DE10248373B4 - Test structure for determining a short circuit between trench capacitors in a memory cell array - Google Patents
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Abstract
Teststruktur zum Bestimmen eines Kurzschlusses zwischen Grabenkondensatoren (3) in einem Speicherzellenfeld, wobei die Grabenkondensatoren matrixförmig angeordnet sind, wobei bei zwei Reihen (3a, 3b) von Grabenkondensatoren die Grabenkondensatoren jeder Reihe durch Tunnelstrukturen oder/und Brückenstrukturen miteinander verbunden sind, wobei an jedem Endabschnitt einer verbundenen Grabenkondensatorenreihe eine Kontaktfläche (5a, 5b, 5c, 5d) zum Ankontaktieren vorgesehen ist und wobei zwischen den beiden Reihen von miteinander verbundenen Grabenkondensatoren wenigstens eine weitere Reihe von nicht verbundenen Grabenkondensatoren vorgesehen ist.test structure for determining a short circuit between trench capacitors (3) in a memory cell array, wherein the trench capacitors arranged in a matrix are, wherein at two rows (3a, 3b) of trench capacitors, the Trench capacitors of each row through tunnel structures and / or bridge structures connected to each other, wherein at each end portion of a connected Grabenkondensatorenreihe a contact surface (5a, 5b, 5c, 5d) provided for Ankontaktieren is and being between the two rows of interconnected Trench capacitors at least one other set of unconnected Trench capacitors is provided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Teststruktur zum Bestimmen eines Kurzschlusses zwischen Grabenkondensatoren in einem Speicherzellenfeld, wobei die Grabenkondensatoren matrixförmig angeordnet sind.The The invention relates to a test structure for determining a short circuit between trench capacitors in a memory cell array, wherein the Trench capacitors matrix-shaped are arranged.
Halbleiterspeicher, insbesondere dynamische Halbleiterspeicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAN) setzen sich aus einer Matrix von Speicherzellen zusammen, die in Form von Zeilen über Wortleitungen und Spalten über Bitleitungen verschaltet sind. Das Auslesen der Daten aus den Speicherzellen oder das Schreiben der Daten in die Speicherzellen wird durch Aktivierung geeigneter Wort- und Bitleitungen bewerkstelligt. Eine dynamische Speicherzelle enthält im Allgemeinen einen Auswahltransistor und eine Speicherkondensator, wobei der Auswahltransistor üblicherweise als horizontal ausgelegter Feldeffekttransistor ausgestaltet ist und zwei Diffusionsbereiche umfasst, welche durch einen Kanal getrennt sind, oberhalb dessen eine Steuerelektrode, ein sogenanntes Gate, angeordnet ist. Das Gate ist wiederum mit einer Wortleitung verbunden. Einer der Diffusionsbereiche des Auswahltransistors ist an eine Bitleitung und der andere Diffusionsbereich an den Speicherkondensator angeschlossen. Durch Anlegen einer geeigneten Spannung über die Wortleitung an das Gate schaltet der Auswahltransistor durch und ermöglicht eine Stromfluss zwischen den Diffusionsgebieten, um den Speicherkondensator über die angeschlossene Bitleitung zu laden.Semiconductor memory, in particular dynamic random access memories (DRAN) are composed of a matrix of memory cells that are in Form of lines over Word lines and columns via Bit lines are interconnected. Reading the data from the memory cells or writing the data into the memory cells is by activation appropriate word and bit lines accomplished. A dynamic one Memory cell contains generally a selection transistor and a storage capacitor, wherein the selection transistor is usually is designed as horizontally designed field effect transistor and two diffusion regions separated by a channel above which a control electrode, a so-called gate, is arranged. The gate is in turn connected to a word line. One of the diffusion regions of the selection transistor is connected to a bit line and the other diffusion region connected to the storage capacitor. By applying a suitable voltage across the word line to the Gate turns on the selection transistor and allows a Current flow between the diffusion areas to the storage capacitor via the connected Load bit line.
Zielsetzung bei der DRAN-Speicher-Entwicklung ist es, eine möglichst hohe Ausbeute von Speicherzellen mit guter Funktionalität bei zusätzlich minimaler Chipgröße zu erreichen. Das fortlaufende Bestreben, die DRAN-Speicherzellen zu verkleinern, hat zum Entwurf von Speicherzellen geführt, bei denen insbesondere der Speicherkondensator die dritte Dimension nutzt. Ein dreidimensionales Speicherkondensatorkonzept sind Grabenkondensatoren, bestehend aus einem in das Halbleitersubstrat geätzten Graben, der mit einem hochleitfähigen Material gefüllt ist, welcher als innere Kondensatorelektrode dient. Die äußere Kondensatorelektrode ist dagegen im Allgemeinen im Substrat als Diffusionsgebiet vergraben ausgebildet, wobei diese äußere Kondensatorelektrode über eine weitere vergraben ausgebildete Schicht im Halbleitersubstrat, eine sogenannte Buried Plate, ankontaktiert ist. Die elektrische Verbindung zwischen dem Diffusionsgebiet des Auswahltransistors und der inneren Kondensatorelektrode des Grabenkondensators in einer Speicherzelle erfolgt im oberen Grabenbereich durch einen üblicherweise als Diffusionsgebiet ausgebildeten Elektrodenanschluss, dem sogenannten Buried Strap.objective in DRAN memory development, it is the highest possible yield of memory cells with good functionality with additional minimal To achieve chip size. The ongoing drive to downsize the DRAM memory cells has led to the design of memory cells, in particular the storage capacitor uses the third dimension. A three-dimensional Storage capacitor concept are trench capacitors consisting of an etched into the semiconductor substrate trench, which with a highly conductive Material filled which serves as the inner capacitor electrode. The outer capacitor electrode On the other hand, it is generally buried in the substrate as a diffusion region formed, said outer capacitor electrode via a another buried layer formed in the semiconductor substrate, a so-called buried plate, is ankontaktiert. The electrical connection between the diffusion region of the selection transistor and the inner Capacitor electrode of the trench capacitor in a memory cell takes place in the upper trench area by one usually as a diffusion area trained electrode connection, the so-called buried strap.
Um die Chipgröße so klein wie möglich zu halten und gleichzeitig für eine ausreichende Speicherkapazität, die ein genügend großes Lesesignal gewährleistet, zu sorgen, werden die Grabenkondensatoren mit zunehmend tieferen Graben hergestellt, wobei Aspektverhältnisse, d.h. Breiten- zu Tiefenverhältnisse von bis zu 1 : 40 ausgeführt werden. Weiterhin werden die Grabenkondensatoren der Speicherzellen, die den wesentlichen Teil des Speicherchips ausfüllen, immer dichter gepackt, um die von den einzelnen Speicherzellen benötigte Fläche weiter zu verringern. DRAN-Speicherchips werden üblicherweise mit Hilfe der Planartechnik realisiert, wobei die Gräben der Grabenkondensatoren vorzugsweise mithilfe einer anisotropen Ätzung erzeugt werden. Durch die Forderung, die Gräben immer tiefer auszuführen bei gleichzeitig verringertem Abstand zwischen den Graben besteht die Gefahr, dass sich eine Verbindung zwischen zwei benachbarten Gräben aufgrund eines nicht exakt senkrechten Ätzvorgangs ergibt, was zu einem Kurzschluss zwischen den benachbarten Speicherzellen führen kann. Solche ungewünschten Kurzschlüsse zwischen benachbarten Speicherzellen konnten bisher erst im Rahmen einer Fehleranalyse im Backend, d.h. nach Beendigung des gesamten aufwändi gen und teuren Herstellungsprozesses mit ca. 500 Einzelschritten festgestellt werden.Around the chip size is so small as possible to keep and at the same time for a sufficient storage capacity, which ensures a sufficiently large read signal, to make the trench capacitors with increasingly deeper Trench, wherein aspect ratios, i. Width to depth ratios up to 1:40 become. Furthermore, the trench capacitors of the memory cells, filling out the main part of the memory chip, packed ever closer, to further reduce the area required by the individual memory cells. DRAM memory chips become common realized with the help of planar technology, the trenches of Trench capacitors preferably generated by means of an anisotropic etching become. By the demand to carry out the trenches deeper and deeper at the same time the distance between the trenches is reduced Danger that is due to a connection between two adjacent trenches a not exactly vertical etching process, resulting in a short circuit between the adjacent memory cells to lead can. Such unwanted shorts between adjacent memory cells have so far only in the frame an error analysis in the backend, i. after finishing the whole complex and expensive manufacturing process with approximately 500 individual steps.
Aus
der
Aus
der
DRAM-Teststrukturen
zum Bestimmen eines Kurzschlusses sind in der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Teststruktur für ein Speicherzellenfeld mit matrixförmig angeordneten Grabenkondensatoren bereitzustellen, die ein zuverlässiges Detektieren von Kurzschlüssen zwischen Grabenkondensatoren bereits kurz nach der Herstellung der Grabenkondensatoren im Frontend ermöglicht.task The invention is to provide a test structure for a memory cell array in matrix form to provide arranged trench capacitors, the reliable detection of shorts between Trench capacitors already shortly after the production of trench capacitors enabled in the frontend.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Teststruktur gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine bevorzugte Weiterbildung ist in dem abhängigen Anspruch angegeben.These Task is according to the invention with a Test structure according to claim 1 solved. A preferred development is specified in the dependent claim.
Gemäß der Erfindung sind bei einer Teststruktur zum Bestimmen eines Kurzschlusses zwischen matrixförmig angeordneten Grabenkondensatoren in einem Speicherzellenfeld die Grabenkondensatoren von zwei Reihen jeweils durch Tunnel- und/oder Brückenstrukturen miteinander verbunden, wobei an jedem Endabschnitt der Grabenkondensatorreihe eine Kontaktfläche zum Ankontaktieren vorgesehen ist. Zwischen den beiden Reihen von miteinander verbundenen Grabenkondensatoren der Teststruktur ist zusätzlich eine weitere Reihe von nicht miteinander verbundenen Grabenkondensatoren vorgesehen. Hierdurch wird ge währleistet, dass nicht nur Kurzschlüsse festgestellt werden, die aufgrund der Teststrukturprozessierung entstehen, sondern nur solche, die sich auch im Rahmen der regulären Grabenkondensatorprozessierung ergeben.According to the invention, in a test structure for determining a short circuit zwi the trench capacitors of two rows each interconnected by tunnel and / or bridge structures, wherein at each end portion of the trench capacitor row, a contact surface is provided for Ankontaktieren. Between the two rows of interconnected trench capacitors of the test structure, a further row of unconnected trench capacitors is additionally provided. This ensures that not only short circuits resulting from test structure processing are detected, but only those resulting from regular trench capacitor processing.
Die erfindungsgemäße Teststruktur ermöglicht auf einfache Weise Kurzschlüsse in Grabenkondensatoren bereits nach dem Ausbilden und Auffüllen der Grabenkondensatoren, also im Frontendbereich festzustellen. Die Teststruktur lässt sich darüber hinaus auf einfache Weise durch eine Funktionserweiterung der bereits üblicherweise im Frontendbereich vorgesehenen Teststrukturen mit Hilfe einer unkritischen MUV (mid ultraviolet) Maskenebene realisieren.The test structure according to the invention allows easily short circuits in trench capacitors already after forming and filling the Trench capacitors, so determine the front end area. The Test structure leaves beyond that in a simple way by a functional extension of the already usually front end test structures with the help of an uncritical MUV (mid ultraviolet) mask level realize.
Die Teststruktur wird wie die reguläre Speicherzellenstruktur in der Regel mithilfe der Planartechnik, die aus einer Abfolge von Lithographieprozessen besteht, hergestellt, so dass die Einbettung der Teststruktur in ein regelmäßiges Matrixfeld gewährleistet ist. Die Grabenkondensatoren der Teststruktur entsprechen den regulären Grabenkondensatoren der Speicherzellenmatrix, da die Teststruktur bei den einzelnen Lithographieschritten die gleiche Umgebung wie die reguläre Grabenkondensatormatrix besitzt. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Testmessung wesentlich verbessert.The Test structure will be like the regular one Memory cell structure usually using the planar technology, which consists of a sequence of lithographic processes, produced, allowing the embedding of the test structure in a regular matrix field guaranteed is. The trench capacitors of the test structure correspond to the regular trench capacitors the memory cell matrix, since the test structure in the individual Lithography steps the same environment as the regular trench capacitor matrix has. As a result, the reliability and validity of the Test measurement significantly improved.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be apparent from the attached drawings explained in more detail. It demonstrate:
Die
Erfindung wird am Beispiel einer Grabenkondensatoranordnung, wie
sie im Rahmen von DRAM-Speicherzellen verwendet werden, erläutert. Die
Ausbildung der einzelnen Strukturen im Rahmen der Speicherchip-Herstellung
erfolgt vorzugsweise mithilfe der Silizium-Planartechnik, die aus
einer Abfolge jeweils ganzflächig
an der Oberfläche
einer Silizium-Halbleiterscheibe
wirkenden Einzelprozessen besteht, wobei über geeignete Maskierungsschritte gezielt
eine lokale Veränderung
des Silizium-Substrats durchgeführt
wird. Im Rahmen der Planartechnik wird dabei gleichzeitig eine Vielzahl
von Strukturen ausgebildet. Im folgenden wird kurz ein mögliches Verfahren
zum Erzeugen von Grabenkondensatoren im Rahmen einer DRAN-Speicherzellenanordnung anhand
Auf
einer von Verunreinigungen befreiten Siliziumscheibe
Im
oberen Grabenbereich schließt
sich an die Dielektrikumschicht
Kurzschlüsse zwischen
den inneren Kondensatorelektroden
In
einem mittleren Bereich des Grabenkondensatorfeldes sind, wie in
Zum
Test wird über
solche Nadeln ein Stromfluss auf eine Reihe von zusammengeschlossenen Grabenkondensatoren,
wie z.B. die Grabenkondensatorreihe
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DE10245541 | 2002-09-30 | ||
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