DE19640239A1

DE19640239A1 - Speicherzelle mit Polymerkondensator

Info

Publication number: DE19640239A1
Application number: DE19640239A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Rer Nat Schindler; Walter Dipl Phys Hartner; Carlos Dr Rer Na Mazure-Espejo
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-02
Also published as: WO1998014989A1; TW365066B

Description

Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle, die folgende Merk male aufweist:

- einen Auswahltransistor;
- einen mit dem Auswahltransistor verbundenen Speicherkon densator, der ein Speicherdielektrikum enthält,

sowie ein Verfahren zur deren Herstellung.

Derartige Speicherzellen sind in verschiedensten Ausführungs formen seit langem zur Verwendung in Schreib-/Lesespeichern bekannt. Ein Problem bei zunehmender Integrationsdichte und der damit verbundenen Verkleinerung der Speicherzellen ist stets die Integration der Speicherkondensatoren, deren Abmes sungen sich, aufgrund beizubehaltender Kapazitäten und in et wa gleichbleibender Dielektrizitätskonstanten des Speicher dielektrikums, nicht in dem Maße verkleinern durften, wie die Abmessungen der Auswahltransistoren. Dieses Problem scheint durch die Verwendung paraelektrischer oder ferroelektrischer Substanzen wie beispielsweise perowskitartige Materialien als Speicherdielektrikum, die eine sehr große Dielektrizitätskon stante (bis zu 400) besitzen und daher eine Verkleinerung der Abmessungen der Speicherkondensatoren bei gleichbleibender Kapazität zulassen, gelöst. Letztere, die ferroelektrischen Substanzen, erlauben sogar die Herstellung von Schreib- /Lesespeichern auf Halbleiterbasis, die die gespeicherte In formation bei Ausfall einer Versorgungsspannung nicht verlie ren und die auch nicht, wie bisher üblich, aufgrund von Leck strömen regelmäßig neu beschrieben werden müssen.

Die Nachteile derartiger paraelektrischer oder ferroelektri scher Substanzen mit hoher Dielektrizitätskonstante liegen hauptsächlich in deren Verarbeitung. So treten bei der Ab scheidung o. g. paraelektrischer oder ferroelektrischer Mate rialien Substanzen auf, die den Herstellungsprozeß von Struk turen aus Auswahltransistoren, beispielsweise in CMOS- Technologie, kontaminieren können. Eine räumliche Trennung der Abscheidung der paraelektrischen oder ferroelektrischen Substanzen und der Herstellung der Auswahltransistoren/Logik- Struktur ist daher erforderlich, was einen zusätzlichen Logi stik- und damit Kostenaufwand bedeutet. Weiterhin ist zur Ab scheidung o. g. paraelektrischer oder ferroelektrischer Sub stanzen eine Abscheidetemperatur erforderlich, die über der Schmelztemperatur von Aluminium liegt, das als bevorzugtes Metall zur Metallisierung einer Struktur aus Auswahltransi storen verwendet wird, so daß die Metallisierung der Struktur aus Auswahltransistoren erst nach Fertigstellung der Spei cherkondensatoren erfolgen kann. Zum Aufbringen der Speicher kondensatoren können daher keine komplett vorgefertigten Strukturen aus Auswahltransistoren verwendet werden.

Die Erfindung hat das Ziel, die eingangs genannte Speicher zelle so weiterzubilden, daß sie trotz Verwendung einer pa raelektrischen oder ferroelektrischen Substanz als Speicher dielektrikum einfach herzustellen ist ohne die o. g. Nachtei le aufzuweisen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung an zugeben.

Dieses Ziel wird mit einer Speicherzelle nach der Erfindung erreicht, die neben den eingangs genannten Merkmalen folgen des zusätzliches Merkmal aufweist:

- das Speicherdielektrikum ist ein Polymer.

Die Abscheidetemperaturen der Polymere, die als Speicherdi elektrika für die beschriebene Speicherzelle in Frage kommen, sind wesentlich geringer, als die Schmelztemperatur von bei spielsweise Aluminium. Daher ist es bei der Herstellung von Speicheranordnungen, die aus einer Anzahl der oben beschrie benen Speicherzellen bestehen, möglich, die Speicherkondensa toren auf komplett vorgefertigten Strukturen aus Auswahltran sistoren aufzubringen und damit den Herstellungsprozeß zu vereinfachen bzw. unkritischer bezüglich auftretender Kontaminierungseffekte zu gestalten.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.

Eine Untergruppe der Polymere, die paraelektrische oder fer roelektrische Eigenschaften besitzen, sind Copolymere, die daher als Speicherdielektrikum in Frage kommen, wie in einer Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen ist. Der Einsatz bereich der Speicherzellen nach der Erfindung deckt sich mit dem Einsatzbereich bisheriger Speicherzellen, so daß eine Verwendung der Speicherzellen nach der Erfindung in DRAM- Bausteinen (DRAM abgek. für Dynamic Random Access Memory) möglich ist. Bei Verwendung eines ferroelektrischen Polymers oder Copolymers geht der Verwendungsbereich der beschriebenen Speicherzellen über den Verwendungsbereich bisheriger Halb leiterspeicher hinaus. So ist beispielsweise auch eine Ver wendung in Bereichen denkbar, die bisher, aufgrund nicht dau ernd vorhandener Versorgungsspannung, ROM-Speicherbausteinen (ROM abgek. für Read Only Memory) vorbehalten war. Die Poly mere Nylon 11, Nylon 9, Nylon 7 oder Nylon 5 können bei spielsweise, wie in eine Ausführungsform der Erfindung vorge sehen, als Speicherdielektrika mit ferroelektrischen Eigen schaften verwendet werden. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Copolvmere Vinylidenfluorid oder Trifluorathylen als Speicherdielektrika mit ferroelektrischen Eigenschaften zu verwenden.

Die Strukturen der verwendeten Speicherkondensatoren sind bei Verwendung von Polymeren oder Copolymeren als Speicherdielek trika gegenüber bisher bekannten Kondensatorstrukturen nicht beschränkt. So sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, die Speicherkondensatoren als Stacked-Kondensatoren auszufüh ren, wobei bei dieser Ausführungsform abwechselnd mehrere Schichten aus leitendem Material und Speicherdielektrikum über dem Auswahltransistor angeordnet sind.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die Kondensatoren als Trench-Kondensatoren auszuführen, wobei der Speicherkondensa tor hierbei topfartig in einer Ebene über dem Auswahltransi stor angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, den Spei cherkondensator als Fin-Kondensator oder Fin-Stacked- Kondensator auszuführen. Der Kondensator besitzt hierbei eine Struktur, wie sie beispielsweise in US 5,290,726 beschrieben ist.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle nach einem der o. g. Ausführungen ist Gegenstand der Ansprüche 10 oder 11. Die beiden Elektroden sowie das Speicherdielektrikum des Speicherkondensators werden in mehreren Schritten über dem Auswahltransistor abgeschieden, wobei eine Metallisierung der Struktur aus Auswahltransistoren vorzugsweise vor Abscheidung der jeweiligen Speicherkondensatoren erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit einem Aus führungsbeispiel anhand einer einzigen Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Speicherzelle nach der Erfindung im Querschnitt.

In dieser Figur ist ein Ausführungsbeispiel einer Speicher zelle nach der Erfindung im Querschnitt dargestellt. Ein Speicherkondensator 4 ist in dem dargestellten Ausführungs beispiel als Trench-Kondensator über einem Auswahltransistor 2 angeordnet, wobei eine erste Elektrode 8 des Speicherkondensa tors 4 mit einem ersten Anschluß 3 des Auswahltransistors leitend verbunden ist. Die erste Elektrode 8 überdeckt die gesamte Oberfläche einer topfartigen Vertiefung 7 in einer ersten Hauptfläche 5 über dem Auswahltransistor 2 sowie Ab schnitte der ersten Hauptfläche 5 benachbart zu der topfarti gen Vertiefung 7. Ein Speicherdielektrikum 6 ist über der er sten Elektrode 8 des Speicherkondensators 4 angeordnet und von einer zweiten Elektrode 10 bedeckt.

Als Speicherdielektrikum ist ein Polymer, z. B. ein Copolymer eingesetzt. Dieses Polymer kann ferroelektrische oder parae lektrische Eigenschaften aufweisen. Als Polymer kann z. B. Nylon 11, Nylon 9, Nylon 7 oder Nylon 5 oder Vinylidenfluorid oder Trifluoräthylen eingesetzt werden.

Claims

1. Speicherzelle, die folgende Merkmale aufweist:

1.1. einen Auswahltransistor (2);
1.2. einen mit dem Auswahltransistor (2) verbundenen Spei cherkondensator (4), der ein Speicherdielektrikum (6) enthält;

gekennzeichnet durch folgendes weiteres Merkmal:

1.3. das Speicherdielektrikum (6) ist ein Polymer;

2. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Po lymer ein Copolymer ist.

3. Speicherzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Po lymer oder Copolymer ferroelektrische Eigenschaften aufweist.

4. Speicherzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Po lymer oder Copolymer paraelektrische Eigenschaften aufweist.

5. Speicherzelle nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Po lymer Nylon 11, Nylon 9, Nylon 7 oder Nylon 5 ist.

6. Speicherzelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Co polymer Vinylidenfluorid oder Trifluoräthylen ist.

7. Speicherzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (4) als Trench-Kondensator ausgeführt ist.

8. Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (4) als Stacked-Kondensator ausgeführt ist.

9. Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (4) als Fin-Kondensator oder als Fin- Stacked-Kondensator ausgeführt ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (4) nach Herstellung des Auswahltransi stors (2) über dem Auswahltransistor (2) hergestellt wird, wobei eine erste Elektrode (8) und eine zweite Elektrode (10) sowie das Speicherdielektrikum (6) des Speicherkondensators (4) über dem Auswahltransistor (2) abgeschieden werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus wahltransistor (2) vor Abscheidung des Speicherkondensators (4) metallisiert wird.