6.5 Simulation des Herstellungsprozesses einer Speicherkapazität



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6.5 Simulation des Herstellungsprozesses einer Speicherkapazität

Für dynamische Speicherbausteine bis 16 Mbit Speicherkapazität werden Kapazitäten meist als Grabenkondensatoren ausgeführt. Höhere Integrationsdichten erfordern kompliziertere Geometrien, um bei kleineren Abmessungen eine größere Oberfläche der Kondensatorelektroden zu erreichen [Wat88], [Ema88], [Wak89], [Kim90]. Eine mögliche Struktur, geeignet für 64 Mbit und 256 Mbit DRAM-Speicherbausteine, wurde von Temmler [Tem91] vorgeschlagen. Es handelt sich dabei um eine vertikal geschichtete Struktur, bestehend aus mehreren Lagen Polysilizium, die durch ein dünnes Dielektrikum getrennt sind. Abbildung 6.14 zeigt den Herstellungsprozeß dieser Speicherkapazität. Die Abmessungen der endgültigen Struktur werden durch den ersten Ätzschritt unter Verwendung einer kreisförmigen Maske festgelegt (Abbildung 6.14 (a)). Ausgangsmaterial für diesen Ätzschritt ist Siliziumdioxid. Anschließend werden mehrere Lagen Polysilizium, getrennt durch Oxid-Spacer, deponiert. Diese Oxid-Spacer erhält man durch konforme Abscheidung von Siliziumdioxid mit anschießender direktionaler Rückätzung ohne Maske. Als Resultat bleiben an den Flanken des Polysiliziums Oxidreste zurück, die als Abstandshalter für die nachfolgende Materialschicht dienen. Abbildung 6.14 (c) zeigt die Struktur nach der Deposition zweier Schichten Polysilizium und der Strukturierung zweier Oxid-Spacer. Im Anschluß daran wird die Geometrie vollständig mit Polysilizium aufgefüllt (Abbildung 6.14(d)) und danach selektiv zurückgeätzt, sodaß das Oxid wieder frei liegt (Abbildung 6.14 (e)). Nach Entfernen des Oxids durch chemisches Naßätzen erhält man die endgültige Struktur der ersten Kapazitätselektrode (Abbildung 6.14 (f)), die durch Deposition eines dünnen Dielektrikums und einer weiteren Polysiliziumschicht eine fingerförmige Kondensatorstruktur mit großer Oberfläche ergibt.

  
Abbildung 6.14: Prozeßschritte bei der Herstellung der Speicherkapazität.

Die folgenden Abbildungen zeigen Ergebnisse einer vollständigen dreidimensionalen Simulation dieses Herstellungsprozesses [Str93a]. Abbildung 6.15 stellt das Ergebnis nach Strukturierung des zweiten Oxid-Spacers dar (entspricht Abbildung 6.14(c)). Dieser Oxid-Spacer grenzt an eine Polysiliziumschicht, von der der erste Oxid-Spacer vollständig umgeben wird. Die Depositionsrate für die Abscheidung des Oxids beträgt , die Depositionszeit ist mit vorgegeben. Für den nachfolgenden anisotropen Ätzschritt wird ein ionenunterstütztes Plasmaätzverfahren eingesetzt. Die chemische Ätzrate beträgt mit , geätzt wird . Die Parameter der Verteilungsfunktion betragen und .

Abbildung 6.16 zeigt das Ergebnis nach Rückätzung der zuvor mit Polysilizium aufgefüllten Struktur (, Depositionszeit = 1000s). An der Oberseite der Geometrie werden Teile der Oxid-Spacer sichtbar, tiefere Stellen zeigen die Polysilizium-Struktur. Die Ätzrate von Polysilizium beträgt , die Ätzrate von Siliziumdioxid ist , bei . Die Ätzzeit beträgt 250s, die Parameter der Verteilungsfunktion sind mit und vorgegeben.

Abbildung 6.17 zeigt die Geometrie der Elektrode nach chemischem Naßätzen des Oxids. Die Ätzrate für Siliziumdioxid ist mit vorgegeben, die Ätzrate von Polysilizium beträgt bei 2500s Ätzzeit. Abbildung 6.18 zeigt zum Vergleich ein Bild der realen Struktur [Tem91].

Für die Simulation wurden Zellen für die Materialbeschreibung verwendet, die benötigte Simulationszeit für alle Prozeßschritte betrug 102 Minuten auf einem HP 9000/755 Arbeitsplatzrechner.

  
Abbildung 6.15: Ergebnis nach Strukturierung des zweiten Oxid-Spacers.

  
Abbildung 6.16: Ergebnis nach dem Zurückätzen der mit Polysilizium aufgefüllten Struktur.

  
Abbildung 6.17: Struktur der Elektrode nach dem Entfernen des Oxids durch chemisches Naßätzen.

  
Abbildung 6.18: Bild der realen Struktur.



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Martin Stiftinger
Thu Nov 24 17:41:25 MET 1994