DE102004021051B3 - DRAM-Speicherzellenanordnung nebst Betriebsverfahren - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speicherzellenanordnung mit einer Vielzahl von in Zellenzeilen und Zellenspalten angeordneten DRAM-Speicherzellen (97), deren Auswahltransistor (9) jeweils eine erste Gateelektrode (2) sowie eine Rückseitenelektrode (21) umfaßt. Die Speicherzellenanordnung enthält Wortleitungen (22) sowie Rückseitenelektrodenleitungen (5), die jeweils alternierend zwischen benachbarten Zellenspalten angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß jeweils die ersten Gate-Elektroden (2) benachbarter Zellenspalten mit der zwischen den Zellenspalten liegenden Wortleitung (22) verbunden sind und jeweils die Rückseitenelektroden (21) benachbarter Zellenspalten mit der zwischen den Zellenspalten liegenden Rückseitenleitung (5) verbunden sind. Alle Rückseitenleitungen (5) werden auf einem konstanten Potential gehalten, während zum Auslesen einer Speicherzelle (97) diejenige Wortleitung (22) angesprochen wird, mit der die erste Gateelektrode (2) der auszulesenden Speicherzelle (97) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicherzellenanordnung mit einer Vielzahl von in Zellenzeilen und Zellenspalten angeordneten und in einem Halbleitersubstrat gebildeten DRAM-Speicherzellen sowie auf ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Speicherzellenanordnung.
  • Speicherzellen dynamischer Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (Dynamic Random Access Memory, DRAMs) umfassen in der Regel einen Speicherkondensator und einen Auswahltransistor. In dem Speicherkondensator wird eine zu speichernde Information in Form einer elektrischen Ladung gespeichert, die eine logische Größe 0 oder 1, darstellt. Durch Ansteuerung des Auslese- beziehungsweise Auswahltransistors über eine Wortleitung kann diese Information über eine Bitleitung ausgelesen werden. Heutzutage werden insbesondere Speicherzellen verwendet, bei denen der Auswahltransistor als ein Feldeffekttransistor mit einem ersten Source-/Drain-Bereich, einem zweiten Source-/Drain-Bereich, einem zwischen erstem und zweitem Source-/Drain-Bereich angeordneten leitfähigen Kanal sowie einer Gateelektrode realisiert ist.
  • Üblicherweise wird die Gateelektrode über die Wortleitung angesteuert, und durch Anlegen einer geeigneten Spannung an die Gateelektrode kann die Leitfähigkeit in dem Kanal in der Weise gesteuert werden, dass ein Strom zwischen erstem und zweitem Source-/Drain-Bereich fließt, während kein Strom fließt, wenn keine Gate-Spannung angelegt ist.
  • Wenn der Auswahltransistor als ein so genannter Doppel-Gate-Transistor ausgebildet ist, das heißt, wenn entlang des leitfähigen Kanals an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Gateelektrode angeordnet ist, kann die Leitfähigkeit des Kanals besonders gut gesteuert werden. Einerseits wird eine maximale elektrostatische Steuerung des Kanals erreicht, wodurch auch vorteilhafterweise Kurzkanaleffekte unterdrückt werden können, andererseits können unerwünschte Einflüsse benachbarter Leitungen bzw. Gateelektroden abgeschirmt werden, und die Unterschwellsteigung des Transistors wird niedriger.
  • 7 veranschaulicht eine Speicherzellenanordnung von DRAM-Speicherzellen, bei denen der Auswahltransistor jeweils als ein Doppelgate-Feldeffekttransistor realisiert ist, in einer so genannten Folded Bitline-Architektur. Eine derartige Speicherzellenanordnung ist beispielsweise aus B. Göbel et. al. „Fully Depleted Surrounding Gate Transistor (SGT) for 70 nm DRAM and beyond", IEDM 2002 Tech. Dig., S. 275 bekannt. In 7 ist eine Vielzahl von Speicherzellen 97 jeweils in Zellenzeilen und Zellenspalten angeordnet. Jede Speicherzelle 97 umfasst einen Speicherkondensator 6 sowie einen an eine der Kondensatorelektroden angeschlossenen Auswahltransistor 9. Der Auswahltransistor 9 ist jeweils als ein Doppel-Gate-Feldeffekttransistor mit zwei Gateelektroden 2, 25 realisiert. Die Speicherzellen 97 sind jeweils schachbrettmusterartig angeordnet, wobei die Auswahltransistoren 9 jeweils einander diagonal benachbarten ersten Feldern und die Speicherkondensator 6 jeweils dazwischen liegenden diagonal benachbarten zweiten Feldern zugeordnet sind. Eine Vielzahl von Wortleitungen WL1, WL2, WL3 sind in Draufsicht parallel zueinander angeordnet. Dabei umfasst jede der Wortleitungen WL1, WL2, WL3 zwei Ansteuerleitungen 96A, 96B die jeweils die erste und die zweite Gateelektrode 2, 25 ansteuern.
  • Senkrecht zu den Wortleitungen sind Bitleitungen BL1, BL1/, BL2, BL2/ angeordnet, die in Draufsicht parallel zueinander verlaufen und die jeweils mit den zweiten Source-/Drain-Bereichen der Speicherzellen 97 verbunden sind. Wenn nun beispielsweise die in dem Speicherkondensator 6 der Speicherzelle 97, welche am Kreuzungspunkt zwischen Bitleitung BL1 und Wortleitung WL3 liegt, ausgelesen werden soll, so wird an die Wortleitung WL3 eine geeignete Spannung angelegt. Genauer gesagt, wird an die Ansteuerleitung 96A der Wortleitung WL3 eine Spannung angelegt, während an die Ansteuerleitung 96B der Wortleitung WL3 eine entsprechende Gegenspannung angelegt wird. Spannung und Gegenspannung sind dabei derartig bemessen, dass der Kanal des Auswahltransistors leitfähig geschaltet wird. Als Folge wird die in jeder der entlang der Wortleitung WL3 liegenden Speicherzellen 97 gespeicherte Ladung über die Bitleitungen BL1, BL2 an die entsprechenden Leseverstärker 91 übertragen. Gleichzeitig werden über die benachbarten Bitleitungen BL1/, BL2/ Referenz-Signale beziehungsweise Leersignale übertragen. Die Referenz- beziehungsweise Leersignale sind Signale, die übertragen werden, wenn keine gespeicherte Information aus den mit den Bitleitungen BL1/, BL2/ verbundenen Speicherzellen ausgelesen wird.
  • Der Leseverstärker 91 bildet eine Differenz aus den über die Bitleitungen BL1, BL1/ übertragenen Signalen, wodurch störende Einflüsse durch beispielsweise Rauschen ausgeschaltet werden können. Die Bitleitungen BL1/, BL2/ dienen somit als Referenzleitungen beim Auslesen der Bitleitungen BL1, BL2 und umgekehrt.
  • Bei heutzutage verwendeten Speicherzellen sind die Ansteuerleitungen für die zweite Gateelektrode 25 und die Ansteuerleitung 96A für die erste Gateelektrode benachbarter Zellenspalten jeweils in einem Wortleitungsgraben 20 untergebracht. Das heißt, in einem Wortleitungsgraben sind zwei Gateelektroden angeordnet, die jeweils zu Speicherzellen verschiedener Zellenspalten gehören und die daher voneinander elektrisch isoliert werden müssen. Dies hat sich als technologisch schwer zu realisieren herausgestellt. Auch wird die Überlappkapazität der beiden Wortleitungen aufgrund ihrer großen Nähe sehr hoch.
  • In der US-Patentschrift US 6,262,448 B1 wird eine Speicherzelle mit einem Grabenkondensator und einem vertikalen Doppelgate-Transistor beschrieben. Dabei sind in einem Halbleitersubstrat Source- und Drainbereich des Doppelgate-Transistors in einer vertikalen Richtung in Bezug auf die Halbleiteroberfläche angeordnet, so dass sich der Kanal in einer vertikalen Richtung erstreckt. Die Leitfähigkeit des Kanals wird durch zwei konzentrisch angeordnete Gateelektroden gesteuert. Beide Gateelektroden werden durch eine Wortleitung angesteuert.
  • Weiterhin ist aus der DE 10125967 C1 eine DRAM-Speicherzellenanordnung mit vertikalen MOS-Transistoren bekannt, bei denen die Leitfähigkeit des sich zwischen unterem und oberem Source-/Drain-Bereich ausbildenden Kanals durch zwei Gateelektroden gesteuert wird. Die beiden Gateelektroden einer Zellenspalte sind jeweils mit einer Wortleitung leitend verbunden.
  • Aus der US 2003/0116784 A1 ist überdies eine Speicherzellenanordnung mit Doppelgate-Transistoren bekannt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Speicherzellenanordnung bereitzustellen, bei der die Auswahltransistoren als Doppelgate-Transistoren realisiert sind, die jedoch im Vergleich mit den bekannten durch einfa chere Verfahren hergestellt werden können und deren Funktion zuverlässiger ist.
  • Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Speicherzellenanordnung bereitzustellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Speicherzellenanordnung, umfassend eine Vielzahl von in Zellenzeilen und Zellenspalten angeordneten und in einem Halbleitersubstrat gebildeten Speicherzellen, die jeweils einen Speicherkondensator zur Speicherung von elektrischer Ladung und einen Auswahltransistor zur Ansteuerung des Speicherkondensators enthalten, eine Vielzahl von Bitleitungen, die in einer ersten Richtung angeordnet sind, eine Vielzahl von Wortleitungen, die in einer zweiten, die erste Richtung schneidenden Richtung angeordnet sind, eine Vielzahl von Rückseitenelektrodenleitungen, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, wobei die durch die Zellenspalten definierte Richtung der zweiten Richtung entspricht, wobei die Wortleitungen und Rückseitenelektrodenleitungen in der Weise angeordnet sind, daß zwischen zwei Wortleitungen jeweils eine Rückseitenelektrodenleitung und zwischen zwei Rückseitenelektrodenleitungen jeweils eine Wortleitung liegt, wobei der Auswahltransistor einen ersten und einen zweiten Source-/Drain-Bereich, einen den ersten und den zweiten Source-/Drain-Bereich verbindenden leitfähigen Kanal, eine erste Gateelektrode, welche geeignet ist, die Leitfähigkeit des leitfähigen Kanals zu steuern, sowie eine zweite, der ersten Gate-Elektrode gegenüberliegende Rückseitenelektrode umfaßt, der Speicherkondensator zwei Speicherelektroden sowie ein zwischen den Speicherelektroden angeordnetes Speicherdielektrikum umfaßt, und der erste Source-/Drain-Bereich einer jeden Speicherzelle mit einer Speicherelektrode des zugehörigen Speicherkondensators verbunden ist, der zweite Source-/Drain-Bereich einer jeden Speicherzelle mit einer Bitleitung verbunden ist, wobei die Bitleitung geeignet ist, die ausge lesene elektrische Ladung zu übertragen, wobei jede zwischen zwei Zellenspalten angeordnete Wortleitung mit den ersten Gate-Elektroden der Speicherzellen der angrenzenden Zellenspalten verbunden ist und geeignet ist, jeweils die ersten Gate-Elektroden zur Auslösung eines Auslesevorgangs anzusteuern, und jede zwischen zwei Zellenspalten angeordnete Rückseitenelektrodenleitung mit den Rückseitenelektroden der Speicherzellen der angrenzenden Zellenspalten verbunden ist und geeignet ist, jeweils die Rückseitenelektroden auf einem festen Potential zu halten.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit durch eine Anordnung von DRAM-Speicherzellen gelöst, bei der Wortleitungen und Rückseitenelektrodenleitungen jeweils alternierend zwischen benachbarten Zellenspalten angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß jeweils die ersten Gate-Elektroden der zwei benachbarten Zellenspalten mit der zwischen den Zellenspalten liegenden Wortleitung verbunden sind und jeweils die Rückseitenelektroden der zwei benachbarten Zellenspalten mit der zwischen den Zellenspalten liegenden Rückseitenleitung verbunden sind. Alle Rückseitenleitungen werden auf einem konstanten Potential gehalten, während zum Auslesen einer Speicherzelle diejenige Wortleitung angesprochen wird, mit der die erste Gateelektrode der auszulesenden Speicherzelle verbunden ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Speicherzellenanordnung ist die Anzahl der Wortleitungen drastisch reduziert, wodurch Probleme der gegenseitigen Isolierung und auftretender Überlappkapazitäten vermieden werden. Als Folge wird das Herstellungsverfahren deutlich vereinfacht, und weitere Strukturverkleinerungen können leichter vorgenommen werden.
  • Insbesondere können gemäß der vorliegenden Erfindung die Speicherkondensatoren und die Auswahltransistoren in der Art eines Schachbrettmusters angeordnet sein, wobei die Auswahltransistoren jeweils einander diagonal benachbarten ersten Feldern und die Speicherkondensatoren jeweils dazwischenliegenden und diagonal benachbarten zweiten Feldern zugeordnet sind.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Speicherkondensatoren in dem Halbleitersubstrat gebildete Grabenkondensatoren umfassen.
  • Der Auswahltransistor kann beispielsweise als vertikaler Transistor ausgeführt sein, dessen Kanal senkrecht zu einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats verläuft.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Speicherkondensator als Stapelkondensator oberhalb einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats ausgeführt sein.
  • Erfindungsgemäß ist beispielsweise vorgesehen, dass der Auswahltransistor als ein Transistor, dessen erster und zweiter Source-/Drain-Bereich entlang einer durch den ersten und zweiten Source-/Drain-Bereich definierten X-Achse durch eine nicht leitende Recess-Struktur voneinander getrennt sind, ausgeführt ist. Dadurch kann die Länge des leitfähigen Kanals in vorteilhafter Weise verlängert werden.
  • Insbesondere kann sich die erste Gateelektrode und die Rückseitenelektrode des Auswahltransistors jeweils entlang der x-Achse mindestens von dem ersten bis zum zweiten Source-/Drain-Bereich und entlang einer zur Substratoberfläche senkrechten Richtung jeweils mindestens von der Unterseite des ersten und des zweiten Source-/Drain-Bereichs bis über eine Unterkante der Recess-Struktur hinaus erstrecken. Dadurch kann die Breite des leitfähigen Kanals in vorteilhafter Weise durch die Ausdehnung der ersten Gateelektrode und der Rückseitenelektrode in einer Richtung senkrecht zur Substratoberfläche eingestellt werden.
  • Vorzugsweise sind jeweils zwischen zwei Zellenspalten Wortleitungsgräben vorgesehen, in denen abwechselnd jeweils eine Wortleitung beziehungsweise eine Rückseitenelektrodenleitung angeordnet sind. Insbesondere sind die erste Gateelektrode sowie die Rückseitenelektrode als sogenannte Seitenwand-Elektroden ausgeführt, das heißt, sie begrenzen den leitfähigen Kanal des Auswahltransistors jeweils seitlich, genauer gesagt, in einer Richtung senkrecht zur Substratoberfläche. Dadurch können die Auswahltransistoren benachbarter Zellenspalten besonders gut voneinander elektrostatisch abgeschirmt werden.
  • Jede Rückseitenelektrodenleitung wird bei Betrieb der Speicherzellenanordnung unabhängig davon, ob gerade die an der jeweiligen Rückseitenelektrodenleitung anliegenden Speicherzellen angesprochen werden sollen oder nicht, auf einem festen Potential gehalten wird, durch das sichergestellt wird, daß der Kanal nicht leitfähig ist, so lange nicht eine entsprechende Spannung an die erste Gate-Elektrode angelegt worden ist. Entsprechend können mindestens zwei Rückseitenelektrodenleitungen, insbesondere aber auch alle Rückseitenelektrodenleitungen miteinander verbunden werden. Beispielsweise können auch alle Rückseitenelektrodenleitungen geerdet sein.
  • Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß sichergestellt ist, daß wirklich alle Rückseitenelektroden auf demselben Potential gehalten werden. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass die elektrische Kontaktierung am Zellenfeldrand besonders platzsparend durchgeführt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Speicherzellenanordnung bereit, mit den Schritten zum Anlegen einer konstant bleibenden Spannung an alle Rückseitenelektrodenleitungen, Anlegen einer Spannung an eine Wortleitung, mit der die erste Gate-Elektrode der auszulesenden Speicherzelle verbunden ist, wobei die Spannung geeignet ist, die erste Gateelektrode des Auswahltransistors so zu steuern, dass der leitfähige Kanal leitfähig wird, wodurch der Inhalt der auszulesenden Speicherzelle ausgelesen wird.
  • Die konstant bleibende Spannung, die an alle Rückseitenelektrodenleitungen angelegt wird, ist dabei typischerweise negativ. Sie ist derart ausgewählt, daß der leitfähige Kanal des Auswahltransistors nicht leitfähig ist, so lange nicht die erste Gateelektrode des Auswahltransistors über die Wortleitung aktiviert worden ist. Als Folge wird sichergestellt, daß nur diejenigen Speicherzellen ausgelesen werden, deren erste Gateelektrode über die Wortleitung angesprochen worden sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Zellarchitektur,
  • 2 beispielhafte Anordnungen der Bitleitung zur Erhöhung der Auslesegenauigkeit,
  • 3A3C verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Speicherzellenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 3D3E entsprechende Ansichten einer herkömmlichen Speicherzellenanordnung,
  • 4 zwei Querschnitte durch eine Transistorstruktur, auf die die erfindungsgemäße Speicherzellenanordnung anwendbar ist,
  • 5A5E verschiedene Ansichten einer Speicherzellenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
  • 5F eine Ansicht einer entsprechenden herkömmlichen Speicherzellenanordnung,
  • 6A6D eine Speicherzellenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 6E eine Ansicht einer entsprechenden herkömmlichen Speicherzellenanordnung,
  • 7 eine Ansicht einer herkömmlichen Speicherzellenanordnung gemäß einer Folded Bitline-Architektur.
  • 1 veranschaulicht eine Zellarchitektur einer erfindungsgemäßen Speicherzellenanordnung. Wie in der eingangs beschriebenen 7 ist eine Vielzahl von Speicherzellen 97 in Zellenzeilen und Zellenspalten angeordnet, wobei jede Speicherzelle einen Speicherkondensator 6 und einen Auswahltransistor 9 umfasst. Da die Festlegung, was als Zellenspalte und was als Zellenzeile zu bezeichnen ist, willkürlich ist, wird definiert, daß die Richtung der Zellenspalten die Richtung ist, in der auch die Wortleitungen verlaufen. Das heißt, je nach gewählter Darstellung können Zellenspalten auch horizontal oder diagonal von links unten nach rechts oben verlaufen, wenn die zugehörigen Wortleitungen ebenfalls horizontal beziehungsweise diagonal von links unten nach rechts oben verlaufen.
  • Wie in 7 sind gemäß 1 die Speicherzellen jeweils in der Form eines Schachbrettmusters angeordnet. Der Auswahlbeziehungsweise Auslesetransistor 9 einer jeden Speicherzelle 97 weist eine erste Gateelektrode sowie eine Rückseiten-Gateelektrode 21 auf. Anders als in 7 sind jedoch in 1 die Rückseiten-Gateelektroden 21 der ersten Zellenspalte über eine Rückseitenelektrodenleitung 5 mit den links seitigen Gateelektroden der Speicherzellen der zweiten Zellenspalte verbunden. Entsprechend weist die in 1 gezeigte Speicherzellenarchitektur Wortleitungen WL1 und WL2 auf, an die bei Auswahl einer speziellen Speicherzelle eine vorgegebene Spannung angelegt werden kann. Darüber hinaus umfasst die Zellarchitektur Rückseitenelektrodenleitungen 5, die jeweils die Rückseiten-Gateelektroden benachbarter Speicherzellenspalten miteinander verbinden und die immer auf einer konstanten Spannung gehalten werden, unabhängig davon, ob die zugehörige erste Gateelektrode angesprochen werden soll oder nicht. Die konstante Spannung ist dabei derart bemessen, daß der leitfähige Kanal des Auswahltransistors nicht leitfähig ist, so lange an die erste Gateelektrode keine Gatespannung angelegt worden ist. Sobald an die erste Gateelektrode eine Spannung angelegt wird, wird der Kanal leitfähig und die in dem Speicherkondensator gespeicherte Ladung wird ausgelesen.
  • Im Vergleich mit 7 sind gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, zwei benachbarte Wortleitungen durch eine gemeinsame Leitung ersetzt. Die gemeinsame Leitung ist mit den Gate-Elektroden der beiden benachbarten Zellenspalten verbunden. Dabei wirkt jede zweite gemeinsame Leitung als eine aktive Wortleitung zum Lesen und Schreiben, über die eine Gatespannung an die mit ihr verbundenen Gateelektroden angelegt werden kann. Die übrigen gemeinsamen Leitungen, die zwischen den aktiven Wortleitungen liegen, dienen als eine gemeinsame Rückseiten-Gateelektrode und werden auf konstanter Spannung gehalten.
  • Dadurch, dass jeweils zwei benachbarte Wortleitungen durch eine gemeinsame Leitung ersetzt werden, kann das Verfahren zur Herstellung der Speicherzellenanordnung erheblich vereinfacht werden, insbesondere ist es nicht erforderlich, die beiden zuvor benachbarten Wortleitungen durch isolierendes Material voneinander zu isolieren und mit einer unzureichenden Isolierung verbundene Probleme können vermieden werden. Darüber hinaus tritt keine Überlappkapazität zwischen den zuvor benachbarten Wortleitungen mehr auf. Als Folge können weitere Strukturverkleinerungen an der sich ergebenden Speicherzellenanordnung vorgenommen werden, ohne ihre praktische Umsetzbarkeit in Frage zu stellen.
  • Wenn nun bei der in 1 gezeigten Anordnung die am Kreuzungspunkt zwischen Wortleitung WL2 und Bitleitung BL1 angeordnete Speicherzelle 97 ausgelesen werden soll, so wird an die Wortleitung WL2 eine vorgegebene Spannung angelegt und die in dem Speicherkondensator 6 gespeicherte Ladung wird über die Bitleitung BL1 ausgelesen.
  • Anders als bei der in 7 gezeigten Zellarchitektur kann hier jedoch die Bitleitung BL2 nicht als eine Referenz-Bitleitung dienen, da durch Ansteuern der Wortleitung WL2 auch die am Kreuzungspunkt zwischen der Bitleitung B12 und der Wortleitung WL2 liegende Speicherzelle angesteuert und ausgelesen wird. Somit liefert die Bitleitung BL2 kein "Leer"-Signal, das einem Signal ohne ausgelesene Information entspricht. Diese Zellarchitektur wird als Open Bitline-Architektur bezeichnet.
  • Der beschriebene Nachteil kann beispielsweise beseitigt werden, wenn man, wie in 2A gezeigt, eine Referenz-Bitleitung in einer zweiten Bitleitungsebene einführt. 2A zeigt eine Zellarchitektur, bei der beispielsweise in einer höheren Metallisierungsebene eine Referenz-Bitleitung 92 vorgesehen ist, die sich mit der ersten Bitleitung 33 kreuzt, so dass an jeder der beiden Bitleitungen 33, 92 eine gleiche Anzahl von Speicherzellen 97 angeschlossen ist. Bei Ansprechen einer speziellen Speicherzelle kann das Signal der Bitleitung 33 mit dem Signal der Referenz-Bitleitung 97 in dem Leseverstärker 91 miteinander verglichen werden.
  • 2B zeigt eine weitere Möglichkeit, eine Referenz-Bitleitung 93 einzuführen. In diesem Fall wird als Referenz- Bitleitung die Bitleitung einer benachbarten, zum Zeitpunkt des Lesens inaktiven Speicherzellenanordnung verwendet.
  • Wie im Folgenden dargelegt werden wird, kann die in 1 dargestellte Speicherzellenanordnung mit verschiedenen Speicherzellentypen, die jeweils unterschiedliche Speicherkondensatoren und Auswahltransistoren enthalten, verwirklicht werden.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Speicherzellen jeweils einen als Grabenkondensator ausgeführten Speicherkondensator und einen als vertikalen Transistor realisierten Auswahltransistor umfasst.
  • 3A zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Wortleitung 2, d.h. eine Ansicht senkrecht zu den Bitleitungen 33. Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen 81 zum Abschalten eines parasitären Transistors im oberen Grabenbereich. Die innere Kondensatorelektrode (nicht dargestellt) ist über ein Kontaktfenster beziehungsweise einen Buried Strap-Bereich 82 mit dem Auswahltransistor 9 verbunden. Der Auswahltransistor umfasst einen ersten Source-/Drain-Bereich 12, einen zweiten Source-/Drain-Bereich 13 sowie eine Gateelektrode 2. Der p-dotierte Transistor-Body 142 ist über einen p-dotierten Bereich 95 mit einem p-dotierten Wannenbereich 94 verbunden. Der p-dotierte Wannenbereich 94 ist zur Vermeidung von so genannten Floating Body-Effekten vorgesehen. Der zweite Source-/Drain-Bereich 13 ist über einen Bitleitungskontakt 32 mit einer Bitleitung 33 verbunden. Zwischen benachbarten Bitleitungen ist jeweils ein dielektrisches Material 43 zur Isolation vorgesehen.
  • 3B zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Speicherzellen senkrecht zu einer Wortleitung, d.h. parallel zu einer Bitleitung. In 3B ist die vertikale Ausrichtung des Auswahltransistors 9 mit einem ersten Source-/Drain-Bereich 12, einem zweiten Source-/Drain-Bereich 13 und dem dazwischen angeordneten leitfähigen Kanal 15 erkennbar. Auf der linken Seite des Auswahltransistors 9 befindet sich die erste Gateelektrode 2, auf der rechten Seite die rückseitige Gateelektrode 21. Beide Gateelektroden sind als Seitenwand-Gateelektroden ausgeführt, das heißt, sie begrenzen den leitfähigen Kanal seitlich. Die übrigen Bezugszeichen bezeichnen dieselben Komponenten wie in 3A.
  • Beim Anlegen einer geeigneten Spannung an die Gateelektrode 2 wird der leitfähige Kanal 15 in 3B geöffnet und ein Auslesevorgang an der entsprechenden Speicherzelle ausgelöst. Die in dem Speicherkondensator 8 gespeicherte Ladung wird über den Buried Strap-Bereich 82 ausgelesen und gelangt über den ersten Source-/Drain-Bereich 12, den leitfähigen Kanal 15, den zweiten Source-/Drain-Bereich 13, den Bitleitungskontakt 32 die entsprechende Bitleitung 33.
  • 3C zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Speicherzellenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform. In 3C sind mehrere aktive Gebiete 11 jeweils parallel zueinander angeordnet. Zwischen den aktiven Gebieten 11 sind jeweils Wortleitungsgräben 20, 20' angeordnet. Bezugszeichen 8, 8' bezeichnet jeweils die Grabenkondensatoren. Wie in 3C zu sehen ist, ist nun in jedem der Wortleitungsgräben 20, 20' nunmehr eine Gateelektrode ausgebildet, wobei die ersten Gateelektroden 20 und die Rückseitenelektroden 21 jeweils abwechselnd angeordnet sind. Zum Auslesen einer Speicherzelle wird die in dem Wortleitungsgraben 20 ausgebildete Gateelektrode 2 auf eine vorgegebene Spannung gesetzt. Die in den Wortleitungsgräben 20' angeordneten Rückseitenelektroden 21 hingegen werden konstant auf einem vorgegebenen Potenzial gehalten.
  • 3D zeigt im Vergleich dazu die Draufsicht auf eine herkömmliche Speicherzellenanordnung. Wie in 3D zu sehen ist, ist in einem jeden Wortleitungsgraben 20 eine erste Gateelektrode 2, eine zweite Gateelektrode 25 sowie eine Wortleitungs-Isolatorstruktur 24 untergebracht. 3C zeigt somit einen wesentlich einfacheren Aufbau als die Speicherzellenanordnung von 3D.
  • Die 3E zeigt zum Vergleich eine Ansicht einer herkömmlichen Speicherzellenanordnung senkrecht zu einer Wortleitung entsprechend der Ansicht von 3B. In der 3E bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils dieselben Komponenten wie in der 3B. Vergleicht man die Darstellung von 3B mit der von 3E, so zeigt sich, dass gemäß 3B die Struktur erheblich vereinfacht ist, da nun die in 3E gezeigten benachbarten Wortleitungen 2 und 22 bzw. 25 und 22 jeweils miteinander verschmolzen sind, so daß auch eine elektrische Isolierung der zuvor benachbarten Wortleitungen 2 und 22 bzw. 25 und 22 durch die Wortleitungs-Isolatorstruktur entfällt.
  • Die vorliegende Erfindung kann darüber hinaus auch auf eine Speicherzelle mit einem Transistor, der einen gekrümmten Kanal aufweist, also mit einem so genannten CFET angewendet werden.
  • Die 4A und 4B veranschaulichen schematisch die Funktionsweise eines derartigen CFETs. 4A zeigt den Aufbau einer herkömmlichen CFET-Transistorstruktur 98 in einer Richtung parallel zu einer X-Achse, die durch den ersten Source-/Drain-Bereich 12, den leitfähigen Kanal 15 und den zweiten Source-/Drain-Bereich 13 definiert ist. 4B zeigt eine Querschnittsansicht senkrecht zu dieser definierten Achse.
  • In einem Halbleitersubstrat 1 sind in einer Substratoberfläche 10 entlang der X-Achse ein erster Source-/Drain-Bereich 12 und ein zweiter Source-/Drain-Bereich 13 ausgebildet. Die beiden Source-/Drain-Bereiche 12, 13 sind durch einen Recess-Graben 18 voneinander beabstandet. Der Recess-Graben 18 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zur Substratoberfläche 10, von der Substratoberfläche 10 bis unter eine Unter kante der Source-/Drain-Bereiche 12, 13. Unterhalb der Source-/Drain-Bereiche 12, 13 ist durch das Halbleitersubstrat 1 ein Bodybereich 14 der Transistorstruktur 98 ausgebildet. Wie in 4B gezeigt, ist auf beiden Seiten des Bodybereichs 14 je eine erste und zweite Gateelektrode 2, 25 angeordnet, die jeweils durch ein Gatedielektrikum 16 von dem Bodybereich 14 räumlich und elektrisch getrennt ist. Die erste beziehungsweise zweite Gateelektrode 2, 25 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zur Substratoberfläche 10 im Wesentlichen von der Unterkante der Source-/Drain-Bereiche 12, 13 bis unterhalb einer Unterkante des Recess-Grabens 18, wie in 4A durch die Größe b angegeben. Der Recess-Graben 18 kann mit einem dielektrischen Material gefüllt sein. Wie in 4B gezeigt, sind die beiden Gateelektroden 2, 25 in benachbarten Wortleitungsgräben 20, 20' angeordnet.
  • Im Betrieb der Transistorstruktur 98 wird durch ein geeignetes Potenzial an der ersten Gateelektrode 2 beziehungsweise der zweiten Gateelektrode 25 in einem an das Gatedielektrikum 16 anschließenden Abschnitt des Bodybereichs 14 jeweils ein leitfähiger Kanal 15 zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen 12, 13 ausgebildet. Durch den Kanal 15 fließt ein Zellenstrom 99. Die Länge des Kanals 15 wird im Wesentlichen durch die Tiefe der Recess-Struktur 18 bestimmt. Die effektive Kanalbreite wird durch die Ausdehnung der Gateelektrode 2 in zur Substratoberfläche 10 vertikaler Richtung bestimmt. Die Source-/Drain-Bereiche 12, 13 sowie der Bodybereich 14 bilden ein aktives Gebiet 11, das in einem Steg 17 des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet ist, wobei der Steg 17 auf mindestens zwei einander gegenüberliegenden Seiten von der ersten und der zweiten Gateelektrode 2, 25 begrenzt ist.
  • 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Speicherkondensator als Grabenkondensator ausgeführt ist und der Auswahltransistor als ein CFET realisiert ist. 5A zeigt eine Querschnittsansicht der zweiten Ausführungsform entlang einer Wortleitung, das heißt senkrecht zu den Bitleitungen 33. In 5A bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Komponenten wie in 3A. Insbesondere bezeichnet Bezugszeichen 9 einen Auswahltransistor, der gemäß der zweiten Ausführungsform als ein CFET realisiert ist. Im Unterschied zu der in 3A gezeigten Ausführungsform verläuft die durch den ersten Source-/Drain-Bereich 12 und den zweiten Source-/Drain-Bereich 13 definierte Achse parallel zur Substratoberfläche. Der zwischen erstem Source-/Drain-Bereich 12 und zweitem Source-/Drain-Bereich 13 verlaufende Kanal 15 ist in einem p-dotierten Bereich 142 angeordnet. Eine Speicherelektrode des Grabenkondensators 8 ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich 12 verbunden, der zweite Source-/Drain-Bereich 13 ist über einen Bitleitungskontakt 32 mit einer Bitleitung 33 verbunden.
  • 5B zeigt eine Querschnittsansicht senkrecht zu den Wortleitungen, das heißt parallel zu einer Bitleitung. In 5B sind die erste Gateelektrode 2 und die Rückseiten-Gateelektrode 21 des Auswahltransistors 9 gezeigt. Beide Gateelektroden 2, 21 sind wieder als Seitenwand-Elektroden ausgeführt und durch ein Gate-Dielektrikum 16 von dem leitfähigen Kanal 15 räumlich getrennt. Der Auswahltransistor 9 ist in einem Steg 17 gebildet.
  • Beim Betrieb der dargestellten Speicherzelle wird die Rückseitenelektrode auf einem konstanten Potenzial gehalten. Für einen Auslesevorgang wird die erste Gateelektrode 2 mit einem geeigneten Potenzial beaufschlagt, so dass sich in den der ersten Gateelektrode 2 am Gate-Dielektrikum 16 gegenüberliegenden Abschnitt des Bodygebiets 142 ein leitfähiger Kanal 15 ausbildet, der die beiden Source-/Drain-Bereiche 12, 13 miteinander verbindet. Die effektive Kanallänge Leff des Kanals 15 ergibt sich durch die Tiefe des isolierenden Recess-Grabens 18. Die effektive Kanalbreite Weff des Kanals 15 ergibt sich durch den Abstand der Unterkante der Recess-Struktur im Recess-Graben 18 zur Unterkante der ersten Gate-Elektrode 2.
  • 5C zeigt eine Draufsicht auf die Speicherzellenanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Aktive Gebiete 11 sind streifenförmig und parallel zueinander angeordnet. Zwischen zwei benachbarten aktiven Gebieten 11 ist jeweils ein Wortleitungsgraben 20, 20' eingebracht, welcher die aktiven Gebiete voneinander isoliert. Die aktiven Gebiete 11 sind in ihrer Ausbreitungsrichtung durch Recess-Gräben 18 unterbrochen. Die Bezugszeichen 8, 8' bezeichnen jeweils Grabenkondensatoren. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun vorgesehen, dass in jedem der Wortleitungsgräben 20, 20' nur eine Gateelektrode 2 bzw. 21 in der Weise eingebracht ist, daß zwischen zwei ersten Gateelektroden 2 jeweils eine Rückseitenelektrode 21 und zwischen zwei Rückseitenelektroden jeweils eine Gateelektrode angeordnet ist. Dabei werden die in den Wortleitungsgräben 20' angeordneten Rückseitenelektroden 21 jeweils auf einem gleichen, konstanten Potenzial gehalten. Insbesondere können die Rückseitenelektrodeneitungen, welche jeweils die Rückseiten-Gate-Elektroden miteinander verbinden, untereinander verbunden sein.
  • 5D zeigt eine detailliertere Draufsicht auf die erfindungsgemäße Speicherzellenanordnung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese Darstellung im Vergleich zu der in 5C gezeigten Darstellung um 90° gedreht ist. In 5D sind die Auswahltransistoren durch ihnen zugeordnete aktive Gebiete 11 dargestellt. Die aktiven Gebiete 11 sind mit den jeweils zugeordneten Grabenkondensatoren 8 in Zellenzeilen angeordnet, die gegeneinander versetzt sind, so dass sich eine schachbrettartige Anordnung von aktiven Gebieten 11 und Grabenkondensatoren 8 ergibt. Das aktive Gebiet 11 einer Speicherzelle wird innerhalb einer Zellenzeile durch jeweils zwei Grabenkondensatoren 8 begrenzt, wobei einer der beiden das aktive Gebiet 11 begrenzenden Grabenkondensatoren ein Kontaktfenster 82 aufweist, in dessen Bereich ein erster Source-/Drain-Bereich 12 des aktiven Gebiets 11 an einer Spei cherelektrode 61 im Inneren des Grabenkondensators 8 angeschlossen ist.
  • Von der Speicherelektrode des anderen Grabenkondensators 8' ist das aktive Gebiet 11 durch einen im Inneren des Grabenkondensators 8 vorgesehenen Isolationskragen 81 isoliert. Zwischen den durch die Grabenkondensatoren 8 und die aktiven Gebiete 11 gebildeten Zellenzeilen sind Wortleitungsgräben 20 eingebracht, die einen oberen Abschnitt der Grabenkondensatoren schneiden. Orthogonal zu den Wortleitungsgräben 20 sind Bit- bzw. Datenleitungen 33 geführt, die über Bitleitungskontakte 32 mit jeweils einem zweiten Source-/Drain-Bereich 13 der Auswahltransistoren bzw. der aktiven Gebiete verbunden sind. Jeweils zwischen den Bitleitungen 33 sind in die aktiven Gebiete 11 Recess-Gräben 18 eingebracht, die jeweils die ersten Source-/Drain-Bereiche 12 und den zweiten Source-/Drain-Bereichen 13 trennen und deren Tiefe eine effektive Kanallänge Leff der Auswahltransistoren vorgibt.
  • 5E veranschaulicht den Aufbau der dargestellten Speicherzellenanordnung entlang des Querschnitts A-B-C-D der 5D. Genauer gesagt zeigt der linke Abschnitt der 5E bis zum Punkt B eine Querschnittsansicht entlang einer Bitleitung, das heißt senkrecht zu den Wortleitungsgräben 20. Im linken Bereich der 5E ist ein zweiter Source-/Drain-Bereich 13 über einen Bitleitungskontakt 32 mit einer Bitleitung 33 verbunden. Ein Zwischenlagen-Dielektrikum 41 ist vorgesehen, um die Bitleitungsebene von den darunter liegenden Strukturen elektrisch zu isolieren. Die zu dem Auswahltransistor gehörende erste Gateelektrode 2 und die Rückseiten-Gateelektrode 21 sind in den Wortleitungsgräben 20 angeordnet.
  • Vergleicht man den linken Teil von 5E mit dem linken Teil von 5F, die den entsprechenden Querschnitt durch eine bekannte Speicherzellenanordnung mit einem CFET darstellt, so ist ersichtlich, dass sich die in 5E darge stellte Struktur insbesondere dadurch von der in 5F gezeigten Struktur unterscheidet, dass die Wortleitungsgräben 20 vollständig aufgefüllt sind und nicht, wie in 5F dargestellt, zwei durch ein Isolatormaterial 24 voneinander getrennte Seitenwand-Spacerstrukturen aufweist, welche bei bekannten CFET-Strukturen die erste und die zweite Gateelektrode 2, 25 bilden.
  • Der mittlere Teil der 5E ist ein Querschnitt entlang einer Wortleitung und senkrecht zu den Bitleitungen 33. Zwischen den Punkten B und C sind zwei Grabenkondensatoren 8 angeordnet, von denen der rechte über ein Kontaktfenster (Buried Strap-Bereich) 82 mit dem ersten Source-/Drain-Bereich 12 des Auswahltransistors verbunden ist. Zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich 12 und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 13 ist ein Recessgraben 18 angeordnet, dessen Funktion vorstehend beschrieben worden ist. Der rechte Teil der 5E zeigt eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Speicherzellenanordnung senkrecht zu einem Wortleitungsgraben und zwischen zwei benachbarten Bitleitungen. Vergleicht man den rechten Teil von 5E mit dem rechten Teil von 5F, die einen entsprechenden Querschnitt durch die herkömmliche Speicherzellenanordnung zeigt, so ist ersichtlich, dass jeder der Wortleitungsgräben 20 nunmehr nur eine einzige Leitung, nämlich die zu der ersten Gateelektrode 2 gehörende Wortleitung beziehungsweise die zu der Rückseiten-Gateelektrode 21 gehörende Rückseitenelektrodenleitung enthält. Die Struktur ist somit erheblich einfacher geworden, da auch keine Wortleitungs-Isolatorstruktur mehr erforderlich ist. Demgegenüber ist die Funktion der Speicherzellenanordnung verbessert, da Überlappkapazitäten zwischen eng beieinanderliegenden Wortleitungen vermieden werden.
  • Die 6 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Speicherzellenanordnung aus einer Vielzahl von Speicherzellen aufgebaut ist, die jeweils einen als Stapelkondensator ausgebildeten Speicher kondensator sowie einen als CFET realisierten Auswahltransistor umfassen.
  • 6A zeigt einen Querschnitt durch eine Speicherzelle entlang einer durch die Anordnung der beiden Source-/Drain-Bereiche 12, 13 vorgegebenen X-Achse. 6B zeigt zwei in zwei benachbarten Zellenzeilen angeordnete Speicherzellen senkrecht zur X-Achse, wobei die beiden Source-/Drain-Bereiche 12, 13 zweier jeweils benachbarter Auswahltransistoren gegeneinander versetzt angeordnet sind.
  • Wie in 6A dargestellt, sind die aktiven Gebiete 11 von jeweils in einer Zellenzeile benachbarten Auswahltransistoren durch Zellen-Isolatorgräben 64 voneinander getrennt. Innerhalb des aktiven Gebiets 11 ist ein erster Source-/Drain-Bereich 12 angeordnet, der über einen Abschnitt einer Hilfsstruktur 71 und eine Kondensator-Anschlussstruktur 35 mit einer Speicherelektrode 61 eines Stapelkondensators verbunden ist. Ein zweiter Source-/Drain-Bereich 13 ist über einen weiteren Abschnitt der Hilfsstruktur 71 und über einen daran anschließenden Bitleitungskontakt 32 mit einer Bitleitung 33 verbunden. Der untere Abschnitt der Zellen-Isolatorgräben 64 ist mit einer Boden-Isolatorstruktur 23 gefüllt. Zwischen den beiden Source-/Drain-Bereichen 12, 13 bildet das Halbleitersubstrat 1 ein Bodygebiet 14 aus, in dem ein Recess-Graben 18 in das Halbleitersubstrat 1 bzw. das aktive Gebiet 11 eingebracht ist.
  • Wie in 6B dargestellt ist, sind die aktiven Gebiete 11 entlang der X-Achse von einer ersten Gateelektrode 2 und einer Rückseiten-Gateelektrode 21 eingefasst, die durch ein Gate-Dielektrikum 16 vom Halbleitersubstrat 1 bzw. den aktiven Gebieten 11 getrennt sind.
  • Es ist vorgesehen, dass die Rückseiten-Gateelektroden 21 auf einem konstanten Potenzial gehalten werden. Wird nun an die erste Gateelektrode 2 eine geeignete Spannung angelegt, so bildet sich in den der ersten Gateelektrode 2 am Gate-Dielektrikum 16 gegenüberliegenden Abschnitten des Bodygebietes 14 ein leitfähiger Kanal 15 aus, der die beiden Source-/Drain-Bereiche 12, 13 miteinander verbindet. Die effektive Kanallänge Leff des Kanals 15 ergibt sich durch die Tiefe des gefüllten Recess-Grabens 18. Die effektive Kanalbreite Weff des Kanals 15 ergibt sich durch den Abstand der Unterkante der Recess-Struktur im Recess-Graben 18 zur Unterkante der ersten Gateelektrode 2.
  • 6C zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Speicherzellenfeldes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Speicherkondensatoren der Speicherzellen sind dabei als Stapelkondensatoren 7 ausgebildet. Die Speicherzellen sind in zueinander orthogonalen Zellenzeilen und Zellenspalten und die Speicherkondensatoren innerhalb der Zellenzeilen und Zellenspalten jeweils abwechselnd mit Auswahltransistoren schachbrettartig angeordnet.
  • Die aktiven Gebiete 11 der Auswahltransistoren sind rechteckförmig dargestellt und innerhalb einer Zeile durch schmale Zellen-Isolatorgräben 64 voneinander separiert. Zwischen den durch die aktiven Gebiete 11 und die Zellen-Isolatorgräben 64 gebildeten Zellenzeilen sind Wortleitungsgräben 20 eingebracht, die eine größere Breite aufweisen als die Zellen-Isolatorgräben 64. Die Source-/Drain-Bereiche 12, 13 der aktiven Gebiete 11 sind jeweils entlang der Zeilenachse, entsprechend der X-Achse in 6A angeordnet. Die beiden Source-/Drain-Bereiche 12, 13 jeweils eines aktiven Gebietes 11 werden durch einen Recess-Graben 18 voneinander getrennt, der eine geringere Tiefe aufweist als die Wortleitungsgräben 20 und die Zellen-Isolatorgräben 64. Jeweils benachbarte Source-/Drain-Bereiche 12, 13 von in einer Zellenspalte angeordneten aktiven Gebieten 11 sind jeweils abwechselnd einer Datenleitung 33 bzw. einem Stapelkondensator zugeordnet. Die Position der Stapelkondensatoren 7 ergibt sich aus der Lage der jeweiligen Speicherelektroden 61, die jeweils auf einem Node-Pad 36 als oberer Abschluss einer Kondensator-Anschlussstruktur aufliegt.
  • Über die Kondensator-Anschlussstrukturen sind die ersten Source-/Drain-Bereiche 12 mit der Speicherelektrode 61 des jeweils zugeordneten Stapelkondensators 7 verbunden. Die zweiten Source-/Drain-Bereiche 13 sind über Bitleitungskontakte 32 mit Datenleitungen 33 verbunden, zwischen den Bitleitungskontakten 32 und einer Oberkante der Kondensator-Anschlussstrukturen bzw. Node-Pads 36 geführt werden.
  • 6D zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-B-C-D in 6C.
  • Der linke Teil von 6D zeigt dabei einen Querschnitt entlang einer Bitleitung 33 senkrecht zu zwei Wortleitungsgräben 20. Wie im linken Teil der 6D zu sehen ist, sind beide Wortleitungsgräben 20 mit nur einer Elektrode, entweder der ersten Gateelektrode 2 oder der Rückseiten-Gateelektrode 21 ausgefüllt. Im Gegensatz zum Stand der Technik liegen somit keine Seitenwand-Spacerstrukturen an beiden Seitenwänden der Wortleitung vor, die durch ein Isolationsmaterial voneinander getrennt sind. Der mittlere Teil der 6B zwischen den Punkten B und C veranschaulicht eine Querschnittsansicht entlang eines aktiven Gebiets 11 senkrecht zu den Bitleitungen 33. Der im oberen Bereich gebildete Stapelkondensator 7 umfasst eine Speicherelektrode 61, eine Gegenelektrode 63 sowie ein zwischen den beiden Kondensatorelektroden 61, 63 angeordnetes Kondensatordielektrikum 62.
  • Der Speicherkondensator 7 ist über ein Node-Pad 36 sowie eine Anschlußstruktur 35 mit einem ersten Source-/Drain-Bereich 12 eines Auswahltransistors verbunden. Zwischen dem ersten und dem zweiten Source-/Drain-Bereich 12, 13 des Auswahltransistors 9 ist ein Recess-Graben 18 angeordnet, dessen Funktion vorstehend erläutert worden ist. Der zweite Source-/Drain-Bereich 13 ist über einen Bitleitungskontakt 32 mit einer Bitleitung 33 verbunden. Die Bezugszeichen 42, 43 und 44 bezeichnen jeweils dielektrische Materialien zur gegenseitigen Isolation von Bitleitungen und Kondensatoren.
  • Der rechte Teil der 6D veranschaulicht einen Querschnitt zwischen den Punkten C und D, das heißt zwischen zwei Bitleitungen senkrecht zu den Wortleitungsgräben 20. Wie im rechten Teil der 6D zu sehen ist, sind die Wortleitungsgräben 20 mit jeweils nur einer Elektrode, nämlich der ersten Gateelektrode 2 oder der Rückseiten-Gateelektrode 21 ausgefüllt. Die Gateelektrode ist jeweils durch ein Gate-Dielektrikum 16 von dem Bodybereich 14 getrennt.
  • 6E zeigt zum Vergleich eine der 6B entsprechende Darstellung einer herkömmlichen Speicherzellenanordnung. Anders als in 6B dargestellt, ist bei der herkömmlichen Speicherzellenanordnung in jedem der Wortleitungsgräben 20 an den Seitenwänden jeweils eine Seitenwand-Spacerstruktur ausgebildet, die als erste bzw. zweite Gateelektrode 2, 25 dient. Genauer gesagt ist in jedem Wortleitungsgraben 20 eine erste Gateelektrode 2 einer bestimmten Speicherzellenspalte sowie eine zweite Gateelektrode 25 einer vorhergehenden Speicherzellenspalte angeordnet. Zwischen den Seitenwand-Spacerstrukturen innerhalb eines Wortleitungsgrabens 20 ist eine Wortleitungs-Isolatorstruktur 24 eingebracht. Wie sich aus dem Vergleich der 6B und 6E ergibt, ist die in 6B gezeigte Struktur wesentlich einfacher zu realisieren, da nur ein einziges Material in einen Wortleitungsgraben eingebracht werden muss.
  • 1
    Halbleitersubstrat
    10
    Substratoberfläche
    11
    aktives Gebiet
    12
    erster Source/Drain-Bereich
    13
    zweiter Source/Drain-Bereich
    14
    Bodybereich
    141
    n-dotierter Bereich
    142
    p-dotierter Bereich
    15
    Kanal
    16
    Gatedielektrikum
    17
    Steg
    18
    Recess-Graben
    2
    erste Gateelektrode
    20
    Wortleitungsgraben
    20'
    Wortleitungsgraben
    21
    Rückseitenelektrode
    22
    Wortleitung
    23
    Boden-Isolatorstruktur
    24
    Wortleitungs-Isolatorstruktur
    25
    zweite Gateelektrode
    32
    Bitleitungskontakt
    33
    Bitleitung
    33'
    Bitleitung
    35
    Kondensator-Anschlussstruktur
    36
    Node-Pad
    41
    Zwischenlagen-Dielektrikum
    42
    Bitleitungsdielektrikum
    43
    Zwischenbitleitungs-Dielektrikum
    44
    Zwischenkondensator-Dielektrikum
    5
    Rückseitenelektrodenleitung
    6
    Speicherkondensator
    61
    Speicherelektrode
    62
    Kondensatordielektrikum
    63
    Gegenelektrode
    64
    Zellen-Isolatorgraben
    7
    Stapelkondensator
    71
    Hilfsschicht
    8
    Grabenkondensator
    80
    Graben-Recess
    81
    Kragenisolatorstruktur
    82
    Kontaktfenster
    9
    Auswahltransistor
    91
    Leseverstärker
    92
    Referenz-Bitleitung
    93
    Referenz-Bitleitung
    94
    p-dotierter Wannenbereich
    95
    Anschlußstruktur
    96a
    Ansteuerleitung
    96b
    Ansteuerleitung
    97
    Speicherzelle
    98
    Transistorstruktur
    99
    Zellenstrom

Claims (10)

  1. Speicherzellenanordnung, umfassend – eine Vielzahl von in Zellenzeilen und Zellenspalten angeordneten und in einem Halbleitersubstrat (1) gebildeten Speicherzellen (97), die jeweils einen Speicherkondensator (6) zur Speicherung von elektrischer Ladung und einen Auswahltransistor (9) zur Ansteuerung des Speicherkondensators (6) enthalten, – eine Vielzahl von Bitleitungen (33), die in einer ersten Richtung angeordnet sind, – eine Vielzahl von Wortleitungen (22), die in einer zweiten, die erste Richtung schneidenden Richtung angeordnet sind, – eine Vielzahl von Rückseitenelektrodenleitungen (5), die in der zweiten Richtung angeordnet sind, wobei die durch die Zellenspalten definierte Richtung der zweiten Richtung entspricht, wobei die Wortleitungen (22) und Rückseitenelektrodenleitungen (5) in der Weise angeordnet sind, daß zwischen zwei Wortleitungen (22) jeweils eine Rückseitenelektrodenleitung (5) und zwischen zwei Rückseitenelektrodenleitungen (5) jeweils eine Wortleitung (22) liegt, wobei der Auswahltransistor (9) einen ersten und einen zweiten Source-/Drain-Bereich (12, 13), einen den ersten und den zweiten Source-/Drain-Bereich verbindenden leitfähigen Kanal (15), eine erste Gateelektrode (2), welche geeignet ist, die Leitfähigkeit des leitfähigen Kanals zu steuern, sowie eine zweite, der ersten Gate-Elektrode gegenüberliegende Rückseitenelektrode (21) umfaßt, der Speicherkondensator (6) zwei Speicherelektroden (61, 63) sowie ein zwischen den Speicherelektroden angeordnetes Speicherdielektrikum (62) umfaßt, und der erste Source-/Drain-Bereich (12) einer jeden Speicherzelle (97) mit einer Speicherelektrode (61) des zugehörigen Speicherkondensators (6) verbunden ist, der zweite Source-/Drain-Bereich (13) einer jeden Speicherzelle mit einer Bitleitung (33) verbunden ist, wobei die Bitleitung (33) geeignet ist, die ausgelesene elektrische Ladung zu übertragen, wobei jede zwischen zwei Zellenspalten angeordnete Wortleitung (22) mit den ersten Gate-Elektroden (2) der Speicherzellen (97) der angrenzenden Zellenspalten verbunden ist und geeignet ist, jeweils die ersten Gate-Elektroden (2) zur Auslösung eines Auslesevorgangs anzusteuern, und jede zwischen zwei Zellenspalten angeordnete Rückseitenelektrodenleitung (5) mit den Rückseitenelektroden (21) der Speicherzellen (97) der angrenzenden Zellenspalten verbunden ist und geeignet ist, jeweils die Rückseitenelektroden (21) auf einem festen Potential zu halten.
  2. Speicherzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkondensatoren (6) und die Auswahltransistoren (9) in der Art eines Schachbrettmusters angeordnet sind, wobei die Auswahltransistoren jeweils einander diagonal benachbarten ersten Feldern und die Speicherkondensatoren jeweils dazwischenliegenden und diagonal benachbarten zweiten Feldern zugeordnet sind.
  3. Speicherzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkondensatoren (6) in dem Halbleitersubstrat (1) gebildete Grabenkondensatoren (8, 8') umfassen.
  4. Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahltransistor (9) als vertikaler Transistor ausgeführt ist, dessen Kanal senkrecht zu einer Substratoberfläche (10) des Halbleitersubstrats (1) verläuft.
  5. Speicherzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (6) als Stapelkondensator (7) oberhalb einer Substratoberfläche (10) des Halbleitersubstrats (1) ausgeführt ist.
  6. Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahltransistor (9) als ein Transistor, dessen erster und zweiter Source-/Drain-Bereich (12, 13) entlang einer durch den ersten und zweiten Source-/Drain-Bereich (12, 13) definierten X-Achse durch eine nicht leitende Recess-Struktur (18) voneinander getrennt sind, ausgeführt ist.
  7. Speicherzellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Gateelektrode (2) und die Rückseitenelektrode (21) des Auswahltransistors (9) jeweils entlang der x-Achse mindestens von dem ersten (12) bis zum zweiten Source-/Drain-Bereich (13) und entlang einer zur Substratoberfläche (10) senkrechten Richtung jeweils mindestens von der Unterseite des ersten und des zweiten Source-/Drain-Bereichs (12, 13) bis über eine Unterkante der Recess-Struktur (18) hinaus erstrecken.
  8. Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei Zellenspalten Wortleitungsgräben (20, 20') angeordnet sind, in denen abwechselnd jeweils eine Wortleitung (22) beziehungsweise eine Rückseitenelektrodenleitung (5) angeordnet sind.
  9. Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Rückseitenelektrodenleitungen (5) miteinander verbunden sind.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten: – Anlegen einer konstant bleibenden Spannung an alle Rückseitenelektrodenleitungen (5), – Auslösen eines Auslesevorgangs durch Anlegen einer Spannung an eine Wortleitung (22), mit der die erste Gateelektrode (2) der auszulesenden Speicherzelle (97) verbunden ist, wobei die Spannung geeignet ist, die erste Gateelektrode (2) des Auswahltransistors (9) der Speicherzelle so zu steuern, dass der leitfähige Kanal leitfähig wird, wodurch der Inhalt aller Speicherzellen, deren erste Gateelektrode (2) mit der Wortleitung (22) verbunden ist, ausgelesen wird.
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