DE102005004375A1 - Semiconductor storage cell for ferroelectric RAM, has ferroelectric storage material region formed as condenser dielectric medium between two electrodes whose external contact regions are made of metal oxide - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterspeicherzelle, eine Halbleiterspeichereinrichtung sowie Verfahren zu deren Herstellung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Mehrlagenelektrode mit niedrigem Widerstand, insbesondere für vertikale ferroelektrische Kondensatoren, insbesondere für hochdichte Chain-FeRAMs.The The present invention relates to a semiconductor memory cell, a Semiconductor memory device and method for its production. The present invention particularly relates to a multilayer electrode low resistance, especially for vertical ferroelectric Capacitors, in particular for high density chain FeRAMs.
Bei der Weiterentwicklung moderner Halbleiterspeichertechnologien müssen immer höhere Anforderungen im Hinblick auf eine möglichst hohe Speicherdichte bei gleichzeitiger Einhaltung bestimmter Zuverlässigkeitskriterien berücksichtigt werden. Je näher die einzelnen Speicherzellen aneinander heranrücken, um möglichst hohe Speicherdichten zu erreichen, desto stärker wirken sich aufgrund der damit einhergehenden sinkenden Kontaktflächen die steigenden elektrischen Übergangswiderstände einerseits zwischen Elektroden und Dielektrika der Speicherkondensatoren und andererseits zwischen Elektroden der Speicherkondensatoren und Anschlussbereichen oder Plugs z. B. entsprechenden zugeordneten Auswahltransistoren aus.at The advancement of modern semiconductor memory technologies must always higher Requirements with regard to the highest possible storage density while respecting certain reliability criteria become. The nearer the individual memory cells approach each other to the highest possible storage densities to reach the stronger the effect due to the associated sinking contact surfaces the increasing electrical contact resistance on the one hand between electrodes and dielectrics of the storage capacitors and on the other hand, between electrodes of the storage capacitors and terminal areas or plugs z. B. corresponding assigned selection transistors out.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterspeichereinrichtung anzugeben, bei welcher auf möglichst einfache Art und Weise ein weiterer Anstieg elektrischer Übergangswiderstände bei den Speicherelementen oder Speicherzellen verhindert und damit die funktionale Integrität der Speicherelemente oder Speicherzellen auch bei Höchstintegration bei einer Halbleiterspeichereinrichtung erreicht werden können.Of the Invention is based on the object, a semiconductor memory device indicate, with which as possible simple way a further increase in electrical contact resistance at prevents the memory elements or memory cells and thus the functional integrity the memory elements or memory cells even at maximum integration can be achieved in a semiconductor memory device.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Halbleiterspeicherzelle mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß bei einer Halbleiterspeichereinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 12 gelöst. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch bei einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 16 gelöst. Und schließlich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch bei einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 27 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Halbleiterspeichereinrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.The The object underlying the invention is in a Semiconductor memory cell having the features of the independent patent claim 1 solved. The object underlying the invention is further inventively in a Semiconductor memory device having the features of the independent patent claim 12 solved. The object underlying the invention is also in a Method for producing a semiconductor memory cell according to the invention with the features of the independent Patent claim 16 solved. And finally the object underlying the invention also in a method for producing a semiconductor memory device according to the invention with the Features of the independent claim 27 solved. Advantageous developments of the semiconductor memory device according to the invention and the method according to the invention for Manufacturing a semiconductor memory device are each subject the dependent Dependent claims.
Erfindungsgemäß wird eine Halbleiterspeicherzelle vorgeschlagen, bei welcher als Speicherelement ein vertikal angeordneter Speicherkondensator ausgebildet ist, bei welcher der Speicherkondensator als ferroelektrischer Speicherkondensator ausgebildet ist, und zwar mit einer ersten Elektrodeneinrichtung, einer zweiten Elektrodeneinrichtung und einem zwischen diesen angeordneten ferroelektrischen Speichermaterialbereich als Kondensatordielektrikum, bei welcher die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung mit dem ferroelektrischen Speichermaterialbereich in direktem mechanischen Kontakt stehend ausgebildet sind, bei welcher mindestens eine der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweite Elektrodeneinrichtung aus einer Abfolge einer Mehrzahl Materialbereiche ausgebildet ist und bei welcher die Abfolge der Mehrzahl Materialbereiche ausgebildet ist mit (a) einem Dielektrikumskontaktbereich, welcher die jeweilige Elektrodeneinrichtung mechanisch und elektrisch direkt mit dem ferro elektrischen Speichermaterialbereich kontaktiert und welcher mit oder aus einem leitfähigen Metalloxid ausgebildet ist, mit (b) einem Kontaktvermittlungsbereich, welcher in direktem mechanischen und elektrischen Kontakt mit dem jeweiligen Dielektrikumskontaktbereich und mit oder aus einem oder dem elektrisch leitfähigen Metalloxid des jeweiligen Dielektrikumskontaktbereichs zugrunde liegenden Metall ausgebildet ist, und mit (c) einem Externkontaktbereich, welcher in direktem mechanischen und elektrischen Kontakt mit dem jeweiligen Kontaktvermittlungsbereich einerseits und mit einer Kontakteinrichtung zum externen elektrischen Anschluss des Speicherelements andererseits sowie mit oder aus einem elektrisch vergleichsweise gut leitenden Material ausgebildet ist.According to the invention is a Semiconductor memory cell proposed in which as a memory element a vertically arranged storage capacitor is formed at which the storage capacitor as a ferroelectric storage capacitor is formed, with a first electrode means, a second electrode means and arranged between them ferroelectric memory material area as capacitor dielectric, in which the first electrode device and the second electrode device with the ferroelectric memory material area in direct mechanical Contact are formed standing, in which at least one of first electrode means and the second electrode means a sequence of a plurality of material regions is formed, and in which the sequence of the plurality of material regions formed is with (a) a dielectric contact region, which is the respective electrode device mechanically and electrically directly with the ferro electric storage material area contacted and which formed with or from a conductive metal oxide is, with (b) a contact placement area, which in direct mechanical and electrical contact with the respective dielectric contact area and with or from one or the electrically conductive metal oxide of the respective one Dielectric contact area underlying metal formed is, and with (c) an external contact area, which in direct mechanical and electrical contact with the respective contact switching area on the one hand and with a contact device for external electrical Connection of the memory element on the other hand, with or from a electrically comparatively well conductive material is formed.
Es ist somit eine Kernidee der vorliegenden Erfindung, den Gesamtübergangswiderstand einer Elektrodeneinrichtung des Speicherkondensators dadurch abzusenken, dass zwar einerseits eine notwendige auf einem elektrisch leitfähigen Metalloxid basierende Kontaktierung zum ferroelektrischen Kondensatordielektrikum als Speichermaterialbereich beibehalten wird, dass aber andererseits zur besseren externer Kontaktierung ein elektrisch vergleichsweise gut leitendes Material als Bestandteil der jeweiligen Elektrode eingesetzt wird, wobei beim Übergang zwischen diesen genannten Bereichen das dem elektrisch leitfähigen Metalloxid zugrunde liegende Metall zum Einsatz kommt.It is thus a core idea of the present invention, the total transfer resistance thereby lowering an electrode device of the storage capacitor, that, on the one hand, a necessary based on an electrically conductive metal oxide Contacting the ferroelectric capacitor dielectric as Storage material area is maintained, but on the other hand for better external contacting an electrically comparatively good conductive material as part of the respective electrode is used, wherein the transition between these mentioned areas that the electrically conductive metal oxide underlying metal is used.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle ist es vorgesehen, dass die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung – also beide Elektrodeneinrichtungen – mit oder aus einer entsprechenden Abfolge einer Mehrzahl Materialbereiche ausgebildet sind.In a preferred embodiment of the semiconductor memory cell according to the invention, it is provided that the first electrode device and the second electrode device - ie both electrode devices - with or from a corresponding sequence of a plurality of Materialberei are trained.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle ist es alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung gleich ausgebildet sind, insbesondere hinsichtlich ihrer Form, Anordnung, Geometrie und/oder Materialwahl.According to one another preferred embodiment the semiconductor memory cell according to the invention it is alternative or in addition provided that the first electrode means and the second Electrode device are the same, in particular with regard to their shape, arrangement, geometry and / or material choice.
Ferner kann es alternativ oder zusätzlich gemäß einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle vorgesehen sein, dass der jeweilige Dielektrikumskontaktbereich mit oder aus einem Material oder einer beliebigen Kombination von Materialien aus der Gruppe ausgebildet ist, die besteht aus IrO2 und RuO2.Furthermore, it can alternatively or additionally be provided according to another development of the semiconductor memory cell according to the invention, that the respective dielectric contact area is formed with or from a material or any combination of materials from the group consisting of IrO 2 and RuO 2 .
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle kann es alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der jeweilige Kontaktvermittlungsbereich mit oder aus einem Material oder einer beliebigen Kombination von Materialien aus der Gruppe ausgebildet ist, die besteht aus Ir und Ru.at Another advantageous development of the semiconductor memory cell according to the invention can it alternatively or additionally be provided that the respective contact switching area with or from a material or any combination of materials is formed from the group consisting of Ir and Ru.
Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle alternativ oder zusätzlich auch denkbar, dass der jeweilige Externkontaktbereich aus mehreren Materialbereichen oder mehreren Materialschichten ausgebildet ist.It is according to one Another preferred embodiment of the semiconductor memory cell according to the invention alternatively or additionally also conceivable that the respective external contact area of several Material regions or multiple layers of material is formed.
Des Weiteren kann gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle der jeweilige Externkontaktbereich mit oder aus einem Material oder einer beliebigen Kombination von Materialien aus der Gruppe ausgebildet sein, die besteht aus Al, Cu, TaN und TiN.Of Further, according to a alternative or additional embodiment the semiconductor memory cell according to the invention the external contact area with or made of a material or a any combination of materials from the group formed which consists of Al, Cu, TaN and TiN.
Die Abfolge aus jeweiligem Externkontaktbereich, jeweiligem Kontaktvermittlungsbereich und jeweiligem Dielektrikumskon taktbereich kann bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle zusätzlich oder alternativ als eine Abfolge von Materialen aus der Gruppe von Materialabfolgen ausgebildet sein, die besteht aus Al/Ir/IrO2, Al/TiN/Ir/IrO2, Al/TaN/Ir/IrO2, Al/Ru/RuO2, Al/TiN/Ru/RuO2, Al/TaN/Ru/RuO2, Cu/Ir/IrO2, Cu/TiN/Ir/IrO2, Cu/TaN/Ir/IrO2, Cu/Ru/RuO2, Cu/TiN/Ru/RuO2 und Cu/TaN/Ru/RuO2,.In another preferred embodiment of the semiconductor memory cell according to the invention, the sequence of respective external contact region, respective contact switching region and respective dielectric contact region can additionally or alternatively be formed as a sequence of materials from the group of material sequences which consists of Al / Ir / IrO 2 , Al / TiN / Ir / IrO 2 , Al / TaN / Ir / IrO 2 , Al / Ru / RuO 2 , Al / TiN / Ru / RuO 2 , Al / TaN / Ru / RuO 2 , Cu / Ir / IrO 2 , Cu / TiN / Ir / IrO 2 , Cu / TaN / Ir / IrO 2 , Cu / Ru / RuO 2 , Cu / TiN / Ru / RuO 2 and Cu / TaN / Ru / RuO 2 ,.
Es wird weiter alternativ oder zusätzlich bevorzugt, dass für den Speicherkondensator ein Auswahltransistor mit einem Sourcebereich, einem Drainbereich, einem zwischen diesen angeordneten Kanalbereich und einem durch einen Gateisolationsbereich vom Sourcebereich, vom Drainbereich und vom Kanalbereich elektrisch isolierten Gatebereich gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle ausgebildet ist.It will continue alternatively or additionally preferred that for the storage capacitor has a selection transistor with a source region, a drain region, a channel region arranged between them and one through a gate insulating region from the source region, from Drain region and the channel region electrically insulated gate region according to a formed another preferred embodiment of the semiconductor memory cell according to the invention is.
In diesem Fall kann es weiter alternativ oder zusätzlich gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle bevorzugt sein, dass zum Ansprechen des Speicherkondensators durch den Auswahltransistor ein Plugbereich vorgesehen ist, der über den jeweiligen Externkontaktbereich mit einer der Elektrodeneinrichtungen des jeweiligen Speicherkondensators einerseits und mit einem Source-/Drainbereich des Auswahltransistors andererseits verbunden ausgebildet ist.In In this case, it can further alternatively or additionally according to another embodiment of the inventive semiconductor memory cell be preferred that for addressing the storage capacitor by the selection transistor is provided a plug area, which via the respective external contact area with one of the electrode devices the respective storage capacitor on the one hand and with a source / drain region the selection transistor on the other hand is formed connected.
Andererseits ist es gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle weiter alternativ oder zusätzlich denkbar, dass der Auswahltransistor – insbesondere vertikal – unterhalb des Speicherkondensators ausgebildet ist.on the other hand is it according to one another embodiment the semiconductor memory cell according to the invention further alternatively or additionally conceivable that the selection transistor - in particular vertically - below the storage capacitor is formed.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halbleiterspeichereinrichtung bereit zu stellen.One Another aspect of the present invention is a semiconductor memory device to provide.
Bei der erfindungsgemäßen Halbleiterspeichereinrichtung ist eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Halbleiterspeicherzellen ausgebildet.at the semiconductor memory device according to the invention is a plurality of semiconductor memory cells according to the invention educated.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeichereinrichtung ist es alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die Speicherkondensatoren zueinander lateral benachbart ausgebildet sind.According to one preferred embodiment of inventive semiconductor memory device it is alternative or in addition provided that the storage capacitors laterally adjacent to each other are formed.
Ferner ist es gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeichereinrichtung alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die Speicherzellen und die Speicherkondensatoren etwa in einer gemeinsamen vertikalen Schicht liegend ausgebildet sind.Further is it according to one another embodiment the semiconductor memory device according to the invention alternatively or additionally provided that the memory cells and the storage capacitors formed lying approximately in a common vertical layer are.
Des Weiteren ist es gemäß einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterspeichereinrichtung vorgesehen, dass eine Anordnung der Speicherkondensatoren vom Chaintyp vorgesehen ist.Of Further, it is according to a other alternative or additional embodiment the semiconductor memory device according to the invention provided that an arrangement of the storage capacitors of the Chaintyp is provided.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung bestehen darin, entsprechende Herstellungsverfahren für eine Halbleiterspeicherzelle und für eine Halbleiterspeichereinrichtung bereit zu stellen.Further Aspects of the present invention are corresponding ones Manufacturing process for a semiconductor memory cell and a semiconductor memory device to provide.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle vorgeschlagen, bei welchem als Speicherelement ein vertikal angeordneter Speicherkondensator ausgebildet wird, bei welchem der Speicherkondensator als ferroelektrischer Speicherkondensator ausgebildet wird, und zwar mit einer ersten Elektrodeneinrichtung, einer zweiten Elektrodeneinrichtung und einem zwischen diesen angeordneten fer roelektrischen Speichermaterialbereich als Kondensatordielektrikum, bei welchem die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung mit dem ferroelektrischen Speichermaterialbereich in direktem mechanischen Kontakt stehend ausgebildet werden, bei welchem mindestens eine der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweite Elektrodeneinrichtung aus einer Abfolge einer Mehrzahl Materialbereiche ausgebildet wird und bei welchem die Abfolge der Mehrzahl Materialbereiche ausgebildet wird mit (a) einem Dielektrikumskontaktbereich, welcher die jeweilige Elektrodeneinrichtung mechanisch und elektrisch direkt mit dem ferroelektrischen Speichermaterialbereich kontaktiert und welcher mit oder aus einem leitfähigen Metalloxid ausgebildet wird, mit (b) einem Kontaktvermittlungsbereich, welcher in direktem mechanischen und elektrischen Kontakt mit dem jeweiligen Dielektrikumskontaktbereich und mit oder aus einem oder dem elektrisch leitfähigen Metalloxid des jeweiligen Dielektrikumskontaktbereichs zugrunde liegenden Metall ausgebildet wird, und mit (c) einem Externkontaktbereich, welcher in direktem mechanischen und elektrischen Kontakt mit dem jeweiligen Kontaktvermittlungsbereich einerseits und mit einer Kontakteinrichtung zum externen elektrischen Anschluss des Speicherelements andererseits sowie mit oder aus einem elektrisch vergleichsweise gut leitenden Material ausgebildet wird.According to the invention, a method for producing a semiconductor memory cell is proposed in which a vertically arranged storage capacitor is formed as the storage element, in which the storage capacitor is formed as a ferroelectric storage capacitor, with a first electrode means, a second electrode means and a ferroelectric memory material area arranged between them as a capacitor dielectric, wherein the first electrode means and the second electrode means are in direct mechanical contact with the ferroelectric memory material area in which at least one of the first electrode device and the second electrode device is formed from a sequence of a plurality of material regions and in which the sequence of the plurality of material regions is formed with (a) a dielectric contact region which mechanically and electrically directly connects the respective electrode device to the ferroelectric memory material region and which is formed with or from a conductive metal oxide, with (b) a contact switching region, which is formed in direct mechanical and electrical contact with the respective dielectric contact region and with or from one or the electrically conductive metal oxide of the respective dielectric contact area underlying metal, and with (c) an external contact region, which in direct mechanical and electrical contact with the respective Contact switching range on the one hand and with a contact device for external electrical connection of the memory element on the other hand and with or made of an electrically comparatively highly conductive material is formed.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle ist es vorgesehen, dass die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung – also beide Elektrodeneinrichtungen – mit oder aus einer entsprechenden Abfolge einer Mehrzahl Materialbereiche ausgebildet werden.at a preferred embodiment the method according to the invention for producing a semiconductor memory cell it is provided that the first electrode means and the second electrode means - so both Electrode devices - with or from a corresponding sequence of a plurality of material areas be formed.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspei cherzelle ist es alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung gleich ausgebildet werden, insbesondere hinsichtlich ihrer Form, Anordnung, Geometrie und/oder Materialwahl.According to one another preferred embodiment the method according to the invention for producing a semiconductor memory cell, it is alternatively or additionally provided that the first electrode means and the second Electrode device are formed the same, especially in terms their shape, arrangement, geometry and / or material choice.
Ferner kann es alternativ oder zusätzlich gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle vorgesehen sein, dass der jeweilige Dielektrikumskontaktbereich mit oder aus einem Material oder einer beliebigen Kombination von Materialien aus der Gruppe ausgebildet wird, die besteht aus IrO2 und RuO2.Furthermore, it can alternatively or additionally be provided according to another development of the method according to the invention for producing a semiconductor memory cell that the respective dielectric contact area is formed with or from a material or any combination of materials from the group consisting of IrO 2 and RuO 2 .
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle kann es alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der jeweilige Kontaktvermittlungsbereich mit oder aus einem Material oder einer beliebigen Kombination von Materialien aus der Gruppe ausgebildet wird, die besteht aus Ir und Ru.at another advantageous embodiment of the method according to the invention for producing a semiconductor memory cell, it may alternatively or additionally be provided that the respective contact switching area with or of a material or any combination of materials is formed from the group consisting of Ir and Ru.
Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzelle alternativ oder zusätzlich auch denkbar, dass der jeweilige Externkontaktbereich aus mehreren Materialbereichen oder mehreren Materialschichten ausgebildet ist.It is according to one Another preferred embodiment of the semiconductor memory cell according to the invention alternatively or additionally also conceivable that the respective external contact area of several Material regions or multiple layers of material is formed.
Des Weiteren kann gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle der jeweilige Externkontaktbereich mit oder aus einem Material oder einer beliebigen Kombination von Materialien aus der Gruppe ausgebildet werden, die besteht aus Al, Cu, TaN und TiN.Of Further, according to a alternative or additional embodiment the method according to the invention for producing a semiconductor memory cell of the respective external contact area with or of a material or any combination of materials be formed from the group consisting of Al, Cu, TaN and TiN.
Die Abfolge aus jeweiligem Externkontaktbereich, jeweiligem Kontaktvermittlungsbereich und jeweiligem Dielektrikumskon taktbereich kann bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle zusätzlich oder alternativ als eine Abfolge von Materialen aus der Gruppe von Materialabfolgen ausgebildet werden, die besteht aus Al/Ir/IrO2, Al/TiN/Ir/IrO2, Al/TaN/Ir/IrO2, Al/Ru/RuO2, Al/TiN/Ru/RuO2, Al/TaN/Ru/RuO2, Cu/Ir/IrO2, Cu/TiN/Ir/IrO2, Cu/TaN/Ir/IrO2, Cu/Ru/RuO2, Cu/TiN/Ru/RuO2 und Cu/TaN/Ru/RuO2,.In another preferred embodiment of the inventive method for producing a semiconductor memory cell, the sequence of respective external contact region, respective contact-switching region and respective dielectric contact region can additionally or alternatively be formed as a sequence of materials from the group of material sequences which consists of Al / Ir / IrO 2 , Al / TiN / Ir / IrO 2 , Al / TaN / Ir / IrO 2 , Al / Ru / RuO 2 , Al / TiN / Ru / RuO 2 , Al / TaN / Ru / RuO 2 , Cu / Ir / IrO 2 , Cu / TiN / Ir / IrO 2 , Cu / TaN / Ir / IrO 2 , Cu / Ru / RuO 2 , Cu / TiN / Ru / RuO 2 and Cu / TaN / Ru / RuO 2 ,.
Es wird weiter alternativ oder zusätzlich bevorzugt, dass für den Speicherkondensator ein Auswahltransistor mit einem Sourcebereich, einem Drainbereich, einem zwischen diesen angeordneten Kanalbereich und einem durch einen Gateisolationsbereich vom Sourcebereich, vom Drainbereich und vom Kanalbereich elektrisch isolierten Gatebereich gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle ausgebildet wird.It will continue alternatively or additionally preferred that for the storage capacitor has a selection transistor with a source region, a drain region, a channel region arranged between them and one through a gate insulating region from the source region, from Drain region and the channel region electrically insulated gate region according to a Another preferred embodiment of the method according to the invention for producing a semiconductor memory cell is formed.
In diesem Fall kann es weiter alternativ oder zusätzlich gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle bevorzugt sein, dass zum Ansprechen des Speicherkondensators durch den Auswahltransistor ein Plugbereich vorgesehen wird, der über den jeweiligen Externkontaktbereich mit einer der Elektrodeneinrichtungen des jeweiligen Speicherkondensators einerseits und mit einem Source-/Drainbereich des Auswahltransistors andererseits verbunden ausgebildet wird.In In this case, it may further alternatively or additionally according to another embodiment of the inventive method for producing a semiconductor memory cell, it is preferable that the Response of the storage capacitor by the selection transistor a plug area is provided, which via the respective external contact area with one of the electrode devices of the respective storage capacitor on the one hand and with a source / drain region of the selection transistor on the other hand is formed connected.
Andererseits ist es gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeicherzelle weiter alternativ oder zusätzlich denkbar, dass der Auswahltransistor – insbesondere vertikal – unterhalb des Speicherkondensators ausgebildet wird.on the other hand is it according to one another embodiment the method according to the invention for producing a semiconductor memory cell further alternatively or additionally conceivable that the selection transistor - in particular vertically - below the storage capacitor is formed.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung bereit zu stellen.One Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor memory device.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung wird eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Halbleiterspeicherzellen ausgebildet.at the method according to the invention for manufacturing a semiconductor memory device, a plurality inventive semiconductor memory cells educated.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung ist es alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die Speicherkondensatoren zueinander lateral benachbart ausgebildet werden.According to one preferred embodiment of inventive method for manufacturing a semiconductor memory device, it is alternatively or additionally provided that the storage capacitors laterally adjacent to each other be formed.
Ferner ist es gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die Speicherzellen und die Speicherkondensatoren etwa in einer gemeinsamen vertikalen Schicht liegend ausgebildet werden.Further is it according to one another embodiment the method according to the invention for producing a semiconductor memory device alternatively or additionally provided that the memory cells and the storage capacitors be formed lying about in a common vertical layer.
Des Weiteren ist es gemäß einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterspeichereinrichtung vorgesehen, dass eine Anordnung der Speicherkondensatoren vom Chaintyp vorgesehen wird.Of Further, it is according to a other alternative or additional embodiment the method according to the invention for manufacturing a semiconductor memory device, that an arrangement of the storage capacitors provided by the Chaintyp becomes.
Nachfolgend
werden diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung mit
anderen Worten im Detail erläutert:
Die
Erfindung betrifft unter anderem insbesondere eine Multi-Layer- oder Mehrlagenelektrode
mit niedrigem Widerstand, insbesondere für vertikale ferroelektrische
Kondensatoren in Chain-FeRAMs.In the following, these and other aspects of the present invention will be explained in detail in other words:
The invention particularly relates, inter alia, to a low-resistance multi-layer or multilayer electrode, in particular for vertical ferroelectric capacitors in chain FeRAMs.
Problembereichproblem area
In zukünftigen nichtflüchtigen ferroelektrischen Datenspeichern oder FeRAMs höchster Speicherdichte mit verketteter oder Chainarchitektur wird der Speicherkondensator vorzugsweise senkrecht angeordnet. Um eine ausreichende Kondensatorfläche zu erzeugen, muss die ferroelektrische Schicht relativ dick z. B. im Bereich von etwa 500 nm bis etwa 1000 nm, abgeschieden werden. Danach werden Öffnungen mit senkrechten Wänden in diese Schicht geätzt. In diese Öffnungen wird die Kondensatorelektrode abgeschieden.In future nonvolatile ferroelectric data memories or FeRAMs of highest storage density with concatenated or chain architecture, the storage capacitor is preferred arranged vertically. To create a sufficient capacitor area, the ferroelectric layer must be relatively thick z. B. in the area from about 500 nm to about 1000 nm. After that, openings become with vertical walls etched in this layer. In these openings the capacitor electrode is deposited.
In den bisherigen Überlegungen zu diesem Konzept soll die Kondensatorelektrode aus reinem IrO2 oder RuO2 gebildet werden. Im Vergleich zu den in der Halbleitertechnik gebräuchlichen Metallen haben diese leitfähigen Metalloxide einen relativ hohen spezifischen Widerstand, für IrO2 z. B. je nach Herstellung zwischen etwa 42 μOhm·cm und etwa 150 μOhm·cm. Das führt in den engen Öffnungen der zukünftigen Generationen zu einem hohen Widerstand der Kondensatorelektrode.In the previous deliberations on this concept, the capacitor electrode should be formed from pure IrO 2 or RuO 2 . In comparison to the metals used in semiconductor technology, these conductive metal oxides have a relatively high resistivity, for IrO 2 z. B. depending on the production between about 42 μOhm cm and about 150 μOhm cm. This leads to a high resistance of the capacitor electrode in the narrow openings of the future generations.
Bisherige ProblemlösungPrevious Troubleshooting
Da z. B. für Bleizirkonattitanat oder PZT die Verwendung eines oxidischen Elektrodenmaterials notwendig ist, muss bisher der damit verbundene hohe Widerstand der Elektrode akzeptiert werden.There z. For example Lead zirconate titanate or PZT the use of an oxide electrode material necessary is, so far the associated high resistance of the electrode be accepted.
Lösungsansatzapproach
Die vorliegende Erfindung lehrt insbesondere unter anderem die Verwendung einer Mehrschichtelektrode mit der Oxidelektrode direkt in Kontakt mit dem Ferroelektrikum unter gleichzeitigem Einsatz von Metallen mit deutlich niedrigerem Wider stand in Kontakt mit der oxidischen Elektrode, wodurch der Gesamtwiderstand der Elektrode deutlich gesenkt wird.The The present invention particularly teaches, among other things, the use a multi-layer electrode with the oxide electrode directly in contact with the ferroelectric with simultaneous use of metals with significantly lower resistance was in contact with the oxide Electrode, whereby the total resistance of the electrode is significantly reduced.
Das grundlegend Prinzip der Erfindung besteht insbesondere unter anderem in der Verwendung einer Mehrschichtelektrode, z. B. aus IrO2/Ir/Cu zum Anschluss der ferroelektrischen Schicht an den Plug.The fundamental principle of the invention consists in particular of the use of a multilayer electrode, for. B. from IrO 2 / Ir / Cu for connecting the ferroelectric layer to the plug.
Bei einem Herstellungsverfahren wird nach dem Öffnen vorgesehener Kontaktlöcher zum Plug durch einen RIE-Prozess am PZT zunächst eine dünne IrO2 abgeschieden, z. B. mit einer typischen Schichtstärke im Bereich von etwa 10 nm. Anschließend werden durch einen Temperschritt vorzugsweise in Sauerstoff eventuell vorhandene Kontaktwiderstände abgebaut. Anschließend wird zuerst Ir als Oxidationsbarriere, z. B. ebenfalls 10 nm. und danach z. B. Kupfer zum Auffüllen des Kontaktes, z. B. mit einer Dicke, die von der Breite der Ätzung ins PZT ab hängt, in dem Kontaktloch abgeschieden.In a manufacturing process, after opening vias provided to the plug by a RIE process on the PZT first a thin IrO 2 is deposited, z. B. with a typical layer thickness in the range of about 10 nm. Subsequently, any contact resistances are preferably degraded by an annealing step in oxygen. Subsequently, first Ir as an oxidation barrier, z. B. also 10 nm. And then z. B. copper to fill the contact, z. B. with a thickness that depends on the width of the etching in the PZT from deposited in the contact hole.
Andere Materialkombinationen für die Multilagenelektrode sind z. B. Al/Ir/IrO2, Al/TiN/Ir/IrO2, Cu/TaN/Ir/IrO2.Other material combinations for the multilayer electrode are z. Al / Ir / IrO 2 , Al / TiN / Ir / IrO 2 , Cu / TaN / Ir / IrO 2 .
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen auf der Grundlage der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.following The present invention is based on preferred embodiments on the basis of the attached schematic drawings closer explained.
Nachfolgend werden strukturell und/oder funktionell ähnliche oder vergleichbare Elemente mit denselben Bezugszeichen be zeichnet, ohne dass in jedem Fall ihres Auftretens eine detaillierte Beschreibung wiederholt wird.following be structurally and / or functionally similar or comparable Elements with the same reference signs be distinguished, without that in each Case of their occurrence a detailed description is repeated becomes.
Anhand
der
Bei
diesem Verfahren wird zugrunde gelegt, dass zunächst ein Halbleitermaterialbereich
Die
soeben beschriebene Struktur ist der Ausgangspunkt für die nachfolgend
zu beschreibende Prozessabfolge zur erfindungsgemäßen Herstellung
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Halbleiterspeichereinrichtung
Zunächst wird
durch an sich bekannte Maßnahmen
im Isolationsbereich
Auf
der so erhaltenen planaren Struktur mit Oberflächenbereich
Im Übergang
zu dem in den
Im Übergang
zu dem in den
Im Übergang
zu dem in
Auf
diese Art und Weise entsteht gemäß dem in
Aus
Im Übergang
zu dem in
Die
- 1010
- erfindungsgemäße Halbleiterspeicherzelleinventive semiconductor memory cell
- 1111
- Speicherelementstorage element
- 1414
- erste Elektrodeneinrichtungfirst electrode means
- 14-114-1
- Dielektrikumskontaktbereich für erste ElektDielektrikumskontaktbereich for first Elect
-
rodeneinrichtung
14 clearing device14 - 14-214-2
- Kontaktvermittlungsbereich für erste ElektContact primary area for first Elect
-
rodeneinrichtung
14 clearing device14 - 14-314-3
- Externkontaktbereich für erste ElektrodenExternal contact area for first electrodes
-
einrichtung
14 Facility14 - 1616
- Speichermaterial, Speichermaterialbereich,Storage material Storage material area,
- Kondensatordielektrikum, Ferroelektrikumcapacitor dielectric, ferroelectric
- 1818
- zweite Elektrodeneinrichtungsecond electrode means
- 18-118-1
- Dielektrikumskontaktbereich für zweite EDielektrikumskontaktbereich for second e
-
lektrodeneinrichtung
18 lektrodeneinrichtung18 - 18-218-2
- Kontaktvermittlungsbereich für zweite ElektContact primary area for second Elect
-
rodeneinrichtung
18 clearing device18 - 18-318-3
- Externkontaktbereich für zweite ElektrodenExternal contact area for second electrodes
-
einrichtung
18 Facility18 - 2020
- Halbleitermaterialbereich, SubstratSemiconductor material region, substratum
- 20a20a
- Oberflächenbereichsurface area
- 2121
- erster Materialbereich, erster Schichtbefirst Material area, first layer
- reichrich
- 2222
- zweiter Materialbereich, zweiter Schichtbesecond Material area, second layer
- reich, p-Wannerich, p-well
- 2323
- Dotierbereich für Sourcebereich, Sourcebedoping for source area, Sourcebe
- reich, Sourcerich, source
- 2424
- Dotierbereich für Drainbereich, Drainbedoping for drainage area, Drainbe
- reich, Drainrich, drain
- 2525
- Metallisierungmetallization
- 3030
- Isolationsbereich, SiliziumdioxidQuarantine, silica
- 30a30a
- Oberflächenbereichsurface area
- 3131
- Isolation für Wortleitung WL und Gate Gisolation for wordline WL and Gate G
- 4040
- erste, dünne Isolationsschichtfirst, thin insulation layer
- 40a40a
- Oberflächenbereichsurface area
- 5050
- Materialbereich/Material für SpeichermateriMaterial region / Material for storage materials
- al bzw. Kondensatordielektrikum, PZTal or capacitor dielectric, PZT
- 50a50a
- Oberflächenbereichsurface area
- 7272
- Ausnehmung, Trenchrecess trench
- 8080
- Material, Materialbereich für Elektroden,Material, Material area for electrodes,
- Elektrodenmaterialelectrode material
- 9898
- Versiegelungsschicht, Versiegelungsmaterial,Sealing layer, Sealing material,
- zweite Abdeckschichtsecond covering
- 100100
- erfindungsgemäße Halbleiterspeichereinrichinventive semiconductor memory device
- tungtung
- BB
- Barrierebereich, DiffusionsbarriereBarrier region, diffusion barrier
- CC
- Speicherkondensatorstorage capacitor
- DD
- Drainbereich, Drain, DrainelektrodeDrain region, Drain, drain electrode
- GG
- Gatebereich, Gate, GateelektrodeGate area Gate, gate electrode
- GOXGOX
- Gateisolation, GateoxidGate insulation, gate oxide
- PP
- Plugbereich, Anschlussbereich, AnschlussPlug area Connection area, connection
- SS
- Sourcebereich, Source, SourceelektrodeSource region, Source, source electrode
- TT
- Auswahltransistorselection transistor
- WLWL
- Wortleitungwordline
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE |
|
8131 | Rejection |