Halbleiterbausteine werden zur Herstellung von elektronischen integrierten Schaltungen eingesetzt. Dabei werden Grundele- mente wie z. B. Kondensatoren und Transistoren verwendet. Be- sonders kritisch sind dabei Isolatorschichten, die bestimmte Eigenschaften in Bezug auf Kapazität und Leckstrom aufweisen müssen. Ein Speicherbaustein weist eine Vielzahl von Spei- cherzellen auf, die in einer einfachen Ausführungsform aus einem Transistor und einem Kondensator ausgebildet sind. Der Speicherkondensator weist beispielsweise eine Speicherelekt- rode, eine isolierende Zwischenschicht und eine Gegenelektro- de auf. Weiterhin werden bei dem Aufbau von elektronischen Schaltungen Transistoren verwendet, die eine isolierte Gate- Elektrode aufweisen. Die zunehmende Integrationsdichte erfor- dert eine Verkleinerung der Geometrien der Speicherzelle und des Transistors. Dies führt jedoch zu einer kleineren Konden- satorfläche, die einer kleineren Kondensatorkapazität ent- spricht. Für eine funktionsfähige Speicherzelle ist es jedoch erforderlich, eine Mindestkapazität einzuhalten. Eine Min- destkapazität kann dadurch eingehalten werden, dass die iso- lierende Zwischenschicht dünner ausgeführt wird, die Flächen- ladungsdichte der Kondensatorfläche durch alternative Die- lektrika erhöht wird oder die Kondensatorfläche durch geeig- nete Maßnahmen z. B. HSG (Hemispheric Silicon Grains) erhöht wird. Als alternative Dielektrika werden momentan Materialien mit höherer Dielektrizitätskonstante als Siliziumoxid wie

z. B. Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder Hafniumoxid verwendet.

Beim Transistor führt die Verkleinerung der Geometrien zu ei- ner dünneren Gateoxidschicht, wodurch die Gefahr von elektri- schen Spannungsüberschlagen und Leckströmen erhöht wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Halbleiter- baustein mit verbesserten elektrischen Eigenschaften und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbausteins bereit zu stellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An- spruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Halbleiter- baustein, insbesondere ein im wesentlichen aus Silizium be- stehender Halbleiterbaustein eine Isolationsschicht aufweist, die aus einem dielektrischen Material aufgebaut ist, dessen Bandlücke größer als die von Si02 ist. Die Isolationsschicht wird vorzugsweise als Gate-Isolationsschicht oder als Isola- tionsschicht eines Kondensators eingesetzt. Aufgrund der gro- ßen Bandlücke eignet sich das erfindungsgemäße Material zur Ausbildung von Isolationsschichten, die einen relativ kleinen Leckstrom aufweisen und robust gegen Spannungsüberschlage sind. Dadurch können Isolationsschichten, beispielsweise bei einer Speicherzelle oder bei einem Feldeffekttransistor dün- ner ausgeführt werden als bei der Verwendung von SiOx oder SiNX oder Kombinationen davon, und so die Flächenladungsdich- te erhöht werden.

Im Gegensatz zu Materialien mit größeren Dielektrizitäts- konstanten können mit den erfindungsgemäßen Materialien, die eine größere Bandlücke für positive und negative Ladungs- träger aufweisen, Isolatorschichten bei gleichem Leckstrom dünner ausgeführt werden.

Vorzugsweise eignen sich Alkalihalogenide oder andere Metall- Halogen-Verbindungen zur Ausbildung der erfindungsgemäßen I- solationsschicht.

Insbesondere eignen sich Metall-Fluorverbindungen. Vorzugs- weise wird als Material Lithiumfluorid, Kalziumfluorid, Bari- umfluorid, Magnesiumfluorid oder Natriumfluorid verwendet.

Die genannten Metall-Fluorverbindungen können über epitakti- sche Verfahren in den entsprechenden Dimensionen aufgebracht und strukturiert werden. Somit eignen sich die Metall- Fluorverbindungen zum Aufbau einer Isolationsschicht, die insbesondere bei der Herstellung eines Halbleiterbausteins verwendet werden, der in Siliziumtechnologie aufgebaut wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er- läutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer Speicherzelle und Figur 2 einen MOS-Transistor, und Figur 3 eine Tabelle mit bevorzugten Materialien.

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel einer Speicher- zelle eines dynamischen Speicherbausteins und am Beispiel ei- nes MOS-Transistors erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Schaltungen beschränkt, sondern kann bei jeder Art von Schaltung eingesetzt werden, die vorzugsweise aus einem Siliziummaterial aufgebaut ist und bei der eine robuste Iso- lationsschicht benötigt wird. Die erfindungsgemäße Isolati- onsschicht ist bei jeder Art von Kondensator einsetzbar.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer Speicherzelle eines dynamischen Speicherbausteins. Der dynamische Speicherbaustein weist eine Vielzahl von Speicher- zellen auf, die über Wortleitungen und Bitleitungen und Aus- wahltransistoren einzeln adressierbar sind. Die Information, die im Speicherbaustein abgelegt ist, wird in Form einer e- lektrischen Ladung in der Speicherzelle gespeichert. Die

Speicherzelle ist in Form eines Grabenkondensators aufgebaut.

Der Grabenkondensator speichert eine elektrische Ladung, die einem Wert der Information 0 oder 1 entspricht. Anstelle ei- nes Grabenkondensators kann auch eine andere Art von Kon- densator wie z. B. ein Stacked-Kondensator verwendet werden.

Figur 1 zeigt ein Siliziumsubstrat 1, in das ein Graben 2 eingebracht ist, der mit einer ersten Dotierschicht 3 umge- ben. Im Graben 2 ist angrenzend an die erste Dotierschicht 3 eine Isolationsschicht 4 ausgebildet. Die Isolationsschicht 4 umgibt eine Leitungsschicht 5, mit der ein Großteil des Gra- bens 2 ausgefüllt ist. Die erste Dotierschicht 3 und die Lei- tungsschicht 5 stellen zwei Kondensatorflächen dar. Die Iso- lationsschicht 4 stellt eine zwischen den Kondensatorflächen angeordnete dielektrische Schicht dar. Das Siliziumsubstrat 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel positiv dotiert.

Die erste Dotierschicht 3 ist hoch negativ dotiert und die Leitungsschicht 5 ist aus einem negativ dotierten Polysilizi- ummaterial aufgebaut. Die erste Dotierschicht 3 steht über einen Auswahltransistor, der über eine Wortleitung ansteuer- bar ist, mit einer Bitleitung in Verbindung. Über eine ent- sprechende Ansteuerung des Auswahltransistors wird die in der Speicherzelle abgespeicherte Ladung zur Bitleitung übertra- gen. Von der Bitleitung wird die Ladung über einen Ausgangs- verstärker verstärkt und über Ausgangstreiber an einen Aus- gang des Speicherbausteins ausgegeben.

Die dielektrische Isolationsschicht 4 besteht vorzugsweise aus einem Material, dessen Bandlücke größer als die von Si02 (9, 9 eV) ist. Vorzugsweise weist das verwendete Material eine dielektrische Konstante auf, die ebenfalls größer als die von Si02 oder SiN oder Mischungen der Materialien ist. Vorzugs- weise werden zum Aufbau der Isolationsschicht 4,8 Materialien verwendet, die eine Alkalihalogenid-Verbindung aufweisen.

Insbesondere eignen sich Metall-Fluorid-Verbindungen zum Auf- bau der Isolationsschicht.

Aufgrund der physikalischen Eigenschaften eignen sich Li- thiumfluorid (LiF), Kalziumfluorid (CaF), Bariumfluorid (BaF), Magnesiumfluorid (MgF) und Natriumfluorid (NaF) zur Herstellung der Isolationsschicht 4,8. Als bevorzugtes Her- stellungsverfahren werden Abscheideverfahren wie z. B. Chemi- cal Vapor Deposition Verfahren oder ALD-Verfahren (Atomic Layer Deposition) eingesetzt. Entsprechende Verfahren und das Abscheiden der genannten Fluorverbindungen ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise in CVD of non-metals", William S.

Reeves, New York, VCH 1996, ISBN 3-527-29295-0"in Kapitel 7.1 ff. beschrieben.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine integrierte Schal- tung eines Halbleiterbausteins, der ein Siliziumsubstrat 1 aufweist, in das eine dritte und eine vierte Dotierschicht 6, 7 eingebracht sind. Zwischen der dritten und der vierten Do- tierschicht 6,7 ist eine Gate-Oxidschicht 8 auf dem Sili- ziumsubstrat 1 aufgebracht. Auf der Gate-Oxidschicht 8 ist eine leitende Kontaktschicht 9 ausgebildet. Das Silizium- substrat 1 ist positiv dotiert. Die dritte und die vierte Do- tierschicht 6,7 stellen negativ dotierte Siliziumbereiche dar. Die Gate-Oxidschicht 8 ist in Form einer Isolations- schicht ausgebildet, die aus den gleichen Materialien aufge- baut sein kann, wie die Isolationsschicht 4 der Speicherzelle der Figur 1. Die Kontaktschicht 9 besteht aus einem hoch do- tierten Polysiliziummaterial, aus Metall oder Silizium /Metall Kombinationen. Die Dotierungen können auch invers ausgebildet sein (p-bzw. n-Transistor).

Die in Figur 2 dargestellte Halbleiterstruktur zeigt einen MOS-Transistor, der als Anschlüsse die dritte und die vierte Dotierschicht 6,7 und als Gate-Anschluss die Kontaktschicht 9 aufweist. Aufgrund der oben beschriebenen bevorzugten Mate- rialien kann die Gate-Oxidschicht 8 sehr dünn ausgebildet werden, ohne dass große Kriechströme oder eine elektrische Beschädigung der Gate-Oxidschicht 8 auftreten.

Die Dotierungen können auch inverse Dotierungen sein. Bei zu- nehmender Verkleinerung sind auch dünnere Schichten möglich.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Materialien kann die Isolator- schicht bei gleichem Leckstrom, bzw. geringerem Leckstrom bei gleicher Dicke, dünner als bei der Verwendung von Si02 ausge- führt werden.

Figur 3 zeigt eine Tabelle mit charakteristischen Parametern einer Auswahl von Materialien, die sich für den Aufbau der erfindungsgemäßen Isolationsschicht eignen.

Lithiumfluorid weist eine Bandlücke von etwa 14 Elektronen- volt und eine dielektrische Konstante von 9 auf. Kalziumfluo- rid weist eine Bandlücke von etwa 13 Elektronenvolt und eine dielektrische Konstante von 6,8 auf. Bariumfluorid weist eine Bandlücke von etwa 11 Elektronenvolt und eine dielektrische Konstante von 7,3 auf. Magnesiumfluorid weist eine Bandlücke von etwa 14 Elektronenvolt und eine dielektrische Konstante im Bereich von 5 auf. Natriumfluorid weist eine Bandlücke von etwa 12 Elektronenvolt und eine dielektrische Konstante von 6 auf. Je nach Ausführungsform können auch Mischungen oder Kom- binationen der erfindungsgemäßen Materialien zum Aufbau einer Isolatorschicht verwendet werden. Weiterhin können auch Kom- binationen mit anderen Materialien, wie z. B. Aluminiumoxid, zur Ausbildung der Isolationsschicht verwendet werden. Dabei wird die Isolationsschicht in Form von mehreren Schichten aufgebraut.