WO2000051171A1 - MINIATURISIERTER KONDENSATOR MIT FESTKÖRPERDIELEKTRIKUM, INSBESONDERE FÜR INTEGRIERTE HALBLEITERSPEICHER, Z.B. DRAMs UND VERFAHREN DER HERSTELLUNG EINES SOLCHEN - Google Patents

MINIATURISIERTER KONDENSATOR MIT FESTKÖRPERDIELEKTRIKUM, INSBESONDERE FÜR INTEGRIERTE HALBLEITERSPEICHER, Z.B. DRAMs UND VERFAHREN DER HERSTELLUNG EINES SOLCHEN Download PDF

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WO2000051171A1
WO2000051171A1 PCT/DE2000/000436 DE0000436W WO0051171A1 WO 2000051171 A1 WO2000051171 A1 WO 2000051171A1 DE 0000436 W DE0000436 W DE 0000436W WO 0051171 A1 WO0051171 A1 WO 0051171A1
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tungsten silicide
electrode
capacitor
dielectric
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Josef Willer
Till Schlösser
Emmerich Bertagnolli
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Infineon Technologies Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40—Capacitors
    • H01L28/60—Electrodes
    • H01L28/82—Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation

Definitions

  • the present invention relates to a capacitor of miniaturization ⁇ overbased with Festkorperdielektnum (MIM or MIS capacitor), as described in particular for semiconductor integrated circuits, and preferably for storage (Me ories), including
  • DRAMs is advantageous to use.
  • Such con ⁇ capacitors are known from eg US-A-5760434, GB-A-2294591, EP-A-0553791 IEDM 1998 San Francisco: YS Chun et al. And 1997 Symp. On VLSI Tech. Digest of Tech. Papers: JM Drynan et. al. , Pp. 151, 152.
  • Tantalum oxide (Ta 2 Os) capacitors have been known for decades. Their high specific capacitance is based essentially on the relatively high dielectric constant and the small thickness of the tantalum oxide dielectric layer. Furthermore, the largest possible surface is important for high specific capacitance, a surface roughened surface of the electrode which is as roughened as possible being roughened as much as possible, in particular known from electrolytic capacitors, being essential.
  • capacitors have long been used for DRAMs (Dynamic Random Access Memories). From Drynan et al, 1997, Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, pp. 151 to 152, capacitors are known which have a first electrode made of tungsten, a tantalum pentoxide dielectric and a second electrode made of, for example, titanium nitride (TiN).
  • a DRAM capacitor and its production method are known from US-A-5760434.
  • the one, referred to as the bottom electrode, the capacitor electrode, which is connected to the transistor of the memory cell, consists of TiN there. There it is a thin layer in the form of a cup on the surrounding side wall forming silicon oxide. The inner wall of this cup-shaped TiN layer is coated with silicon.
  • This silicon is converted into hemispherical grained silicon with the help of the HSG method, so that this silicon has the known granular structure / structure surface with a multiply enlarged surface on the unchanged TiN base.
  • This enlarged surface of the conductive HSG polysilicon forms the one electrode surface which is coated with a dielectric. This dielectric is coated with the second electrode (top electrode) to complete the capacitor.
  • the object of the present invention is to provide such a single-ended capacitor, in which the two electrodes adjoining the dielectric, in particular the surface of the bottom electrode, consist of electronically conductive metal with a correspondingly high electrical conductivity, and yet the electrode surface has a large surface area. shows how it can be achieved with the HSG process for semiconducting material. It is also an object of the invention to provide a manufacturing process which is advantageous and reliably reproducible for manufacturing the capacitor according to the invention.
  • a shape with a macroscopically large surface for its first (bottom) electrode For example, in addition to a bell shape, the shape of a hole e.g. also that of a pillar. Such macroscopic shapes are well known for the relevant capacitors for achieving a high capacitance.
  • the invention provides that the material of the first electrode is at least electrically conductive as well as possible at least in the area below its electrode surface. According to the invention, it is therefore provided that either the entire electrode or at least the area close to the surface thereof is electronically, i.e. good metallic conductivity
  • Tungsten silicide exists.
  • polysilicon can alternatively also be provided for the invention as the core of such a near-surface tungsten silicide region.
  • the tungsten silicide of the first electrode or at least its region close to the surface contains a stochiometric excess of silicon.
  • the thickness of such a layer is dimensioned to be approximately 10 to 30 nm.
  • Such a layer is to be applied, for example according to known CVD Deposition processes made of eg tungsten fluoride (WF 6 ) and eg silane.
  • a further layer of pure or no additive silicon is applied to this first layer, again e.g. with the help of a CVD filter.
  • This layer is e.g. dimensioned to 10 to 30 n.
  • This first (bottom) electrode with these two coatings is now annealed at, for example, 800 to 1100 ° C. for a period of, for example, 1 to 10 seconds in an inert atmosphere.
  • the material of the substochiometric first layer m is at least largely stochiometric tungsten silicide WS ⁇ 2 .
  • the stochiometric tungsten silicide with this transition m is accompanied by growth of a grain (gramed). This is a grain growth m or at least on the surface of the first layer. This resulting grain size of the first layer results in a substantial increase in the surface area of the electrode area of the first electrode which is relevant for the capacitor.
  • the silicon still present in the second layer is etched down, except for the first one, which now has the grain size
  • the nitride but preferably only partially, can be oxidized so that a thin oxide layer, so-called top oxide, is formed. This oxidation with a depth of, for example, up to 1 nm deep m the SiN
  • Dielectric layer hmem leads to saturation of open bonds.
  • tantalum pentoxide can also be used as a dielectric on the nitrogen passivation as a layer by means of CVD deposition or from an organic tantalum compound or the like known to be used therefor. be deposited. It is advisable to subject the surface of the tantalum oxide dielectric applied as above to an annealing in an oxygen-containing atmosphere. This measure is effective in reducing the defect density within the dielectric layer, in particular in the grain boundaries of the dielectric. A significant reduction in the leakage current disadvantageous for a capacitor can thus be achieved.
  • the Pmhole density can also be reduced.
  • the thickness of the respective dielectric layer depends on the dielectric strength required for the capacitor. A thicker layer reduces the achievable value of the specific capacitance of the capacitor, but increases its dielectric strength. An oxide-equivalent thickness of the layer between approximately 1 and 5 nm is typical.
  • the free surface of the dielectric is covered with the second electrode of the capacitor. This second electrode can consist of, for example, titanium nitride, polysilicon, tungsten, tungsten nitride, tungsten silicide and the like.
  • FIG. 1 shows first process steps in the production of the first electrode of a capacitor according to the invention.
  • FIGS 2, 2a, 2b to 5 show further process steps.
  • first steps for the creation of two adjacent DRAM memory cells are shown as a sectional view.
  • 2 shows the known structure of the electronics of a memory (without word lines shown) for two such memory cells. With 21 two bit lines shown are designated. Designated at 22 are source / drain regions of the two memory cells. Designated 23 are so-called landing pads, which form an electrical connection between the respective source region and the storage capacitor to be described.
  • 24 denotes a semiconductor substrate, 25 an electrical insulator layer and 26 a layer known as an intermediate dielectric (BPSG). This layer 26 is provided with an etching stop, e.g. layer 27 consisting of a nitride.
  • BPSG intermediate dielectric
  • the area of the structure designated by 3 in FIG. 1 is provided for the capacitor according to the invention and its manufacture.
  • 31 denotes an oxide layer of silicon oxide, which is initially applied over the entire surface of the layer 27.
  • This layer is also known as the frame layer.
  • This layer has a thickness of 500 to 1000, for example
  • a recess here per hole 32, is etched with this oxide layer 31.
  • the shape of the recess depends on the desired macroscopic shape of the first electrode. For the positioning of each of these punch ⁇ endeavour 32 is transferred to the upper surface of the oxide layer 31 are ⁇ a photolithographic masking.
  • Such a hole 32 has an approximate dimension of, for example, 150 nm.
  • these holes 32 After producing these respective holes 32 of the frame layer 31, these holes 32 with tungsten with particular stochiometrischem excess of silicon - filled according to a first variant (WSi 2 2, s).
  • the oxide layer 31 is then removed again by etching.
  • the tungsten silicide thus becomes a free-standing columnar body 132 above the etch stop layer 27, which has electrical contact with the landing pad 23 and thus with the source region 22 of the memory transistor.
  • the first (bottom) electrode in particular in its area near the surface, consists of the specified tungsten silicide and the core of the electrode can also be polysilicon, for example.
  • the respective holes 32 m in the frame layer 31 can also be filled with polysilicon doped for conductivity.
  • the columns 232 which then consist of this polysilicon after being etched away are then coated so thickly with tungsten silicide as the area close to the surface, as indicated above, that this results in a capacitor electrode which is practically equally good in comparison with an electrode consisting only of the tungsten silicide.
  • FIG. 2a shows a detail of such a column 132 'with the core 232 from the polysilicon and with the area near the surface 232 'from the specified tungsten silicide.
  • Figure 2b shows yet another alternative for the macroscopic shape of the first (bottom) electrode.
  • the fr is the first electrode, although at least in the near-surface area of the electrode provided tungsten erfmdungsgewill on the wall of this recess / of this hole 32 is deposited as a layer, and so, that there is an electrical connection to the landing pad 23 (and thus to the source region 22).
  • This layer is built on such ⁇ that they 'stand remains stable as hohlzylmdrischer body 132', namely, when the rest of the layer 31 the following method step has been completely removed accordingly.
  • FIG. 2b shows this stage with the layer 33 already deposited on the body 132 ′′.
  • the layer 33 is deposited on the inside and / or the outside of the latter.
  • substochiometric tungsten silicide is now deposited on the surface of the columns 132, 132 '(in the case of other forms of the body, for example 132'', on the surface thereof), as explained in more detail above in the description.
  • FIGS. 2 to 2b show the layer 33 formed in the process. This deposition takes place with a thickness which is not uniform, so that the tungsten silicide coating denoted by 133 of the surface of the layer 27 is only about half as thick as the tungsten silicide is deposited on the column 132 .
  • the deposited tungsten silicide is dimensioned substochiometrically as detailed in the preceding description.
  • an additional layer 34 of pure (poly) silicon is now applied to the respective coating 33 ′ that remains after the etching.
  • the next essential process step is tempering the structure that has now been achieved.
  • the understochiometrische Wolf ⁇ goes ramsilizid the layer 33 'together with the silicon layer 34 m em over tungsten silicide such that it assumes substantially erfmdungs- the above-mentioned grain size 41 (see also Figure 4) of the surface and experiencing. A multiple enlargement of the surface of the electrode 4 is thus achieved.
  • the next process step is to etch away any remaining silicon on the now grained tungsten silicide surface (and the surface of layer 27) down to the surface of the resulting grain. This can again be done by wet chemical scraping.
  • the first (bottom) electrode 4 of the respective capacitor of the respective memory cell now remains.
  • a dielectric passivation of the grained surface of the tungsten silicide (bottom) electrode 4 according to the invention can e.g. be a thermal nitriding with preferably m the thickness of a monolayer with less than 1 nm.
  • the dielectric of the capacitor is e.g. Siliconnit ⁇ d provided. This can be applied as layer 5 with the aid of a CVD deposition of NH3 and silane on the surface of the first electrode 4.
  • Electrode with a grained tungsten silicide surface can also be coated with tantalum pentoxide as a dielectric. Measures to improve the dielectric have already been mentioned in the preceding description.
  • Titanium nitride for example, can be provided as the second (top) electrode 6. This is done by conformal deposition on the layer 5 of the dielectric applied. More for the second Elek ⁇ trode suitable materials are m the above description mentioned.
  • FIG. 5 shows the finished capacitor 1 according to the invention.
  • the invention has been described above for a capacitor and its method of manufacture using a first (bottom) electrode 4 with the macroscopic shape of a column 132.
  • the invention can be applied to capacitors with other shapes of the first electrode with the same success.
  • the recess m in the oxide layer, here the hole 32 may also have to be designed differently, or the macroscopic shape of the core of the first electrode may alternatively also be produced in some other way.
  • FIG. 6 shows from Drynan, FIG. 3, the structure of the storage capacitor described there in the description.
  • the first electrode in the form of a pot is designated by 64.
  • the dielectric layer 65 is located on the surface of this electrode 64 and the top electrode 66 thereon.
  • the dielectric 65 is tantalum pentoxide on the surface of the tungsten of the first (bottom) electrode.

Abstract

DRAM-Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung. Die erste (Bottom-)Elektrode (4) des Kondensators hat eine gekörnte Elektrodenoberfläche (41) aus Wolframsilizid auf Wolframsilizid als zumindest oberflächennahen Bereich des Elektrodenkörpers (132). Die Körnung der Wolframsilizid-Schicht (41) wird durch Tempern einer temporär vorhandenen Doppelschicht, bestehend aus einer unterstöchiometrischen Wolframsilizidschicht (33) und einer Siliziumschicht (34) gebildet. Diese Doppelschicht ist auf einem Formkörper (132) aufgebracht, der zumindest im oberflächennahen Bereich aus (WSix, x = 2 bis 2,5) besteht.

Description

Beschreibung
Miniaturisierter Kondensator mit Festkorperdielektπkum, ins¬ besondere für integrierte Halbleiterspeicher, z.B. DRAMs und Verfahren der Herstellung eines solchen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen miniaturi¬ sierten Kondensator mit Festkorperdielektnum (MIM- bzw. MIS- Kondensator) , wie er insbesondere f r integrierte Halbleiter- Schaltungen und vorzugsweise für Speicher (Me ories), z.B.
DRAMs, vorteilhaft zu verwenden ist. Bekannt sind solche Kon¬ densatoren aus z.B. US-A-5760434, GB-A-2294591, EP-A-0553791 IEDM 1998 San Francisco: Y.S. Chun et al . Und 1997 Symp. On VLSI Tech. Digest of Tech. Papers : J.M. Drynan et. al . , S. 151, 152.
Schon Jahrzehnte bekannt sind Tantaloxid (Ta2Os-) Kondensatoren. Deren hohe spezifische Kapazität beruht im wesentlichen auf der relativ hohen Dielektrizitätskonstanten und der ge- ringen Dicke der Tantaloxid-Dielektrikumsschicht . Weiter ist für hohe spezifische Kapazität eine möglichst große Oberflache wichtig, wobei, insbesondere von Elektrolytkondensatoren her bekannt, eine möglichst stark aufgerauhte flachenvergro- ßerte Oberflache der Elektrode wesentlich ist.
Für DRAMs (Dynamic Random Access Memories) werden bereits seit längerem MIM-/MIS-Kondensatoren verwendet. Bekannt sind aus Drynan et al, 1997, Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, S. 151 bis 152, Kondensatoren, die eine erste Elektrode aus Wolfram, ein Tantalpentoxid-Dielektrikum und eine zweite Elektrode aus z.B. Titannitrid (TiN) haben. Es ist auch bekannt (EP-0553791 ) , bei einem Kondensator mit Silizium-Halbleiterelektrode eine aufgerauhte Oberflache dieser Elektrode durch anodisches Atzen, selektives Atzen, Atzen mit zusätzlicher UV-Lichtemwirkung, Trockenatzen von Silizium oder einer amorphen Siliziumschicht oder durch eine Rekristallisation einer zuvor aufgebrachten amorphen Silizium- schicht (bekannt als HSG-Verfahren = Hemispheπcal Grainmg) zu erzielen.
Aus der US-A-5760434 sind ein DRAM-Kondensator und sein Her- stellungsverfahren bekannt. Die eine, als Bottom-Elektrode bezeichnete Kondensatorelektrode, die mit dem Transistor der Speicherzelle verbunden ist, besteht dort aus TiN. Es ist dort dies eine dünne Schicht m Form eines Bechers auf die umgebende Seitenwand bildendem Siliziumoxid. Die Innenwand dieser becherförmig ausgebildeten TiN-Schicht ist mit Silizium beschichtet. Dieses Silizium ist mit Hilfe des HSG- Verfahrens m hemispherical grained Silizium umgewandelt, so daß dieses Silizium auf der dabei unverändert gebliebenen TiN-Unterlage die bekanntermaßen gekörnte Struktur/Struktur- Oberflache mit mehrfach vergrößerter Oberflache hat. Diese vergrößerte Oberflache des leitenden HSG-Polysiliziums bildet die eine Elektrodenflache, die mit einem Dielektrikum beschichtet ist. Dieses Dielektrikum ist mit der zweiten Elektrode (Top Electrode) zur Komplettierung des Kondensators be- schichtet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen einschlagigen Kondensator anzugeben, bei dem die beiden an das Dielektrikum angrenzenden Elektroden, insbesondere die Ober- flache der Bottom-Elektrode aus elektronisch leitendem Metall mit entsprechend hoher elektrischer Leitfähigkeit bestehen und dennoch die Elektrodenflache eine hohe Oberflachenvergro- ßerung aufweist, wie sie mit dem HSG-Verfahren für halblei- tendes Material erreichbar ist. Weiter ist es Aufgabe der Er- findung, ein zur Herstellung des erfmdungsgemaßen Kondensators vorteilhaftes und zuverlässig reproduzierbares Herstellungsverfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit einem Kondensator nach Patentanspruch 1 und entsprechend den Verfahrensanspruchen gelost. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor. Die Besonderheiten der vorliegenden Erfindung sind insbeson¬ dere aus einem vorteilhaften, nachfolgend angegebenen erfin- dungsgemaßen Herstellungsverfahren des erfmdungsgemaß minia- tuπsierten Festkorperkondensators zu ersehen.
Für einen DRAM-Kondensator ist es bekannt, für dessen erste (Bottom-) Elektrode eine Form mit makroskopisch großer Oberflache vorzusehen. Zum Beispiel ist dies neben einer Glocken- form, der Form einer Bohrung z.B. auch die einer Säule. Solche makroskopischen Formen sind für die einschlagigen Kondensatoren f r das Erreichen einer hohen Kapazität hinlänglich bekannt .
Bei der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der ersten Elektrode wenigstens im Bereich unterhalb ihrer Elektro- denoberflache elektrisch möglichst gut leitfahig ist. Erfin- dungsgemaß ist deshalb vorgesehen, daß entweder die ganze Elektrode oder wenigstens der oberflachennahe Bereich dersel- ben aus dem elektronisch, d.h. metallisch gut leitfahigen
Wolframsilizid besteht. Für den zweiten vorangehend genannten Fall kann für die Erfindung als Kern eines solchen oberfla- chennahen Wolframsilizid-Bereichs alternativ auch Polysilizi- um vorgesehen sein.
Erfmdungsgemaß ist vorgesehen, daß das Wolframsilizid der ersten Elektrode bzw. wenigstens deren oberflachennaher Bereich stochiometrischen Überschuß an Silizium enthalt. Der Siliziumanteil kann x = 2,0 bis 2,5 im WSιx bemessen sein.
Auf die Oberflache dieses bevorzugt uberstochiometrischen Wolframsilizids wird eine erste Schicht aus nun unterstochio- metrischem Wolframsilizid, z.B. Sij.,8, mit einem Siliziumanteil zwischen z.B. 1,5 bis 1,9 aufgebracht. Die Dicke einer solchen Schicht wird auf etwa 10 bis 30 n bemessen. Aufzubringen ist eine solche Schicht z.B. nach bekannten CVD- Abscheideverfahren aus z.B. Wolframfluorid (WF6) und z.B. Si- lan.
Auf diese erste Schicht wird eine weitere Schicht aus reinem bzw. keinen Zusatz enthaltendem Silizium aufgebracht, wieder z.B. mit Hilfe einer CVD-Absehe1düng. Diese Schicht wird z.B. auf 10 bis 30 n bemessen.
Diese erste (Bottom-) Elektrode mit diesen zwei Beschichtungen wird nunmehr bei z.B. 800 bis 1100°C für eine Zeitdauer von z.B. 1 bis 10 sec in einer inerten Atmosphäre getempert. Bei diesem Prozeßschritt geht das Material der unterstochiometπ- schen ersten Schicht m zumindest weitgehend stochiometri- sches Wolframsilizid WSι2 über. In der Erfindung wird ausge- nutzt, daß mit den angegebenen Prozeßgroßen mit diesem Übergang m das stochiometπsche Wolframsilizid ein Wachsen einer Körnung (gramed) einhergeht. Es ist dies ein Kornwachstum m bzw. wenigstens auf der Oberflache der ersten Schicht. Diese entstehende Körnung der ersten Schicht ergibt eine wesentli- ehe Oberflachenvergroßerung der für den Kondensator relevanten Elektrodenflache der ersten Elektrode.
Im folgenden Verfahrensschritt der Erfindung erfolgt das Wegatzen des noch vorhandenen Siliziums der zweiten Schicht, herunter bis auf die nunmehr die Körnung aufweisende erste
Schicht. Damit ist die Wolframsilizid-Oberflache völlig freigelegt. Es empfiehlt sich nun eine Passivierung der kornigen Oberflache der ersten Elektrode vorzunehmen. Geeignet ist dafür eine thermische Nitrid-Beschichtung in im wesentlichen einer Monolage, z.B. mit einer Dicke unterhalb 1 nm. Die Ni- tπdbildung kann insbesondere durch Einwirkung von NH3 erfolgen. Der Sinn dieser Passivierung ist, die Bildung jeglichen Siliziumdioxids auf der Elektrodenoberflache zu vermeiden. Dies wurde nämlich die Kapazität des Kondensators stark her- absetzen. Nunmehr wird auf die erf dungsgemaß hergestellte, durch die erzielte Körnung mehrfach oberflachenvergroßerte Elektroden¬ flache der ersten Elektrode das eigentliche, z.B. SiN Die¬ lektrikum des erf dungsgemaßen Kondensators aufgebracht. Ge- eignet ist hierfür eine CVD-Abscheidung von SiN aus z.B. NH3 und Silan. Zusätzlich kann vorteilhafterweise, nämlich um die Defektdichte zu reduzieren, das Nitrid, - vorzugsweise jedoch nur teilweise - , aufoxidiert werden, so daß eine dünne Oxid- schicht, sogenanntes Top-Oxid, entsteht. Diese Oxidation mit einer Tiefe von z.B. bis zu 1 nm tief m die SiN-
Dielektrikumsschicht hmem fuhrt zu einer Absattigung offener Bindungen.
Es kann alternativ als Dielektrikum auf die Nitndpassivie- rung auch Tantalpentoxid als Schicht mittels CVD-Abscheidung oder aus einer dafür bekanntermaßen zu verwendenden organischen Tantalverbmdung oder dgl . abgeschieden werden. Es empfiehlt sich, die Oberflache des wie voranstehend aufgebrachten Tantaloxid-Dielektrikums noch einem Tempern m einer sau- erstoffhaltigen Atmosphäre zu unterwerfen. Diese Maßnahme ist dahingehend effektiv, die Defektdichte innerhalb der Dielek- tπkumsschicht , insbesondere m den Korngrenzen des Dielektrikums, zu verringern. Es laßt sich damit eine wesentliche Verringerung des für einen Kondensator nachteiligen Leckstro- mes erreichen.
Mit diesen beiden voranstehend beschriebenen Maßnahmen zur Verringerung der Defektdichte laßt sich auch die Pmhole- Dichte reduzieren.
Die Dicke der jeweiligen Dielektrikums-Schicht richtet sich nach der für den Kondensator geforderten Spannungsfestigkeit. Eine dickere Schicht vermindert zwar den erreichbaren Wert der spezifischen Kapazität des Kondensators, erhöht aber des- sen Spannungsfestigkeit. Typisch ist eine Oxid-aquivalente Dicke der Schicht zwischen ca. 1 und 5 nm. Die freie Oberfläche des Dielektrikums wird mit der zweiten Elektrode des Kondensators bedeckt. Diese zweite Elektrode kann bestehen aus z.B. Titannitrid, Polysilizium, Wolfram, Wolframnitrid, Wolframsilizid und dergleichen.
Die nachfolgend beschriebenen Figuren sollen die Erfindung auch in dieser Weise erläutern.
Die Figur 1 zeigt erste Verfahrensschritte der Herstellung der ersten Elektrode eines erfindungsgemäßen Kondensators.
Die Figuren 2, 2a, 2b bis 5 zeigen weitere Verfahrensschritte.
Figur 6 zeigt Stand der Technik.
In Figur 1 sind erste Schritte für das Entstehen zweier benachbarter DRAM-Speicherzellen als Schnittansicht dargestellt. Mit 2 ist der bekannte Aufbau der Elektronik eines Speichers (ohne dargestellte Wortleitungen) für zwei solche Speicherzellen gezeigt. Mit 21 sind zwei dargestellte Bitleitungen bezeichnet. Mit 22 bezeichnet sind Source-/ Drain- Gebiete der zwei Speicherzellen. Mit 23 bezeichnet sind sogenannte Landing Pads, die eine elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Source-Gebiet und dem noch zu beschreibenden Speicherkondensator bilden. Mit 24 sind ein Halbleitersubstrat, mit 25 eine elektrische Isolatorschicht und mit 26 eine als Zwischendielektrikum (BPSG) bekannte Schicht bezeichnet. Diese Schicht 26 ist mit einer als Ätzstop dienenden, z.B. aus einem Nitrid bestehenden Schicht 27 abgedeckt.
Der mit 3 bezeichnete Bereich des Aufbaus in Figur 1 ist für den erfindungsgemäßen Kondensator und seine Herstellung vorgesehen. Mit 31 ist eine zunächst ganzflächig auf der Schicht 27 aufgebrachte Oxidschicht aus z.B. Siliziumoxid bezeichnet. Bekannt ist diese Schicht auch unter der Bezeichnung Frame- Schicht. Diese Schicht hat z.B. eine Dicke von 500 bis 1000 nm. Wie aus der Figur 1 ersichtlich wird für einen jeweiligen Kondensator der Erfindung je eine Aussparung, hier je em Loch 32, diese Oxidschicht 31 hmemgeatzt . Die Form der Aussparung richtet sich nach der gewünschten makroskopischen Form der ersten Elektrode. Für die Positionierung eines je¬ weiligen dieser Locher 32 wird eine photolithographische Maskierung auf der oberen Oberflache der Oxidschicht 31 ausge¬ führt. Das jeweilige Loch 32 wird bis auf die obere Oberfla¬ che des jeweiligen Landing Pad 23 geatzt, und zwar auch durch die Atzstop-Schicht 27 hindurch und m die Isolatorschicht 25 hinein. Em solches Loch 32 hat eine Circa-Abmessung von z.B. 150 nm.
Nach dem Herstellen dieser jeweiligen Locher 32 der Frame- Schicht 31 werden diese Locher 32 mit Wolframsilizid mit insbesondere stochiometrischem Überschuß an Silizium (WSi2-2,s) gemäß einer ersten Variante aufgefüllt. Daraufhin wird die Oxidschicht 31 durch Atzen wieder entfernt. Damit wird das Wolframsilizid oberhalb der Atzstop-Schicht 27 zu einem je- weils freistehenden säulenförmigen Korper 132. Diese hat elektrischen Kontakt mit dem Landing Pad 23 und damit mit dem Source-Gebiet 22 des Speichertransistors.
Es ist bereits oben erwähnt, daß die erste (Bottom-) Elektrode insbesondere m ihrem oberflachennahen Bereich aus dem angegebenen Wolframsilizid besteht und der Kern der Elektrode z.B. auch Polysilizium sein kann. Entgegen der Verfahrensweise der vorangehenden Zeilen können als Alternative der Erfindung die jeweiligen Locher 32 m der Frame-Schicht 31 auch mit für Leitfähigkeit dotiertem Polysilizium gefüllt werden. Die nach dem Wegatzen der Oxidschicht 31 dann aus diesem Polysilizium bestehenden Säulen 232 werden daraufhin mit wie oben angegebenem Wolframsilizid als oberflachennaher Bereich so dick beschichtet, daß dies, vergleichsweise zu einer nur aus dem Wolframsilizid bestehenden Elektrode, eine praktisch ebenso gut leitende Kondensatorelektrode ergibt. Die Figur 2a zeigt als Ausschnitt eine solche Säule 132' mit dem Kern 232 aus dem Polysilizium und mit dem oberflachennahen Bereich 232' aus dem angegebenen Wolframsilizid.
Eine noch weitere Alternative für die makroskopische Form der ersten (Bottom-) Elektrode zeigt die Figur 2b. In der nach Fi¬ gur 1 hergestellten Aussparung, z.B. dem Loch 32, der Schicht 31 wird das f r die erste Elektrode zumindest im oberflachennahen Bereich der Elektrode erfmdungsgemaß vorgesehene Wolframsilizid auf der Wandung dieser Aussparung / dieses Loches 32 als Schicht abgeschieden, und zwar so, daß elektrische Verbindung mit dem Landing Pad 23 (und damit mit dem Source-Gebiet 22) besteht. Diese Schicht wird derart auf¬ gebaut, daß sie stabil als hohlzylmdrischer Korper 132'' stehenbleibt, nämlich wenn der Rest der Schicht 31 entspre- chend dem nachfolgenden Verfahrensschritt vollkommen entfernt worden ist. Die Figur 2b zeigt dieses Stadium mit weiter auf dem Korper 132'' bereits abgeschiedener Schicht 33. Je nach Ausfuhrung des fertigen Kondensators erfolgt die Abscheidung der Schicht 33 auf der Innenseite und/oder der Außenseite desselben.
Erfmdungswesentlich wird nunmehr auf der Oberflache der Säulen 132, 132' (bei anderen Formen des Korpers, z.B. 132'', auf deren Oberflache) , wie oben m der Beschreibung naher ausgeführt, unterstochiometrisches Wolframsilizid abgeschieden. Figuren 2 bis 2b zeigen die dabei entstandene Schicht 33. Diese Abscheidung erfolgt mit insoweit nicht gleichmäßiger Dicke, so daß die mit 133 bezeichnete Wolframsilizid- Beschichtung der Oberflache der Schicht 27 nur etwa halb so dick ist, wie das Wolframsilizid auf der Säule 132 abgeschieden ist. Das abgeschiedene Wolframsilizid ist wie m der vorangehenden Beschreibung ausfuhrlich dargelegt unterstochiome- trisch bemessen. Es folgt nunmehr eine teilweise wirkende RIE-Atzung, mit der die dünnere Beschichtung 133 wenigstens so weit weggeatzt wird, daß die Beschichtungen 33 der einzelnen Säulen 132 elektrisch voneinander getrennt werden. Dabei kann zwar die Beschichtung 33 der Säule 132 dunner werden. Wegen der zuvor dickeren Bemessung der Schicht bleibt diese Beschichtung jedoch für die Erfindung ausreichend dick.
Weiter erfmdungswesentlich wird nunmehr auf die nach dem At- zen verbliebene jeweilige Beschichtung 33' eine zusätzliche Schicht 34 aus reinem (Poly) Silizium aufgebracht. Der nächste wesentliche Verfahrensschritt ist em Tempern des nunmehr erreichten Aufbaus. Dabei geht das unterstochiometrische Wolf¬ ramsilizid der Schicht 33' zusammen mit Silizium der Schicht 34 m em solches Wolframsilizid über, das dabei erfmdungs- wesentlich die oben erwähnte Körnung 41 (siehe auch Figur 4) der Oberflache annimmt bzw. erfahrt. Damit wird eine mehrfache Vergrößerung der Oberflache der Elektrode 4 erreicht. Em nächster Verfahrensschritt ist, restliches, auf der nunmehr gekörnten Wolframsilizid-Oberflache (und der Oberflache der Schicht 27) verbliebenes Silizium bis auf die Oberflache der entstandenen Körnung herunter wieder wegzuätzen. Es kann dies wiederum durch naßchemisches Abatzen erfolgen. Bestehen bleibt nunmehr die erste (Bottom-) Elektrode 4 des jeweiligen Kondensators der jeweiligen Speicherzelle.
Zur Komplettierung des Kondensators empfiehlt es sich, eine dielektrische Passivierung der gekörnten Oberflache der er- fmdungsgemaßen Wolframsilizid- (Bottom-) Elektrode 4 vorzuneh- men. Es kann dies z.B. eine thermische Nitrierung sein mit vorzugsweise m der Dicke einer Monolage mit kleiner 1 nm. Als Dielektrikum des Kondensators ist z.B. Siliziumnitπd vorgesehen. Dieses kann mit Hilfe einer CVD-Abscheidung aus NH3 und Silan auf der Oberflache der ersten Elektrode 4 als Schicht 5 aufgebracht werden. Die erfmdungsgemaße erste
Elektrode mit gekörnter Wolframsilizid-Oberflache kann auch mit Tantalpentoxid als Dielektrikum beschichtet werden. Maßnahmen zur Verbesserung des Dielektrikums sind bereits m der vorangehenden Beschreibung genannt.
Als zweite (Top-) Elektrode 6 kann z.B. Titannitrid vorgesehen sein. Dieses wird durch konforme Abscheidung auf die Schicht 5 des Dielektrikums aufgebracht. Weitere f r die zweite Elek¬ trode geeignete Materialien sind m der obigen Beschreibung genannt. Figur 5 zeigt den fertigen erfmdungsgemaßen Kondensator 1.
Die Erfindung ist voranstehend für einen Kondensator und sein Herstellungsverfahren m der Ausfuhrung mit einer ersten (Bottom-) Elektrode 4 mit der makroskopischen Form einer Säule 132 beschrieben worden. Die Erfindung laßt sich jedoch auch für Kondensatoren mit anderen Formen der ersten Elektrode mit demselben Erfolg anwenden. Dazu ist dann die Aussparung m der Oxidschicht, hier das Loch 32, ggfs. auch entsprechend anders gestaltet zu wählen oder die makroskopische Form des Kerns der ersten Elektrode alternativ auch auf anderweitige Art herzustellen.
Die Figur 6 zeigt aus Drynan, Figur 3, den dort angegebenen Aufbau des m der Beschreibungsemleitung beschriebenen Speicherkondensators. Mit 64 ist die dort topfformige erste Elek- trode bezeichnet. Auf der Oberflache dieser Elektrode 64 befindet sich die Dielektrikumsschicht 65 und darauf die Top- Elektrode 66. Das Dielektrikum 65 ist Tantalpentoxid auf der Oberflache des Wolframs der ersten (Bottom-) Elektrode .

Claims

Patentansprüche
1. Miniaturisierter Kondensator, mit einer ersten Metallelektrode (4) mit vorgegebener makro- skopischer Form (132, 132', 132''), mit darauf einem Festkorperdielektrikum (5) , und mit einer darauf befindlichen zweiten Elektrode (6), g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die erste Elektrode (4) zumindest m ihrem oberflachenna- hen Bereich (232') aus Wolframsilizid (WSιx, x = 2 bis 2,5) besteht und sich auf der Oberflache dieses Bereiches eine gewachsene Schicht 41 aus gekörntem Wolframsilizid mit Oberfla- chenvergroßerung f r die aufliegende Schicht (5) des Dielektrikums befindet.
2. Kondensator nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß das Wolframsilizid des oberflachennahen Bereichs (232') sich auf einem Kern aus Polysilizium befindet.
3. Miniaturisierter Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß das Dielektrikum eine (NO-) Nitrid-Oxid-Doppelschicht ist
4. Miniaturisierter Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß das Dielektrikum Tantalpentoxid ist.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 oder 4, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die zweite Elektrode (6) aus Titannitrid besteht.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 oder 4, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die zweite Elektrode (6) aus Wolframsilizid besteht
7. Verfahren zur Herstellung eines miniaturisierten Kondensa¬ tors nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mit makroskopischer Formgebung m einer Aussparung ei¬ ner Oxidschicht (31) der Korper (132, 132', 132'') der ersten (Bottom-) Elektrode (4) hergestellt und dieser mit Dielektrikum und zweiter Elektrode beschichtet wird, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß der hergestellte zumindest m seinem oberflachennahen Bereich aus Wolframsilizid (WSιx, x = 2 bis 2,5), bestehende Korper (132, 132', 132'') mit einer Schicht (33) aus unters- tochiometrischem Wolframsilizid, WSιx mit x zwischen 1,5 und 1,9 beschichtet wird, darauf eine weitere Schicht (34) aus zusatzfreiem Silizium aufgebracht wird und dieser Aufbau mit diesen beiden Schichten (33, 34) dann m einer inerten Atmosphäre getempert wird, bis sich eine gekörnte Schicht (41) aus im wesentlichen der unterstochiome- trischen Wolframsilizidschicht (33) gebildet hat.
8. Verfahren nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß der makroskopisch geformte Korper (132) durchgangig aus dem Wolframsilizid (WSιx, x = 2 bis 2,5), hergestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß der makroskopisch geformte Korper (132') aus Polysilizium hergestellt wird und dieser Korper mit Wolframsilizid (WSιx, x = 2 bis 2,5) als oberflachennahem Bereich beschichtet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die unterstochiometrische Wolframsilizid-Schicht (33) mit einer Dicke zwischen 10 und 30 nm aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die unterstochiometrische Wolframsilizid-Schicht (33) derart aufgebracht wird, daß auf dem Korper (132, 132', 132'') diese Schicht (33) wenigstens zweifach dicker als auf benachbarten Flachen (133) aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die Siliziumschicht (34) mit einer Dicke zwischen 10 und 30 nm aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß das Tempern inerter Atmosphäre bei 800° b s 1100°C 1 bis 10 s lang andauernd ausgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß auf der gekörnten Schicht (41) nach dem Tempern verbliebene Anteile der Siliziumschicht (34) entfernt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die Oberflache der gekörnten Schicht (41) passiviert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die Passivierung durch thermische Nitrid-Beschichtung erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die Passivierung mit einer Monolage-Dicke unterhalb 1 nm ausgeführt wird.
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