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Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil, genauer
gesagt die untere Elektrode eines Kondensators in einem Halbleiterspeicher,
sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben.
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In den letzten Jahren wurde eine
Anzahl von Technologien dazu entwickelt, trotz der immer weitergehenden
Miniaturisierung von Halbleiterspeichern für ausreichende Ladungsspeicherkapazität zu sorgen.
Dazu wird vorzugsweise der zugehörige
Kondensator mit dreidimensionaler (3D) Struktur ausgebildet. Ein
repräsentativer
3D-Kondensator ist ein sogenannter konkaver Kondensator.
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Die 1A bis 1C sind Schnittansichten
zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbau teils
gemäß einem
herkömmlichen
Verfahren. Genauer gesagt, wird ein Verfahren zum Herstellen einer
unteren Elektrode beschrieben.
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Wie es in der 1A dargestellt ist, wird eine erste Isolierschicht 11 aus
mindestens einer Schicht auf Oxidbasis auf einem Halbleitersubstrat 10 hergestellt.
Ein erster Kontaktpfropfen 12 wird so hergestellt, dass
er dadurch mit dem Substrat 10 in Kontakt steht, dass er
die erste Isolierschicht durchdringt. Der erste Kontaktpfropfen
gelangt mit einem Fremdstoffdiffusionsbereich, wie einem Source/Drain-Bereich, in Kontakt.
Hierbei wird zum Herstellen der ersten Isolierschicht 11 Tetraethylorthosilikat
(TEOS) verwendet. Außerdem
wird der erste Kontaktpfropfen 12 aus Polysilicium hergestellt.
Ferner wird, um die Diffusion eines Materials für ohmschen Kontakt und eines
Materials einer unteren Elektrode in das Substrat 10 zu
verhindern, auf dem ersten Kontaktpfropfen 12 eine Barriereschicht
mit Ti/TiSi2/TiN-Struktur hergestellt, was
jedoch nicht dargestellt ist.
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Als Einebnungsprozess wird ein sogenannter
chemisch-mechanischer Polier(CMP)prozess ausgeführt, um den oberen Teil einer
Lage mit dem ersten Kontaktpfropfen 12 und der ersten Isolierschicht 11 einzuebnen.
Dann wird auf der eingeebneten Schicht eine zweite Isolierschicht 13 hergestellt.
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Auf dieser zweiten Isolierschicht 13 werden Bitleitungen 14 hergestellt,
die jedoch nicht den ersten Kontaktpfropfen 12 überlappen
sollen. Außerdem wird
entlang dem gesamten oberen Profilsubstrat eine erste Ätzstoppschicht 15 aus
mindestens einer Schicht auf Nitridbasis hergestellt. Die erste Ätzstoppschicht 15 soll
dazu dienen, zu verhindern, dass die Bitleitungen 14 während eines
folgenden Ätzprozesses
einen Speicherknotenkontakt ausbilden. Insbesondere wird eine Schicht
auf Nitridbasis, wie eine Siliciumnitridschicht oder eine Siliciumnitridoxidschicht,
dazu verwendet, Ätzselektivität gegen
eine dritte Isolierschicht 16 zu erzielen, die eine solche
auf Oxidbasis ist.
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Die dritte Isolierschicht 16 wird
dick auf der ersten Ätzstoppschicht 15 hergestellt.
Direkt anschließend
wird ein weiterer Einebnungsprozess ausgeführt, um mittels eines Rückätzverfahrens
oder eines CMP-Prozesses den oberen Teil der dritten Isolierschicht 16 einzuebnen.
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Als Nächstes wird ein Photoresistmuster 17 zum
Herstellen eines Speicherknotenkontakts hergestellt.
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Außerdem wird ein den ersten
Kontaktpfropfen 12 freilegendes Kondensatorkontaktloch
(nicht dargestellt) dadurch ausgebildet, dass die dritte Isolierschicht 16,
die erste Ätzstoppschicht 15 und
die zweite Isolierschicht 13 sequenziell geätzt werden. Hierbei
wird das Photoresistmuster 17 als Ätzmaske verwendet. Dabei wird
die dritte Isolierschicht 16 durch den ersten Ätzprozess
geätzt,
der stoppt bevor die erste Ätzstoppschicht 15 geätzt wird.
Danach werden die erste Ätzstoppschicht 15 und
die zweite Isolierschicht 11 mittels eines zweiten Ätzprozesses geätzt. Hierbei
kann ein erforderliches Ätzprofil
dadurch erzielt werden, dass die Ätzrezeptur für jeweils den
ersten und den zweiten Ätzprozess
variiert wird.
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Das Kondensatorkontaktloch wird mit
einem Kontaktpfropfenmaterial wie Polysilicium aufgefüllt, wobei
dieses Material auf dem gesamten oberen Teil des Substrats abgeschieden
wird. Im Ergebnis wird ein zweiter Kontaktpfropfen gebildet, der
elektrisch mit dem ersten Kontaktpfropfen in Kontakt gelangt. Es
wird ein weiterer CMP-Prozess dazu ausgeführt, den oberen Teil des Substrats
einzuebnen, das die obigen vorbestimmten Prozesse durchlaufen hat.
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Als Nächstes wird eine zweite Ätzstoppschicht 19 aus
einer Schicht auf Nitridbasis dazu hergestellt, zu verhindern, dass
der zweite Kontaktpfropfen 18 während eines Ätzprozesses
für eine
untere Elektrode, die durch einen anschließenden Prozess hergestellt
wird, angegriffen wird. Anschließend wird eine Opfer-Isolierschicht 20 aus
einer Schicht auf Oxidbasis hergestellt, nachdem die vertikale Höhe des Kondensators
bestimmt wurde, der über
der zweiten Ätzstoppschicht
ausgebildet wird, wobei die zum Herstellen der Opfer-Isolierschicht 20 verwendete
Oxidschicht die Kapazität
des gebildeten Kondensators beeinflusst. Als Nächstes wird ein anderes Photoresistmuster 21 hergestellt.
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Hierbei könnte der Zusatzprozess zum
Herstellen der zweiten Ätzstoppschicht
weggelassen werden, da der Ätzprozess
zum Herstellen der unteren Elektrode leicht kontrolliert werden
kann.
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Das zum Ätzen der Opfer-Isolierschicht 20 verwendete
Photoresistmuster 21 ist in der 1B dargestellt. Dieses Photoresistmuster 21 dient
als Ätzmaske,
die zum Ätzen
der Opfer-Isolierschicht 20 verwendet wird.
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Wenn der Ätzprozess zum Entfernen der
Opfer-Isolierschicht ausgeführt
wird, wird dieser zu gegebener Zeit durch die zweite Ätzstoppschicht 19 gehemmt.
Danach wird auch die zweite Ätzstoppschicht entfernt.
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Im Ergebnis ist ein offener Teil,
d. h. eine freigelegte Fläche
des zweiten Kontaktpfropfens, gebildet.
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Nachdem das Photoresistmuster 21 entfernt ist,
wird entlang der gesamten Oberfläche,
mit dem durch Ätzen
der Opfer-Isolierschicht 20 gebildeten offenen Teil, ein
leitendes Mate rial für
die untere Elektrode aufgetragen. Dadurch gelangt der zweite Kontaktpfropfen 18 mit
dem leitenden Material in Kontakt.
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Als Nächstes wird ein Photoresist
auf der gesamten Fläche
mit dem offenen Teil abgeschieden, um sie zu bedecken. Als Nächstes wird
die gesamte, mit dem Photoresist bedeckte Oberfläche des Substrats durch Ausführen eines
Rückätzprozesses
oder eines CMP-Prozesses eingeebnet, bis die Opfer-Isolierschicht freigelegt
ist.
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Die oben genannte freigelegte Opfer-Isolierschicht
wird durch einen Nasstauchprozess unter Verwendung eines gepufferten
Oxidätzmittels
(BOE = Buffered Oxide Etchant) oder von Fluorwasserstoff(HF)säure entfernt.
Demgemäß wird eine
untere Elektrode 22 mit der in der 1C dargestellten konkaven Struktur gebildet.
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Anschließend wird der verbliebene Photoresist
durch einen Trockenabziehprozess entfernt. Dabei wird für diesen
O2/CF4/H2O/N2 oder O2N2 verwendet. Auch
wird ein Lösungsmittel
dazu verwendet, den restlichen Photoresist und während eines Reinigungsprozesses
unter Verwendung eines anderen Lösungsmittels
erzeugte Nebenprodukte sauber zu entfernen.
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Als nächster Schritt wird ein Wärmebehandlungsprozess
dazu ausgeführt,
beeinträchtigte
Eigenschaften der unteren Elektrode 22, wozu es durch den Ätzprozess
kam, wiederherzustellen. Ein zusätzlicher
Reinigungsprozess zum Entfernen verbliebender Verunreinigungen wird
unter Verwendung eines BOE vor dem Herstellen einer dielektrischen
Schicht ausgeführt.
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Obwohl es nicht dargestellt ist,
ist der Kondensator nach dem Herstellen der dielektrischen Schicht
und einer oberen Elektrode Ober der unteren Elektrode 22 vollständig fertig gestellt.
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Die 2 ist
eine Draufsicht zum Veranschaulichen einer Anzahl herkömmlicher
unterer Elektroden in zweidimensionaler Anordnung.
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Gemäß der 2 ist eine Anzahl unterer Elektroden 22 in
einer Richtung angeordnet, und eine Anzahl zweiter Kontaktpfropfen 18 ist
zwischen Bitleitungen mit Matrixverteilung angeordnet. Jeder der zweiten
Kontaktpfropfen 18 überlappt
mit dem benachbarten zweiten Kontaktpfropfen 18. Auch ist eine
Anzahl unterer Elektroden 22 so angeordnet, dass sie jeweils
mit den zweiten Kontaktpfropfen 18 in Kontakt stehen. Bis
vor kurzem wurde ein Maskenmuster mit rechteckiger oder elliptischer
Form mit hohem Verhältnis
der Haupt- zur Nebenachse dazu verwendet, die Opfer-Isolierschicht 20 zu ätzen. Im
Ergebnis wurde ein konkaver oder zylindrischer Typ des Musters der
unteren Elektroden 22 ausgebildet. Betreffend ein Maskenmuster
mit elliptischer Form gilt, dass die ursprüngliche Form in der Ebene nicht elliptisch
sondern rechteckig ist. Die Rechteckform ist nach dem Ausführen des Ätzprozesses
in die elliptische Form geändert.
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Während
der Herstellung des Musters der unteren Elektroden 22 erfolgt
während
der Oberflächenspannung
der HF-Säure
oder des BOE ein Ausmagerungseffekt für dieselben. Die HF-Säure oder das
BOE wird dazu verwendet, den Tauchprozess für die Opfer-Isolierschicht 20 auszuführen, um
die in der 1C dargestellte
untere Elektrode 22 herzustellen. Ferner kommt es durch
den oben genannten Ausmagerungseffekt zu elektrischen Kurzschlüssen benachbarter
unterer Elektroden.
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Die 3 ist
eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Kurzschlusses zwischen
benachbarten unteren Elektroden. Wenn ein Halbleiterbauteil zunehmend
hoch integriert wird, wird der Abstand zwischen benachbarten unteren
Elektroden immer kleiner, wodurch es häufig zum Ausmagerungseffekt kommt.
Dadurch treten auch, mit immer feiner werdender Leitungsbreite der
unteren Elektroden 22, immer schwerwiegendere elektrische
Kurzschlüsse
benachbarter unterer Elektroden auf.
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<Verbesserte bekannte Technik>
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Gemäß der beschriebenen bekannten
Technik wurden untere Elektroden mit Kondensatoren vom Zylindertyp
mit Matrixverteilung angeordnet. Die unteren Elektroden gemäß einer
verbesserten bekannten Technik sind mit Zickzackverteilung angeordnet.
Hierbei bilden zwei benachbarte untere Elektroden, die zu beiden
Seiten einer Bitleitung liegen, ein Paar, und jede Elektrode des
Paars ist auf solche Weise angeordnet, dass eine Elektrode des Paars entlang
einer gedachten X-Achse vor der anderen liegt. Demgemäß sind die
unteren Elektroden in der oben genannten Zickzackverteilung angeordnet.
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Im Ergebnis ist die Fläche, wie
sie gebildet wird, wenn paarige untere Elektroden einander in entgegengesetzten
Richtungen gegenüber
stehen, verringert, wodurch die oben genannten elektrischen Kurzschlüsse zwischen
unteren Elektroden verhindert sind.
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Die 4 ist
eine Draufsicht eines Halbleiterbauteils mit unteren Elektroden
gemäß der verbesserten
bekannten Technik.
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Gemäß dieser 4 ist eine Anzahl von Bitleitungen in
einer X-Richtung ausgebildet. Außerdem sind in der 4 mehrere gedachte X-Achsen
mit einer mit der X-Richtung übereinstimmenden
Richtung sowie mehrere gedachte Y-Achsen mit einer Richtung, die
rechtwinklig zur X-Richtung verläuft,
dargestellt. Hierbei sind nur zwei gedachte X-Achsen und nur zwei
gedachte Y-Achsen, nämlich
X1 und X2 sowie Y1 und Y2 dargestellt. Weiterhin sind Linien Y1', Y1'', Y2' und
Y2'' parallel zu den
gedachten Y-Achsen in der 4 dargestellt.
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Die gedachten X-Achsen (X1, X2) und
die gedachten Y-Achsen (Y1, Y2) schneiden einander, wodurch eine
Matrix- oder Gitterstruktur mit einer Anzahl von Schnittpunkten
erhalten ist. Hierbei befinden sich die Mittelpunkte der mehreren
Kondensator-Kontaktpfropfen 41 an den Schnittpunkten, weswegen
dieselben mit Matrixverteilung angeordnet sind.
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Genauer gesagt, sind die Kondensator-Kontaktpfropfen 41 mit
den ersten Kontaktpfropfen verbunden, die mit einem aktiven Gebiet
des Substrats in Kontakt stehen. Außerdem sind die Kondensator-Kontaktpfropfen 41 mit
einem vorbestimmten Intervall d2 angeordnet, und die in der Y-Richtung
benachbarten Kondensator-Kontaktpfropfen 41 sind mit einem
vorbestimmten Abstand dl ausgebildet, der der Breite der Bitleitung 40 entspricht.
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Jedes obere Gebiet der Kondensator-Kontaktpfropfen 41 ist
elektrisch auf eineindeutige Weise mit einer jeweiligen unteren
Elektrode 42 verbunden, die in der X-Richtung mit einem
vorbestimmten Intervall d3 nebeneinander liegen.
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Hierbei liegt entlang einer beliebig
gewählten gedachten
Y-Achse, z. B. der
Achse A1, die durch den Mittelpunkt des Kondensator-Kontaktpfropfens 41 verläuft, ein
Paar unterer Elektroden 42A und 42B benachbart
zueinander, wobei die paarigen unteren Elektroden auf verschiedenen,
jedoch benachbarten gedachten X-Achsen angeordnet sind. Ferner ist,
wie es in der 4 dargestellt
ist, eine der paarigen unteren Elektroden 42A und 42B in
Richtung der zugehörigen
gedachten X-Achse vor der anderen angeordnet.
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Demgemäß wird, was jedoch nicht dargestellt
ist, die Oberflächenspannung,
wie sie durch eine zum Entfernen der Opfer-Isolierschicht verwendete Nassätzlösung hervorgerufen
wird, wenn der Tauchprozess nach dem Herstellen der unteren Elektrode 42 ausgeführt wird,
durch die Zickzackverteilung der unteren Elektroden verringert,
wodurch ein elektrischer Kurzschluss zwischen benachbarten unteren
Elektroden durch die oben genannte Anordnung derselben verhindert
werden kann.
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Wenn jedoch das Halbleiterbauteil
hoch integriert ist, existiert immer noch der Nachteil einer verringerten
Prozesstoleranz, da für
einen Kontaktpfropfen eine bestimmte Kontaktfläche bereitzustellen ist. Dieser
Nachteil existiert auch noch bei einem Halbleiterbauteil gemäß der beschriebenen
verbesserten bekannten Technik.
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1) Einfallen des Musters
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Der durch den Nasstauchprozess für die Opfer-Isolierschicht
hervorgerufene Ausmagerungseffekt wird dadurch etwas verhindert,
dass die unteren Elektroden mit Zickzackverteilung angeordnet werden.
Jedoch existiert beim oben genannten Verfahren immer noch ein Problem,
wenn das Photoresistmuster , extrem fein wird, wodurch der Trennabstand zwischen
den unteren Elektroden kleiner wird.
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Außerdem werden durch das Anheben
einer unteren Elektrode immer noch elektrische Kurzschlüsse zwischen
benachbarten unteren Elektroden erzeugt. Hierbei ist das Anheben
einer unteren Elektrode einer von Gründen, die zum Einfallen des
Photoresistmusters führen.
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2) Kapazitätsverringerung
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Ätzeigenschaften,
wie sie bei einem Ätzprozess
erhalten werden, der entlang der Hauptachse ausgeführt wird,
unterscheiden sich von denen, die durch einen Ätzprozess erhalten werden,
der entlang der Nebenachse ausgeführt wird, wenn die Opfer-Isolierschicht
zum Herstellen der unteren Elektrode mit einem Rechteck oder einer
Ellipse mit hohem Verhältnis
der Haupt- zur Nebenachse geätzt
wird. Im Ergebnis wird in der Hauptachse ein Ätzprofil erzeugt, das einen
Verjüngungseffekt
zeigt, und daher ist die effektive Fläche zum Herstellen der unteren Elektrode
verringert. Daher ist auch die effektive Fläche zum Herstellen des Kondensators
verringert.
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Außerdem ist die kritische Abmessung
einer unteren Ebene im Vergleich zu der einer oberen Ebene der oben
genannten Struktur verringert. Daher kann wegen eines Kurzschlusses
zwischen Kontaktflecken, die auf der Unterseite der unteren Elektrode hergestellt
werden, kein Kontaktfleck aus metastabilem Polysilicium (MPS), das
eigentlich verwendet werden sollte, um die Kapazität zu erhöhen, hergestellt
werden. Ferner können
wegen eines Kurzschlusses zwischen Kontaktflecken eine dielektrische
Schicht und die untere Elektrode nicht hergestellt werden.
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Die 5(A) und (B) sind schematische Schnittansichten
der unteren Elektrode entlang der gedachten Linie Y1'' und der gedachten Linie X1, wie sie
in der 4 dargestellt
sind. Anders gesagt, sind es Schnittansichten der unteren Elektrode
entlang der Hauptachse der Ellipse bzw. der Nebenachse derselben.
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Wie bereits angegeben, verfügt der Kondensator
vom Zylindertyp über
rechteckige oder quadratische Form. Außerdem ist das Seitenverhältnis der Haupt-
zur Nebenachse extrem hoch, da der Ätzprozess hauptsächlich entlang
der Nebenachse ausgeführt
wird.
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Die Ätzprofile für die Haupt- und die Nebenachse
sind wegen verschiedener Ätzeigenschaften, die
sehr empfindlich auf das Seitenverhältnis reagieren, nicht identisch.
Wegen der Ätzeigenschaften
der Opfer-Isolierschicht wird ein vertikales Ätzprofil, wie es in der 5(B) durch das Bezugszeichen 45 gekennzeichnet
ist, entlang der Nebenachse erhalten, und ein sich verjüngendes Ätzprofil,
wie es in der 5(A) durch
das Bezugszeichen 44 gekennzeichnet ist, wird entlang der
Hauptachse erhalten. Ein derartiges sich verjüngendes Ätzprofil bildet einen Grund
zur Verringerung der effektiven Kapazität. Außerdem ist die Kapazität auch verringert, da auf der Unterseite
der unteren Elektrode wegen der Gefahr von Kurzschlüssen zwischen
Kontaktflecken kein Kontaktfleck hergestellt werden kann, wie angegeben.
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Andererseits kann ein Überätzprozess
entlang der Hauptachse ausgeführt
werden, um ein vertikales Ätzprofil
zu erhalten. In diesem Fall wird die Opfer-Isolierschicht jedoch
entlang der Nebenachse zu stark abgeätzt. Durch den oben genannten Überätzprozess
wird nach einer tatsächlichen
Biegung ein Bogenprofil erhalten. Ein derartiges Bogenprofil wird zu
einem anderen Grund, der zu Kurzschlüssen zwischen unteren Elektroden,
wie in der 3 dargestellt,
führt.
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Außerdem nimmt die Möglichkeit
des Anhebens einer unteren Elektrode während des Tauchprozesses oder
anderen Folgeprozessen bei verringerter Kontaktfläche der
unteren Elektrode zu. Hierbei nimmt die Kontaktfläche wegen
des sich verjüngenden,
entlang der Hauptachse ausgebildeten Ätzprofils ab. Ferner nimmt
die Dicke der abgeschiedenen unteren Elektrode wegen der engen kritischen
Abmessungen ab, weswegen die Wahrscheinlichkeit zunimmt, dass die
untere Elektrode Unterbrechungen erleidet.
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Wenn die Größe von Halbleiterbauteilen
kleiner wird, wird die Ätztiefe,
um für
konstante Kapazität zu
sorgen, größer, wodurch
das Seitenverhältnis
allmählich
zunimmt. Außerdem
wird der Unterschied zwischen Ätzprofilen,
wie sie entlang der Haupt- und der Nebenachse ausgebildet werden,
ausgeprägter. Demgemäß nimmt
die effektive Kondensatorfläche ab,
und es wird schwierig, für
die erforderliche Kapazität
zu sorgen. Ferner nimmt die Wahrscheinlichkeit wesentlich zu, dass
es durch Brückenbildungseffekte zu
elektrischen Kurzschlüssen
kommt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Halbleiterbauteil, mit dem ein Kurzschluss unterer Elektroden verhindert
werden kann, zu denen es durch einen Ausmagerungs- oder Anhebeeffekt
während
Prozessen zum Herstellen der unteren Elektroden kommt, und für ausreichende
Kapazität
durch Vergrößern der
effektiven Kondensatorfläche
gesorgt werden kann, und ein Verfahren zum Herstellen desselben
zu schaffen.
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Diese Aufgabe ist hinsichtlich des
Halbleiterbauteils durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 und hinsichtlich
des Verfahrens durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 12 gelöst.
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Vorzugsweise befinden sich die Mittelpunkte paariger
unterer Elektroden, die entlang einer gedachten Y-Achse gekoppelt
sind, jeweils an verschiedenen Positionen, die von dieser gedachten
Y-Achse in entgegengesetzten Richtungen entlang einer anderen gedachten
X-Achse abweichen.
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Andere Aufgaben und Gesichtspunkte
der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen ersichtlich.
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1A bis 1C sind Schnittansichten,
die einen Prozess zum Herstellen einer unteren Elektrode eines herkömmlichen
Halbleiterbauteils zeigen;
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2 ist
eine Draufsicht auf mehrere untere Elektroden;
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3 ist
eine schematische Schnittansicht, die einen elektrischen Kurzschluss
zeigt, zu dem es durch einen Ausmagerungseffekt zwischen unteren Elektroden
kommt;
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4 ist
eine Draufsicht, die ein Halbleiterbauteil mit mehreren unteren
Elektroden gemäß einer
bekannten Technik zeigt;
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5(A) und (B) sind schematische Schnittansichten
einer unteren Elektrode entlang einer gedachten Linie Y1'' bzw. einer gedachten Linie X1 in der 4;
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6(A) und (B) zeigen schematische Draufsichten
eines Halbleiterbauteils mit einer unteren Elektrode, die gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ausgebildet ist;
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7(A) bis (D) zeigen Schnittansichten
einer unteren Elektrode entlang einer gedachten Linie X1, einer
gedachten Linie Y1" und
einer Linie Z-Z in der 6;
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8(A) und (B) zeigt perspektivische
Ansichten unterer Elektroden mit Achteck- bzw. Kreiszylinderstruktur;
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9(A) und (B) zeigt schematische Schnittansichten
eines Halbleiterbauteils mit unteren Elektroden gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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10(A) und (B), 11(A) und (B) sowie 12(A) und (B) sind schematische Draufsichten, die
Halbleiterbau teile mit unteren Elektroden zeigen, die jeweils mit
verschiedenen Anordnungen ausgebildet sind;
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13 ist
eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Maskenmusters gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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14A bis 14D sind Schnittansichten
zum Veranschaulichen von Prozessen zum Herstellen eines Halbleiterbauteils
unter Verwendung eines Kontaktflecks gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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15(A) bis (C) zeigen Transmissionselektronenmikroskop(TEM)-Bilder
zum Veranschaulichen eines Ausmagerungseffekts, wie er zwischen
unteren Elektroden auftritt; und
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16(A) und (B) zeigen TEM-Bilder zum Veranschaulichen
eines unteren Elektrodenmusters gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Halbleiterbauteile
und ein Verfahren zum Herstellen desselben unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen detaillierter beschrieben. Mit dem beschriebenen Halbleiterbauteil
können
elektrische Kurzschlüsse
unterer Elektroden vermieden werden, zu denen es durch einen Ausmagerungs-
oder Anhebeeffekt während
der Herstellung derselben kommt, und es kann für ausreichende Kapazität durch
Vergrößern der
effektiven Kondensatorfläche
gesorgt werden.
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Erste Ausführungsform
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Gemäß der 6 ist eine Anzahl von Bitleitungen 60 in
einer X-Richtung ausgebildet. In den 6A und 6B sind mehrere gedachte
X-Achsen (X1 und X2) mit einer in der X-Richtung übereinstimmenden
Richtung sowie mehrere gedachte Y- Achsen (Y1 und Y2) rechtwinklig zur
gedachten X-Achse dargestellt. Auch sind vier weitere gedachte Y-Achsen
Y1', Y1'', Y2' und
Y2'' dargestellt.
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Mit den gedachten X- und Y-Achsen
ist eine Matrixstruktur mit einer Vielzahl von Schnittpunkten gebildet.
Zwischen den Bitleitungen verschachtelt ist eine Anzahl von Kondensator-Kontaktpfropfen 61 ausgebildet.
Genauer gesagt, sind die Kondensator-Kontaktpfropfen so ausgebildet,
dass der jeweilige Mittelpunkt auf einem Schnittpunkt und zwischen Bitleitungen
liegt.
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Genauer gesagt, ist der Kondensator-Kontaktpfropfen 61 mit
einem ersten Kontaktpfropfen verbunden, der mit einem aktiven Gebiet,
d. h. einem Source/Drain-Bereich, eines Halbleitersubstrats in Kontakt
steht. Außerdem
sind die entlang der gedachten X-Achse benachbarten Kondensator-Kontaktpfropfen 61 mit
einem vorbestimmten Intervall d2 ausgebildet. Hinsichtlich der gedachten
Y-Achse sind die Kondensator-Kontaktpfropfen 61 mit einem
vorbestimmten Intervall d1 angeordnet, das mit der Breite eines
Kondensator-Kontaktpfropfens 61 oder einer Bitleitung 60 übereinstimmt.
Es stimmen also auch die Breiten der Kondensator-Kontaktpfropfen 61 und der
Bitleitungen 60 überein.
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Jedoch ist der Abstand zwischen benachbarten
Kondensator-Kontaktpfropfen
in der Realität
kleiner als d1 und d2, da eine erhabene Kontaktpfropfenstruktur
dazu verwendet ist, den Kondensator-Kontaktpfropfen 61 zu
bilden. Hierbei ist bei einer erhabenen Kontaktpfropfenstruktur
die obere Ebene des Kondensator-Kontaktpfropfens 61 minimiert,
um technischen Fortschritten betreffend immer größere Integration zu genügen, und
die untere Ebene desselben ist weiter als die obere Ebene.
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Jede der oberen Ebenen der Kondensator-Kontaktpfropfen 61 ist
auf eineindeutige Weise mit einer entsprechenden unteren Elektrode 62 elektrisch
verbunden, und die entlang der gedachten X-Achse benachbarten unteren
Elektroden 42 sind mit einem vorbestimmten Intervall d3
ausgebildet.
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Hierbei ist entlang einer beliebig
ausgewählten
gedachten Y-Achse, z. B. der Achse Y1, die durch den Mittelpunkt
des Kondensator-Kontaktpfropfens 61 geht, ein Paar unterer
Elektroden 62A und 62B zueinander benachbart,
die auf verschiedenen gedachten X-Achsen liegen. Hierbei sind die
paarigen unteren Elektroden so ausgebildet, dass die Fläche, in
der sie in entgegengesetzten Richtungen einander zugewandt sind,
minimiert ist oder den Wert Null aufweist. D. h., dass die paarigen
unteren Elektroden so ausgebildet sind, dass sie minimal überlappen,
wenn sie auf derselben gedachten X-Achse liegen. Daher muss der
Abstand zweier benachbarter gedachter Y-Achsen kontrolliert werden,
um das Intervall der paarigen unteren Elektroden zu optimieren.
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Wie es in der 6 dargestellt ist, liegen die beiden
Mittelpunkte der Kondensator-Kontaktpfropfen, die mit den unteren
Ebenen der unteren Elektroden 62A und 62B in Kontakt
stehen, auf einer gedachten Y-Achse (Y1). Jedoch liegen die Mittelpunkte
(01', 01'') der unteren Elektroden jeweils
auf verschiedenen gedachten Y-Achsen (Y1', Y1'').
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Kurz gesagt, ist jede der paarigen
unteren Elektroden 62A und 62B auf einer entsprechenden gedachten
X-Achse (X1, X2) und auf verschiedenen gedachten Y-Achsen ausgebildet,
um nicht oder nur minimal zu überlappen,
wenn die paarigen unteren Elektroden auf derselben gedachten X-Achse
liegen.
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So tragen die mit Zickzackverteilung
ausgebildeten unteren Elektroden 62 dazu bei, die Fläche zu verringern,
in der sie einander in entgegengesetzten Richtungen zugewandt sind.
Außerdem
kann die Grenzflächenspannung
verringert werden, wie sie durch eine Lösung erzeugt wird, die für einen
Nasstauchprozess zum Entfernen einer Opfer-Isolierschicht nach dem
Herstellen der unteren Elektroden 62 verwendet wird. Es
sei darauf hingewiesen, dass die Opfer-Isolierschicht nicht dargestellt
ist. Durch den beschriebenen Effekt können elektrische Kurzschlüsse der
unteren Elektroden, zu denen es durch den Anhebeeffekt kommt, verhindert
werden.
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Außerdem ist es möglich, wenn
eine der paarigen unteren Elektroden 62 in einem durch
das Bezugszeichen d2 gekennzeichneten Gebiet liegt, dafür zu sorgen,
dass die Fläche
verschwindet, in der die paarigen unteren Elektroden einander in
entgegengesetzten Richtungen zugewandt sind. Im oben genannten Fall
kann die Größe der unteren
Elektrode 62 erhöht
werden, und dadurch kann auch die Kapazität des Kondensators erhöht werden.
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Demgemäß tragen die mit Zickzackverteilung
abgeschiedenen unteren Elektroden dazu bei, einen Brückenbildungseffekt
zu verhindern. Ferner kann ein effektiveres Verfahren zum Überwinden
des zwischen unteren Elektroden erzeugten Brückenbildungseffekts vorgeschlagen
werden. Die Kondensator-Kontaktpfropfen selbst können mit Zickzackverteilung
angeordnet werden. In diesem Fall kann der Brückenbildungseffekt beträchtlich
verringert werden.
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Jedoch entsteht im oben genannten
Fall ein Problem dahingehend, dass üblicherweise verwendete Layouts
von Bitleitungen und Wortleitungen modifiziert werden sollten, wodurch
Zusatzkosten bei der Herstellung eines Halbleiterbauteils entstehen.
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Durch die Erfindung ist ein kompaktes
Verfahren zum Verhin dern des Brückenbildungseffekts erdacht.
Außerdem
ist auch eine Verringerung der Kapazität des Kondensators wegen verschiedener Ätzprofile
der Haupt- und der Nebenachse der Opfer-Isolierschicht verhindert,
und es ist auch eine Bogenprofilbildung der Opfer-Isolierschicht,
hervorgerufen durch einen Überätzprozess
entlang der Nebenachse, vermieden. Hierbei ruft die Bogenprofilbildung der
Opfer-Isolierschicht einen elektrischen Kurzschluss zwischen unteren
Elektroden 62 hervor.
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Gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung werden obere Ebenen einer Vielzahl unterer Elektroden 62 mit
achteckiger oder kreisförmiger Form
ausgebildet. Die Haupt- und die Nebenachse der oberen Ebene können nicht
definiert werden. Ferner liegt, obwohl die Achteck- oder Kreisform
unsymmetrisch ist und eine Haupt- und eine Nebenachse existieren,
das Seitenverhältnis,
d. h. das Verhältnis der
Haupt- zur Nebenachse, lediglich im Bereich von 1:1 bis ungefähr 2:1.
Demgemäß kann ein
Kompromiss hinsichtlich einer Kapazitätsverringerung und elektrischer
Kurzschlüsse
zwischen unteren Elektroden geschlossen werden.
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Hierbei wird eine untere Elektrode 62 mit
einem Seitenverhältnis
von 1:1 als Idealfall angesehen.
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Die 7A bis C sind schematische Schnittansichten
der unteren Elektrode 62 entlang einer gedachten Linie
X1, einer gedachten Linie Y1' bzw.
einer gedachten Linie Z-Z' in
der 6. Wenn untere Elektroden 62 mit
Achteck- oder Kreiszylinderstruktur bei einem Halbleiterbauteil
verwendet werden, kann die Kapazität des Kondensators verbessert
werden, und der Biegungseffekt der Opfer-Isolierschicht, zu dem
es durch einen Überätzprozess
kommt, wird verhindert, da das Seitenverhältnis der Haupt- zur Nebenachse
der unteren Elektroden 62 mit Achteck- oder Kreiszylinderstruktur
ungefähr 1:1
beträgt.
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Außerdem kann durch Anordnen
der unteren Elektrode 62 mit Zickzackverteilung die Fläche, gemäß der die
paarigen unteren Elektroden einander in entgegengesetzten Richtungen
zugewandt sind, gesenkt werden. Hierbei liegt eine untere Elektrode
in einem Gebiet zwischen Bitleitungen. Demgemäß kann der Brückenbildungseffekt
der unteren Elektroden, zu dem es durch die Oberflächenspannung
einer Nassätzlösung kommt,
vermieden werden, wobei die Nassätzlösung zum
Entfernen einer verbliebenen Opfer-Isolierschicht durch Ausführen eines
Nasstauchprozesses verwendet wird. Außerdem kann die durch die untere
Elektrode 62 belegte Fläche
dadurch stark erhöht
werden, dass die paarigen unteren Elektroden mit Zickzackverteilung
angeordnet werden, wodurch die Kapazität des Kondensators erhöht werden
kann.
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Ferner werden, da die Differenz der Ätzprofile
entlang der Haupt- und der Nebenachse beträchtlich kleiner wird, die Fläche der
oberen Ebene einer unteren Elektrode 62 sowie die Fläche einer
unteren Ebene derselben praktisch gleich, nachdem ein chemisch-mechanischer
Polier(CMP)prozess zum Einebnen einer Oberfläche des Halbleiterbauteils,
das vorbestimmte Prozesse durchlaufen hat, ausgeführt wurde.
Schließlich
ist eine untere Elektrode mit Achteck- oder Kreiszylinderstruktur
gebildet. Dabei verläuft
die Querebene der unteren Elektrode orthogonal sowohl zur oberen
als auch zur unteren Ebene.
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Die 8 zeigt
perspektivische Ansichten der unteren Elektroden mit dreidimensionaler
Achteck- bzw. Kreiszylinderstruktur.
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In der 8 ist
es dargestellt, dass die Fläche
der oberen Ebene A praktisch mit der Fläche der unteren Ebene B über einstimmt
und dass die Seitenebene C orthogonal sowohl zur oberen Ebene A
als auch zur unteren Ebene B verläuft.
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Daher ist eine kritische Abmessung
CD1 der unteren Ebene B der unteren Elektrode 62 praktisch identisch
mit einer anderen kritischen Abmessung CD2 der oberen Ebene A der
unteren Elektrode 62, und daher kann auf die Elektrodenschicht 62 eine metastabile
Polysilicium(MPS)schicht aufgewachsen werden, auf die wiederum eine
dielektrische Schicht aufgebracht werden kann. Außerdem erhöht das erhöhte Volumen
der unteren Elektrode mit Achteck- oder Kreiszylinderstruktur auch
die Kapazität
des Kondensators.
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Ferner ist es möglich, die untere Elektrode 62 mit
ziemlich großer
Dicke herzustellen, und es ist auch die Kontaktfläche der
unteren Ebene erhöht.
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Zweite Ausführungsform
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Bei der ersten Ausführungsform
der Erfindung wird die untere Elektrode unter Verwendung eines Layouts
für die
Kontaktpfropfen verwendet, das identisch mit dem gemäß dem Stand
der Technik ist, wobei jedoch keine Zusatzprozesse mehr ausgeführt werden.
In diesem Fall tritt jedoch ein Überlappungstoleranzproblem
auf, zu dem es durch eine Verringerung der Kontaktfläche zwischen
dem Kondensator-Kontaktpfropfen und der unteren Elektrode kommt.
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Die 9 zeigt
schematische Schnittansichten eines Halbleiterbauteils mit unteren
Elektroden gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung.
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Gemäß der 9 ist eine Vielzahl von Bitleitungen
in der Richtung einer gedachten X-Achse ausgebildet, und die Kondensator-Kontaktpfropfen sind
jeweils zwischen diesen Bit leitungen angeordnet. Hierbei zeigt das
Gesamtlayout der angeordneten unteren Elektroden 62 dieselbe
Matrixverteilung, wie sie bereits anhand der 6 beschrieben wurde.
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Jedoch ist gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung eine Anzahl von Kontaktflecken 63 dazu verwendet,
die untere Elektrode 62 elektrisch mit dem Kondensator-Kontaktpfropfen 61 zu verbinden.
Um den Kontaktfleck herzustellen, ist ein Zusatzprozess erforderlich.
Wenn jedoch ein solcher Kontaktfleck 63 beim genannten
Halbleiterbauteil verwendet wird, kann die Kontaktfläche desselben erhöht werden.
Jedoch ist die Fläche
der unteren Elektroden 62, in der diese in einander entgegengesetzten
Richtungen gegenüber
stehen, minimiert, oder sie hat sogar den Wert Null. Hierbei liegen
die unteren Elektroden 62, z. B. die paarigen unteren Elektroden 62A und 62B,
zu beiden Seiten der Bitleitung 60.
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Wie es in der 9 dargestellt ist, werden die Kontaktflecke 63 nur
entlang einer gedachten X-Achse hergestellt, die mit dem Bezugszeichen ROW1
gekennzeichnet ist. Auch befindet sich der Mittelpunkt des Kontaktflecks 63 auf
der gedachten X-Achse X1 und der gedachten Y-Achse Y1'. Kurz gesagt, ist,
bezogen auf die gedachte Y-Achse, der Kontaktfleck 63 von
dieser zur gedachten Y-Achse Y1'' hin verschoben.
Das oben beschriebene Konstruktionsmerkmal ist auf das gesamte Layout
der Verteilung der Kontaktflecke 63 angewandt.
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Außerdem sind, wie es bei der
ersten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben ist, die unteren Elektroden 62 mit
Zickzackverteilung hergestellt, und daher ist die Fläche verkleinert,
gemäß der die paarigen
unteren Elektroden einander in entgegengesetzten Richtungen gegenüber stehen.
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Demgemäß können der Anhebeeffekt der unteren
Elektroden 62 und elektrische Kurzschlüsse zwischen denselben beträchtlich verringert
oder verhindert werden. Auch wird der Mustereinfalleffekt durch
die achteckige oder kreisförmige
Form der oberen Ebene der unteren Elektroden 62 verhindert, wodurch
auch die Kapazität
des Kondensators zunimmt.
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Außerdem ist der Kontaktwiderstand
durch Vergrößern der
Fläche
verringert, in der der Kontaktfleck aufgebracht ist, damit der Kondensator-Kontaktpfropfen 61 mit
der unteren Elektrode 62 in Kontakt steht.
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Es können auch andere Strukturen
der unteren Elektrode gemäß der Erfindung
in Betracht gezogen werden.
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Gemäß den 10 und 11 sind
die Kontaktflecke 63 entlang allen gedachten X-Achsen ausgebildet.
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In der 12 sind
die Kontaktflecke nur entlang derjenigen gedachten X-Achse ausgebildet,
die einer durch das Bezugszeichen ROW2 gekennzeichneten Linie entspricht,
d. h. der Linie einer gedachten Achse X2. Der Mittelpunkt des Kontaktflecks 63 ist nach
rechts verschoben.
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Hinsichtlich der Prozesstoleranz
ist der Kontaktfleck 63 vorteilhafter als der Kondensator-Kontaktpfropfen 61.
Im Ergebnis können
Kontaktflecke 63 mit ausreichend großen Abmessungen leicht bei der
Herstellung eines Halbleiterbauteils verwendet werden.
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Gemäß der 10 werden die Kontaktflecke 63 entlang
allen gedachten X-Achsen hergestellt, und die Größe der oberen Ebene des Kontaktflecks 63 ist
größer als
die des Kondensator-Kontaktpfropfens 61.
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Auch ist die Kontaktfläche zwischen
der unteren Elektrode 62 und dem Kontaktfleck 63 erhöht, und
es ist auch eine weitere Kontaktfläche zwischen der unteren Elektrode 62 und
dem Kondensator-Kontaktpfropfen 61 erhöht. Demgemäß können der Überlappungsrand und der Kontaktwiderstand
verringert werden.
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Gemäß der 11 sind die Kontaktflecke 63 entlang
allen gedachten X-Achsen angeordnet. Ferner sind die Kontaktflecke 63 mit
Zickzackverteilung angeordnet, wie sie bereits beschrieben wurde,
um die in der 6 dargestellte
Verteilung der unteren Elektroden 62 zu erläutern.
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Auch sind in den 10 und 11 die
Flächen, in
denen die paarigen unteren Elektroden, z. B. 62A und 62B,
einander in entgegengesetzten Richtungen gegenüber stehen, minimiert.
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Bisher wurde erläutert, dass Probleme, wie sie
durch den Nasstauchprozess für
die Opfer-Isolierschicht verursacht werden, mittels der ersten und der
zweiten Ausführungsform
der Erfindung überwunden
werden können.
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Nun werden unter Bezugnahme auf die
Figuren Verfahren zum Herstellen der Halbleiterbauteile gemäß den obigen
Ausführungsformen 1 und 2 der Erfindung
erläutert.
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Die 13 ist
eine Draufsicht, die ein Beispiel für ein Maskenmuster gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt zum Herstellen der in den 6A und 6B dargestellten
Verteilung der unteren Elektroden.
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Bei der Beschreibung der in der 6 dargestellten ersten Ausführungsform
der Erfindung wurde angegeben, dass die Fläche, in der sich die paarigen unteren
Elektroden in entgegengesetzten Richtungen gegenüber stehen, dadurch minimiert
oder zu Null gemacht wird, dass die Mittelpunkte der paarigen unteren
Elektroden 62 mit einer Zickzackverteilung ent lang der
gedachten X-Achse platziert werden. In der 13 wird ein offener Teil 130 des
Maskenmusters dazu verwendet, die paarigen unteren Elektroden herzustellen.
Kurz gesagt, ist dort ein Maskenmuster dargestellt, mit dem die
oben genannte Verteilung der paarigen unteren Elektroden, entsprechend
dem Öffnungsteil
des Maskenmusters, realisiert werden kann. Der spezielle Prozess
zum Herstellen der unteren Elektroden unter Verwendung des Maskenmusters
wird beschrieben.
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Die Mittelpunkte der Öffnungsteile
liegen auf den gedachten Linien Y1' und Y1'',
wie sie in der 13 dargestellt
sind. Demgemäß wird die
Fläche, mit
der sich die Öffnungsteile 130 in
voneinander abgewandten Richtungen gegenüber stehen, null. Hierbei kennzeichnet
das Bezugszeichen 131 eine nicht geöffnete Fläche, d. h. eine verbliebene
Fläche
der Opfer-Isolierschicht.
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Der Öffnungsteil des Maskenmusters
verfügt über Viereckform. Jedoch verfügen die unteren Elektroden
gemäß der ersten
und der zweiten Ausführungsform
tatsächlich über achteckige
oder Kreisform. Dieser Effekt wird durch den charakteristischen Ätzmechanismus
hervorgerufen, wie er in einem Eckgebiet der Viereckform beim Ausführen des Ätzprozesses
auftritt.
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Ferner ist, um die oberen Ebenen
der unteren Elektroden mit achteckiger oder Kreisform zu erhalten,
ein Maskenmuster, bei dem der offene Teil durch ein Quadrat gebildet
ist, gegenüber
einem solchen bevorzugt, bei dem er durch ein Rechteck gebildet
ist.
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Auch wird ein Maskenmuster mit einem Öffnungsteil
mit Achteckform dazu verwendet, achteckige oder Kreisformen zu erhalten.
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Anhand der 14A bis 14D werden
nun Herstellprozesse für ein
Halbleiterbauteil unter Verwendung von Kontaktflecken gemäß der Erfindung erläutert.
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Als Erstes wird eine erste Isolierschicht 141 als
Schicht auf Oxidbasis auf einem aus verschiedenen Elementen bestehenden
Substrat hergestellt, um ein Halbleiterbauteil, wie einen Transistor,
auszubilden. Als Nächstes
wird in der ersten Isolierschicht 141 ein Loch zum Ausbilden
eines ersten Kontaktpfropfens 142 hergestellt. Dabei wird
der erste Kontaktpfropfen 142 elektrisch mit einem im Substrat 140 ausgebildeten
Fremdstoffdiffusionsbereich, wie einem Source/ Drain-Bereich, verbunden.
Für die
Isolierschicht 141 wird eine TEOS-Schicht verwendet. Der
erste Kontaktpfropfen 142 wird aus Polysilicium hergestellt.
Auf ihm wird eine Barriereschicht (nicht dargestellt) mit einer
Schichtfolge wie Ti/TiSi1/TiN oder Ti/TiN
hergestellt, um eine Diffusion eines Materials zum Herstellen ohmscher
Kontakte und eines Materials für
untere Elektroden in das Substrat zu verhindern.
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Anschließend wird ein Einebnungsprozess, wie
ein chemischmechanischer Polier(CMP)prozess ausgeführt, um
den ersten Kontaktpfropfen 142 und die erste Isolierschicht 141 einzuebnen,
und danach wird eine zweite Isolierschicht auf der eingeebneten Struktur
hergestellt.
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Als Nächstes wird auf der zweiten
Isolierschicht 143 eine Bitleitung 144 so hergestellt,
dass sie nicht mit dem ersten Kontaktpfropfen 142 überlappt.
Entlang dem gesamten Profil mit der Bitleitung 144 wird
eine erste Ätzstoppschicht 145 als
Schicht auf Nitridbasis dünn
aufgebracht, die dazu verwendet wird, Verluste der Bitleitung 144 während eines Ätzprozesses
zum Herstellen eines unteren Elektrodenkontakts zu vermeiden. Insbesondere
wird eine Schicht auf Nitridbasis, wie eine Siliciumnitridschicht oder
eine Siliciumoxidnitridschicht, dazu verwendet, Ätzselektivität betreffend
eine dritte Isolierschicht 146 zu erzielen, die als Schicht
auf Oxidbasis hergestellt wird.
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Diese dritte Isolierschicht 146 auf
Oxidbasis wird dick auf der ersten Ätzstoppschicht 145 hergestellt,
und die Oberseite des Substrats, das die vorbestimmten Prozesse
durchlaufen hat, wird durch einen Flächenätzprozess oder den CMP-Prozess
eingeebnet.
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Direkt darauf folgend werden die
dritte Isolierschicht 146, die erste Ätzstoppschicht 145 und
die zweite Isolierschicht 143 sequenziell unter Verwendung
eines Photoresistmusters 147 geätzt, und danach wird ein Kontaktloch
(nicht dargestellt) hergestellt, das den ersten Kontaktpfropfen 142 freilegt.
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Dabei ist ein erster Ätzstopp
erforderlich, bevor die erste Ätzstoppschicht 145 angeätzt wird,
und danach werden diese und die zweite Isolierschicht 143 erneut
geätzt.
Schließlich
ist ein Ätzprofil
mit vertikaler Struktur erzielt.
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Direkt folgend wird ein leitendes
Material wie Polysilicium auf der gesamten Oberfläche des
Substrats, das die vorbestimmten Prozesse durchlaufen hat, abgeschieden,
um das Kontaktloch einzubetten, und es wird ein weiterer CMP-Prozess
zum Einebnen des Substrats ausgeführt. Hierbei kann der zweite Kontaktpfropfen 148 als
Haupt-Kondensator-Kontaktpfropfen betrachtet werden, da die untere
Elektrode des Kondensators und der erste Kontaktpfropfen 142 durch
den zweiten Kontaktpfropfen 148 elektrisch verbunden sind.
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In einem nächsten Schritt wird eine zweite Ätzstoppschicht 149 auf
Nitridbasis hergestellt, um ein Angreifen des zweiten Kontaktpfropfens 148 während eines
folgenden Ätzprozesses
zum Herstellen des Kontaktflecks zu vermeiden. Jedoch ist es möglich, den
Schritt zum Herstellen der zweiten Ätzstoppschicht wegzulassen,
da die folgenden Prozesse zum Herstellen der unteren Elektrode des
Kondensators leicht kontrolliert werden können.
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Als Nächstes wird auf der zweiten Ätzstoppschicht 149 eine
vierte Isolierschicht auf Oxidbasis hergestellt. Dabei wird die
Oberfläche
der vierten Isolierschicht 150 eingeebnet, da eine Oxidschicht
mit hervorragender Ebenheit verwendet wird, oder es wird ein zusätzlicher
Einebnungsprozess ausgeführt.
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Direkt anschließend wird auf der vierten Isolierschicht 150 ein
Maskenmuster 151 hergestellt, das zum Herstellen des Kontaktflecks
verwendet wird.
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Dabei wird, wie es mittels der ersten
und der zweiten Ausführungsform
der Erfindung erläutert wurde,
das Maskenmuster 151 so konzipiert, dass es über spezielle
Eigenschaften verfügt.
Kurz gesagt, sind paarige Öffnungsteile
zueinander benachbart, und sie liegen entlang einer gedachten Y-Achse.
Außerdem
ist die Fläche,
gemäß der die Öffnungsteile 130 in
entgegengesetzten Richtung einander gegenüber stehen, minimiert oder
null. Kurz gesagt, sind die Öffnungsteile 130 über das
Gesamtlayout gesehen mit Zickzackverteilung angeordnet. Dabei entspricht
die Fläche,
gemäß der sich
die Öffnungsteile in
entgegengesetzten Richtungen einander gegenüber stehen, den paarigen Abschnitten
der Opfer-Isolierschicht, die unter Verwendung des Maskenmusters 151 mit
den paarigen Öffnungsteilen 130 hergestellt
wurden.
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Außerdem liegt mindestens einer
der paarigen Öffnungsteile 130,
genauer gesagt, der Mittelpunkt mindestens einer derselben, an einer
Position, die entlang der gedachten X-Achse von der gedachten Y-Achse
abweicht, oder die Mittelpunkte der Öffnungsteile liegen jeweils
an verschiedenen Positio nen, die entlang der gedachten X-Achse in
entgegengesetzten Richtungen von der gedachten Y-Achse abweichen.
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Die 14A bis 14D veranschaulichen eine Prozedur
zum Herstellen eines Halbleiterbauteils gemäß der Erfindung sowie ein Beispiel
zum Erläutern der
Tatsache, dass die Größe des Kontaktflecks 152 größer als
die des Kondensator-Kontaktpfropfens 148 ist.
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Der nicht dargestellte Öffnungsteil
wird dadurch hergestellt, dass die vierte Isolierschicht 150 und
die Ätzstoppschicht 149 geätzt werden.
Dabei wird das Maskenmuster 151 als Ätzmaske verwendet. Als Nächstes wird
ein Material, das zum Herstellen des Kontaktflecks 151 verwendet
wird, der dazu verwendet wird, den Kondensator-Kontaktpfropfen 148 elektrisch
mit der unteren Elektrode zu verbinden, aufgebracht, und danach
wird ein CMP-Prozess zum Einebnen des Kontaktflecks 152 ausgeführt. Außerdem wird
eine dritte Ätzstoppschicht 153 auf
Nitridbasis auf dem Kontaktfleck 152 hergestellt, um Verluste
desselben zu verhindern, wie sie durch den Ätzprozess für die Opfer-Isolierschicht
zum Herstellen der unteren Elektrode verursacht werden könnten.
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Die 14C ist
eine Schnittansicht, die die auf dem Kontaktfleck 152 hergestellte
dritte Ätzstoppschicht 153 zeigt.
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Hierbei ist es möglich, dass der Kontaktfleck 152 ebene
Strukturen mit einer Anzahl von Formen wie achteckiger, kreisförmiger,
elliptischer, viereckiger, dreieckiger usw. Form, zeigt.
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Anstatt dass das des zum Herstellen
des Kontaktflecks 152 verwendete Material abgeschieden
wird und es nach dem Herstellen der vierten Isolierschicht 150 und
dem Strukturieren derselben eingeebnet wird, wie bereits angegeben,
kann es direkt auf dem zweiten Kontaktpfropfen 148 abgeschieden werden
und strukturiert werden, um den Kontaktfleck 152 zu bilden.
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Die Opfer-Isolierschicht (nicht dargestellt) zum
Herstellen des Kondensators, die aus einer die Kapazität beeinflussenden
Schicht auf Oxidbasis besteht, wird unter Berücksichtigung der vertikalen Höhe des Kondensators
auf der dritten Ätzstoppschicht 153 hergestellt.
Als Nächstes
wird das Maskenmuster (nicht dargestellt) zum Herstellen der unteren
Elektrode hergestellt.
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Dabei befindet sich der Mittelpunkt
der unteren Elektrode nicht genau auf dem Mittelpunkt des Kondensator-Kontaktpfropfens 148,
und das Photoresistmuster sollte geeignet kontrolliert werden, um die
Flächen
zu maximieren, in der die untere Elektrode und der Kontaktfleck
miteinander in Kontakt stehen.
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Die Opfer-Isolierschicht wird unter
Verwendung des Maskenmusters geätzt.
Dabei wird der Ätzprozess
zunächst
durch die dritte Ätzstoppschicht 153 zurückgehalten,
und danach wird diese entfernt, um den Öffnungsteil zu bilden, durch
den die Oberfläche
des Kontaktflecks 152 freigelegt wird.
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Nach dem Entfernen des Maskenmusters wird
eine für
die untere Kondensatorelektrode verwendete leitende Schicht abgeschieden,
damit sie entlang einem Profil mit dem Kontaktfleck 152 in
Kontakt steht, das durch das Ätzen
und Öffnen
der Opfer-Isolierschicht erhalten wurde, d. h. das Gesamtprofil
mit dem Öffnungsteil.
Als Nächstes
wird der Photoresist in ausreichender Weise zum Einbetten der erzeugten
leitenden Schicht mit konkaver Struktur abgeschieden, und die leitende
Schicht wird dadurch eingeebnet und isoliert, dass ein Flächenätzprozess
oder ein CMP-Prozess ausgeführt
wird, bis die Oberfläche
der Opfer-Isolierschicht freigelegt ist.
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Direkt anschließend wird, wie es in der 14D dargestellt ist, die
Struktur der unteren Elektrode 154 mit konkaver Form dadurch
hergestellt, dass die verbliebene Opfer-Isolierschicht dadurch entfernt
wird, dass ein Nasstauchprozess unter Verwendung eines Lösungsgemischs
von BOE und HF oder H2SO4 und
H2O2 ausgeführt wird.
Beispielsweise beträgt
das Verhältnis
von BOC oder HF und H2SO4 oder
H2O2 4:1.
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Demgemäß ist die Fläche, in
der sich die paarigen unteren Elektroden in entgegengesetzten Richtungen
gegenüber
stehen, durch das oben genannte Maskenmuster reduziert. Hierbei
befinden sich die paarigen unteren Elektroden zu beiden Seiten der
Bitleitung. Im Ergebnis ist die Grenzflächenspannung durch die Nassätzlösung verringert,
wie sie während
des Nasstauchprozesses verwendet wird, und durch den Anhebeeffekt
verursachte elektrische Kurzschlüsse
der unteren Elektroden können verhindert
werden.
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Auch kann eine Verringerung der Kapazität des Kondensators
durch verschiedene Ätzeigenschaften
der Haupt- und der Nebenachse minimiert werden. Ferner kann der
Ausmagerungseffekt der unteren Elektroden verhindert werden.
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Direkt anschließend wird der verbliebene Photoresist
durch einen Nassabziehprozess unter Verwendung von gasförmigem O2/CF4/H2O/N2 oder O2/N2 entfernt. Zum Entfernen von Nebenprodukten, wie
sie während
des Ätzprozesses
erzeugt werden, und des verbliebenen Photoresists wird ein flüssiges Lösungsmittel
verwendet.
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Als nächster Schritt kann ein Heizbehandlungsprozess
ausgeführt
werden, um beeinträchtigte Eigenschaften
der unteren Elektrode wegen des Ätzprozesses
wieder herzustellen. Damit geht ein weiterer Ätzprozess unter Verwendung
von BOE für
kurze Zeit einher, um erneut Fremdstoffe zu entfernen, bevor die
dielektrische Schicht hergestellt wird.
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Im Fall des Anwendens eines MPS-Prozesses
zum Herstellen der unteren Elektrode 154 wird das MPS dadurch
nur auf die Innenseite der unteren Elektrode 154 aufgewachsen,
dass Temperatur- und Druckbedingungen geeignet gesteuert werden, nachdem
Polysilicium abgeschieden wurde. Dann wird ein CMP-Prozess ausgeführt.
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Es ist zwar nicht dargestellt, jedoch
wird eine Reihe von Prozessen zum Herstellen eines Kondensators
schließlich
abgeschlossen, nachdem die dielektrische Schicht und eine obere
Elektrode auf der unteren Elektrode 154 hergestellt wurden.
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Die 15 ist
ein TEM(Transmissionselektrodenmikroskop)-Bild, das den Ausmagerungseffekt der
unteren Elektroden nach dem Abschließen des Nasstauchprozesses
zeigt.
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Die 15(A) zeigt
das Einfallen des Musters der unteren Elektroden beim Stand der
Technik.
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Die 15(B) zeigt
das Einfallen des Musters der unteren Elektroden gemäß der verbesserten bekannten
Technik. Wie dargestellt, tritt dieser Effekt immer noch auf.
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Die 15(C) zeigt
ein nicht eingefallenes Muster der unteren Elektroden gemäß der Erfindung.
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Die 16 ist
ein TEM-Bi1d zum Veranschaulichen des Musters unterer Elektroden
gemäß der verbesserten
und der erfindungsgemäßen Technik.
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Wie es in der 16(A) dargestellt ist, entsteht bei der
verbesserten bekannten Technik ein Biegungseffekt der unteren Elektroden,
der mit dem Bezugszeichen 160 gekennzeichnet ist. Auch
ist eine kritische Abmessung 162 der unteren Ebene der
unteren Elektrode kleiner als die der oberen Ebene derselben.
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Die 16(B) zeigt,
dass sich bei der Ausführungsform
kein Biegungseffekt ergibt und die kritische Abmessung 162 der
unteren Ebene der unteren Elektrode deutlich im Vergleich mit der
verbesserten bekannten Technik verbessert ist.
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Im Ergebnis ist nicht nur der Anhebeeffekt verbessert,
sondern es ist auch die Kapazität
der unteren Elektrode gemäß der Ausführungsform
wesentlich verbessert.
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Zusammengefasst gesagt, gibt die
Erfindung eine Verbesserung zum Verhindern des Brückenbildungseffekts
zwischen den unteren Elektroden und zum Erhöhen der Kapazität derselben
an.
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Außerdem befinden sich die paarigen
unteren Elektroden zu den beiden Seiten der Bitleitung, wobei sie
mit Zickzackverteilung angeordnet sind. Demgemäß ist die Fläche, gemäß der sich
die paarigen unteren Elektroden in entgegengesetzten Richtungen
gegenüber
stehen, verringert. Dadurch ist ein Kurzschluss paariger unterer
Elektroden verhindert, wie er durch Grenzflächenspannungen entstehen kann,
wie sie während
des Ausführens
eines Nasstauchprozesses entstehen. Auch sind, um den Kontaktwiderstand
zu senken, die paarigen unteren Elektroden mit Zickzackverteilung
angeordnet, oder Kontaktflecke sind auf der oberen Ebene eines Kondensator-Kontaktpfropfens
ausgebildet.