DE10208774B4

DE10208774B4 - Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle

Info

Publication number: DE10208774B4
Application number: DE10208774A
Authority: DE
Inventors: Arkalgud Sitaram
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: US6833302B2; US20030162352A1; DE10208774A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle, insbesondere einer DRAM-Speicherzelle, mit einem Transistor und einem Grabenkondensator, die über einen vergrabenen Strap-Kontakt miteinander verbunden sind, umfassend die folgenden Schritte:
a) ein Grabenkondensator, der mit einem ersten dotierten Füllmaterial gefüllt ist, wird erzeugt;
b) mindestens eine Diffusionsbarriere über einer oberen Oberfläche des ersten Füllmaterials wird erzeugt;
c) ein zweites Füllmaterial wird über der mindestens einen Diffusionsbarriere zur Bildung einer Brücke als Teil des vergrabenen Strap-Kontakts aufgebracht;
d) ein Transistor mit einer Gateelektrode und Source/Drain-Gebieten wird erzeugt;
e) ein RTP-Schritt zum Aufbrechen der mindestens einen Diffusionsbarriere wird durchgeführt; und
f) eine Wärmebehandlung wird durch geführt, um ein Diffusionsgebiet als Teil des vergrabenen Strap-Kontakts zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle mit einem Transistor und einem Grabenkondensator, die über einen vergrabenen Strap-Kontakt miteinander verbunden sind. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer DRAM-Speicherzelle mit einem Transistor und einem Grabenkondensator, die über einen vergrabenen Strap-Kontakt miteinander verbunden sind.
Speicherzellen mit Grabenkondensatoren werden in integrierten Schaltungen (ICs), wie beispielsweise Speichern mit wahlfreiem Zugriff (RAMs), dynamischen RAMs (DRAMs), synchronen DRAMs (SDRAMs), statischen RAMs (SRAMs) und Nur-Lese-Speichern (ROMs) eingesetzt. Die ICs verwenden Kondensatoren typischerweise zum Zwecke der Ladungsspeicherung. So wird beispielsweise in dynamischen Schreib-/Lesespeichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAMs) der Ladungszustand des Kondensators zur Repräsentation eines Datenbits genutzt.
Eine DRAM-Speicherzelle umfaßt darüber hinaus noch einen sogenannten Auswahltransistor, der mit dem Kondensator elektrisch leitend verbunden ist. Der Auswahltransistor ist typischerweise ein MOS-Transistor, d.h. er weist ein Source- und ein Draingebiet auf, die durch ein Kanalgebiet voneinander getrennt sind. Über dem Kanalgebiet ist eine Gateelektrode angeordnet, über die der Stromfluß im Kanal gesteuert werden kann. Zur Ansteuerung der Speicherzelle ist eines der Source-/Draingebiete (S/D-Gebiete) mit der Bitleitung und die Gateelektrode mit der Wortleitung des Speichers verbunden. Das andere S/D-Gebiet ist mit dem Kondensator verbunden.
Das fortlaufende Bestreben nach Verkleinerung der Speichervorrichtungen fördert den Entwurf von DRAMs mit größerer Dichte und kleinerer charakteristischer Größe, d.h. kleinerer Speicherzellenfläche. Dies könnte durch den Einsatz kleinerer Komponenten, also auch kleinerer Kondensatoren ermöglicht werden. Allerdings wird durch eine Verkleinerung der Kondensatoren auch deren Speicherkapazität erniedrigt, was sich negativ auf die Funktion der Speicherzelle auswirkt: Zum einen kann die erforderliche Zuverlässigkeit beim Auslesen des gespeicherten Wertes nicht mehr garantiert werden, zum anderen muß bei DRAMs die Auffrischfrequenz erhöht werden.

Eine Lösung dieses Problems bietet der Grabenkondensator, bei dem die Kondensatorfläche vertikal in einem Graben im Substrat angeordnet ist. Diese Anordnung erlaubt eine relativ große Kondensatorfläche, d.h. eine ausreichend große Kapazität, bei gleichzeitig geringem Oberflächenbedarf. Zur Herstellung eines Grabenkondensators wird zuerst ein Graben in ein Substrat geätzt. Zur Bildung der ersten Kondensatorelektrode wird dann beispielsweise ein Dotierstoff in das die Grabenwand umgebende Substratmaterial eingebracht. Die Grabenwand wird dann mit einem Dielektrikum ausgekleidet, wobei als Dielektrikum beispielsweise ONO verwendet werden kann. Anschließend wird der Graben mit einem elektrisch leitenden Füllmaterial aufgefüllt. Dieses Füllmaterial bildet die zweite Kondensatorelektrode. Vorzugsweise ist in einem oberen Bereich des Grabenisolators ein Isolatorkragen ("collar") ausgebildet, der einen Leckstrom zur ersten Elektrode hin verhindert. Verfahren zur Herstellung von Grabenkondensatoren sind beispielsweise in EP 0 491 976 B1 und EP 0 971 414 A1 beschrieben.

Zur Herstellung einer Speicherzelle muß der Kondensator schließlich noch mit einem S/D-Gebiet des Transistors verbunden werden, was beispielsweise über einen Strap-Kontakt ge schehen kann. Der Strap-Kontakt wird typischerweise als vergrabener Strap-Kontakt ("buried strap") ausgebildet, d.h. der Kontakt wird unter der oberen Substratoberfläche hergestellt, da diesen Anordnung den Vorteil hat, daß sie weniger Fläche beansprucht als ein an der Oberfläche liegender Strap-Kontakt. Somit erleichtert ein vergrabener Strap-Kontakt eine Verkleinerung der Speicherzelle.

Bei der Herstellung eines solchen vergrabenen Strap-Kontakts wird auf dem Füllmaterial der zweiten Elektrode im Graben eine Brücke erzeugt, die typischerweise aus Polysilizium besteht und einen Teil des Strap-Kontakts darstellt. In dem an die Brücke angrenzenden Bereich des einkristallinen Siliziums wird ein dotierter Diffusionsbereich ausgebildet, der sich bis zu einem S/D-Gebiet des Transistors erstreckt. Zusammen formen der Diffusionsbereich und die Brücke den Strap-Kontakt, der eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der zweiten Kondensatorelektrode und dem S/D-Gebiet des Transistors herstellt. Verfahren zur Herstellung solcher vergrabener Strap-Kontakte sind beispielsweise in EP 0 939 430 A2 , EP 0 939 435 A1 und EP 0 971 414 A1 beschrieben.

Wie oben erwähnt, wird typischerweise für das elektrisch leitende Füllmaterial hochdotiertes Polysilizium verwendet. Als Dotierstoff eignet sich beispielsweise As, das in einer Konzentration von 10¹⁹ bis 10²⁰ cm^–3 in das Polysilizium eingebracht ist. Wie in 3 durch Pfeile angedeutet, diffundiert dieser Dotierstoff aus dem Füllmaterial 3 in das Polysilizium der Brücke 6 und den Diffusionsbereich 12, d.h. das daran angrenzende monokristalline Silizium des Substrats 1, und stellt so die für den elektrischen Kontakt erforderliche Leitfähigkeit im Bereich zwischen dem Kondensator und dem Transistor her. Dabei ist die Dotierstoffkonzentration eine kritische Größe: Einerseits erhöht eine zu schwache Dotierung den Widerstand des Diffusionsbereichs, was die Leistungsfähigkeit der Speicherzelle negativ beeinflußt; andererseits führt eine zu starke Dotierung zu exzessiver Ausdiffusion in den Diffusionsbereich und zu einem möglichen Kurzschließen der beiden S/D-Gebiete des Transistors.

Soll nun der Transistor verkleinert werden, um den Platzbedarf der Speicherzellen zu vermindern, so wird zwangsläufig auch das Kanalgebiet des Transistors verkleinert. Um ein Kurzschließen der S/D-Gebiete in diesem Fall zu verhindern, müßte daher entweder die Dotierstoffkonzentration im Füllmaterial der zweiten Kondensatorelektrode herabgesetzt werden oder aber der zulässige Temperaturbereich nachfolgender Prozeßschritte soweit eingeschränkt werden, daß die Ausdiffusion von Dotierstoff aus dem Füllmaterial hinreichend eingeschränkt wird.

Die Herabsetzung der Dotierstoffkonzentration birgt aber, wie oben beschrieben, die Gefahr eines zu hohen Kontaktwiderstands des Kondensators. Die Begrenzung des zulässigen Temperaturbereichs für nachfolgende Prozeßschritte schränkt jedoch die Freiheit bei der Prozeßgestaltung erheblich ein, was ebenfalls unerwünscht ist.

Aus der nachveröffentlichten DE 100 45 694 A1 ist bekannt, zur Begrenzung der Diffusion von Dotierstoffen aus dem leitenden Füllmaterial eine Diffusionbarriere vorzusehen. Diffusionsbarrieren sind auch aus der DE 199 11 149 C1 bekannt. Dort dienen sie jedoch zur Diffusionsbegrenzung von Metallen, um die Ausbildung von Metallsiliziden zu vermindern. Diffusionsbarrieren sind auch aus der US 6,344,390 bekannt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle anzugeben, das die genannten Schwierigkeiten mindert bzw. ganz vermeidet.

Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren anzugeben, das den zulässigen Bereich von Prozeßtemperaturen von der Dotierstoffkonzentration im Elektrodenmaterial entkoppelt. Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Herstellungsverfahren anzugeben, das sich leicht in einen bestehenden Fertigungsprozeß einfügen läßt. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Herstellungsverfahren anzugeben, das eine Verkleinerung eines Speicherzellentransistors zuläßt, ohne die Leistung der Speicherzelle negativ zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen angegeben.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle, insbesondere einer DRAM-Speicherzelle, bereitgestellt, die einen Transistor und einen Grabenkondensator aufweist, die über einen vergrabenen Strap-Kontakt miteinander verbunden sind. Dabei weist das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte auf:

a) ein Grabenkondensator, der mit einem ersten dotierten Füllmaterial gefüllt ist, wird erzeugt;
b) mindestens eine Diffusionsbarriere über einer oberen Oberfläche des ersten Füllmaterials wird erzeugt;
c) ein zweites Füllmaterial wird über der mindestens einen Diffusionsbarriere zur Bildung einer Brücke als Teil des vergrabenen Strap-Kontakts aufgebracht;
d) ein Transistor mit einer Gateelektrode und Source/Drain-Gebieten wird erzeugt;
e) ein RTP-Schritt zum Aufbrechen der mindestens einen Diffusionsbarriere wird durchgeführt; und
f) zumindest eine Wärmebehandlung wird durch geführt, um ein Diffusionsgebiet als Teil des vergrabenen Strap-Kontakts zu erzeugen.

Durch das Aufbringen mindestens einer Diffusionsbarriere auf einer oberen Oberfläche des ersten Füllmaterials wird eine unerwünschte Ausdiffusion von Dotierstoff aus dem ersten Füllmaterial verhindert. Bei intakter Diffusionsbarriere kann also höchstens ein ggf. im zweiten Füllmaterial vorhandener Dotierstoff in angrenzende Bereiche ausdiffundieren. Die Ausdiffusion von Dotierstoff aus dem ersten Füllmaterial kann jedoch gezielt durch Aufbrechen der Diffusionsbarriere mittels einer Wärmebehandlung in Gang gesetzt werden. Durch die Möglichkeit, die Diffusion des Dotierstoffs bis zu einem geeigneten Prozeßpunkt zurückzuhalten, kann eine exzessive Ausdiffusion in einen Kontaktbereich mit einem Transistor vermieden werden. Ein Kurzschließen der S/D-Gebiete des Transistors wird somit verhindert, ohne daß die Dotierstoffkonzentration im Elektrodenmaterial des Kondensators herabgesetzt werden müßte.

Auch wird eine Entkoppelung des Diffusionsprozesses vom zulässigen Temperaturbereich nachfolgender thermischer Prozeßschritte insoweit erreicht, als bei noch intakter Diffusionsbarriere Prozeßtemperaturen eingestellt werden können, die ohne die Diffusionsbarriere zu einer starken Diffusion des Dotierstoffs mit den oben beschriebenen nachteiligen Folgen geführt hätten.

Die Schritte a) bis f) des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Ist das zweite Füllmaterial ausreichend hoch dotiert so kann beispielsweise Schritt f auch bereits vor Schritt e) ausgeführt werden und zumindest ein wesentlicher Teil des Diffusionsgebiets erzeugt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung steht RTP für Rapid Thermal Processing, d.h. ein schnelles, kurzzeitiges Erhitzen des Werkstücks auf eine hohe Temperatur. Solch ein RTP-Schritt läßt sich problemlos an fast beliebiger Stelle in einen bestehenden Prozeßablauf integrieren.

Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung umfaßt der RTP-Schritt ein Erhitzen auf eine Temperatur zwischen ungefähr 1000°C und ungefähr 1100°C. Dabei beträgt die Zeitdauer bevorzugt zwischen 5s und 60s. Vorzugsweise beträgt die Zeitdauer zwischen 5s und 30s.

Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird die Diffusionsbarriere durch eine dünne Oxidschicht, vorzugsweise Siliziumoxid, gebildet.

Durch die Ausbildung der Diffusionsbarriere als Oxidschicht, insbesondere als Siliziumoxidschicht, kann der Verfahrensschritt b) mittels eines einfachen Oxidationsschritts in einen bereits bestehenden Prozeß integriert werden. Siliziumoxid stellt dabei ein Material für die Diffusionsbarriere dar, das bei den meisten Herstellungsprozessen ohne größeren Aufwand über der oberen Oberfläche des ersten Füllmaterials ausgebildet werden kann.

Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist die Oxidschicht dünn genug, um in einem nachfolgenden RTP-Schritt aufgebrochen zu werden. Gemäß noch eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke der Oxidschicht weniger als 10 nm.

Die Zerstörbarkeit der Diffusionsbarriere durch einen RTP-Schritt wird insbesondere dadurch sichergestellt, daß die Diffusionsbarriere hinreichend dünn ist, um durch den RTP-Schritt aufgebrochen zu werden. Durch die entsprechende Einstellung der Schichtdicke eröffnet sich eine einfache Möglichkeit der Steuerung, unter welchen Prozeßbedingungen die Diffusionsbarriere aufgebrochen wird. Insbesondere dünne Oxidschichten unter 10 nm Dicke können durch RTP-Schritte leicht aufgebrochen werden, wobei sich an der Grenzfläche beispielsweise Oxidbällchen ausbilden können.

Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird der RTP-Schritt zum Aufbrechen der Diffusionsbarriere so im Gesamtherstellungsprozeß einer integrierten Schaltung angeordnet, daß der zulässige Temperaturbereich von nach dem RTP-Schritt erfolgenden thermischen Prozessen ausreicht, um eine hinreichende Diffusion von Dotierstoff aus dem ersten Füllmaterial in einen Kontaktbereich mit einem Transistor zu bewirken.

Wie vorher beschrieben, kann während des Bestehens der Diffusionsbarriere keine unerwünschte Ausdiffusion von Dotierstoff aus dem Elektrodenmaterial stattfinden. Insbesondere können bei intakter Diffusionsbarriere also Prozeßtemperaturen eingestellt werden, die ansonsten zu einer zu starken Ausdiffusion und den entsprechenden negativen Folgen führen würden. Es ist daher vorteilhaft, den RTP-Schritt, der die Diffusionsbarriere beseitigt und ein Einsetzen der Ausdiffusion von Dotierstoff erlaubt, so im Gesamtprozeß anzuordnen, daß durch den Temperaturbereich nachfolgender Prozeßschritte zwar eine hinreichende Diffusion von Dotierstoff in den Kontaktbereich zwischen Kondensator und Transistor stattfindet, gleichzeitig aber eine übermäßige Diffusion, die zu einem Kurzschließen von Source und Drain führen würde, vermieden wird. Insbesondere ist es daher vorteilhaft, den RTP-Schritt erst dann auszuführen, wenn die noch auszuführenden Prozeßschritte keine allzu hohen Temperaturen mehr erfordern.

Gemäß eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird als erstes Füllmaterial Polysilizium verwendet, da dieses Material bekannt gute Eigenschaften, etwa bei der Auffüllung des Grabens, aufweist.

Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist das erste Füllmaterial hoch dotiert, um so zum einen ein hinreichendes Dotierstoffreservoir für die nachfolgende Ausdiffusion bereitzustellen und zu anderen einen hinreichend kleinen Widerstand der Kondensatorelektrode sicherzustellen.

Gemäß noch eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird als Dotierstoff für das erste Füllmaterial As oder P verwendet.

Diese Materialien sind üblich bei der Herstellung von n⁺-dotierten Polysiliziumbereichen. Allerdings kann auch eine p⁺-dotierte zweite Elektrode erzeugt werden, wobei dann beispielsweise B als Dotierstoff verwendet wird. Die Dotierstoffkonzentration beträgt typischerweise sowohl für Ladungsträger vom p- wie auch vom n-Typ etwa 10¹⁹ bis 10²⁰ cm^–3.

Gemäß noch eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird als zweites Füllmaterial Polysilizium verwendet.

Gemäß eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung weist das zweite Füllmaterial eine geringere Dotierstoffkonzentration als das erste Füllmaterial auf. Insbesondere ist gemäß noch eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung das zweite Füllmaterial undotiert.

Dadurch, daß das zweite Füllmaterial eine geringere Dotierstoffkonzentration als das erste Füllmaterial aufweist, insbesondere wenn es undotiert ist, kann ein weiterer Spielraum für nachfolgende thermische Prozeßschritte eröffnet werden: Da die Diffusionsgeschwindigkeit des Dotierstoffs mit höherer Temperatur zunimmt, kann durch eine geeignet gewählte, geringere Dotierstoffkonzentration des zweiten Füllmaterials sichergestellt werden, daß sich durch die dem RTP-Schritt nachfolgenden thermischen Prozesse die gewünschte Konzentration von Dotierstoffen im Kontaktbereich einstellt.

Sind nach dem Öffnen der Diffusionsbarriere beispielsweise Hochtemperaturprozesse, die eine starke Ausdiffusion bewirken, vorgesehen, so kann durch eine nur geringe Dotierstoffkonzentration im zweiten Füllmaterial trotzdem eine zu starke Diffusion in den Transistorbereich verhindert werden. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, das zweite Füllmaterial gänzlich undotiert zu belassen.

Im folgenden wird nun eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:

1 eine DRAM-Speicherzelle, die einen gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;

2A einen Ausschnitt aus der in 1 gezeigten Speicherzelle in einem ersten Stadium des Herstellungsverfahrens;

2B den Ausschnitt aus 2A in einem zweiten Stadium des Herstellungsverfahrens;

3 den Ausschnitt aus 2A bei einem im Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren.

1 zeigt schematisch den Aufbau einer DRAM-Speicherzelle mit einem Grabenkondensator, wie sie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung herstellbar ist.
In einem Substrat 1 ist ein Graben ausgebildet, wobei in einem unteren Bereich des Grabens im angrenzenden Substrat eine erste Elektrode 2 ausgebildet ist. Eine zweite Elektrode 3 aus einem ersten Füllmaterial, die von der ersten Elektrode 2 durch das Kondensatordielektrikum 4 getrennt ist, ist innerhalb des Grabens ausgebildet. Die erste Elektrode 2 wird dabei durch Einbringen von Dotierstoff in einen an die Grabenwand angrenzenden Bereich des Substrats 1 erzeugt. Anschließend wird auf die Grabenwand ein Dielektrikum, z.B. ONO, abgeschieden, wobei hier Materialien mit großer Dielektrizitätskonstante bevorzugt sind. Schließlich wird das erste Füllmaterial abgeschieden und der Graben damit aufgefüllt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Füllmaterial Polysilizium, das mit Arsen in ein Konzentration von 10²⁰ cm^–3 dotiert ist .
In einem oberen Bereich des Kondensators ist ein Isolatorkragen 5 ausgebildet, der beispielsweise aus einer thermischen Oxidschicht und einer darauf aufgebrachten TEOS-Schicht aufgebaut sein kann. Der Isolatorkragen verhindert oder reduziert zumindest das Auftreten von Leckströmen von einem Kontaktbereich des Kondensators zur ersten Elektrode 2. Weiterhin ist eine Grabenisolation 13 (STI) von beispielsweise 0,25 μm Tiefe ausgebildet, die die dargestellte Speicherzelle von benachbarten Zellen isoliert. Wie gezeigt, überlappt die Grabenisolation 13 einen Bereich des Grabens und läßt einen übrigen Bereich offen, so daß ein Stromfluß durch diesen übrigen Bereich möglich ist. Oberhalb der zweiten Elektrode 3 ist eine Brücke 6 angeordnet, die direkt an einen durch Diffusion ausgebildeten Kontaktbereich 12 angrenzt. Die Brücke 6 und der Diffusionsbereich 12 bilden zusammen einen vergrabenen Strap-Kontakt Oberhalb des Diffusionsbereichs 12 ist ein erstes S/D-Gebiet 7 im Substrat ausgebildet. Das erste S/D-Gebiet 7 ist von einem zweiten S/D-Gebiet 8 durch ein Kanalgebiet 9 beabstandet. Oberhalb des Kanalgebiets 9 ist eine Gateelektrode 10 des Transistors angeordnet, die vom Kanalgebiet durch ein Dielektrikum 11 getrennt ist.
Anhand der 2A und 2B soll nun das Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Dabei wird angenommen, daß der Grabenkondensator bereits soweit erzeugt wurde, daß die erste und die zweite Elektrode 2, 3 sowie das Kondensatordielektrikum 4 vorhanden sind. Auch der Isolatorkragen 5 soll schon erzeugt worden sein.
Wie in 2A gezeigt, wird über einer oberen Oberfläche der zweiten Elektrode, die durch ein erstes Füllmaterial gebildet ist, eine Diffusionsbarriere 14A erzeugt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Diffusionsbarriere aus einer weniger als 1 nm dicken Schicht Siliziumoxid gebildet, die auf einfache Weise durch einen Oxidationsschritt erzeugt wird. Solange die Oxidschicht 14A intakt ist, kann kein Dotierstoff aus dem ersten Füllmaterial 3 in den Bereich der Brücke 6 und des Diffusionsbereichs 12 ausdiffundieren. Lediglich im zweiten Füllmaterial 6 enthaltener Dotierstoff kann in den Diffussionsbereich 12 einwandern, wie durch den Pfeil in 2A angedeutet wird. So wird der Kanalbereich 9 zwischen den S/D-Gebieten 7, 8 des Transistors vor einem Kurzschließen bewahrt. Nach dem Erzeugen der Diffusionsbarriere 14A ausgeführte thermische Prozeßschritte sind damit in bezug auf die verstärkte Ausdiffusion von Dotierstoff aus dem ersten Füllmaterial unschädlich.
In 2B ist die Anordnung der 2A nach einem erfolgten RTP-Schritt gezeigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird bei dem RTP-Schritt für 20 s eine Temperatur von 1050°C eingestellt. Die Diffusionsbarriere 14B ist nun infolge des RTP-Schritts aufgebrochen. Wie durch die Pfeile angedeutet, kann jetzt auch Dotierstoff aus dem ersten Füllmaterial 3 in die Brücke 6 und den Diffusionsbereich 12 diffundieren. Da sich der RTP-Schritt praktisch an jeder beliebigen Stelle im Fertigungsprozeß einschieben läßt, ist so die Möglichkeit eröffnet, das Einsetzen der Diffusion im Hinblick auf dem RTP-Schritt nachfolgende thermische Prozesse zu steuern. Dadurch können eine übermäßige Ausdiffusion von Dotierstoff aus dem ersten Füllmaterial 3 und die damit zusammenhängenden Nachteile vermieden werden. Eine Verkleinerung des Speicherzellentransistors, und insbesondere des Kanalgebiets 9, können somit auch ohne Absenkung der Dotierstoffkonzentration im ersten Füllmaterial durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle, insbesondere einer DRAM-Speicherzelle, mit einem Transistor und einem Grabenkondensator, die über einen vergrabenen Strap-Kontakt miteinander verbunden sind, umfassend die folgenden Schritte: a) ein Grabenkondensator, der mit einem ersten dotierten Füllmaterial gefüllt ist, wird erzeugt; b) mindestens eine Diffusionsbarriere über einer oberen Oberfläche des ersten Füllmaterials wird erzeugt; c) ein zweites Füllmaterial wird über der mindestens einen Diffusionsbarriere zur Bildung einer Brücke als Teil des vergrabenen Strap-Kontakts aufgebracht; d) ein Transistor mit einer Gateelektrode und Source/Drain-Gebieten wird erzeugt; e) ein RTP-Schritt zum Aufbrechen der mindestens einen Diffusionsbarriere wird durchgeführt; und f) eine Wärmebehandlung wird durch geführt, um ein Diffusionsgebiet als Teil des vergrabenen Strap-Kontakts zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der RTP-Schritt ein Erhitzen auf eine Temperatur zwischen ungefähr 1000°C und ungefähr 1100°C beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des RTP-Schritts zwischen 5s und 60s, vorzugsweise zwischen 5s und 30s, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsbarriere durch eine dünne Oxidschicht, vorzugsweise Siliziumoxid, gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Diffusionsbarriere weniger als 10 nm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Füllmaterial Polysilizium verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Füllmaterial hoch dotiert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierstoff für das erste Füllmaterial As oder P verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierstoffkonzentration etwa 10¹⁹ bis 10²⁰ cm^–3 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zweites Füllmaterial Polysilizium verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Füllmaterial eine geringere Dotierstoffkonzentration als das erste Füllmaterial aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Füllmaterial im wesentlichen undotiert ist.