DE19944011B4 - Method for forming at least two memory cells of a semiconductor memory - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
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Abstract
Verfahren
zur Bildung mindestens zweier Speicherzellen eines Halbleiterspeichers
(100), wobei das Verfahren die folgende Reihenfolge von Schritten aufweist:
– Bilden
zweier benachbarter Gräben
(108, 108') in einem Substrat (101);
– Bilden je eines Isolationskragens
(168, 168') in je einem oberen Bereich (109, 109') der Gräben (108,
108');
– Bilden
je einer dielektrischen Schicht (164, 164') auf der Oberfläche des
jeweiligen Isolationskragens (168, 168') und auf der Oberfläche je eines
unteren Bereichs (111, 111') der Gräben (108, 108');
– Füllen der
Gräben
(108, 108') mit je einer leitenden Grabenfüllung (161, 161');
– Bilden
je eines Dielektrikums (430, 430') auf den leitenden Grabenfüllungen
(161, 161');
– Ätzen eines
Isolationsgrabens (180) zwischen den beiden Gräben (108, 108'), um die Gräben (108,
108') voneinander zu isolieren, wobei das jeweilige Dielektrikum
(430, 430') auf der jeweiligen leitenden Grabenfüllung (161, 161') als Ätzmaske
dient und der Isolationsgraben (180) selbstjustiert zu...A method of forming at least two memory cells of a semiconductor memory (100), the method comprising the following sequence of steps:
- forming two adjacent trenches (108, 108 ') in a substrate (101);
- Forming each of an isolation collar (168, 168 ') in each case an upper region (109, 109') of the trenches (108, 108 ');
- Forming each of a dielectric layer (164, 164 ') on the surface of the respective insulating collar (168, 168') and on the surface of each of a lower portion (111, 111 ') of the trenches (108, 108');
- filling the trenches (108, 108 '), each with a conductive trench filling (161, 161');
Forming a respective dielectric (430, 430 ') on the conductive trench fillings (161, 161');
- etching an isolation trench (180) between the two trenches (108, 108 ') to isolate the trenches (108, 108') from each other, wherein the respective dielectric (430, 430 ') on the respective conductive trench filling (161, 161 ') serves as an etching mask and the isolation trench (180) self-aligned to ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung mindestens zweier Speicherzellen eines Halbleiterspeichers.The The present invention relates to a method of forming at least two memory cells of a semiconductor memory.
Integrierte Schaltungen (ICs) oder Chips enthalten Kondensatoren zum Zwecke der Ladungsspeicherung, wie zum Beispiel ein dynamischer Schreib-/Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM). Der Ladungszustand in dem Kondensator repräsentiert dabei ein Datenbit.integrated Circuits (ICs) or chips contain capacitors for the purpose charge storage, such as a dynamic random access memory with random access (DRAM). The state of charge in the capacitor represents one data bit.
Ein DRAM-Chip enthält eine Matrix von Speicherzellen, welche in Form von Zeilen und Spalten angeordnet sind und von Wortleitungen und Bitleitungen angesteuert werden. Das Auslesen von Daten aus den Speicherzellen und das Schreiben von Daten in die Speicherzellen, wird durch die Aktivierung geeigneter Wortleitungen und Bitleitungen bewerkstelligt.One Contains DRAM chip a matrix of memory cells arranged in the form of rows and columns are and are driven by word lines and bit lines. Reading data from the memory cells and writing of data in the memory cells, is made more suitable by the activation Word lines and bit lines accomplished.
Üblicherweise enthält eine DRAM-Speicherzelle einen mit einem Kondensator verbundenen Transistor. Der Transistor enthält zwei Diffusionsgebiete, welche durch einen Kanal voneinander getrennt sind, der von einem Gate gesteuert wird. Abhängig von der Richtung des Stromflusses wird ein Diffusionsgebiet als Drain und das andere als Source bezeichnet. Hier ist das Drain-Gebiet mit der Bitleitung, das Source-Gebiet mit dem Grabenkondensator und das Gate mit der Wortleitung verbunden. Durch Anlegen geeigneter Spannungen an das Gate wird der Transistor so gesteuert, daß ein Stromfluß zwischen dem Drain-Gebiet und dem Source-Gebiet durch den Kanal ein- und ausgeschaltet wird.Usually contains a DRAM memory cell connected to a capacitor transistor. The transistor contains two diffusion regions separated by a channel are controlled by a gate. Depending on the direction of the current flow one diffusion region is referred to as a drain and the other as a source. Here is the drain region with the bit line, the source region connected to the trench capacitor and the gate to the word line. By Applying appropriate voltages to the gate will make the transistor so controlled that one Current flow between the drain region and the source region through the channel and is turned off.
Die
in dem Kondensator gespeicherte Ladung baut sich mit der Zeit, aufgrund
von Leckströmen
ab. Bevor sich die Ladung auf einen unbestimmten Pegel unterhalb
eines Schwellwertes abgebaut hat, muß der Speicherkondensator aufgefrischt
werden, daher erfordern hohe Leckströme eine hohe Auffrischfrequenz.
Aufgrund der Auffrischung werden diese Speicherzellen als dynamisches
RAM (DRAM) bezeichnet. Aus der Patentschrift
Eine zu geringe Ladung in dem Grabenkondensator kann die Funktionstüchtigkeit und Verwendbarkeit der Speichervorrichtung widrig beeinflussen. Falls die gespeicherte Ladung zu stark abgebaut ist, so ist es nicht mehr möglich, die in der Speicherzelle gespeicherte Information mit den angeschlossenen Leseverstärkern auszulesen. Die Information geht verloren und es kommt zu Lesefehlern. Zur Vermeidung von Lesefehlern bietet sich die Reduktion der Leckströme an. Zur Verringerung der Leckströme sind die Speicherzellen durch einen Isolationsgraben (STI) voneinander isoliert. Üblicherweise wird das Gebiet, in dem der Isolationsgraben zu bilden ist, durch eine strukturierte photolithographische Schicht definiert. Dazu ist die Justierung der Photobelichtung auf die bereits vorhandenen Strukturen, wie zum Beispiel den Grabenkondensator, erforderlich. Durch eine inhärent vorhandene Photobelichter-Justierungenauigkeit kommt es zu Schwankungen in der Position des Isolationsgrabens, relativ zu dem Grabenkondensator. Dabei kommt es gelegentlich vor, daß der Isolationsgraben einen Grabenkondensator vollständig von seinem Transistor isoliert. Die betreffende Speicherzelle ist somit unbrauchbar, was üblicherweise für viele weitere Speicherzellen gilt, da alle Speicherzellen mit dem gleichen Isolationsgraben-Belichtungsschritt isoliert werden.A Too little charge in the trench capacitor can affect the functionality and adversely affect the usability of the storage device. If the stored charge is too much degraded, it is no longer possible, read out the information stored in the memory cell with the connected sense amplifiers. The information is lost and there are read errors. To avoid of reading errors offers the reduction of leakage currents. to Reduction of leakage currents are the memory cells through an isolation trench (STI) from each other isolated. Usually the area in which the isolation trench is to be formed will pass through defines a structured photolithographic layer. To is the adjustment of the photo exposure to the already existing ones Structures, such as the trench capacitor. By an inherent Existing Photobright Adjustments inaccuracy there are fluctuations in the position of the isolation trench, relative to the trench capacitor. It happens occasionally, that the Isolation trench a trench capacitor completely from its transistor isolated. The relevant memory cell is thus useless, which is usually for many more memory cells applies, since all memory cells with the same Isolation trench-exposure step be isolated.
Auch wenn die Photobelichter-Justierungenauigkeit nicht zur vollständigen Isolation des Grabenkondensators führt, so ist die elektrische Verbindung durch den Isolationsgraben eingeengt, da der Isolationsgraben den Grabenkondensator und die leitende Grabenfüllung teilweise ersetzt. Dies führt zu er höhten Anschlußwiderständen des Grabenkondensators an den Transistor, was langsame Speicherzellen zur Folge hat, die dadurch unbrauchbar sind. Die tolerierbare Justierungenauigkeit ist daher viel kleiner als der Innendurchmesser des Isolationskragens.Also if the photo-aligner inaccuracies not for complete isolation the trench capacitor leads, so the electrical connection is narrowed by the isolation trench, because the isolation trench partially the trench capacitor and the conductive trench filling replaced. this leads to to heightened Connection Resistors of Trench capacitor to the transistor, which slow memory cells result, which are unusable as a result. The tolerable adjustments inaccuracy is therefore much smaller than the inner diameter of the insulation collar.
Bei fortschreitender Erhöhung der Integrationsdichte nehmen sowohl das kleinste Strukturmaß F, als auch die Photobelichter-Justierungenauigkeit ab. Das Verhältnis von kleinstem Strukturmaß F und Photobelichter-Justierungenauigkeit bleibt aber nicht konstant, denn die Photobelichter-Justierungenauigkeit nimmt relativ zu dem kleinsten Strukturmaß F zu. Die damit verbundene Erhöhung der relativen Schwankung nachfolgender Photolithographieschritte, bezogen auf bereits vorhandene Strukturen, nimmt daher ebenfalls zu.at progressive increase The integration density takes both the smallest structural dimension F, as also the photo-aligner adjustments inaccuracy. The ratio of smallest structural dimension F and photo-aligner inaccuracies do not stay constant, because the photo-aligner inaccuracies increases relative to the smallest structural dimension F. The Associated increase the relative fluctuation of subsequent photolithography steps, based on existing structures, therefore, also decreases to.
Aus
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Herstellungsverfahrens für einen Speicher, bei dem die Dejustierung zwischen Speicherzellen und Isolationsraben auf einen Wert verringert ist, der kleiner ist als die Photobelichter-Justierungenauigkeit.The Object of the present invention is therefore in the creation a manufacturing process for a memory where the misalignment between memory cells and isolation trench is reduced to a value that is smaller as the photo-aligner adjustments inaccuracy.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch gelöst durch ein Verfahren zur Bildung mindestens zweier Speicherzellen eines Halbleiterspeichers, wobei das Verfahren die folgende Reihenfolge von Schritten aufweist:
- – Bilden zweier benachbarter Gräben in einem Substrat;
- – Bilden je eines Isolationskragens in je einem oberen Bereich der Gräben;
- – Bilden je einer dielektrischen Schicht auf der Oberfläche des jeweiligen Isolationskragens und auf der Oberfläche je eines unteren Bereichs der Gräben;
- – Füllen der Gräben mit je einer leitenden Grabenfüllung;
- – Bilden je eines Dielektrikums auf den leitenden Grabenfüllungen;
- – Ätzen eines Isolationsgrabens zwischen den beiden Gräben, um die Gräben voneinander zu isolieren, wobei das jeweilige Dielektrikum auf der jeweiligen leitenden Grabenfüllung als Ätzmaske dient und der Isolationsgraben selbstjustiert zu den Gräben geätzt wird;
- – Füllen des Isolationsgrabens mit einem Füllmaterial bis in Höhe des Dielektrikums auf den Grabenfüllungen und
- – Bilden je eines Transistors auf je einer dem Isolationsgraben jeweils abgewandten Seite des jeweiligen Grabens.
- Forming two adjacent trenches in a substrate;
- - Forming each of an isolation collar in each case an upper region of the trenches;
- Forming a respective dielectric layer on the surface of the respective insulation collar and on the surface of each of a lower region of the trenches;
- - filling the trenches with one conductive trench filling each;
- Forming one dielectric each on the conductive trench fillings;
- - etching an isolation trench between the two trenches to isolate the trenches from each other, the respective dielectric serving as an etching mask on the respective conductive trench filling and the isolation trench being self-aligned etched to the trenches;
- - Fill the isolation trench with a filler up to the level of the dielectric on the trench fillings and
- - Form each of a transistor on each of the isolation trench each side facing away from the respective trench.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht in der selbstjustierten Herstellung des Isolationsgrabens. Dadurch wird die Position des Isolationsgrabens unabhängig von der Photobelichter-Justierungenauigkeit. Dies wird durch die Verwendung von einem in den Graben abgeschiedenen Grabendeckeldielektrikum erreicht, welches als Ätzmaske für die Herstellung des Isolationsgrabens dient. Das Grabendeckeldielektrikum, wird nicht durch Justierung einer photolithographischen Belichtung auf bereits vorhandene Strukturen gebildet, sondern es wird durch die auf dem Substrat vorhandenen Strukturen, in diesem Fall durch den Graben, an der gewünschten Position gebildet. Daher wird für den, zur Bildung des Isolationsgrabens erforderlichen Lithographieschritt, lediglich eine geringe Justiergenauigkeit benötigt, die trotz der Photobelichter-Justierungenauigkeit leicht eingehalten werden kann. Die Photolackmaske, die den Bereich des Isolationsgrabens definiert, muß demnach nicht mit höchsten Anforderungen an den Photobelichter strukturiert werden, sondern kann mit entspannter Justierung belichtet werden.The The idea underlying the present invention is in the self-aligned production of the isolation trench. This will the position of the isolation trench independent of the photo-aligner inaccuracies. This is achieved through the use of a trench lid dielectric deposited in the trench achieved, which as an etching mask for the Production of the isolation trench serves. The trench lid dielectric, is not achieved by adjusting a photolithographic exposure formed on already existing structures, but it gets through the structures present on the substrate, in this case by the ditch, at the desired Position formed. Therefore, for the lithography step required to form the isolation trench; requires only a small adjustment accuracy, despite the photo-aligner inaccuracies can be easily adhered to. The photoresist mask covering the area of the isolation trench, therefore does not have the highest requirements can be structured on the photo-intensifier, but can with relaxed adjustment be exposed.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an den Seitenwänden und auf dem Boden des Isolationsgrabens zur Grabenverkleidung eine Isolationsschicht gebildet wird und daß eine Isolationsgrabenzwischenschicht auf der Isolationsschicht und auf dem jeweiligen Dielektrikum gebildet wird.Preferably is provided on the side walls and on the floor of the Isolation trench for trench cladding formed an insulating layer and that one Isolation trench intermediate layer on the insulation layer and on the respective dielectric is formed.
Die Isolationsgrabenverkleidung kleidet den geätzten Isolationsgraben aus. Dadurch werden Grenzflächenzustände und Leckströme unterbunden, die den Kondensator entladen können. Durch die Isolationsgrabenzwischenschicht werden in vorteilhafter Weise die Speicherzeit verlängert und die Auffrischfrequenz herabgesetzt.The Isolation trench panel clothes the etched isolation trench. As a result, interface states and leakage currents prevented, which can discharge the capacitor. Through the isolation trench intermediate layer are advantageously extended storage time and the refresh rate lowered.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass jeder Isolationskragen eine Mantelfläche aufweist, die durch einen Umfang und eine Höhe charakterisiert ist, wobei die Höhe der Mantelfläche der Isolationskragen gleichförmig ist.Preferably it is provided that each insulation collar has a lateral surface, which is characterized by a circumference and a height, wherein the height the lateral surface the insulation collar uniform is.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Isolationsgraben vollständig außerhalb der Gräben gebildet wird. Dadurch wird die leitende Grabenfüllung nicht von dem Isolationsgraben beeinträchtigt; die leitende Grabenfüllung weist eine größtmögliche Grabenfüllungsbreite auf und ermöglicht dadurch einen niederohmigen Anschluß des Transistors an den Grabenkondensator.Preferably it is envisaged that the isolation trench formed entirely outside the trenches becomes. As a result, the conductive trench filling is not removed from the isolation trench affected; the conductive trench filling has the largest possible trench filling width on and allows thereby a low-resistance connection of the transistor to the trench capacitor.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass jede leitende Grabenfüllung jeweils in einem von dem jeweiligen Isolationskragen umschlossenen Bereich der Gräben mit einer gleichmäßigen Breite gebildet wird.Preferably It is envisaged that each conductive trench filling in each case in one of with the respective isolation collar enclosed area of the trenches a uniform width is formed.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das jeweilige Dielektrikum aus Oxid, Nitrid oder Oxinitrid besteht, daß die Isolationsschicht aus Oxid, Nitrid oder Oxinitrid besteht und daß das Füllmaterial für den Isolationsgraben aus Oxid, Nitrid, Oxinitrid oder Polysilizium besteht. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Isolationsgrabenzwischenschicht aus Nitrid oder Oxinitrid besteht.Preferably is provided that the respective dielectric of oxide, nitride or oxynitride is that the Insulation layer consists of oxide, nitride or oxynitride and that the filler for the Isolation trench of oxide, nitride, oxynitride or polysilicon exists. Preferably is provided that the insulation trench intermediate layer of nitride or Oxynitride exists.
Das Grabendeckeldielektrikum kann aus Oxid, Nitrid oder Oxynitrid bestehen, die Isolationsgrabenverkleidung aus Oxid, Nitrid oder Oxynitrid, die Isolationsgrabenzwischenschicht aus Nitrid und/oder die Isolationsgrabenfüllung aus Oxid, Nitrid, Oxynitrid oder Polysilizium.The Trench lid dielectric may be oxide, nitride, or oxynitride. the insulation trench cladding made of oxide, nitride or oxynitride, the Isolation trench intermediate layer of nitride and / or the insulation trench filling Oxide, nitride, oxynitride or polysilicon.
Das Grabendeckeldielektrikum dient als Ätzmaske für die Ätzung des selbstjustierten Isolationsgrabens.The Trench lid dielectric serves as an etching mask for the etching of the self-aligned Isolation trench.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher erläutert.embodiments The present invention is illustrated in the drawings and below explained in more detail.
Es zeigen:It demonstrate:
In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente. Die mit ' gekennzeichneten
Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Elemente
einer benachbarten Speicherzelle
Mit
Bezug auf
Der
untere Bereich
Der
Graben
Der
Transistor
Oberhalb
eines Isolationsgrabens
In
Mit
Bezug auf
Der
untere Bereich des Grabens
Der
Graben
Der
Transistor
Zwischen
der Speicherzelle
Der
von dem Isolationskragen
In
Mit
Bezug auf
Ein
Unterbaustapel wird auf der Oberfläche des Substrats
Die
Hartmaskenschicht wird unter Verwendung üblicher photolithographischer
Techniken strukturiert, um einen Bereich zu definieren, in dem der Graben
Zur
Herstellung des Isolationskragens
Die
chemischen Mittel für
das reaktive Ionenätzen
werden derart gewählt,
daß das
Oxid selektiv gegenüber
dem Polysilizium der Isolationskragenopferschicht und dem Nitrid
der Hartmaskenschicht geätzt
wird. Anschließend
wird die Isolationskragenopferschicht aus dem unteren Bereich des
Grabens
Anschließend wird
eine vergrabene Platte
Der
vergrabene Kontakt
Anschließend wird
eine dielektrische Schicht
Die
leitende Grabenfüllung
Mit
Bezug auf
Auf
die Substratoberfläche
wird nun eine Antireflexionsbeschichtung
In
Mit
Bezug auf
Alternativ
kann die Belichtung und das Entwickeln des Photolacks in einem integrierten
Prozeß zusammen
mit der Bildung des Isolationsgrabens
Mit
Bezug auf
Anschließend wird
die Isolationsgrabenfüllung
Alternativ
kann der Isolationsgarben
Mit
Bezug auf
Damit
ist das Verfahren zur Herstellung einer ersten Variante eines Speichers
mit Speicherzellen und selbstjustiertem Isolationsgarben
In
Damit
ist das Verfahren zur Herstellung einer zweiten Variante eines Speichers
mit Speicherzellen und Isolationsgraben
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