenstruktur bestimmende Ausnehmung (310, 320, 800, 810) in die Hilfsschicht (260) geätzt und in der Ausnehmung die becherförmige Elektrodenstruktur des Kondensators gebildet wird, wobei – während der Herstellung der Elektrodenstruktur zu jedem Prozesszeitpunkt eine mechanische Abstützung der bis zum jeweiligen Prozesszeitpunkt hergestellten Struktur vorgesehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die im Becheraußenbereich (500) der becherförmigen Elektrodenstruktur vorhandene Hilfsschicht (260) während des Herstellungsverfahrens entfernt wird, wobei vor dem Entfernen der Hilfsschicht der Becherinnenbereich der becherförmigen Elektrodenstruktur mit einer mechanisch stützenden Füllung (550) gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine becherförmige Elektrodenstruktur mit einer Becherinnenwand und einer Becheraußenwand hergestellt wird, wobei eine Innenelektrode (350, 360) des Kondensators die Becherinnenwand und eine von der Innenelektrode durch eine Isolatorschicht getrennte Außenelektrode die Becheraußenwand der becherförmigen Elektrodenstruktur bildet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Innenelektrode (350, 360) die Elektrodenstruktur mit der Hilfsschicht (260) abgestützt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine becherförmige Elektrodenstruktur mit einer Becherinnenwand und einer Becheraußenwand hergestellt wird, wobei eine außenliegende Elektrode sowohl die Becherinnenwand als auch die Becheraußenwand bildet und eine innenliegende Elektrode vollständig einschließt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der die Becherinnenwand bildende Teil (880) der außenliegenden Elektrode und der die Becheraußenwand bildende Teil (820) der außenliegenden Elektrode in unterschiedlichen Prozessschritten hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des die Becherinnenwand bildenden Teils der außenliegenden Elektrode und/oder bei der Herstellung der innenliegenden Elektrode die Struktur durch die Hilfsschicht (260) abgestützt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des die Becheraußenwand bildenden Teils (560) der außenliegenden Elektrode die Struktur durch die Füllung (550) im Becherinneren abgestützt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsschicht (260) eine Halbleiterschicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleiterschicht eine siliziumhaltige Schicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleiterschicht eine Silizium-Schicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als siliziumhaltige Schicht eine SiGe-Schicht verwendet wird.