DE102004007409B4 - Non-conforming manufacturing method for a semiconductor structure - Google Patents
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- H10B12/038—Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate
Abstract
Herstellungsverfahren
für eine
Halbleiterstruktur mit den Schritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats
(1) mit einem Graben (5); und
Abscheiden einer Füllschicht
(10b) aus dotiertem Silizium zum Auffüllen des Grabens (5) und Bedecken
der umgebenden Struktur mittels eines überkonformen Abscheideverfahrens,
das eine durch einen Dotierungskonzentrationsgradienten bewirkte überkonforme
Abscheiderate aufweist, wodurch der Graben (5) zumindest teilweise
von unten nach oben gefüllt
wird;
wobei vor dem Abscheiden der Füllschicht (10b) ein Schritt des
Abscheidens einer Linerschicht (10a) aus undotiertem Silizium zum
Auskleiden der Wände
und des Bodens des Grabens (5) und Bedecken der umgebenden Struktur durchgeführt wird;
und wobei AsH3, SiH4 und
H2 als Prozessgase verwendet werden, das
Verhältnis
der Masseflüsse
AsH3: SiH4 zwischen
0,0781 und 0,109 liegt und die Überkonformität zwischen
120 und 150 liegt.Manufacturing method for a semiconductor structure with the steps:
Providing a semiconductor substrate (1) with a trench (5); and
Depositing a doped silicon fill layer (10b) to fill the trench (5) and cover the surrounding structure by a non-conforming deposition method having a non-conforming deposition rate caused by a doping concentration gradient, thereby at least partially filling the trench (5) from bottom to top ;
wherein prior to depositing said fill layer (10b), a step of depositing a liner layer (10a) of undoped silicon to line the walls and bottom of the trench (5) and cover the surrounding structure; and wherein AsH 3 , SiH 4 and H 2 are used as process gases, the ratio of mass flows AsH 3 : SiH 4 is between 0.0781 and 0.109 and the over-conformity is between 120 and 150.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Halbleiterstruktur.The The present invention relates to a manufacturing method for a semiconductor structure.
Aus
der
Die
Die
Die
Die
Die
Aus SHIM, K.-H., et al.: Low-temperature growth of in situ phosphorus-doped silicon films: two-step growth utilizing amorphous silicon buffers, in: Thin Solid Films, Vol. 369, 2000, S. 185–188 ist offenbart, ein Niedertemperatur-Abscheideverfahren von mit Phosphor in-situ dotiertem Silizium hinsichtlich der Qualität der Siliziumschicht dadurch zu verbessern, dass eine undotierte Siliziumschicht als Linerschicht verwendet wird.Out SHIM, K.-H., et al.: Low-temperature growth of in situ phosphorus-doped silicon films: two-step growth utilizing amorphous silicon buffers, Thin Solid Films, Vol. 369, 2000, pp. 185-188 discloses a low temperature deposition process of in-situ doped silicon with respect to the quality of the silicon layer to improve that an undoped silicon layer as Liner layer is used.
Obwohl prinzipiell auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf integrierte Speicherschaltungen mit Grabenkondensatoren in Silizium-Technologie erläutert.Even though in principle be applicable to any integrated circuits The present invention and the underlying problem in relation to integrated trench capacitor memory circuits in silicon technology explained.
Bei der Skalierung von Strukturen von integrierten Speicherschaltungen in Silizium-Technologie treten oft Gräben mit hohen Aspektverhältnissen auf, insbesondere bei Speicherschaltungen mit sogenannten tiefen Grabenkondensatoren (DT≡„deep trenches"). Typischerweise führen diese Aspektverhältnisse für Strukturen unterhalb von 100 nm teilweise zu einem Öffnungswinkel von größenordnungsmäßig 0,1°. Diese sehr steilen Profile machen es zunehmend schwieriger, die Grabenstrukturen mit leitenden Füllmaterialien, wie z.B. As-dotiertem Polysilizium, zu füllen.at the scaling of structures of integrated memory circuits In silicon technology trenches with high aspect ratios often occur on, in particular in memory circuits with so-called deep trench capacitors (DT≡ "deep trenches"). Typically to lead these aspect ratios for structures below of 100 nm partially at an opening angle of the order of 0.1 °. This very much steep profiles make it increasingly difficult to dig the trench structures with conductive fillers, such as. As doped polysilicon, to fill.
Trotz ausgefeilter Abscheideverfahren gelingt es nicht, derartige Grabenstrukturen zu füllen, ohne dass Lunker (dh. Hohlräume ≡„voids") bzw. Saumnähte im Graben entstehen, wobei diese Tendenz natürlich noch verstärkt wird, wenn es auch nur zu den geringsten Profilschwankungen kommt. Alle bekannten Prozesse in LPCVD-Batchofen-Prozessen erreichen dabei ledig- lich Stufenabdeckungen, welche kleiner als 100 sind. Die Lunker wirken sich insbesondere bei nachfolgenden Recess-Schritten als nachteilhaft aus und erhöhen den Schichtwider- stand der Füllung.In spite of Sophisticated deposition process does not succeed in such trench structures to fill, without voids (ie cavities ≡ "voids") or seam seams in the trench this tendency is naturally reinforced, if it comes even to the slightest profile fluctuations. All known processes in LPCVD batch furnace processes achieve this only step covers, which are smaller than 100. The Voids are particularly disadvantageous in subsequent recessing steps and increase that Film resistance of the filling.
In
Bei
dem in
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine Halbleiterstruktur zu schaffen, das die obigen Füllprobleme beseitigt, ohne dass die Grabenstruktur modifiziert werden muss.Therefore It is an object of the present invention, a manufacturing method for one To provide a semiconductor structure that eliminates the above filling problems, without that the trench structure must be modified.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch das in Anspruch 1 angegebene Herstellungsverfahren gelöst.According to the invention this Problem solved by the manufacturing method specified in claim 1.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, einen Abscheidungsprozess für die Füllschicht vorzusehen, welcher eine überkonforme Abscheidungsrate aufweist. Mit anderen Worten nimmt die Abscheidungsrate in die Tiefe des Grabens Hin zu, so dass der Graben gleichsam von unten nach oben mit der Füllschicht zuwächst. Dementsprechend kommt es nicht zur störenden Ausbildung der Lunker bzw. Hohlräume. Eine zuvor abgeschiedener Linerschicht aus undotiertem Silizium schafft eine optimierte Ausgangsposition.The The idea underlying the present invention is that a deposition process for the filling layer to provide, which a überkonforme Deposition rate. In other words, the deposition rate decreases into the depths of the ditch to, so that the ditch as it were from bottom up with the fill layer accrues. Accordingly, it does not interfere with the formation of voids or cavities. A previously deposited liner layer of undoped silicon creates an optimized starting position.
Der erfindungsgemäße Abscheidungsprozess lässt sich sowohl in LPCVD-Batch-Ofen-Prozessen als auch in CVD-Einzel-Wafer-Reaktor-Prozessen realisieren.Of the inventive deposition process let yourself in both LPCVD batch furnace processes and CVD single wafer reactor processes realize.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of respective subject of the invention.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird nach dem Abscheiden der Füllschicht ein Schritt des Abscheidens einer Deckschicht aus undotiertem Silizium zum vollständigen Auffüllen des Grabens und Bedecken der umgebenden Struktur durchgeführt.According to one Another preferred embodiment is after the deposition of filling layer a step of depositing an overcoat of undoped silicon to the full Fill up trenching and covering the surrounding structure.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das überkonforme Abscheideverfahren ein Gasphasenabscheideverfahren in einem Batchreaktor oder einem Einzelwaferreaktor.According to one Another preferred development is the over-conforming deposition process a gas phase separation process in a batch reactor or a Single wafer reactor.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Abscheiden einer Füllschicht in mindestens zwei Schritten durchgeführt und zwischen den Schritten ein Aufdotierschritt in-situ zum Erzeugen einer zusätzlichen Aufdotierung der Füllschicht durchgeführt, wobei ein Temperschritt zum Aktivieren und Ausdiffundieren der Dotierung der Füllschicht durchgeführt wird.According to one Another preferred development is the deposition of a filling layer performed in at least two steps and between steps an in-situ doping step to generate an additional one Doping the filling layer carried out, a tempering step for activating and outdiffusing the doping the filling layer carried out becomes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird auf dem Halbleitersubstrat eine zum Herstellen des Grabens zuvor verwendete Hartmaske belassen.According to one Another preferred embodiment is on the semiconductor substrate leave a hard mask previously used to make the trench.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Ingredients.
In
In
einem ersten Prozessschritt wird über der Struktur mit dem Graben
Mit
Bezug auf
Die Ursache für die überkonform e Abscheiderate liegt in einem Konzentrationsgradienten des Dotierstoffs im Graben bei der hier vorliegenden Gasphasenabscheidung, wobei SiH4 als Füllstoffgas und AsH3 (oder ein alternatives n-typ Dotiergas wie z.B. PH3) als Dotierstoffgas verwendet werden.The cause of the overdecorresponding precipitation rate lies in a concentration gradient of the dopant in the trench in the present gas-phase deposition, wherein SiH 4 are used as filler gas and AsH 3 (or an alternative n-type doping gas such as PH 3 ) as the dopant gas.
Die
Diffusion der Dotierstoffspezies nimmt nämlich mit zunehmender Grabentiefe
ab, so dass das Dotierungsprofil der Füll schicht DF, das ebenfalls
in
Falls
die resultierende Dotierstoffkonzentration der Füllschicht l0b nicht ausreichend
ist, kann der überkonforme
Abscheidungsprozess schrittweise durchgeführt werden, wobei zwischen
einzelnen Schritten ein Aufdotierschritt in situ zum Erzeugen einer
zusätzlichen
Aufdotierung D1 bzw. D2 in
Typische Prozessbedingungen für einen derartigen überkonformen Abscheideprozess in einem LPCVD-Batch-Reaktor und in einem CVD-Einzel-Wafer-Reaktor sind in der nachstehenden Tabelle aufgelistet.typical Process conditions for such a overconfident Separation process in a LPCVD batch reactor and in a CVD single wafer reactor are listed in the table below.
In
Deutlich erkennbar ist, dass der überkonform e Bereich auf einen bestimmten Verhältnisbereich dieser Prozessgase begrenzt ist.Clear it can be seen that the over-compliant e range to a certain ratio range of these process gases is limited.
Weiter
mit Bezug auf
Mit
Bezug auf
In einem abschließenden Prozessschritt erfolgt dann schließlich die Aktivierung und Ausdiffusion des Dotierstoffes in einem Hochtemperatur-Temperschritt, beispielsweise bei 1100°C in N2-Atmosphäre für eine Zeitdauer von 20 Minuten, alternativ ist die Aktivierung des Dotierstoffes durch eine im Prozessfluss vorgesehene Folge (z.B. Oxidationsschritt) von Hochtemperaturschritten zu erreichen.Finally, in a final process step, the activation and outdiffusion of the dopant in a high-temperature annealing step, for example, at 1100 ° C in N 2 atmosphere for a period of 20 minutes, alternatively, the activation of the dopant by a process flow in the sequence provided (eg Oxidation step) of high temperature steps.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Even though the present invention above based on a preferred embodiment It is not limited to this, but in many ways and modifiable.
Insbesondere ist die Erfindung prinzipiell für beliebige Grabenstrukturen anwendbar.Especially the invention is in principle for Any trench structures applicable.
- 11
- HalbleitersubstratSemiconductor substrate
- 22
- Padoxidschichtpad oxide layer
- 33
- Padnitridschichtpad nitride layer
- 55
- Grabendig
- d1d1
- Grabentiefegrave depth
- d2d2
- LunkertiefeLunkertiefe
- 10a10a
- undotierte Linerschichtundoped liner layer
- l0bl0b
- graduell dotierte Füllschichtgradually doped filling layer
- l0cL0C
- undotierte Deckschichtundoped topcoat
- tu t u
- Dicke der Füllschicht im unteren Grabenbereichthickness the filling layer in the lower trench area
- to t o
- Dicke der Füllschicht im unteren Grabenbereichthickness the filling layer in the lower trench area
- SNSN
- Saumnahthem seam
- CC
- Konzentrationconcentration
- dd
- Tiefedepth
- VV
- LunkerLunker
- TT
- TaperTaper
- DFDF
- Dotierungsprofil der Füllschichtdoping profile the filling layer
- D1, D2D1, D2
- Zusatzdotierungenadditional allocations
Claims (6)
Priority Applications (1)
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DE102004007409A DE102004007409B4 (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Non-conforming manufacturing method for a semiconductor structure |
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2004
- 2004-02-16 DE DE102004007409A patent/DE102004007409B4/en not_active Expired - Fee Related
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Title |
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