DE19929211B4 - Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors sowie einer DRAM-Zellenanordung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors,
– bei dem ein Substrat (1) mit einem Vorsprung (VO) gebildet wird,
– bei dem im Vorsprung (VO) ein oberes Source/Drain-Gebiet (S/DO), ein Bodygebiet (KA) und ein unteres Source/Drain-Gebiet (S/DU) des MOS-Transistors erzeugt werden, die als Schichten übereinander gestapelt sind,
– bei dem eine erste seitliche Fläche (F1) des Vorsprungs (VO) mit einem Gatedielektrikum (GD) versehen wird,
– bei dem eine Gateelektrode (GA) erzeugt wird, die an das Gatedielektrikum (GD) angrenzt,
– bei dem der Vorsprung (VO) so erzeugt wird, daß die erste seitliche Fläche (F1) des Vorsprungs (VO) einer zweiten seitlichen Fläche (F2) des Vorsprungs (VO) gegenüberliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine leitende Schicht (L) erzeugt und so strukturiert wird, daß sie an die Gateelektrode (GA) und im Bereich des Bodyge biets (KA) an die zweite seitliche Fläche (F2) des Vorsprungs (VO) angrenzt und diese leitend miteinander verbindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors und einer DRAM-Zellenanordnung mit einem solchen MOS-Transistor.
  • MOS-Transistoren werden derzeit meist in einer planaren Siliziumtechnologie realisiert, bei der Source, Kanal und Drain lateral angeordnet sind. Die erreichbaren Kanallängen sind dabei abhängig vom Auflösungsvermögen der verwendeten optischen Lithographie und von Toleranzen bei der Strukturierung und Justierung.
  • MOS-Transistoren werden beispielsweise in DRAM-Zellenanordnungen, das heißt Speicherzellen-Anordnungen mit dynamischem, wahlfreiem Zugriff verwendet. Als Speicherzelle einer DRAM-Zellenanordnung wird derzeit fast ausschließlich eine sogenannte Ein-Transistor-Speicherzelle eingesetzt, die einen MOS-Transistor und einen Kondensator umfaßt. Die Information der Speicherzelle ist in Form einer Ladung auf dem Kondensator gespeichert. Der Kondensator ist mit dem Transistor so verbunden, daß bei Ansteuerung des Transistors über eine Wortleitung die Ladung des Kondensators über eine Bitleitung ausgelesen werden kann.
  • Es wird allgemein angestrebt, eine DRAM-Zellenanordnung zu erzeugen, die eine hohe Packungsdichte aufweist. Dazu ist es vorteilhaft, den MOS-Transistor als vertikalen Transistor, bei dem Source, Kanalbereich und Drain übereinander angeordnet sind, auszugestalten. Ein solcher MOS-Transistor kann einen kleinen Platzbedarf unabhängig von einer Kanallänge aufweisen.
  • Ein solcher MOS-Transistor ist zum Beispiel aus L. Risch et al "Vertical MOS Transistors with 70 nm Channel Lengths", ESSDERC (1995), Proceedings of the European Solid State Device Research Conference (ESSDERC), Gil-Sur-Yette, Frankreich, Seiten 101 bis 104, bekannt. Das untere Source/Drain-Gebiet des MOS-Transistors grenzt an eine Oberfläche eines Substrats an. Auf dem unteren Source-/Drain-Gebiet sind ein Kanalgebiet und ein oberes Source-/Drain-Gebiet angeordnet, die einen Vorsprung des Substrats bilden. Der Vorsprung ist mit einem Gatedielektrikum versehen. Eine Gateelektrode des MOS-Transistors umgibt den Vorsprung seitlich. Nachteilig an einem solchen MOS-Transistor ist insbesondere das vom Substrat isolierte Kanalgebiet, in dem sich Ladungsträger ansammeln und die Einsatzspannung verändern können. Dies führt zu den sogenannten Floating-Body-Effekten.
  • Die Druckschrift US 5,907,170 betrifft einen DRAM mit Open-Bitline-Konzept, wobei eine Speicherzelle einen vertikalen Auswahltransistor und einen Grabenkondensator umfasst. Der Auswahltransistor ist in einem Pillar gebildet, der eine Schichtfolge aus unterem Source/Drain-Gebiet, Bodygebiet und oberen Source/Drain-Gebiet umfasst. An einer Seite des Pillars ist ein Gate angeordnet, welches den Transistor steuert. Auf der gegenüberliegenden Seite ist an dem Bodygebiet ein Bodykontakt angeordnet, der mit einer Body-Leitung verbunden ist. Das Gate ist mit einer Wortleitung verbunden. Die Wortleitung und die Body-Leitung werden nun separat durch das gesamte Zellenfeld geführt und sind mit einem Row-Dekoder verbunden, der die Wortleitung und die Body-Leitung ansteuert.
  • Aus der Druckschrift US 5,559,368 sind MOS-Feldeffekttransistoren bekannt, die mit einer dynamischen Einsatzspannung ausgebildet sind. Hierzu werden der Bodykontakt und das Gate elektrisch miteinander verbunden, so dass sehr niedrige Einsatzspannungen realisiert werden können. Um dies durchzu führen, werden bei dem in der Druckschrift gezeigten planaren Feldeffekttransistoren am Ende der Kanalweite leitende Verbindungen gebildet, die einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Gate und dem Bodygebiet realisieren.
  • Aus S. Assaderaghi et al., "Dynamic Threshold-Voltage MOSFET (DTMOS) for Ultra-Low Voltage VLSI", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 44, No. 3, (1997), 414, ist ein planarer MOS-Transistor bekannt, bei dem das Kanalgebiet elektrisch mit der Gateelektrode des MOS-Transistors verbunden ist. (Mit Kanalgebiet ist hier und im folgenden eigentlich das Body des MOS-Transistors gemeint, d.h. das Halbleitermaterial, das an ein Source/Drain-Gebiet und an den Kanal des Transistors angrenzt und von einem zum Leitfähigkeitstyp des Source/Drain-Gebiet entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp dotiert ist. Es wird also nicht der Kanal selber mit der Gateelektrode elektrisch verbunden.) Die Verbindung hat eine variable Einsatzspannung eines Transistors zur Folge. Generell hängt die Einsatzspannung eines Transistors vom Spannungsunterschied zwischen einem Source-/Drain-Gebiet und dem Kanalgebiet ab. Wird der offenbarte MOS-Transistor nicht angesteuert, was in der Regel bedeutet, daß an der Gateelektrode und wegen der Verbindung auch am Kanalgebiet 0 Volt anliegt, so ist der Spannungsunterschied zwischen dem Source-/Drain-Gebiet und dem Kanalgebiet größer als wenn der MOS-Transistor angesteuert wird, was bedeutet, daß an der Gateelektrode und damit dem Kanalgebiet die Betriebsspannung anliegt. Die Einsatzspannung des MOS-Transistors ist folglich bei Nichtansteuerung größer als bei Ansteuerung. Die große Einsatzspannung bei Nichtansteuerung des MOS-Transistors bewirkt besonders geringe Leckströme. Die kleine Einsatzspannung bei Ansteuerung des MOS-Transistors ermöglicht den Einsatz einer niedrigen Betriebsspannung.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung ein MOS-Transistors anzugeben, der als vertikaler Transistor ausgestaltet ist und bei dem Floating-Body-Effekte vermieden werden. Sowie ein Verfahren zur Herstellung einer DRAM-Zellenanordnung, bei der ein solcher MOS-Transistor eingesetzt wird.
  • Das Problem wird gelöst durch das Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Das Problem wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer DRAM-Zellenanordnung nach den Merkmalen des Patentanspruchs 4.
  • Da das Kanalgebiet elektrisch über die leitende Struktur mit der Gateelektrode verbunden ist, können im Kanalgebiet er zeugte Ladungsträger abfließen. Floating-Body-Effekte werden dadurch vermieden.
  • Der MOS-Transistor weist außerdem eine variable Einsatzspannung auf, was ebenfalls auf die Verbindung des Kanalgebiets mit der Gateelektrode zurückzuführen ist. Wird der MOS-Transistor nicht angesteuert, ist eine Spannungsdifferenz zwischen dem Kanalgebiet und einem der Source-/Drain-Gebiete besonders hoch, so daß der MOS-Transistor eine besonders hohe Einsatzspannung aufweist, was zu weniger Leckströmen führt. Wird der MOS-Transistor angesteuert, so ist eine Spannungsdifferenz zwischen dem Kanalgebiet und dem Source-/Drain-Gebiet kleiner, so daß der MOS-Transistor eine kleinere Einsatzspannung aufweist und mit einer kleinen Betriebsspannung betrieben werden kann.
  • Der Vorsprung kann beispielsweise einen viereckigen horizontalen Querschnitt, das heißt einen zu einer Oberfläche des Substrats parallelen Querschnitt, aufweisen. Der Querschnitt kann beispielsweise rechteckig oder quadratisch sein. Der horizontale Querschnitt kann jedoch auch beliebige andere Formen annehmen. Beispielsweise ist der horizontale Querschnitt eine Ellipse oder ein Kreis. In diesem Fall gehen die erste seitliche Fläche und die zweite seitliche Fläche ohne Kanten ineinander über.
  • Ist der horizontale Querschnitt des Vorsprungs viereckig, so liegt die erste seitliche Fläche des Vorsprungs vorzugsweise der zweiten seitlichen Fläche des Vorsprungs gegenüber, damit die leitende Struktur den Kanal nicht kontaktiert. Die leitende Struktur kann den Vorsprung seitlich umgeben. Um die leitende Struktur von zwei weiteren seitlichen Flächen des Vorsprungs zu trennen, werden die zwei weiteren Flächen, die sich gegenüberliegen, jeweils mit einer Isolation versehen.
  • Damit der MOS-Transistor einen besonders kleinen Platzbedarf aufweist, ist es vorteilhaft, den MOS-Transistor folgendermaßen herzustellen:
    Der Vorsprung wird mit Hilfe einer strukturierten Hilfsschicht, die als Maske dient, erzeugt. Dazu wird das Substrat selektiv zur Hilfsschicht geätzt. Das Gatedielektrikum wird so erzeugt, daß es mindestens an die erste seitliche Fläche des Vorsprungs angrenzt. Vor oder nach Erzeugung des Gatedielektrikums wird isolierendes Material so abgeschieden, daß das isolierende Material an die zwei weiteren seitlichen Flächen des Vorsprungs angrenzt. Es wird leitendes Material so abgeschieden, daß das leitende Material an die mit dem Gatedielektrikum versehene erste seitliche Fläche angrenzt. Für das Verfahren ist es unwesentlich, ob an der zweiten seitlichen Fläche des Vorsprungs isolierendes Material oder leitendes Material angrenzt und ob die zweite seitliche Fläche mit dem Gatedielektrikum versehen wird. Wie weiter unten erläutert, ist es zur Prozeßvereinfachung vorteilhaft, wenn leitendes Material an die mit dem Gatedielektrikum versehene zweite seitliche Fläche des Vorsprungs angrenzt. Anschließend wird ein horizontaler Querschnitt der strukturierten Hilfsschicht von der zweiten seitlichen Fläche des Vorsprungs her verkleinert. Dies kann mit Hilfe einer Maske erfolgen, die versetzt zur strukturierten Hilfsschicht angeordnet wird und mit der die Hilfsschicht geätzt wird. Anschließend wird die Hilfsschicht durch Spacer wieder vergrößert, in dem Material abgeschieden und rückgeätzt wird. Die zuvor erfolgte Verkleinerung der strukturierten Hilfsschicht und die Dicke der Spacer sind derart aufeinander abgestimmt, daß der Spacer im Bereich der zweiten seitlichen Fläche ausschließlich auf dem Vorsprung und nicht auf dem daran angrenzenden Material angeordnet ist. Der Spacer im Bereich der ersten seitlichen Fläche des Vorsprungs ist auf dem leitenden Material angeordnet. Die Spacer in den Bereichen der zwei weiteren seitlichen Flächen sind auf dem isolierenden Material angeordnet. Die durch die Spacer vergrößerte Hilfsschicht dient als Maske bei einem Ätzschritt, bei dem das isolierende Material und das leitende Material geätzt werden. Aus dem leitenden Material unter dem Spacer im Bereich der ersten seitlichen Fläche des Vorsprungs wird dadurch die Gateelektrode gebildet. Aus dem isolierenden Material unter den Spacern in den Bereichen der zwei weiteren seitlichen Flächen des Vorsprungs werden die Isolierungen gebildet. Die zweite seitliche Fläche des Vorsprungs wird beim Ätzprozeß freigelegt, da der Spacer im Bereich der zweiten seitlichen Fläche des Vorsprungs ausschließlich auf dem Vorsprung angeordnet ist. Anschließend wird leitendes Material abgeschieden und rückgeätzt, so daß die leitende Struktur erzeugt wird.
  • Das Abscheiden des leitenden Materials nach Erzeugung der Gateelektrode und das Abscheiden des isolierenden Materials kann wie folgt erfolgen:
    Auf dem Substrat wird die Hilfsschicht aufgebracht. Die Hilfsschicht wird mit Hilfe einer ersten streifenförmigen Maske strukturiert. Freiliegende Teile des Substrats werden mit Hilfe der ersten Maske geätzt, so daß mindestens ein streifenförmiger Vorsprung des Substrats erzeugt wird. Zur Isolierung der Gateelektrode und der leitenden Struktur vom Substrat wird eine isolierende Schicht auf das Substrat aufgebracht. Anschließend wird das Gatedielektrikum erzeugt. Das leitende Material wird abgeschieden und bis unterhalb der Hilfsschicht rückgeätzt. Mit Hilfe einer zweiten streifenförmigen Maske, die quer zum streifenförmigen Vorsprung verläuft, wird mindestens die Hilfsschicht, das leitende Material und der streifenförmige Vorsprung so geätzt, daß aus dem streifenförmigen Vorsprung der Vorsprung erzeugt wird. Nach diesem Prozeßschritt grenzen an die erste seitliche Fläche und an die zweite seitliche Fläche des Vorsprungs das Gatedielektrikum und daran das leitende Material an. Die zwei weiteren seitlichen Flächen des Vorsprungs liegen frei. Anschließend wird das isolierende Material abgeschieden, so daß es an die zwei weiteren seitlichen Flächen des Vorsprungs an grenzt. Anschließend wird, wie oben beschrieben, die strukturierte Hilfsschicht mit Hilfe der Maske, die im folgenden als „dritte Maske" bezeichnet wird, weiter verkleinert.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, nach Erzeugung des streifenförmigen Vorsprungs und vor Erzeugung des Vorsprungs das isolierende Material abzuscheiden, und nach Erzeugung des Vorsprungs das Gatedielektrikum und das leitende Material abzuscheiden.
  • Um zu gewährleisten, daß die dritte Maske die strukturierte Hilfsschicht in den Bereichen der zwei weiteren seitlichen Flächen des Vorsprungs bedeckt, kann die Maske streifenförmig sein und der ersten Maske entsprechen aber versetzt zur ersten Maske liegen.
  • Der MOS-Transistor kann in einer DRAM-Zellenanordnung verwendet werden. Die DRAM-Zellenanordnung weist Speicherzellen auf, die jeweils einen MOS-Transistor mit den oben beschriebenen Merkmalen und einen mit dem MOS-Transistor verbundenen Kondensator aufweisen. Die Vorsprünge der MOS-Transistoren sind in Reihen und Spalten angeordnet. Die leitenden Strukturen und die Gateelektroden der MOS-Transistoren, die entlang einer der Spalten angeordnet sind, sind Teile einer parallel zur Spalte verlaufenden Wortleitung.
  • Eine solche DRAM-Zellenanordnung kann mit folgendem Verfahren, das ebenfalls das Problem löst, das der Erfindung zugrunde liegt, erzeugt werden:
    Die erste streifenförmige Maske weist mehrere im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Streifen auf, so daß mehrere streifenförmige Vorsprünge erzeugt werden. Auch die zweite Maske weist mehrere im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Streifen auf, die quer zu den Streifen der ersten Maske verlaufen, so daß die Vorsprünge aus den streifenförmi gen Vorsprüngen erzeugt werden. Die Wortleitungen können erzeugt werden, indem nach Abscheiden und Rückätzen des leitenden Materials zur Erzeugung der leitenden Strukturen das leitende Material mit Hilfe einer vierten streifenförmigen Maske, deren Streifen breiter als die Vorsprünge sind und jeweils die Vorsprünge, die entlang einer der Spalten zueinander benachbart sind, bedecken, strukturiert wird, so daß die Wortleitungen aus den leitenden Strukturen und den Gateelektroden der MOS-Transistoren bestehen.
  • Die leitenden Strukturen grenzen in Richtung der Spalten aneinander an.
  • Das untere Source-/Drain-Gebiet kann so ausgestaltet sein, daß ein Teil des unteren Source-/Drain-Gebietes seitlich unter dem Vorsprung herausragt und an eine Oberfläche des Substrats angrenzt. Ein solches unteres Source-/Drain-Gebiet kann leichter mit dem Kondensator verbunden werden.
  • Der Kondensator ist z.B. über dem Substrat angeordnet.
  • Alternativ ist im Substrat eine Vertiefung vorgesehen, die mit einem Kondensatordielektrikum des Kondensators versehen und mit einem Speicherknoten des Kondensators gefüllt ist. Das Kondensatordielektrikum bedeckt Flächen der Vertiefung nicht vollständig, damit der Speicherknoten bei einem oberen Bereich der Vertiefung an den Teil des unteren Source-/Drain-Gebietes, der unter dem Vorsprung angeordnet ist, angrenzen kann.
  • Damit untere Source-/Drain-Gebiete verschiedener MOS-Transistoren voneinander getrennt sind, sind im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Isolationsgräben vorgesehen, die die unteren Source-/Drain-Gebiete, die quer zu den Isolationsgräben zueinander benachbart sind, voneinander trennen. Die Vertiefung ist zwischen zwei zueinander benachbarten Iso lationsgräben angeordnet. Die Vertiefung kann vor oder nach Erzeugung der Isolationsgräben erzeugt werden.
  • Die Isolationsgräben werden zur Prozeßvereinfachung vorzugsweise bei der Erzeugung der Vorsprünge erzeugt. Dazu wird bei der Erzeugung der Vorsprünge aus den streifenförmigen Vorsprüngen auch das Substrat geätzt.
  • Die Vertiefungen der Kondensatoren der Speicherzellen können die unteren Source-/Drain-Gebiete, die entlang der Isolationsgräben zueinander benachbart sind, voneinander trennen.
  • Alternativ sind weitere Isolationsgräben vorgesehen, die quer zu den Isolationsgräben verlaufen.
  • Die unteren Source-/Drain-Gebiete können durch Strukturierung einer dotierten Schicht im Substrat erzeugt werden. Die Strukturierung erfolgt durch die Erzeugung der Isolationsgräben und der Vertiefungen bzw. der weiteren Isolationsgräben. Die dotierte Schicht kann z.B. durch tiefe Implantation des Substrats vor Erzeugung der Vorsprünge erzeugt werden. Alternativ wird die dotierte Schicht durch Epitaxie erzeugt.
  • Damit der Speicherknoten nur an das zugehörige untere Source/Drain-Gebiet und nicht an ein weiteres unteres Source/Drain-Gebiet einer benachbarten Speicherzelle angrenzt, kann das Kondensatordielektrikum oder eine isolierende Schutzschicht derart erzeugt werden, daß es bzw. sie nur im Bereich des zugehörigen unteren Source-/Drain-Gebietes eine Aussparung aufweist, bei der der Speicherknoten an das untere Source-/Drain-Gebiet angrenzt. Zur Erzeugung eines solchen Kondensatordielektrikums bzw. einer solchen isolierenden Schutzschicht bedeckt das Kondensatordielektrikum bzw. die isolierende Schutzschicht zunächst den vollständigen oberen Bereich der Vertiefung. Mit Hilfe einer Maske, die einen Teil des oberen Bereichs bedeckt, wird das Kondensatordielektrikum bzw. die isolierende Schutzschicht geätzt, so daß die Ausspa rung nur im Bereich des zugehörigen unteren Source-/Drain-Gebietes erzeugt wird.
  • Alternativ kann der Speicherknoten zunächst im gesamten oberen Bereich an das Substrat angrenzen, so daß er auch das untere Source-/Drain-Gebiet des MOS-Transistors einer benachbarten Speicherzelle angrenzt. Die weiteren Isolationsgräben werden anschließend so erzeugt, daß sie die oberen Bereiche der Vertiefungen durchtrennen aber versetzt zu den Vertiefungen angeordnet sind, so daß die Speicherknoten bei den oberen Bereichen der Vertiefungen nur an die zugehörigen unteren Source-/Drain-Gebiete angrenzen.
  • Zur Prozeßvereinfachung ist es vorteilhaft, wenn die weiteren Isolationsgräben bei der Erzeugung der Wortleitungen erzeugt werden. Dazu wird das leitende Material zur Erzeugung der leitenden Strukturen bzw. der Wortleitungen mit Hilfe einer vierten streifenförmigen Maske strukturiert, wobei zusätzlich zum leitenden Material die isolierende Schicht, das Substrat, der Speicherknoten und das Kondensatordielektrikum bzw. die Schutzschicht geätzt werden.
  • Beim beschriebenen Verfahren werden die Isolationsgräben so erzeugt, daß sie entlang der Reihen verlaufen. Die erste seitliche Fläche des Vorsprungs liegt dabei im wesentlichen in einer Ebene, in der die Richtung der Spalte liegt.
  • Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, die Isolationsgräben so zu erzeugen, daß sie jeweils entlang einer der Spalten verlaufen.
  • Eine davon unabhängige Alternative besteht darin, die DRAM-Zellenanordnung so zu erzeugen, daß die erste seitliche Fläche des Vorsprungs im wesentlichen in einer Ebene liegt, in der die Richtung der Reihe liegt.
  • Zur Erhöhung der Packungsdichte ist es vorteilhaft, wenn die Vorsprünge einen horizontalen Querschnitt aufweisen, der quadratisch ist mit einer Seitenlänge, die der minimalen in der verwendeten Technologie herstellbaren Strukturgröße F entspricht. Auch die Isolationsgräben weisen vorzugsweise eine Breite auf, die der minimalen Strukturgröße F entspricht. Dasselbe gilt für die Breite der weiteren Isolationsgräben.
  • Das obere Source-/Drain-Gebiet kann aus einer weiteren dotierten Schicht erzeugt werden, die bei der Erzeugung des Vorsprungs strukturiert wird. Die weitere dotierte Schicht kann durch Implantation oder durch Epitaxie erzeugt werden. Das obere Source/Drain-Gebiet kann nach Erzeugung des Vorsprungs durch Implantation erzeugt werden.
  • Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt eine Aufsicht auf ein Substrat, in der Vertiefungen, eine erste Maske und streifenförmige Vorsprünge dargestellt sind.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch das Substrat, nachdem die Vertiefungen, ein Kondensatordielektrikum von Kondensatoren, Speicherknoten von Kondensatoren, die streifenförmigen Vorsprünge, eine Hilfsschicht, eine isolierende Schicht, ein Gatedielektrikum von MOS-Transistoren und eine Schicht aus Polysilizium erzeugt wurden.
  • 3 zeigt die Aufsicht auf 1, nachdem eine zweite Maske, Isolationsgräben, Vorsprünge und obere Source/Drain-Gebiete (in 4a dargestellt) erzeugt wurden.
  • 4a zeigt den Querschnitt aus 2, nach den Prozeßschritten aus 3 und nachdem eine dritte Maske (in 4b dargestellt), Spacer, Gateelektroden der MOS-Transistoren und Isolationen (in 6a dargestellt) erzeugt wurden.
  • 4b zeigt die Aufsicht aus 3 nach den Prozeßschritten aus 4a. In der Aufsicht sind die Spacer, die Hilfsschicht und die Isolationsgräben dargestellt.
  • 5 zeigt den Querschnitt aus 4a, nachdem eine weitere isolierende Schicht, eine erste leitende Schicht und eine zweite leitende Schicht erzeugt wurden.
  • 6a zeigt die Aufsicht aus 4b, nachdem eine vierte Maske, weitere Isolationsgräben, untere Source/Drain-Gebiete der MOS-Transistoren, leitende Strukturen Wortleitungen und ein Zwischenoxid erzeugt wurden. In der Aufsicht sind die Vorsprünge, die Isolationen, die Gateelektroden, die Wortleitungen und die weiteren Isolationsgräben dargestellt.
  • 6b zeigt den Querschnitt aus 5 nach den Prozeßschritten aus 6a.
  • Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu.
  • Im Ausführungsbeispiel ist ein Substrat 1 aus Silizium vorgesehen. Das Substrat 1 weist eine ca. 200 nm dicke untere dotierte Schicht U und eine ca. 100 nm dicke obere dotierte Schicht 0 auf, die n-dotiert sind und eine Dotierstoffkonzentration von ca. 1019 cm-3 aufweisen. Das übrige Substrat 1 ist im wesentlichen p-dotiert und weist eine Dotierstoffkonzentration von ca. 1017 cm-3 auf. Die untere Schicht U weist einen Abstand von ca. 300 nm zur oberen Schicht 0 auf.
  • Es wird eine ca. 150 nm dicke Hilfsschicht H erzeugt, indem Siliziumnitrid in einer Dicke von ca. 150 nm abgeschieden wird.
  • Durch maskiertes Ätzen werden im Substrat 1 ca. 7μm tiefe Vertiefungen V erzeugt, die in Spalten und Reihen angeordnet sind (siehe 1). Die Vertiefungen V weisen einen horizontalen Querschnitt auf, der im wesentlichen kreisförmig ist und einen Durchmesser von ca. 150 nm aufweist. Entlang einer Spalte zueinander benachbarter Vertiefungen V weist einen Abstand von ca. 150 nm voneinander auf. Entlang einer Reihe zueinander benachbarter Vertiefungen V weisen einen Abstand von ca. 300 nm voneinander auf.
  • In den Vertiefungen V wird ein Kondensatordielektrikum KD von Kondensatoren erzeugt, indem Siliziumnitrid in einer Dicke von 4nm abgeschieden wird und anschließend ca. 2nm tief aufoxidiert wird. Anschließend werden untere Bereiche der Vertiefungen V durch Abscheiden von dotiertem Polysilizium und Rückätzen gefüllt. Freiliegende Teile des Kondensatordielektrikums werden entfernt, so daß obere Bereiche der Vertiefungen V nicht mit dem Kondensatordielektrikum KD versehen sind.
  • Durch Abscheiden von weiterem dotiertem Polysilizium werden die Vertiefungen V vollständig gefüllt. In den oberen Bereichen der Vertiefungen V grenzt das dotierte Polysilizium an das Substrat 1 an. Das dotierte Polysilizium in den Vertiefungen V bildet Speicherknoten K der Kondensatoren (siehe 2).
  • Mit Hilfe einer ersten streifenförmigen Maske M1 aus Photolack, deren Streifen ca. 150 nm breit sind, parallel zu den Spalten verlaufen und einen Abstand von ca. 300 nm voneinander aufweisen, wird die Hilfsschicht H strukturiert (siehe 1 und 2). Die Streifen der ersten Maske M1 weisen einen Abstand von ca. 75nm von den Vertiefungen V auf.
  • Die strukturierte Hilfsschicht H dient als Maske bei einem Ätzschritt, bei dem Polysilizium und das Substrat selektiv zu Siliziumnitrid geätzt werden, so daß streifenförmige Vorsprünge VS erzeugt werden (siehe 1 und 2). Die streifenförmigen Vorsprünge VS sind ca. 450 nm hoch. In einem HDP (High-density-plasma)-Verfahren wird SiO2 nicht-konform abgeschieden und anschließend isotrop geätzt, so daß auf einer Oberfläche S des Substrats 1 eine ca. 50 nm dicke isolierende Schicht I1 erzeugt wird (siehe 2).
  • Durch thermische Oxidation wird an seitlichen Flächen der streifenförmigen Vorsprünge VS ein Gatedielektrikum GD von MOS-Transistoren erzeugt (siehe 2).
  • Anschließend wird in situ n-dotiertes Polysilizium in einer Dicke von ca. 500 nm abgeschieden, durch chemisch-mechanisches Polieren planarisiert und dann rückgeätzt, so daß eine ca. 250 nm dicke Schicht P aus Polysilizium erzeugt wird (siehe 2).
  • Mit Hilfe einer zweiten streifenförmigen Maske M2 aus Photolack, deren Streifen ca. 150 nm breit sind, einen Abstand von ca. 150 nm voneinander aufweisen, entlang der Reihen verlaufen und die Vertiefungen V bedecken, wird Siliziumnitrid, Silizium, Polysilizium und SiO2 geätzt (siehe 3). Dadurch werden Isolationsgräben G1 erzeugt, die von der Oberfläche S des ersten Substrats 1 aus ca. 250 nm tief in das Substrat 1 hineinreichen und folglich die untere dotierte Schicht U durchtrennen. Dabei wird auch die Hilfsschicht H strukturiert. Ferner werden aus den streifenförmigen Vorsprüngen VS Vorsprünge VO erzeugt, die einen horizontalen, das heißt parallel zur Oberfläche S des ersten Substrats 1 verlaufenden quadratischen Querschnitt aufweist mit einer Seitenlänge von ca. 150 nm. Die Vorsprünge VO sind in Reihen und Spalten angeordnet (siehe 3). Die Vorsprünge VO, die entlang einer Spalte zueinander benachbart sind, weisen einen Abstand von ca. 150 nm voneinander auf und werden durch die Isolationsgräben G1 voneinander getrennt.
  • Die Vorsprünge VO, die entlang einer Reihe zueinander benachbart sind, weisen einen Abstand von ca. 300 nm voneinander auf. Entlang einer Reihe sind die Vertiefungen V und die Vorsprünge VO alternierend nebeneinander angeordnet. Die Vorsprünge VO weisen jeweils eine erste seitliche Fläche F1 und eine gegenüberliegende zweite seitliche Fläche F2 auf, an denen das Gatedielektrikum GD und daran die Schicht aus Polysilizium P angrenzen. Die Vorsprünge VO weisen ferner zwei weitere sich gegenüberliegende seitliche Flächen auf, an die das SiO2 in den Isolationsgräben G1 angrenzen. Die ersten seitlichen Flächen F1 der Vorsprünge VO liegen im wesentlichen jeweils in einer Ebene, in der die Richtung der zugehörigen Spalte liegt.
  • Aus der oberen dotierten Schicht 0 werden obere Source/Drain-Gebiete S/DO der MOS-Transistoren erzeugt (siehe 4a) .
  • Die Isolationsgräben G1 werden mit SiO2 gefüllt, indem SiO2 in einer Dicke von ca. 100 nm abgeschieden und chemisch-mechanisch planarisiert wird, bis die Hilfsschicht H freigelegt wird.
  • Mit Hilfe einer dritten streifenförmigen Maske M3 aus Photolack, die der ersten Maske M1 entspricht und derart versetzt zur ersten Maske M1 ist, daß sie die strukturierte Hilfsschicht H teilweise bedeckt, werden freiliegende Teile der Hilfsschicht H mit zum Beispiel CHF3 entfernt (siehe 4a und 4b). Die strukturierte Hilfsschicht H wird dadurch weiter verkleinert.
  • Anschließend wird die Hilfsschicht H durch Spacer SP vergrößert. Die Spacer SP werden erzeugt, indem Siliziumnitrid in einer Dicke von ca. 30 nm abgeschieden und rückgeätzt wird.
  • Die Spacer SP, die in Bereichen der ersten seitlichen Flächen F1 der Vorsprünge VO angeordnet sind, sind auf der Schicht aus Polysilizium P angeordnet (siehe 4a). Die Spacer SP, die in den Bereichen der zweiten seitlichen Flächen F2 der Vorsprünge VO angeordnet sind, sind auf den Vorsprüngen VO angeordnet (siehe 4a). Die Spacer SP, die in Bereichen der weiteren seitlichen Flächen der Vorsprünge VO angeordnet sind, sind auf dem SiO2 in den Isolationsgräben G1 angeordnet (siehe 4b).
  • Anschließend wird mit Hilfe der durch die Spacer SP vergrößerten Hilfsschicht H als Maske SiO2 ca. 400 nm tief geätzt. Dadurch werden unterhalb der Spacer SP, die in den Bereichen der weiteren seitlichen Flächen der Vorsprünge VO angeordnet sind, Isolationen I erzeugt (siehe 6a). In den Isolationsgräben G1 ist das SiO2 in einer Dicke von ca. 300 nm noch übrig.
  • Anschließend wird mit Hilfe der durch die Spacer SP vergrößerten Hilfsschicht H als Maske die Schicht aus Polysilizium P geätzt, bis die isolierende Schicht I1 freigelegt wird. Dadurch entstehen unter den Spacern SP, die in den Bereichen der ersten seitlichen Flächen F1 der Vorsprünge VO angeordnet sind, Gateelektroden GA der MOS-Transistoren (siehe 4a und 6a).
  • Durch isotropes Ätzen mit zum Beispiel HF wird das Gatedielektrikum GD an den zweiten seitlichen Flächen F2 der Vorsprünge VO entfernt.
  • Zur Erzeugung einer ca. 400 nm dicken weiteren isolierenden Schicht I2 wird SiO2 in einer Dicke von ca. 50 nm abgeschieden und rückgeätzt (siehe 5). Zur Erzeugung einer ersten leitenden Schicht L1 wird in situ dotiertes Polysilizium in einer Dicke von ca. 50 nm abgeschieden und rückgeätzt. Zur Erzeugung einer ca. 100 nm dicken zweiten leitenden Schicht L2 wird Wolframsilizid in einer Dicke von ca. 400nm abgeschieden und rückgeätzt (siehe 5).
  • Anschließend wird eine vierte streifenförmige Maske M4 aus Photolack erzeugt, deren Streifen ca. 300 nm breit sind und Abstände von ca. 150 nm voneinander aufweisen und parallel zu den Spalten verlaufen und jeweils die Vorsprünge VO, die entlang einer Spalte zueinander benachbart sind, bedecken (siehe 6a). Mit Hilfe der vierten Maske M4 werden die zweite leitende Schicht L2, die erste leitende Schicht L1, die zweite isolierende Schicht I2, die erste isolierende Schicht I1, die Speicherknoten K, die Kondensatordielektrika KD und das Substrat 1 geätzt, so daß weitere Isolationsgräben G2 erzeugt werden, die quer zu den Isolationsgräben G1 verlaufen und die oberen Bereiche der Vertiefungen V durchtrennen. Die weiteren Isolationsgräben G2 reichen ca. 250 nm von der Oberfläche S des ersten Substrats 1 aus in das erste Substrat 1 hinein.
  • Die untere dotierte Schicht U wird durch die Erzeugung der Isolationsgräben G1, der weiteren Isolationsgräben G2 und die Vertiefungen V strukturiert, so daß voneinander getrennte untere Source-/Drain-Gebiete S/DU der MOS-Transistoren erzeugt werden. Teile des Substrats 1, die zwischen den oberen Source-/Drain-Gebieten S/DO und den unteren Source-/Drain-Gebieten S/DU angeordnet sind, wirken als Kanalgebiete KA der MOS-Transistoren.
  • Die weiteren Isolationsgräben G2 sind derart versetzt zu den Vertiefungen V angeordnet, daß die Speicherknoten K bei den oberen Bereichen der Vertiefungen V an die zugehörigen unteren Source-/Drain-Gebiete S/DU angrenzen.
  • Aus der zweiten leitenden Schicht L2 und der ersten leitenden Schicht L1 werden durch die Erzeugung der weiteren Isolationsgräben G2 leitende Strukturen L erzeugt, die jeweils einen der Vorsprünge VO umgeben, an die zugehörige zweite seitliche Fläche F2 des Vorsprungs VO angrenzen, an die zugehörige Ga teelektrode GA angrenzen und zusammen mit den Gateelektroden GA parallel zu den Spalten verlaufende Wortleitungen W bilden (siehe 6b und 6a).
  • Die zweite isolierende Schicht I2 verhindert einen Kurzschluß zwischen den unteren Source/Drain-Gebieten S/DU und den leitenden Strukturen L.
  • Es wird ein Zwischenoxid Z erzeugt, indem SiO2 in einer Dicke von ca. 1000 nm abgeschieden und rückgeätzt wird, bis die Hilfsschicht H freigelegt wird. Die zweiten Isolationsgräben G2 werden dabei mit SiO2 gefüllt (siehe 6b).
  • Mit herkömmlichen Verfahrensschritten werden anschließend Kontaktlöcher zu den oberen Source-/Drain-Gebieten S/DO geöffnet, darin Kontakte erzeugt und quer zu den Wortleitungen W verlaufende Bitleitungen, die an die Kontakte angrenzen, erzeugt (nicht dargestellt).
  • Die leitenden Strukturen L verbinden die Kanalgebiete KA mit den zugehörigen Gateelektroden GA.
  • Es sind viele Variationen des Ausführungsbeispiels denkbar, die ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegen. So können Abmessungen der Schichten, Vertiefungen, Vorsprüngen und Masken an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Dasselbe gilt für die Wahl der Materialien.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors, – bei dem ein Substrat (1) mit einem Vorsprung (VO) gebildet wird, – bei dem im Vorsprung (VO) ein oberes Source/Drain-Gebiet (S/DO), ein Bodygebiet (KA) und ein unteres Source/Drain-Gebiet (S/DU) des MOS-Transistors erzeugt werden, die als Schichten übereinander gestapelt sind, – bei dem eine erste seitliche Fläche (F1) des Vorsprungs (VO) mit einem Gatedielektrikum (GD) versehen wird, – bei dem eine Gateelektrode (GA) erzeugt wird, die an das Gatedielektrikum (GD) angrenzt, – bei dem der Vorsprung (VO) so erzeugt wird, daß die erste seitliche Fläche (F1) des Vorsprungs (VO) einer zweiten seitlichen Fläche (F2) des Vorsprungs (VO) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitende Schicht (L) erzeugt und so strukturiert wird, daß sie an die Gateelektrode (GA) und im Bereich des Bodyge biets (KA) an die zweite seitliche Fläche (F2) des Vorsprungs (VO) angrenzt und diese leitend miteinander verbindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, – bei dem der Vorsprung (VO) zwei weitere seitliche Flächen aufweist, die sich gegenüberliegen, – bei dem die zwei weiteren seitlichen Flächen des Vorsprungs (VO) jeweils mit einer Isolation (I) versehen werden, – bei dem die leitende Schicht (L) so strukturiert wird, daß sie den Vorsprung (VO) seitlich umgibt, wobei sie durch die Isolationen (I) von den zwei weiteren seitlichen Flächen des Vorsprungs (VO) getrennt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, – bei dem auf dem Substrat (1) eine Hilfsschicht (H) aufgebracht wird, – bei dem die Hilfsschicht (H) mit Hilfe einer ersten streifenförmigen Maske (M1) strukturiert wird, – bei dem freiliegende Teile des Substrat (1) geätzt werden, so daß mindestens ein streifenförmiger Vorsprung (VS) des Substrats (1) erzeugt wird, – bei dem eine isolierende Schicht (I1) gebildet wird, – bei dem durch thermische Oxidation an seitlichen Flächen der streifenförmigen Vorsprünge (VS) ein Gatedielektrikum (GD) gebildet wird, – bei dem leitendes Material (P) zur Verwendung für eine Gateelektrode (GA) abgeschieden und bis unterhalb der Hilfsschicht (H) rückgeätzt wird, – bei dem mit Hilfe einer zweiten streifenförmigen Maske (M2), die quer zum streifenförmigen Vorsprung (VS) verläuft, mindestens die Hilfsschicht (H), das leitende Material (P) und der streifenförmigen Vorsprung (VS) so geätzt werden, daß aus dem streifenförmigen Vorsprung (VS) der Vorsprung (VO) erzeugt wird; – bei dem isolierendes Material (I) abgeschieden wird, so daß es an die zwei weiteren seitlichen Flächen des Vorsprungs (VO) angrenzt, – bei dem mit Hilfe einer dritten Maske (M3), die die strukturierte Hilfsschicht (H) in einem Bereich der zweiten seitlichen Fläche (F2) des Vorsprungs (VO) nicht bedeckt, freiliegende Teile der Hilfsschicht (H) entfernt werden, – bei dem die Hilfsschicht (H) durch Spacer (SP) vergrößert wird, indem Material abgeschieden und rückgeätzt wird, so daß die Spacer (SP) im Bereich der ersten seitlichen Fläche (F1) des Vorsprungs (VO) auf leitendem Material (P), in Bereichen der zwei weiteren seitlichen Flächen auf dem isolierenden Material (I) und im Bereich der zweiten seitlichen Fläche (F2) auf dem Vorsprung (VO) angeordnet sind, – bei dem selektiv zur Hilfsschicht (H) das isolierende Material (I) und das leitende Material (P) geätzt werden, bis die isolierende Schicht (I1) freigelegt wird, so daß aus dem leitenden Material unter der Hilfsschicht (H) die Gateelektrode (GA) gebildet wird, aus dem isolierenden Material unter der Hilfsschicht (H) die Isolierungen (I) gebildet werden und die zweite seitliche Fläche (F2) des Vorsprungs (VO) freigelegt wird, – bei dem leitendes Material abgeschieden und rückgeätzt wird, so daß die leitende Schicht (L) erzeugt wird.
  4. Verfahren zur Herstellung einer DRAM-Zellenanordnung – bei dem Speicherzellen erzeugt werden, die jeweils einen mit einem Verfahren nach Anspruch 2 erzeugten MOS-Transistor und einen damit verbundenen Kondensator aufweisen, – bei dem die erste streifenförmige Maske (M1) mehrere im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Streifen auf weist, so daß mehrere streifenförmige Vorsprünge (VS) erzeugt werden, – bei dem die zweite Maske (M2) mehrere im wesentlichen parallel zueinander und quer zu den Streifen der ersten Maske (M1) verlaufende Streifen aufweist, so daß mehrere Vorsprünge (VO) der MOS-Transistoren erzeugt werden, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, – bei dem nach Abscheiden und Rückätzen des leitenden Materials zur Erzeugung der leitenden Schichten (L) das leitende Material mit Hilfe einer vierten streifenförmigen Maske (M4), deren Streifen breiter als die Vorsprünge (VO) sind und jeweils die Vorsprünge (VO), die entlang einer der Spalten zueinander benachbart sind, bedecken, strukturiert wird, so daß parallel zu den Spalten verlaufende Wortleitungen (W) erzeugt werden, die aus den leitenden Strukturen (L) und den Gateelektroden (GA) der MOS-Transistoren bestehen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, – bei dem das untere Source/Drain-Gebiet (S/DU) so erzeugt wird, daß ein Teil des unteren Source/Drain-Gebiets (S/DU) unter dem Vorsprung (VO) angeordnet ist und an eine Oberfläche (S) des Substrats (1) angrenzt, – bei dem bei der Erzeugung der Vorsprünge (VO) auch das Substrat (1) geätzt wird, so daß quer zu den Wortleitungen (W) verlaufende Isolationsgräben (G1) erzeugt werden, die untere Source/Drain-Gebiete (S/DU), die quer zu den Isolationsgräben (G1) zueinander benachbart sind, voneinander trennen, – bei dem im Substrat (1) zwischen zwei zueinander benachbarten Isolationsgräben (G1) eine Vertiefung (V) erzeugt wird, die mit einem Kondensatordielektrikum (KD) des Kondensators versehen und mit einem Speicherknoten (K) des Kondensators gefüllt ist, der bei einem oberen Bereich der Vertie fung (V) an den Teil des unteren Source/Drain-Gebiets (S/DU) angrenzt, – bei dem nach Erzeugung der Kondensatoren die Wortleitungen (W) mit Hilfe der vierten streifenförmigen Maske (M4) so erzeugt werden, daß weitere Isolationsgräben (G2) erzeugt werden, die quer zu den Isolationsgräben (G1) verlaufen, die oberen Bereiche der Vertiefungen (V) durchtrennen und derart versetzt zu den Vertiefungen (V) angeordnet sind, daß die Speicherknoten (K) bei den oberen Bereichen der Vertiefungen (V) an die zugehörigen unteren Source/Drain-Gebiete (S/DU) angrenzen.
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