DE3631371A1 - Three-dimensional semiconductor memory cell and method of fabricating said memory cell - Google Patents
Three-dimensional semiconductor memory cell and method of fabricating said memory cellInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Speicherzelle auf einem Halbleiter-Substrat zum Speichern elektrischer La dungen, bestehend aus einem Auswahltransistor und einem Speicherkondensator mit zwei Elektroden und einem dazwi schenliegenden Speicherdielektrikum sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Speicherzelle.The invention relates to a semiconductor memory cell a semiconductor substrate for storing electrical La dung consisting of a selection transistor and a Storage capacitor with two electrodes and one in between local storage dielectric and a method to manufacture this memory cell.
Derartige Halbleiter-Speicherzellen dienen beispielsweise in dynamischen Speicherbausteinen (DRAM′s) zum Speichern von Daten. Der Auswahltransistor ist dabei in aller Regel über einen ersten Anschluß (Source) mit einer Bit-Leitung und über einen zweiten Anschluß (Drain) mit der ersten Elektrode des Speicherkondensators verbunden. Die sog. Gate-Elek trode des Auswahltransistors ist an eine Wortleitung und die zweite Elektrode des Speicherkondensators an eine Ver sorgungsspannungsleitung (V cc) angeschlossen.Such semiconductor memory cells are used, for example, in dynamic memory chips (DRAMs) to store data. The selection transistor is generally connected to a bit line via a first connection (source) and to the first electrode of the storage capacitor via a second connection (drain). The so-called. Gate electrode of the selection transistor is connected to a word line and the second electrode of the storage capacitor to a supply voltage line ( V cc ).
Zum störungsfreien Betrieb eines Speicherbausteins müssen die Speicherkondensatoren über bestimmte Mindestkapazitäten verfügen. Da aber die speicherbare Ladung proportional zur Kondensatorfläche ist, stoßen alle Bestrebungen, den Integra tionsgrad zu erhöhen, an geometrische Grenzen.For the trouble-free operation of a memory chip the storage capacitors have certain minimum capacities feature. But since the storable charge is proportional to Capacitor area is, all efforts come across the integra increase degree of efficiency, to geometric limits.
Die Anordnung nach der DE-OS 35 21 891 versucht diese Grenze zu durchbrechen, indem sie die effektive Kondensatorfläche in die dritte Dimension ausdehnt. Durch Einätzen mehrerer, hyper feiner Rillen in das Halbleiter-Substrat und ein anschließendes Beschichten der Rillenoberfläche mit dem Dielektrikum und der zweiten Elektrode gelingt es, die Mindestkondensatorfläche auf einer kleineren Kondensator-Grundfläche unterzubringen. The arrangement according to DE-OS 35 21 891 tries this limit to break through by taking the effective capacitor area in extends the third dimension. By etching several, hyper fine grooves in the semiconductor substrate and a subsequent Coating the groove surface with the dielectric and second electrode manages the minimum capacitor area to accommodate on a smaller capacitor footprint.
Das Ätzen der hyperfeinen Rillen erfolgt dabei im Anschluß an einen Fototechnikschritt, bei welchem auf einer Fotolack schicht hyperfeine Interferenzstreifen durch ein Holographie verfahren erzeugt werden. Abgesehen vom zusätzlich notwendi gen Holographieschritt ist bei diesem Verfahren, wie auch bei ähnlichen Vorschlägen, die zylindrische Vertiefungen oder V-förmige Gräben vorschlagen, das Entfernen der Ätzrückstände aus den Vertiefungen ungenügend gelöst. Diese nicht entfern baren Rückstände durchstoßen bzw. verunreinigen das Speicher dielektrikum und stören dadurch die Spannungs-Durchbruchs festigkeit des Speicherkondensators.The hyperfine grooves are then etched to a photo technology step, in which on a photoresist layer hyperfine interference fringes through a holography processes are generated. Apart from the additional necessary The holographic step is in this process, as in similar proposals, the cylindrical recesses or V-shaped trenches suggest removing the etch residue insufficiently released from the wells. Do not remove them possible residues penetrate or contaminate the storage dielectric and thereby disrupt the voltage breakdown strength of the storage capacitor.
Aufgabe der Erfindungen ist es, eine Speicherzelle der ein gangs genannten Art mit verringertem Flächenbedarf des Speicherkondensators zu schaffen, ohne die Störanfällig keit der Halbleiter-Speicherzelle zu erhöhen.The object of the inventions is to form a memory cell gangs mentioned with reduced space requirements of Storage capacitor to create without the susceptibility to interference speed of the semiconductor memory cell to increase.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Halbleiter-Speicherzelle gemäß Oberbegriff des Patentan spruchs 1 vor, die erste Elektrode des Speicherkonden sators in Form einer Erhöhung über den restlichen Bereich der Halbleiter-Speicherzelle auszubilden und das Speicherdielek trikum sowie die zweite Elektrode auch über mindestens eine Seitenfläche der Erhöhung auszudehnen.To achieve this object, the invention provides a Semiconductor memory cell according to the preamble of the patent Proceed 1, the first electrode of the storage probe sators in the form of an increase over the remaining area of the Form semiconductor memory cell and the memory board trikum and the second electrode also via at least one Extend the side surface of the elevation.
Je nach Ausgestaltung der Erhöhung läßt sich auf diese Weise die Speicherkapazität bei unveränderter Kondensator-Grund fläche um ein Mehrfaches erhöhen, ohne daß hyperfeine Struk turen erzeugt werden müßten bzw. schädliche Ätzreste in den Vertiefungen zurückblieben.Depending on the design of the increase, this can be done the storage capacity with unchanged capacitor bottom increase the area by a multiple without hyperfine structure would have to be generated or harmful etching residues in the Wells remained.
In erfindungsgemäßer Weise kann die Erhöhung beispiels weise durch Strukturätzverfahren direkt aus einem planen Halbleitersubstrat erzeugt werden. Die erste Elektrode besteht dann in diesem Fall aus dem Halbleitersubstrat selbst. In an inventive manner, the increase can, for example plan directly from a plan using structure etching processes Semiconductor substrate are generated. The first electrode then consists in this case of the semiconductor substrate self.
Besonders vorteilhafte elektrische Eigenschaften ergeben sich, wenn die erste Elektrode gegenüber dem Halbleitersub strat umdotiert wird.Particularly advantageous electrical properties result itself when the first electrode faces the semiconductor sub strat is doped.
Einen derartigen Aufbau erzielt man beispielsweise durch das Auftragen einer Epitaxieschicht von entgegengesetztem Lei tungstyp auf das Halbleitersubstrat und ein anschließendes Abätzen aller Bereiche außerhalb der Kondensator-Grundflä che bis auf das ursprüngliche Halbleitersubstrat.Such a structure is achieved, for example, by the Apply an epitaxial layer of opposite lei device type on the semiconductor substrate and a subsequent Etch off all areas outside the capacitor base area except for the original semiconductor substrate.
Anhand der Zeichnung wird im folgenden ein bevorzugtes Her stellungsverfahren für ein Ausführungsbeispiel einer Halb leiter-Speicherzelle nach der Erfindung beschrieben. Es zeigt:Based on the drawing is a preferred Her in the following Positioning method for an embodiment of a half described conductor memory cell according to the invention. It shows:
Fig. 1 in gebrochener sowie schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein Halbleitersubstrat mit erfindungs gemäßen Erhöhungen im Bereich der Speicherkondensa toren, Fig. 1 in broken factors and schematic representation of a section through a semiconductor substrate having fiction, modern increases in the area of Speicherkondensa,
Fig. 2 in der Darstellung nach Fig. 1 eine Weiterbildung der Anordnung nach der Herstellung eines Auswahltransis tors und Fig. 2 in the illustration of FIG. 1, a development of the arrangement after the manufacture of a selection transistor and
Fig. 3 in gleicher Darstellung in Weiterbildung der An ordnung nach Fig. 2 eine funktionsfertige Halbleiter-Speicherzelle nach dem Auftragen des Spei cherdielektrikums und der zweiten Elektrode. Fig. 3 in the same representation in a further development of the arrangement according to FIG. 2, a functional semiconductor memory cell after the application of the storage dielectric and the second electrode.
Zur Herstellung einer Halbleiter-Speicherzelle mit erfin dungsgemäßem Aufbau wird zunächst beispielsweise gemäß Fig. 1 auf ein n-dotiertes Halbleiter-Substrat 1 ganzflächig eine epitaktische Schicht 3 vom p-Leitfähigkeitstyp aufge bracht und anschließend außerhalb der Kondensator-Grundfläche durch bekannte Ätztechniken bis zur Substratoberfläche abgetragen. Auf diese Weise entstehen erste, p-dotierte Elek troden 2 im Bereich der Grundflächen der Speicherkondensa toren. Im Anschluß an den Ätzschritt wird zwischen den Speicherzellen eine Isolationsschicht 4, beispielsweise nach dem sog. LOCOS-Verfahren eingebaut.To produce a semiconductor memory cell with a structure according to the invention, an epitaxial layer 3 of p-conductivity type is first applied over the entire surface of an n-doped semiconductor substrate 1 , for example according to FIG. 1, and then outside the capacitor base area by known etching techniques to the substrate surface worn away. In this way, first, p-doped electrodes 2 arise in the area of the base areas of the storage capacitors. Following the etching step, an insulation layer 4 is installed between the memory cells, for example using the so-called LOCOS method.
In einem nachfolgenden Herstellungsschritt wird gemäß Fig. 2 der Auswahltransistor aufgebaut. Hierzu wird auf einem Gate-Oxyd 6 ein Polysilizium-Gate 5 erzeugt. Beide Schichten werden ganzflächig auf der Halbleiter-Anordnung nach Fig. 1 aufgetragen und nach bekannten Fertigungs schritten in der gewünschten Weise strukturiert. Dieser Gate-Fertigung folgt eine Ionen-Implantation, bei welcher die Anschlußzonen 7 und 8 (Source and Drain) des Auswahl transistors im Halbleitersubstrat 1 umdotiert werden. Da auch dieser Implantationsschritt ganzflächig erfolgt, ent stehen am Rande der Speicherzelle p-dotierte Zonen 9, die jedoch für die Funktion der Speicherzelle ohne Bedeutung sind.In a subsequent manufacturing step, the selection transistor is constructed in accordance with FIG. 2. For this purpose, a polysilicon gate 5 is produced on a gate oxide 6 . Both layers are applied over the entire surface of the semiconductor arrangement according to FIG. 1 and structured according to known manufacturing steps in the desired manner. This gate fabrication is followed by an ion implantation in which the connection zones 7 and 8 (source and drain) of the selection transistor in the semiconductor substrate 1 are redoped. Since this implantation step also takes place over the entire area, p-doped zones 9 are formed at the edge of the memory cell, but are of no importance for the function of the memory cell.
Fig. 3 zeigt schließlich die funktionsfertige Halbleiter- Speicherzelle mit einem metallischen Bitleitungsanschluß 10, einem Speicherdielektrikum 11 und einer zweiten Elektrode 12, die in diesem Beispiel ebenso wie das Gate 5 aus Polysilizium besteht. Fig. 3 shows, finally, the function finished semiconductor memory cell having a metal bit line 10, a storage dielectric 11 and a second electrode 12 which in this example as well as the gate 5 of polysilicon.
Im Vergleich zu einem üblichen Speicherkondensator, der als effektive Kondensatorfläche nur die Kondensator-Grundfläche zur Verfügung hat, besitzt der hier erzeugte Speicher kondensator die fünffache Fläche und damit die fünffache Kapazität.Compared to a common storage capacitor, which as effective capacitor area only the capacitor base area has available, the memory generated here capacitor five times the area and therefore five times the area Capacity.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5143861A (en) * | 1989-03-06 | 1992-09-01 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Method making a dynamic random access memory cell with a tungsten plug |
DE19603288B4 (en) * | 1995-01-30 | 2005-05-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki | Semiconductor device |
-
1986
- 1986-09-15 DE DE19863631371 patent/DE3631371A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5143861A (en) * | 1989-03-06 | 1992-09-01 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Method making a dynamic random access memory cell with a tungsten plug |
DE19603288B4 (en) * | 1995-01-30 | 2005-05-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki | Semiconductor device |
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