DE10344273B4 - Verbesserter Kontakt für Speicherzellen - Google Patents
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Abstract
Speicherzelle
mit:
einem Transistor (130), welcher einen ersten Diffusionsbereich und einen zweiten Diffusionsbereich und ein Gate, gebildet auf einem Substrat (301), aufweist;
einem Kondensator (540), welcher eine dielektrische Schicht zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode aufweist;
einem ersten Kontaktstecker (656), welcher an die erste Elektrode und den ersten Diffusionsbereich gekoppelt ist; und
einem zweiten Kontaktstecker, wobei der zweite Kontaktstecker einen ersten (374a) und zweiten Abschnitt aufweist, wobei der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt (374a) zumindest auf einer Seite überlappt, wodurch eine Spalte erzeugt ist, welche als Diffusionspfad (796) für Wasserstoff zu dem Transistor (130) dient.
einem Transistor (130), welcher einen ersten Diffusionsbereich und einen zweiten Diffusionsbereich und ein Gate, gebildet auf einem Substrat (301), aufweist;
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speicherzelle mit einem als Diffusionspfad für Wasserstoff dienenden Kontaktstecker.
- Aus der
US 6,165,873 A ist eine Speicherzelle bekannt, welche einen Transistor mit einem ersten und einem zweiten Diffusionsbereich und ein Gate, gebildet auf einem Substrat, aufweist. Weiterhin weist die Speicherzelle einen Kondensator mit einer dielektrischen Schicht zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode auf sowie einen ersten Kontaktstecker, der an die erste Elektrode und den ersten Diffusionsbereich gekoppelt ist. Ein zweiter Kontaktstecker ist vorgesehen, der einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt auf einer Seite überlappt. - Die
US 6,365,927 B1 bzw. dieUS 5,866,946 A offenbaren eine Wasserstoff-Diffusionsbarriere in einer ferroelektrischen Speicherschaltung bzw. eine Wasserstoff-Diffusion in einem Kontaktstopfen. - Hintergrund der Erfindung
-
1 zeigt einen Querschnitt einer ferroelektrischen Speicherzelle101 . Die Speicherzelle weist einen Transistor130 , gebildet auf einem Substrat105 , auf. Der Transistor weist ein Gate133 und einen ersten und zweiten Diffusionsbereich131 und132 auf. Ein Kondensator140 ist an eine der Diffusionsbereiche des Transistors über einen unteren leitfähigen Kondensatoranschluss bzw. Plug151 gekoppelt. Der Kondensator weist eine ferroelektrische Schicht144 auf, welche zwischen einer ersten und zweiten Elektrode143 und145 angeordnet ist. Typischerweise ist eine Barriereschicht142 zwischen dem Anschlussstecker bzw. Plug und der Elektrode des Kondensators zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff bereitgestellt, welcher den Kontaktstecker bzw. Plug oxidieren kann. Eine Einkapselungsschicht167 ist über dem Kondensator vorgesehen. Die Einkapselungsschicht dient dem Verhindern des Eindringens von Wasserstoff in die ferroelektrische Schicht. - An den anderen Diffusionsbereich ist ein Kontaktstecker bzw. ein Plug gekoppelt. Der Kontaktstecker kann beispielsweise an eine Bit-Leitung gekoppelt sein. Bei einigen Anwendungen (z.B. einer Serien-Architektur) ist der andere Diffusionsbereich an die obere Kondensatorelektrode
145 gekoppelt. Serien-Architekturen sind beispielsweise bei Takashima et al., IEEE JOURNAL, SOLID-STATE CIRCUITS, Ausgabe 33, auf den Seiten 787-792, erschienen im Mai 1998, und in "A Sub-40ns Chain FRAM Architecture with Ins Cell-Plate-Live Drive", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Ausgabe 34, Nr. 11, welche hierin für alle Zwecke als Referenz aufgenommen sind, beschrieben. Typischerweise wird der Kontaktstecker bzw. Plug in zwei Prozessen gebildet. Der erste Prozess bildet einen unteren Abschnitt174 . Über dem unteren Abschnitt des Kontaktsteckers ist eine Barriereschicht176 zum Schützen des Gate-Stapels und des Kontakts vor dem Oxidieren während einem Sauerstoff-Heilungsglühen bzw. Recovery Anneal vorgesehen. - Während des Prozesses leidet das Gate-Oxid des Transistors unter Degeneration aufgrund von Aufladen der Schnittstellenzustände. Um das Gate-Oxid zu reparieren, wird ein Wasserstoff-aufweisendes Glühen bzw. Annealen durchgeführt. Das Glühen wird während eines back-end-of-line (BEOL)-Prozesses durchgeführt. Die Einkapselung und die unteren Barriereschichten verhindern jedoch das Eindringen von Wasserstoff in den Transistor zum Glühen bzw. Annealen des Schadens des Gate-Oxids.
- Aus der vorausgehenden Erörterung ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Diffusionspfad für Wasserstoff zum Verbessern der Eigenschaften des Gate-Oxids bereitzustellen.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die Erfindung schafft eine Speicherzelle nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt einen Querschnitt einer ferroelektrischen Speicherzelle; -
2 zeigt einen Querschnitt einer ferroelektrischen Speicherzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
3 -7 zeigen einen Prozess zum Bilden einer Speicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
-
2 zeigt einen Querschnitt einer ferroelektrischen Speicherzelle201 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Speicherzelle weist einen Transistor130 , gebildet auf einem Halbleitersubstrat205 , auf. Der Transistor weist beispielsweise einen n-FET auf. Andere Transistortypen sind ebenfalls einsetzbar. Ein erster Diffusionsbereich131 des Transistors ist durch einen unteren leitfähigen Kondensator-Kontaktstecker251 an einen Kondensator140 gekoppelt. Der Kontaktstecker bzw. Plug weist beispielsweise Wolfram oder Polysilizium auf. Eine dielektrische Schicht228 sieht eine Isolation zwischen den unterschiedlichen Ebenen der Speicherzelle vor. Die dielektrische Schicht kann beispielsweise aus Siliziumoxid gebildet sein. Andere Typen dielektrischer Materialien können ebenfalls eingesetzt werden. - In einer Ausführungsform ist der Kondensator ein ferroelektrischer Kondensator. Andere Typen von Kondensatoren sind ebenfalls einsetzbar. Der ferroelektrische Kondensator weist eine ferroelektrische Schicht, wie PZT, auf, welche zwischen einer ersten und zweiten leitfähigen Elektrode angeordnet ist. Andere Typen von ferroelektrischen Materialien (z.B. Strontium-Bismuth-Tantalum oder SBT) können ebenfalls eingesetzt werden. Verschiedene Glühungen bzw. Anneals in einer Sauerstoff-Umgebung sind während des Herstellungsprozesses erforderlich, um beispielsweise Ätzschäden zu reparieren oder die Eigenschaften der ferroelektrischen Schicht wiederherzustellen. Sauerstoff kann jedoch in Kontaktsteckern bzw. Plugs oxidieren. Um solch eine negative Auswirkung zu verhindern, wird eine Barriereschicht
142 zwischen dem Kontaktstecker und einer Elektrode des Kondensators vorgesehen. Die Barriereschicht weist beispielsweise ein leitfähiges Material, wie Iridium, auf. Andere Typen von Barrierematerialien können ebenfalls eingesetzt werden. Zusätzlich wird eine Einkapselungsschicht267 über dem Kondensator vorgesehen. Die Einkapselung weist in einer Ausführungsform Aluminiumoxid (Al2O3) auf. Andere Typen von nicht leitfähigen Barrierematerialien können ebenfalls eingesetzt werden. - Ein oberer Kondensator-Kontaktstecker
256 ist über dem Kondensator vorgesehen. In einer Ausführungsform ist der Kontaktstecker aus Aluminium gebildet. Andere Typen leitfähiger Materialien, wie Wolfram, können ebenfalls eingesetzt werden. Der Kontaktstecker koppelt den Kondensator beispielsweise an eine leitfähige Leitung, wie eine Plattenleitung, des Speicher-ICs. Für eine Serien-Architektur ist der Kontaktstecker an den anderen Diffusionsbereich des Transistors gekoppelt. Um eine Wechselwirkung zwischen dem Kontaktstecker und einer oberen Elektrode zu verhindern, wird eine Deckschicht257 bzw. Liner vorgesehen. - Ein Kontaktstecker
274 ist an einen zweiten Diffusionsbereich132 des Transistors gekoppelt. Der Kontaktstecker ist beispielsweise an eine Bit-Leitung des Speicher-ICs gekoppelt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Kontaktstecker einen ersten (unteren) und einen zweiten (oberen) Abschnitt274a und274b auf. - In einer Ausführungsform wird eine Barriere gegen Wasserstoff (Wasserstoff-Barriere) zum Verhindern der Diffusion von Wasserstoff in den Kondensator während des Wasserstoff-Glühens bzw. Annealens vorgesehen. Dies liegt daran, dass Wasserstoff die Leistungsfähigkeit des ferroelektrischen Kondensators negativ beeinflussen kann. In einer Ausführungsform wird eine Wasserstoff-Barriereschicht auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht (
278 ), Seitenwänden des oberen Abschnitts des Kontakts (279 ) und zwischen dem Transistor und dem Kondensator (276 ) vorgesehen. Optional werden die Seitenwände des Kontaktsteckers251 ebenfalls mit einer Wasserstoff-Barriere254 bedeckt. Die Barriere weist in einer Ausführungsform Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid auf. Andere Typen von Materialien, welche die Diffusion von Wasserstoff verhindern, sind ebenfalls einsetzbar. Wie bereits beschrieben, verhindern die Barriereschichten das Eindringen von Wasserstoff in den Transistor, welcher zum Glühen bzw. Heilen der Schäden des Gate-Oxids notwendig ist. - Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überlappt der obere Abschnitt den unteren Abschnitt, wobei eine Spalte
296 erzeugt wird, um einen Diffusionspfad für Wasserstoff zu dem Transistor bereitzustellen. In einer Ausführungsform überlappt der obere Abschnitt den unteren Abschnitt zumindest auf einer Seite. Der obere Abschnitt überlappt den unteren Abschnitt vorzugsweise auf zumindest zwei Seiten. Vorzugsweise weist der obere Abschnitt eine rechteckige Gestalt zum Überlappen des unteren Abschnitts auf. Vorzugsweise sind der obere und untere Abschnitt rechteckig von Gestalt und in einer Kreuzkonfiguration ausgerichtet. Dies steigert vorteilhaft die Fehlerspanne zwischen der Ausrichtung des oberen und unteren Kontaktabschnitts sowie das Bereitstellen eines Diffusionspfades für Wasserstoff. Alternativ sind andere Formen oder Konfigurationen zwischen dem oberen und unteren Kontaktabschnitt einsetzbar, welche einen Spalt oder Spalten zur Ermöglichung einer Diffusion von Wasserstoff in dem Transistor ermöglicht. - Die
3 -7 zeigen einen Prozess zum Bilden der Speicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Mit Bezug auf3 ist ein Halbleitersubstrat305 bereitgestellt. Das Substrat ist mit einem Transistor130 vorbereitet, welcher ein Gate133 und einen ersten und zweiten Diffusionsbereich131 und132 aufweist. Eine erste dielektrische Schicht328a ist über dem Transistor gebildet. - In einer Ausführungsform ist eine Kontaktöffnung in der dielektrischen Schicht gebildet. Die Kontaktöffnung wird durch den Einsatz herkömmlicher Masken und Ätztechniken gebildet. Die Kontaktöffnung legt den zweiten Diffusionsbereich des Transistors frei. Nachfolgend wird ein leitfähiges Material auf das Substrat abgeschieden, welches die Kontaktöffnung füllt. Das leitfähige Material weist z.B. Wolfram auf. Andere Materialien, wie Polysilizium, können ebenfalls eingesetzt werden. Das Wolfram wird in einer Ausführungsform durch einen metall-organischen CVD-Schritt abgeschieden. Überschüssiges, leitfähiges Material auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht wird beispielsweise durch ein chemisches, mechanisches Polieren entfernt, um den Kontaktstecker
374a zu bilden. Andere Techniken zum Entfernen des überschüssigen, leitfähigen Materials können ebenfalls eingesetzt werden. Eine Deckschicht kann vorgesehen werden. Zum Beispiel eine Titan/Titan-Nitrid-Deckschicht kann für einen Wolfram-Kontaktstecker vorgesehen werden. - In einer Ausführungsform wird eine Sauerstoff-Barriereschicht
376 über der ersten dielektrischen Schicht und auf den W-gefüllten Kontaktsteckern aufgebracht, um sie vor dem Oxidieren während einer nachfolgenden Sauerstoff-Glühung bzw. -Anneals des Kondensators zu bewahren. Die Wasserstoff-Barriere weist z.B. Siliziumnitrid auf. Alternativ wird die Barriereschicht aus Aluminiumoxid oder anderen Materialien gebildet, welche die Diffusion von Sauerstoff ausreichend verhindern. Die Barriereschicht wird beispielsweise durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren (CVD), wie Niederdruck CVD, aufgebracht. Andere Abscheidungsverfahren zum Aufbringen der Barriereschicht, wie plasmagesteigertes CVD oder Sputtern, können ebenfalls einsetzbar sein. Zusätzlich können solche Sauerstoff-Barrieren ebenfalls als Wasserstoff-Barrieren dienen, was Al2O3 oder Si3N4 betrifft. - Bezüglich
4 wird eine zweite dielektrische Schicht328b auf das Substrat aufgebracht. In einer Ausführungsform weist die zweite dielektrische Schicht Siliziumoxid, aufgebracht durch beispielsweise LP CVD, auf. Andere Abscheidungsverfahren sind ebenfalls einsetzbar. - Ein unterer Kondensator-Kontaktstecker
451 wird gebildet, welcher an den ersten Diffusionsbereich des Transistors gekoppelt ist. Die Bildung des Kontaktsteckers wird durch den Einsatz herkömmlicher Ätz-, Masken- und Fülltechniken erreicht. Eine Photolackschicht wird beispielsweise auf der dielektrischen Schicht aufgebracht und selektiv strukturiert, um eine Öffnung zu erzeugen, welche einen Abschnitt unterhalb der dielektrischen Schicht freilegt. Der freigelegte Abschnitt der dielektrischen Schicht wird dann beispielsweise durch eine reaktive Ionen-Ätzung (RIE) entfernt. Die RIE bildet eine Kontaktöffnung in der dielektrischen Schicht zum Freilegen des ersten Diffusionsbereichs des Transistors. - Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Sauerstoff-Barriereschicht auf dem Substrat aufgebracht, um die Oberfläche des Kontakts vor einer Oxidation während einer nachfolgenden Sauerstoff-Glühung zu bewahren. Die Sauerstoff-Barriere weist beispielsweise Siliziumnitrid auf. Andere Barrierematerialien, welche die Diffusion von Sauerstoff verhindern, können ebenfalls eingesetzt werden. Die Barriereschicht wird beispielsweise durch einen LP CVD oder andere herkömmliche Abscheidungstechniken aufgebracht.
- Die Barriereschicht bedeckt die Oberfläche des Substrats und der Kontaktöffnung. Eine Ätzung wird durchgeführt, um den horizontalen Abschnitt der Barriereschicht (z.B. die Oberfläche der dielektrischen Schicht und des Diffusionsbereichs) zu entfernen. Diese Ätzung ist nicht notwendig für eine leitfähige Barriereschicht. Eine leitfähige Schicht wird aufgebracht, welche die Kontaktöffnung füllt. Überschüssiges, leitfähiges Material wird von der Oberfläche der dielektrischen Schicht beispielsweise durch CMP entfernt. Wenn die Barriereschicht auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht verbleibt, wird sie ebenfalls durch das CMP entfernt.
- Der Prozess schreitet voran zum Bilden des ferroelektrischen Kondensators. In einer Ausführungsform wird eine Klebe- und Barriereschicht
441 und442 auf die dielektrische Schicht aufgebracht. Die Klebeschicht weist beispielsweise Titan oder andere Typen von Materialien auf, welche die Haftung zwischen der dielektrischen Schicht und der Barriereschicht begünstigen. Die Barriereschicht weist in einer Ausführungsform Iridium auf. Andere Barriereschichten, wie Iridiumoxid, welche eine Diffusion von Sauerstoff verhindern, sind ebenfalls einsetzbar. Über der Barriereschicht werden eine erste Elektrodenschicht, eine ferroelektrische Schicht und eine zweite Elektrodenschicht sequentiell aufgebracht. In einer Ausführungsform weisen die Elektroden ein Edelmetall, wie Platin, auf, wobei die ferroelektrische Schicht PZT ist. Andere Elektroden- oder ferroelektrische Materialien sind ebenfalls einsetzbar. Die verschiedenen Schichten können unter Einsatz herkömmlicher Techniken, wie Sputtern, aufgebracht werden. - Mit Bezug auf
5 werden die verschiedenen Schichten zum Bilden des ferroelektrischen Kondensators540 strukturiert. - Abhängig von der Anwendung können die verschiedenen Schichten gleichzeitig oder in mehreren Schichten strukturiert werden. In einer geketteten Architektur werden die Kondensatorschichten in zwei Schritten strukturiert. Der erste Schritt strukturiert die untere Elektrode und Schichten darunter, während der zweite Schritt die Schichten oberhalb der unteren Elektrode strukturiert. Mindestens eine Einkapselungsschicht
567 wird über dem Substrat aufgebracht, welche den Kondensator und die dielektrische Schicht abdeckt. Die Einkapselungsschicht dient dazu, zu verhindern, dass Wasserstoff in das dielektrische Material des Kondensators diffundiert sowie dass Sauerstoff in die Schnittstelle zwischen dem Kontaktstecker451 und der Klebeschicht441 diffundiert, welches beide Schichten oxidieren würde. In einer Ausführungsform weist die Einkapselungsschicht Aluminiumoxid auf. Andere Typen von Materialien, wie Titanoxid oder Siliziumnitrid, sind ebenfalls einsetzbar. - Eine dritte dielektrische Schicht
328c wird über dem Substrat aufgebracht, welche den Kondensator abdeckt. In einer Ausführungsform weist die dielektrische Schicht Siliziumoxid auf. Andere dielektrische Materialien sind ebenfalls einsetzbar. Die dielektrische Schicht wird z.B. durch CVD aufgebracht. Andere Abscheidungstechniken sind ebenfalls einsetzbar. In einer Ausführungsform wird ein oberer Kontakt556 in der dielektrischen Schicht beispielsweise durch den Einsatz herkömmlicher Damascene-Techniken gebildet. Der Kontakt ist an die obere Elektrode des Kondensators gekoppelt. Eine Deckschicht557 kann zum Bedecken des Kontakts vorgesehen werden. Solch eine Schicht dient dazu, eine Wechselwirkung zwischen den Materialien des Kontaktes und der oberen Kondensatorelektrode zu verhindern. - Mit Bezug auf
6 wird eine Barriereschicht676 auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht aufgebracht. Danach wird eine Kontaktöffnung675 unter Einsatz herkömmlicher Masken und Ätztechniken zum Freilegen des Kontaktsteckers374a gebildet. Die Kontaktöffnung dient als die Öffnung, in welcher der obere Abschnitt eines Kontaktsteckers gebildet ist. In einer Ausführungsform ist die Öffnung größer als der untere Abschnitt des Kontaktsteckers. Der obere Abschnitt überlappt den unteren Abschnitt zumindest auf einer Seite. Vorzugsweise überlappt der obere Abschnitt den unteren Abschnitt auf zumindest zwei Seiten. Vorzugsweise weist der obere Abschnitt eine rechteckige Gestalt zum Überlappen des unteren Abschnitts auf. Der obere und untere Abschnitt sind vorzugsweise rechteckig von Gestalt und in einer Kreuzkonfiguration ausgerichtet. Dies vergrößert vorteilhaft die Fehlerspanne zwischen der Ausrichtung des oberen und unteren Kontaktabschnitts, wobei ein Diffusionspfad für Wasserstoff vorgesehen wird. - In einer Ausführungsform wird eine Überätzung durchgeführt, welche sicherstellt, dass der untere Kontaktstecker freigelegt ist, sowie dass etwas von dem dielektrischen Material unter der Barriere
376 entfernt wird. Eine zweite Wasserstoff-Barriereschicht678 wird auf dem Substrat aufgebracht, welches das Substrat abdeckt und den oberen Abschnitt der Kontaktöffnung und des Kontaktsteckers bedeckt. - Mit Bezug auf
7 wird eine anisotrope Ätzung (z.B. RIE) zum Entfernen des horizontalen Abschnitts der zweiten Wasserstoff-Barriereschicht durchgeführt. Die Ätzung legt den unteren Kontaktstecker frei und sieht einen Wasserstoff-Diffusionspfad796 vor. In einer Ausführungsform wird ein Wasserstoff oder Wasserstoff-aufweisender (z.B. ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff)-Anneal bzw. Glühung zum Wiederherstellen des Gate-Oxids durchgeführt. Die Glühung wird z.B. bei einer Temperatur von etwa 400°C für etwa 30 Minuten durchgeführt. Während der Glühung diffundiert Wasserstoff zu dem Gate-Oxid über den oberen Abschnitt der Kontaktöffnung und den Spalt796 . Der Wasserstoff wird jedoch aufgrund der Barriereschichten376 ,676 und678 abgehalten vom Diffundieren zu dem Kondensator. Nach der Glühung wird ein leitfähiges Material auf das Substrat aufgebracht, welches den oberen Abschnitt der Kontaktöffnung füllt. Überschüssiges, leitfähiges Material wird beispielsweise durch CMP entfernt. Das CMP entfernt ebenfalls die Barriereschicht676 auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht328c unter Freilegen des Kontaktsteckers656 . Leitfähige Leitungen werden dann gebildet, z.B. Plattenleitungen und Bit-Leitungen. Die leitfähigen Leitungen werden beispielsweise durch herkömmliche RIE- oder Damascene-Techniken gebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann der obere Abschnitt des Kontakts gebildet werden, nachdem der Kontakt374a gebildet ist.
Claims (11)
- Speicherzelle mit: einem Transistor (
130 ), welcher einen ersten Diffusionsbereich und einen zweiten Diffusionsbereich und ein Gate, gebildet auf einem Substrat (301 ), aufweist; einem Kondensator (540 ), welcher eine dielektrische Schicht zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode aufweist; einem ersten Kontaktstecker (656 ), welcher an die erste Elektrode und den ersten Diffusionsbereich gekoppelt ist; und einem zweiten Kontaktstecker, wobei der zweite Kontaktstecker einen ersten (374a ) und zweiten Abschnitt aufweist, wobei der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt (374a ) zumindest auf einer Seite überlappt, wodurch eine Spalte erzeugt ist, welche als Diffusionspfad (796 ) für Wasserstoff zu dem Transistor (130 ) dient. - Speicherzelle nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht ein ferroelektrisches Material zum Bilden eines ferroelektrischen Kondensators aufweist.
- Speicherzelle nach Anspruch 2, welche zusätzlich eine erste Wasserstoff-Barrierenschicht (
678 ), welche Seitenwände des zweiten Abschnitts des zweiten Kontaktsteckers und eine Oberfläche einer dielektrischen Schicht (328c ) über dem Kondensator (540 ) bedeckt; und eine zweite Wasserstoff-Barrierenschicht(376 ) zwischen dem Kondensator (540 ) und dem Transistor (130 ) aufweist, wobei die zweite Wasserstoff-Barriereschicht (376 ) an Seitenwände des zweiten Abschnitts zum Bilden einer Barriere gegen die Diffusion von Wasserstoff von unterhalb des Kondensators (540 ) angrenzt. - Speicherzelle nach Anspruch ,3, die zusätzlich eine dritte Wasserstoff-Barrierenschicht (
254 ) aufweist, welche die Seitenwände des ersten Kontaktsteckers (251 ) bedeckt. - Speicherzelle nach Anspruch 1, die zusätzlich eine erste Wasserstoff-Barrierenschicht(
678 ), welche die Seitenwände des zweiten Abschnitts des zweiten Kontaktsteckers und eine Oberfläche einer dielektrischen Schicht (328c ) über dem Kondensator (540 ) bedeckt; und eine zweite Wasserstoff-Barrierenschicht (376 ) zwischen dem Kondensator (540 ) und dem Transistor (130 ) aufweist, wobei die zweite Wasserstoff-Barrierenschicht (376 ) an Seitenwände des zweiten Abschnitts zum Bilden einer Barriere gegen die Diffusion von Wasserstoff von oberhalb und unterhalb des Kondensators (540 ) angrenzt. - Speicherzelle nach Anspruch 5, die zusätzlich eine dritte Wasserstoff-Barrierenschicht (
254 ) aufweist, welche die Seitenwände des ersten Kontaktsteckers (251 ) bedeckt. - Speicherzelle nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt (
274a ) auf zumindest zwei Seiten überlappt. - Speicherzelle nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt (
274a ) auf allen Seiten überlappt. - Speicherzelle nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt eine rechteckige Gestalt zum Überlappen des ersten Abschnitts (
274a ) aufweist. - Speicherzelle nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt (
274a ) und der zweite Abschnitt rechteckig sind und in einer Kreuzkonfiguration ausgerichtet sind. - Speicherzelle nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt (
274a ) und der zweite Abschnitt in einer Kreuzkonfiguration ausgerichtet sind.
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| CN101207179B (zh) * | 2006-12-19 | 2012-05-23 | 国际商业机器公司 | 存储器单元及其制造方法 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5866946A (en) * | 1996-05-23 | 1999-02-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a plug for diffusing hydrogen into a semiconductor substrate |
| US6165873A (en) * | 1998-11-27 | 2000-12-26 | Nec Corporation | Process for manufacturing a semiconductor integrated circuit device |
| US6365927B1 (en) * | 2000-04-03 | 2002-04-02 | Symetrix Corporation | Ferroelectric integrated circuit having hydrogen barrier layer |
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|---|---|---|---|---|
| US5789320A (en) * | 1996-04-23 | 1998-08-04 | International Business Machines Corporation | Plating of noble metal electrodes for DRAM and FRAM |
| US6320213B1 (en) * | 1997-12-19 | 2001-11-20 | Advanced Technology Materials, Inc. | Diffusion barriers between noble metal electrodes and metallization layers, and integrated circuit and semiconductor devices comprising same |
| US6037235A (en) * | 1998-09-14 | 2000-03-14 | Applied Materials, Inc. | Hydrogen anneal for curing defects of silicon/nitride interfaces of semiconductor devices |
| US6281535B1 (en) * | 1999-01-22 | 2001-08-28 | Agilent Technologies, Inc. | Three-dimensional ferroelectric capacitor structure for nonvolatile random access memory cell |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5866946A (en) * | 1996-05-23 | 1999-02-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a plug for diffusing hydrogen into a semiconductor substrate |
| US6165873A (en) * | 1998-11-27 | 2000-12-26 | Nec Corporation | Process for manufacturing a semiconductor integrated circuit device |
| US6365927B1 (en) * | 2000-04-03 | 2002-04-02 | Symetrix Corporation | Ferroelectric integrated circuit having hydrogen barrier layer |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "A Sub-40ns Chain FRAM Architecture with 7ns Cell- Plate-Drive", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol. 34, Nr. 11, November 1999, S. 1557-1563 |
| "A Sub-40ns Chain FRAM Architecture with 7ns Cell-Plate-Drive", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol. 34, Nr. 11, November 1999, S. 1557-1563 * |
| Takashima et al., IEEE JOURNAL, SOLID-STATE CIRCUITS, Vol. 33, Nr. 5, May 1998, S. 787-792 * |
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