DE3929129C2 - - Google Patents
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- DE3929129C2 DE3929129C2 DE3929129A DE3929129A DE3929129C2 DE 3929129 C2 DE3929129 C2 DE 3929129C2 DE 3929129 A DE3929129 A DE 3929129A DE 3929129 A DE3929129 A DE 3929129A DE 3929129 C2 DE3929129 C2 DE 3929129C2
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- H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
- H01L21/823468—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate sidewall spacers, e.g. double spacers, particular spacer material or shape
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine dynamische
Speichereinrichtung mit wahlfreiem Zugriff mit mindestens
zwei Speicherzellen, mit ersten und zweiten
MOS-Transistoren auf einem Halbleitersubstrat, von denen
jeder eine Source, einen Drain und ein Gate besitzt, mit
oberhalb von den Transistoren jeweils angeordneten ersten
und zweiten Kondensatorelektroden zur elektrischen
Ladungsspeicherung, wobei sich die Kondensatorelektroden
durch jeweilige Kontaktlöcher in zwischen den
MOS-Transistoren und den Kondensatorelektroden
angeordneten Isolierfilmen erstrecken und jeweils an die
Drain-Elektroden der MOS-Transistoren angeschlossen sind,
und mit einem Kondensatorisolierfilm, der jeweils auf der
ersten und zweiten Kondensatorelektroden zwischen dieser
und einer Kondensatorgegenelektrode angebracht ist.
Ferner bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer dynamischen Speichereinrichtung mit wahlfreiem
Zugriff mit mindestens zwei Speicherzellen.
Die Packungsdichte eines DRAM vom MOS-Typ, der
Speicherzellen mit je einem MOS-Transistor und einem
Kondensator aufweist, nimmt nach und nach zu. Je höher die
Packungsdichte ist, um so kleiner fällt in jeder
Speicherzelle die vom Kondensator besetzte Fläche aus. Je
kleiner die Fläche des Kondensators ist, um so kleiner ist
die vom Kondensator aufgenommene Ladung. Infolgedessen
besteht die Wahrscheinlichkeit der Vernichtung des in der
Speicherzelle befindlichen Datenwertes, allgemein als
"Weichfehler" (soft error) bekannt.
Um dieses Problem zu beseitigen, wurde ein entsprechendes
Verfahren vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird für den
Kondensator in jeder Speicherzelle eine größere Fläche zur
Verfügung gestellt, so daß der Kondensator eine größere
Kapazität zur Aufnahme einer höheren Ladung aufweist, ohne
jedoch die Integrationsdichte des DRAM preiszugeben. Ein
Kondensator mit einem doppelstöckigen Speicherknoten ist in
dem Aufsatz "Novel Storage Capacitance Enlargement Structure
Using a Double-Stacked Storage Node in STC DRAM Cell" von T.
Kus et al., veröffentlicht in "Extended Abstract of the 20th
(1988 International) Conference on Solid-State Devices and
Materials", Tokyo, 1988, Seiten 581 bis 584 offenbart. Die
Kapazität dieses Kondensators ist relativ groß, aber
beschränkt.
Die prioritätsältere DE 39 10 033 A1 beschreibt eine
Halbleiterspeicheranordnung, bei welcher die
Speicherkondensatoren in einer einzigen Ebene oberhalb der
Transsistorebene angeordnet sind. Auf diese Weise steht den
Speicherkondensatoren zwar eine größere ausnützbare Fläche
zur Verfügung, jedoch ist die Flächenausnutzung noch nicht
optimal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
Speicherstruktur mit hoher Packungsdichte zu erzielen,
welche gleichzeitig Speicherkondensatoren mit vergrößerter
Kapazität aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß mindestens ein Teil der zweiten
Kondensatorelektrode gegenüber der ersten
Kondensatorelektrode auf Abstand gehalten und oberhalb
derselben, sie teilweise überlappend, angeordnet ist und
die Kondensatorgegenelektrode einen zwischen die sich
überlappenden Teile der ersten und der zweiten
Kondensatorelektrode eingefügten Abschnitt aufweist.
Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das
Herstellungsverfahren die Schritte umfaßt:
- - Bilden von ersten und zweiten MOS-Transistoren auf einem Halbleitersubstrat;
- - Bilden eines Isolierfilms auf den ersten und zweiten MOS-Transistoren;
- - Herstellen eines ersten Kontaktloches im Isolierfilm und Bilden einer ersten Kondensatorelektrode, die an die Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors angeschlossen ist;
- - Bilden eines Abstandsfilms auf der ersten Kondensatorelektrode;
- - Herstellen eines zweiten Kontaktloches im Abstandsfilm und im Isolierfilm und Bilden einer zweiten Kondensatorelektrode, die an die Drain-Elektrode des zweiten MOS-Transistors angeschlossen ist, wobei die zweite Kondensatorelektrode gegenüber der ersten Kondensatorelektrode auf Abstand gehalten und oberhalb derselben, sie teilweise überlappend, angeordnet ist;
- - Durchführen einer isotropen Ätzung des Abstandsfilmes, wodurch der Abstandsfilm entfernt wird;
- - Bilden eines Kondensatorisolierfilms, der die erste und die zweite Kondensatorelektrode bedeckt; und
- - Bilden einer Kondensatorgegenelektrode auf der ersten und der zweiten Kondensatorelektrode mit Hilfe des Verfahrens der chemischen Dampfniederschlagung, derart, daß ein Teil der Kondensatorgegenelektrode den Spalt zwischen den einander überlappenden Teilen der ersten und der zweiten Kondensatorelektroden ausfüllt.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird der bedeutende
Vorteil erzielt, daß die zur Verfügung stehende Grundfläche
des Halbleiterchips in vielfacher Weise effizient genutzt
wird. Dadurch, daß die Speicherkondensatoren in zwei
zusätzliche Ebenen über der Ebene, welche die Transistoren
enthält, ausgelagert worden sind, kann die Packungsdichte
der Transistoren erhöht werden, während gleichzeitig in den
zwei weiteren Schichten über der Transistorebene die
Chipfläche für die Speicherkondensatorstrukturen benutzt
werden kann. Durch Überlappung der
Speicherkondensatorstrukturen in den zwei oberen Ebenen wird
es dabei möglich, relativ große Speicherkapazitäten zu
erzielen, so daß für die Schreib- bzw. Lesevorgänge des
dynamischen Speichers verhältnismäßig einfache
Ansteuerschaltungen ausreichen, was sich auf die erzielbare
Packungsdichte zusätzlich positiv auswirkt und den
Herstellungsaufwand für eine derartige Speichervorrichtung
außerdem reduziert.
Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Da die Kondensatorelektrode oberhalb der Bitleitung
angeordnet ist, gibt es durch die Bitleitung keine Begrenzung der Fläche, die von
Kondensatoren eingenommen werden kann. Somit können
Kondensatoren hergestellt werden, die genügend groß sind und
über eine ausreichend große Kapazität verfügen.
Da sich ferner unter der Bitleitung nur eine Gateelektrode
befindet, besitzt die Struktur eine flache Oberfläche, und
die Bitleitung kann leicht hergestellt werden.
Weiter ist es nicht erforderlich, Öffnungen in den
Kondensatorelektroden anzubringen,
und diese Öffnungen als Kontaktlöcher für die Bitleitung zu
verwenden. Selbst, wenn die Kondensatorelektroden zum
Speichern von Ladungen dicker angelegt werden, ist es trotzdem
einfach, sowohl die Bitleitung als auch die
Kondensatorelektroden herzustellen. Grund dafür ist, daß die
Bitleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet
werden, bevor die Kondensatoren gebildet werden.
Falls beide Kondensatorisolierfilme aus hoch dielektrischem
Material wie Ta2O5 hergestellt werden, ist es
erforderlich, so wenig Wärmebehandlungen wie möglich nach
der Bildung der Kondensatorisolierfilme durchzuführen. Bei
dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung stellt nur
der Schritt der Bildung der Kondensatorelektrode eine
Wärmebehandlung dar, die nach der Bildung des
Kondensatorisolierfilms ausgeführt wird. Infolgedessen
können die Kondensatorisolierfilme aus hoch dielektrischem
Material hergestellt werden.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den
Zeichnungen hervor.
Fig. 1A stellt eine Draufsicht auf ein 4-Bit-DRAM
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 1B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
IB-IB in Fig. 1A dar;
Fig. 1C stellt ebenfalls einen Querschnitt dar,
jedoch entlang der Linie IC-IC in Fig. 1A;
Fig. 1D stellt einen weiteren Querschnitt dar, und
zwar entlang der Linie ID-ID in Fig. 1A;
Fig. 2A bis 9A,
Fig. 2B bis 9B,
Fig. 2C bis 9C und
Fig. 2D bis 9D stellen Ansichten dar, welche das
Verfahren zur Herstellung des DRAM gemäß
der ersten Ausführungsform der Erfindung
erläutern, wozu im einzelnen zu bemerken ist:
Fig. 2A bis 9A stellen Draufsichten dar;
Fig. 2B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
IIB-IIB in Fig. 2A dar;
Fig. 2C stellt ebenfalls einen Querschnitt dar,
jedoch entlang der Linie IIC-IIC in Fig. 2A;
Fig. 2D stellt einen weiteren Querschnitt dar, und
zwar entlang der Linie IID-IID in Fig. 2A;
Fig. 3B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
IIIB-IIIB in Fig. 3A dar;
Fig. 3C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
IIIC-IIIC in Fig. 3A dar;
Fig. 3D stellt ebenfalls einen Querschnitt dar,
jedoch entlang der Linie IIID-IIID in Fig.
3A;
Fig. 4B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
IVB-IVB in Fig. 4A dar;
Fig. 4C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
IVC-IVC in Fig. 4A dar;
Fig. 4D stellt ebenfalls einen Querschnitt dar,
jedoch entlang der Linie IVD-IVD in Fig. 4A;
Fig. 5B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VB-VB in Fig. 5A dar;
Fig. 5C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VC-VC in Fig. 5A dar;
Fig. 5D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VD-VD in Fig. 5A dar;
Fig. 6B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VIB-VIB in Fig. 6A dar;
Fig. 6C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VIC-VIC in Fig. 6A dar;
Fig. 6D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VID-VID in Fig. 6A dar;
Fig. 7B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VIIB-VIIB in Fig. 7A dar;
Fig. 7C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VIIC-VIIC in Fig. 7A dar;
Fig. 7D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VIID-VIID in Fig. 7A dar;
Fig. 8B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VIIIB-VIIIB in Fig. 8A dar;
Fig. 8C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VIIIC-VIIIC in Fig. 8A dar;
Fig. 8D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
VIIID-VIIID in Fig. 8A dar;
Fig. 9B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
IXB-IXB in Fig. 9A dar;
Fig. 9C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
IXC-IXC in Fig. 9A dar;
Fig. 9D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
IXD-IXD in Fig. 9A dar;
Fig. 10A stellt eine Draufsicht auf einen DRAM gemäß
einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 10B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XB-XB in Fig. 10A dar;
Fig. 10C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XC-XC in Fig. 10A dar;
Fig. 10D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XD-XD in Fig. 10A dar;
Fig. 11A stellt eine Draufsicht auf einen DRAM gemäß
einer dritten Ausführungsform der Erfindung
dar;
Fig. 11B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIB-XIB in Fig. 11A dar;
Fig. 11C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIC-XIC in Fig. 11A dar;
Fig. 11D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XID-XID in Fig. 11A dar;
Fig. 12A stellt eine Draufsicht auf einen DRAM gemäß
einer vierten Ausführungsform der Erfindung
dar;
Fig. 12B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIIB-XIIB in Fig. 12A dar;
Fig. 12C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIIC-XIIC in Fig. 12A dar;
Fig. 12D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIID-XIID in Fig. 12A dar;
Fig. 13A stellt eine Draufsicht auf einen DRAM gemäß
einer fünften Ausführungsform der Erfindung
dar;
Fig. 13B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIIIB-XIIIB in Fig. 13A dar;
Fig. 13C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIIIC-XIIIC in Fig. 13A dar;
Fig. 13D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIIID-XIIID in Fig. 13A dar;
Fig. 14A stellt eine Draufsicht auf einen DRAM
entsprechend einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 14B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIVB-XIVB in Fig. 14A dar;
Fig. 14C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIVC-XIVC in Fig. 14A dar;
Fig. 14D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XIVD-XIVD in Fig. 14A dar;
Fig. 15A stellt eine Draufsicht auf eine siebte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
dar;
Fig. 15B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XVB-XVB in Fig. 15A dar;
Fig. 15C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XVC-XVC in Fig. 15A dar;
Fig. 15D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XVD-XVD in Fig. 15A dar;
Fig. 16A stellt eine Draufsicht auf einen DRAM gemäß
einer achten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 16B stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XVIB-XVIB in Fig. 16A dar;
Fig. 16C stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XVIC-XVIC in Fig. 16A dar und
Fig. 16D stellt einen Querschnitt entlang der Linie
XVID-XVID in Fig. 16A dar.
Nachfolgend wird ein DRAM gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die
Fig. 1A bis 1D beschrieben, welche vier Seite an Seite
entlang einer Bitleitung angeordnete Speicherzellen
zeigen.
Die Speicherzellen sind voneinander durch einen
Elementisolierfilm 2 getrennt, der auf dem p-leitenden
Siliziumsubstrat 1 gebildet ist. Jede Speicherzelle weist
einen MOS-Transistor auf. Der MOS-Transistor umfaßt zwei
n-Diffusionsschichten 5, einen Gateisolierfilm 3, der auf
einem Kanalbereich zwischen den Schichten 5 gebildet ist,
und eine Gateelektrode 4, welche auf dem Isolierfilm 3
gebildet ist. Die n-Diffusionsschichten 5 dienen jeweils
als Sourcebereich und als Drainbereich.
Eine Bitleitung 10 ist über einen Bitleitungskontakt 9
mit einer Anschlußelektrode 7 verbunden. Die
Anschlußelektrode 7 ist mit der n-Diffusionsschicht 5
verbunden.
Oberhalb der Bitleitung 10 und der Isolierfilme 11a und
11b ist eine Speicherknotenelektrode 13a (d.h. eine
Ladungssammelelektrode) gebildet. Die Elektrode 13a ist
über einen Speicherknotenkontakt 12A mit der
Anschlußelektrode 7 verbunden. Die benachbarte
Speicherzelle weist eine Speicherknotenelektrode 13b auf,
die oberhalb der Kondensator- bzw. Speicherknotenelektrode 13a angeordnet
ist. Die Elektrode 13b ist über einen
Speicherknotenkontakt 12b mit der Anschlußelektrode 7 der
benachbarten Speicherzelle verbunden. Jede
Speicherknotenelektrode 13b überlappt eine einzelne
Speicherknotenelektrode 13a. Im Spalt zwischen den
Speicherknotenelektroden 13a und 13b ist ein
Kondensatorbereich gebildet. Aufgrund des zwischen den
Elektroden 13a und 13b bestehenden Spaltes weist der
Kondensatorbereich eine große Kapazität auf.
Die Seiten der Speicherknotenelektroden 13a und 13b
werden als Kondensatoren benutzt. Es ist nicht schwierig,
das Muster der Bitleitung 10 zu bilden, auch wenn die
Elektroden 13a und 13b dick ausgeführt werden, so daß die
Seiten der Speicherknotenelektroden 13a und 13b als
Kondensatoren benutzt werden können. Dies rührt daher,
daß der Kondensatorisolierfilm 15 auf den
Speicherknotenelektroden 13a und 13b und die
Kondensatorgegenelektrode 16 auf dem Kondensatorisolierfilm 15
gebildet ist, also oberhalb der Bitleitung 10. Bei dieser
Struktur brauchen keine Löcher zur Herstellung von
Kontakten erzeugt zu werden, die bis zur
Kondensatorgegenelektrode 16 reichen. Es ist daher nicht
erforderlich, Kondensatorelektroden innerhalb der
Speicherzellen zu bilden.
Es wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 9D
erläutert, wie der DRAM gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung hergestellt wird. Die durchgezogenen Linien
in den Fig. 2A, 3A, 4, 5A, 6A, 7A, 8A und 9A stellen die
Muster der DRAM-Elemente dar, die in den
aufeinanderfolgenden Schritten zur Herstellung des DRAM
gebildet werden.
Wie aus den Fig. 2A bis 2D hervorgeht, wird ein Oxidfilm
18 mit einer Dicke von 50 nm auf einem p-leitenden
Siliziumsubstrat 1 erzeugt, der einen spezifischen
Widerstand von ungefähr 5 Ohm×cm besitzt. Auf dem
Oxidfilm 18 wird ein Siliziumnitridfilm 19 aufgebracht
und sowohl der Oxidfilm 18 als auch der
Siliziumnitridfilm 19 werden mit einem Muster versehen,
so daß eine Maske gebildet wird. Durch diese Maske werden
Boratome in das Substrat 1 injiziert, wodurch
Kanalstopperschichten 17 gebildet werden.
Dann wird das Substrat 1, wie in den Fig. 3A bis 3D
gezeigt, der selektiven Oxidation unterworfen, wodurch
ein Elementisolierfilm 2 aus Siliziumoxid mit einer Dicke
von 700 nm erzeugt wird. Während der selektiven Oxidation
diffundieren Störatome der Kanalstopperschichten 17 nach
unten und waagerecht unter den Elementisolierfilm 2. Der
Elementisolierfilm 2 kann auch durch ein anderes
Verfahren erzeugt werden.
Als nächstes wird, wie in den Fig. 4A bis 4D gezeigt ist,
ein Gateisolierfilm 3 mit einer Dicke von etwa 10 nm auf
dem Substrat 1 mit Hilfe, beispielsweise einer
thermischen Oxidation erzeugt. Dann wird ein
polykristalliner Siliziumfilm von etwa 200 nm Dicke auf
der gesamten Oberfläche der Struktur aufgebracht. Weiter
wird ein Isolierfilm mit einer Dicke von etwa 200 nm auf
der gesamten Oberfläche der Struktur mit Hilfe
beispielsweise der CVD-Methode niedergeschlagen. Die
Struktur wird durch reaktives Ionenätzen bearbeitet,
wodurch der polykristalline Siliziumfilm und der
Isolierfilm teilweise abgeätzt werden, so daß die
Gateelektroden 4 und die Isolierfilme 6 entstehen. Dann
werden unter Verwendung der Gateelektroden 4 und der
Isolierfilme 6 als Masken Arsen- oder Phosphorionen in
das Substrat 1 injiziert, wodurch n-Schichten 5 mit einer
Tiefe von beispielsweise ca. 150 nm gebildet werden.
Einige der n-Schichten 5 werden als Sources, andere der
n-Schichten 5 werden als Drains arbeiten. Als nächstes
wird ein Isolierfilm von etwa 100 nm auf der gesamten
Oberfläche der Struktur durch beispielsweise die
CVD-Methode aufgebracht. Dieser Isolierfilm wird der
reaktiven Ionenätzung ausgesetzt, wodurch selbst
ausgerichtete Isolierfilme 6a auf den Seiten jeder
Gitterelektrode 4 stehen bleiben.
Als nächstes wird, wie in den Fig. 5A bis 5D gezeigt, ein
polykristalliner Siliziumfilm mit einer Dicke von etwa 50
nm auf der gesamten Oberfläche der Struktur aufgebracht.
In den polykristallinen Siliziumfilm werden Arsen- oder
Phosphorionen injiziert oder es wird Phosphor
eindiffundiert. Nach diesem Dotieren mit Störatomen wird
der polykristalline Siliziumfilm durch reaktives
Ionenätzen bearbeitet, wodurch die Anschlußelektroden 7
erzeugt werden.
Danach wird, wie in den Fig. 6A bis 6D gezeigt ist, ein
Isolierfilm 8 mit einer Dicke von etwa 300 nm auf der
gesamten Oberfläche der Struktur aufgebracht. Im
einzelnen wird ein SiO2-Film mit einer Dicke von
beispielsweise 10 nm auf der gesamten Oberfläche der
Struktur mit Hilfe der CVD-Methode gebildet. Dann wird
ein BPSG-Film von 350 nm Dicke auf dem SiO2-Film
aufgebracht. Weiter wird ein PSG-Film von 250 nm Dicke
auf dem BPSG-Film aufgetragen. Danach wird die Struktur
einer Wärmebehandlung bei 900°C unterworfen, wodurch der
PSG-Film und der BPSG-Film zum Schmelzen gebracht werden.
Dann wird die Struktur mit einer Ammoniumfluoridlösung
behandelt, wodurch der PSG-Film und der
Oberflächenbereich des BPSG-Films abgeätzt werden und der
Isolierfilm 8 gebildet wird. Der Film 8 wird selektiv
geätzt, d.h. der reaktiven Ionenätzung unterworfen,
wodurch im Isolierfilm 8 ein Kontaktloch 9 für die
Bitleitung erzeugt wird. Als nächstes wird mit Hilfe
beispielsweise der CVD-Methode polykristallines Silizium
auf der gesamten Oberfläche der Struktur
niedergeschlagen. Weiter wird durch Aufstäuben oder
EB-Dampfauftragung Molybdänsilizid auf die gesamte
Oberfläche aufgebracht. Dann wird eine reaktive
Ionenätzung durchgeführt, wodurch das polykristalline
Silizium und das Molybdänsilizid unter Bildung des
Musters für die Bitleitung 10 abgeätzt wird. Die
Oberfläche des Substrats 1 ist recht flach, so daß auch
der Isolierfilm 8 leicht flach ausgebildet werden kann.
Es ist also nicht schwierig, die Bitleitung auf dem
Isolierfilm 8 herzustellen. Weiter ist auch die
Oberfläche auf einem Kontaktabschnitt der Bitleitung 10
recht flach. Daher ist es nicht schwierig, die Bitleitung
10 mit einem Isolierfilm abzudecken.
Als nächstes wird, wie in den Fig. 7A bis 7D gezeigt ist,
ein Isolierfilm 11a mit einer Dicke von etwa 200 nm auf
dem Isolierfilm 8 aufgebracht, und bedeckt die Bitleitung
10. Dann wird ein weiterer Isolierfilm 11b auf den
Isolierfilm 11a aufgebracht. Durch reaktives Ionenätzen
werden Kontaktlöcher 12a in die Isolierfilme 11b, 11a und
8 zur Bildung erster Speicherknoten eingebracht. Wie im
Falle des Isolierfilmes 8 wird auch der Isolierfilm 11a
durch einen mittels CVD aufgebrachten SiO2-Film einen
BPSG-Film und einen PSG-Film gebildet, die jeweils eine
Dicke von 50 nm, 300 nm und 250 nm besitzen, wobei der
Film durch Schmelzen und Ätzen des BPSG-Filmes und des
PSG-Filmes erzeugt wurde. Bei dem Isolierfilm 11b handelt
es sich beispielsweise um einen durch CVD aufgebrachten
Si3N4-Film, der eine Dicke von 50 nm besitzt. Danach
wird ein polykristalliner Siliziumfilm mit einer Dicke
von beispielsweise 300 bis 600 nm auf der gesamten
Oberfläche der Struktur aufgebracht. In diesen
polykristallinen Siliziumfilm werden Arsen- oder
Phosphorionen injiziert oder es wird Phosphor
eindiffundiert. Der so mit Störatomen dotierte
polykristalline Siliziumfilm wird selektiv abgeätzt
(reaktives Ionenätzen), wodurch erste
Speicherknotenelektroden 13a gebildet werden.
Dann wird, wie in den Fig. 8A bis 8D veranschaulicht,
durch CVD ein SiO2-Film 14 mit einer Dicke von etwa 200
nm auf der gesamten Oberfläche der Struktur aufgebracht.
Dieser Film 14 sowie die Isolierfilme 11a, 11b und 8
werden selektiv geätzt (reaktives Ionenätzen), wodurch
Kontaktlöcher 12b zur Bildung zweiter
Speicherknotenkontakte erzeugt werden. Als nächstes wird
ein polykristalliner Siliziumfilm mit einer Dicke von 300
bis 600 nm auf der gesamten Oberfläche der Struktur
aufgetragen. In den polykristallinen Siliziumfilm werden
Arsen- oder Phosphorionen injiziert, oder es wird
Phosphor eindiffundiert. Nach diesem Dotieren mit
Störatomen wird eine Photolackmaske auf dem
polykristallinen Siliziumfilm erzeugt. Unter Verwendung
der Maske wird der polykristalline Siliziumfilm selektiv
geätzt, d.h. durch reaktives Ionenätzen bearbeitet,
wodurch zweite Speicherknotenelektroden 13b gebildet
werden.
Als nächstes wird, wie in den Fig. 9A bis 9D dargestellt,
der durch CVD aufgebrachte SiO2-Film 14 isotrop mit
NH4F geätzt, womit der SiO2-Film 14 entfernt wird.
Wenn auch der SiO2-Film 14 mit NH4F geätzt wird, wird
der Si3N4-Film 11b jedoch nicht mit
diesem Ätzmittel geätzt. Somit werden die ersten
Speicherknotenelektroden 13a und die zweiten
Speicherknotenelektroden 13a freigelegt. Im nächsten
Schritt wird ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von
etwa 10 nm durch die CVD-Methode bei niedrigem Druck auf
der gesamten Oberfläche der Struktur aufgebracht. Die
Struktur wird in einer Wasserdampfatmosphäre von 900°C
während einer Dauer von 30 Minuten oxidiert, wodurch ein
Kondensatorisolierfilm 15 auf der gesamten Oberfläche der
Struktur erzeugt wird. Dieser Film besteht aus einem
Siliziumoxidfilm und einem Siliziumnitridfilm, die
übereinander gebildet werden. Es kann aber auch ein
einschichtiger Film oder ein mehrschichtiger
Ta2O5-Film sowie ein Siliziumnitridfilm sein,
vorausgesetzt, daß der Film aus einem Material besteht,
mit dem ein Kondensatorisolierfilm erzeugt werden kann.
Schließlich wird, wie in Fig. 1A bis 1D gezeigt,
polykristallines Silizium auf der gesamten Oberfläche der
Struktur aufgebracht. In den polykristallinen
Siliziumfilm werden Arsen- oder Phosphorionen injiziert,
oder es wird Phosphor eindiffundiert. Dann wird der
polykristalline Siliziumfilm mit einem Muster versehen,
um so eine Elektrodenplatte 16 zu bilden. Damit ist der
Hauptzellabschnitt des DRAM fertiggestellt. Da die Kondensator
gegenelektrode 16 als eine gemeinsame Elektrode der
Speicherzellengruppe ausgebildet werden kann, brauchen in
der Elektrode keine Löcher zur Bildung der Bitleitungen
angebracht zu werden.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der
Erfindung bestehen die Speicherknotenelektroden 13a und
13b sowie die Kondensatorgegenelektrode 16 aus polykristallinem
Silizium. Sie können aber auch aus einem anderen Material
wie etwa Wolfram (W) hergestellt werden.
Wie aus den Fig. 7A und 8A klar hervorgeht, sind die
ersten Speicherknotenelektroden 13a und die zweiten
Speicherknotenelektroden 13b in einem schachbrettartigen
Muster angeordnet. Dadurch wird die Fläche zwischen
einander gegenüberstehenden Abschnitten von zwei
beliebigen benachbarten Reihen der Maske zur Bildung der
ersten Speicherknotenelektroden 13a verkleinert. Dasselbe
gilt für die zweiten Speicherknotenelektroden 13b.
Infolgedessen können die Speicherknotenelektroden
photolithographisch mit einer höheren Genauigkeit
hergestellt werden, als wenn sie entlang der
Gateelektroden 4 angeordnet wären.
Nachfolgend wird nunmehr der DRAM gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die
Fig. 10A bis 10D beschrieben. Bei der zweiten
Ausführungsform werden nicht nur die obere Oberfläche und
die Seiten, sondern auch die untere Oberfläche jeder der
ersten Speicherknotenelektroden als Kondensatorbereiche
genutzt, während bei der ersten Ausführungsform der
Erfindung nur die obere Oberfläche und die Seiten der
ersten Speicherknotenelektroden als Kondensatorbereiche
benutzt werden. Damit besitzt die zweite Ausführungsform
Kondensatoren mit einer größeren Kapazität als die
Kondensatoren der ersten Ausbildungsform. Die dazu
erforderliche Struktur wird wie folgt erhalten. Durch CVD
wird ein SiO2-Film auf einem Si3N4-Isolierfilm 11b
gebildet. Dann wird die erste Speicherknotenelektrode auf
dem SiO2-Film erzeugt. Schließlich werden der
SiO2-Film 14 und der SiO2-Film auf dem
Si3N4-Isolierfilm 11b geätzt. Dieses Verfahren
vergrößert die Kapazität jedes Kondensators, da es
möglich ist, die Oberflächengröße der ersten
Speicherknotenelektrode zu vergrößern, die als ein
Kondensatorbereich benutzt wird.
Nachfolgend wird der DRAM einer dritten Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 11A bis 11D
beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform fällt die
Musterfläche der Elektrode 13b, da die obere Oberfläche,
die untere Oberfläche und die Seiten jeder zweiten
Speicherknotenelektrode 13b als Ladungssammelbereiche
benutzt werden, kleiner als diejenige der ersten
Speicherknotenelektroden 13a aus. Falls die zweite
Speicherknotenelektrode 13b den gleichen Musterbereich
wie den für die erste Speicherknotenelektrode 13a
aufweist, besitzen die zu bildenden benachbarten
Speicherzellen unterschiedliche Kapazitäten. Demgemäß
werden bei der dritten Ausführungsform der Erfindung die
ersten Speicherknotenelektroden 13a dicker als die
zweiten Speicherknotenelektroden 13b ausgebildet, wodurch
der Kapazitätsunterschied benachbarter Zellen minimiert
wird. Im einzelnen sind die ersten
Speicherknotenelektroden 13a etwa 600 nm dick, während
die zweiten Speicherknotenelektroden 13b etwa 200 nm dick
sind. Da die Elektroden 13a und 13b diese
unterschiedlichen spezifischen Dicken aufweisen, besitzen
sie Oberflächen von im wesentlichen gleicher Größe.
Infolgedessen wird der Kapazitätsunterschied unter den zu
bildenden benachbarten Speicherzellen reduziert.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 12A bis
12D eine vierte Ausführungsform des DRAM gemäß der
Erfindung beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform
besteht jede Bitleitung 10 aus einem elementisolierenden
Film 2 zwischen zwei Reihen von Speicherzellen, die sich
parallel zu den Wortleitungen erstrecken. Die Bitleitung
10 verläuft somit zur Wortleitung unter einem rechten
Winkel. Um weiter einen vorherbestimmten Abstand zwischen
den Bitleitungen zu erzielen, nimmt die Bitleitung 10 mit
der auf dem Elementisolierfilm 2 gebildeten und von der
MOS-Diffusionsschicht 5 ausgehenden Anschlußelektrode 7
Kontakt. Bei der vierten Ausführungsform ist jeder
Kontakt 9 für die Bitleitung 10 oberhalb eines
Elementbereiches gebildet, während die Löcher zur
Herstellung der Speicherknotenkontakte 12a und 12b durch
Herstellen von Öffnungen durch die Bitleitungen 10
gebildet werden können. Infolgedessen können die
Bitleitungen 10 geradlinig verlaufen, wodurch das
Aufbringen der Muster für die Bitleitungen leicht zu
bewerkstelligen ist.
Nunmehr wird die fünfte Ausführungsform des DRAM gemäß
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 13A bis 13D
beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform sind die
Bitleitungen 10 und die Speicherknotenelektroden 13a und
13b mit den Anschlußelektroden 7 verbunden, die
ihrerseits an n-Diffusionsschichten 5 angeschlossen sind.
Der Zweck der Verwendung von Anschlußelektroden 7 besteht
darin, die auf dem elementtrennenden Isolierfilm
gebildeten Bitleitungen 10 mit den im p-leitenden
Siliziumsubstrat 1 gebildeten n-Diffusionsschichten 5 zu
verbinden. Die Verwendung der Elektroden 7 bedeutet
zweifellos eine Vergrößerung der Anzahl der Elektroden.
Bei der fünften Ausführungsform der Erfindung ist
derjenige Abschnitt jeder n-Diffusionsschicht 5, welcher
mit der Bitleitung 10 Kontakt aufnimmt, bis an den
Elementisolierbereich verlängert, wodurch die Bitleitung
10 mit der n-Diffusionsschicht 5 ohne Verwendung von
Anschlußelektroden 7 verbunden wird.
Nunmehr wird der DRAM gemäß einer sechsten
Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die
Fig. 14A bis 14D beschrieben. Bei der ersten
Ausführungsform besitzen die Speicherknotenelektroden 13a
und 13b die Gestalt rechteckiger Parallelepipeds, von
denen jedes zwei parallele rechteckige Hauptflächen und
vier rechteckige gleichmäßig in die Hauptflächen
übergehende Seitenflächen besitzt. Bei der sechsten
Ausführungsform werden nach Herstellung der rechteckigen
parallelepipedischen Speicherknotenelektroden 13a, 13b
Gräben in den Mittelteil der oberen Oberfläche jeder
Speicherknotenelektrode eingebracht, die sich
rechtwinklig zu den Wortleitungen erstrecken, wodurch die
Größe der oberen Oberfläche der Speicherknotenelektrode
vergrößert wird. Als Ergebnis besitzt jede Speicherzelle
eine vergrößerte Kapazität.
Alternativ kann in den Mittelteil der oberen Oberfläche
jeder Speicherknotenelektrode eine Ausnehmung
eingearbeitet werden. In diesem Falle nimmt die Kapazität
jeder Speicherzelle ebenfalls zu. Weiter kann die
Oberfläche der Speicherknotenelektrode auch auf jede
andere Weise zur Vergrößerung der Kapazität der
Speicherzellen bearbeitet werden.
Nachfolgend wird der DRAM entsprechend einer siebten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die Fig. 15A bis 15D beschrieben. Der
elementtrennende Isolierfilm der ersten Ausführungsform
ist ein durch selektive Oxidation gebildeter
Feldisolierfilm. Bei der siebten Ausführungsform wird von
einem elementtrennenden Isolierfilm eines Grabentyps
Gebrauch gemacht. Im einzelnen werden in der Oberfläche
des Siliziumsubstrates 1 Gräben 20 eingearbeitet, und
dann wird in diesen Gräben ein elementtrennender
Isolierfilm 2a mit Hilfe des CVD-Verfahrens vergraben.
Der Film 2a kann aus Siliziumoxid bestehen. Alternativ
kann es ein zweischichtiger Film sein, der aus einem auf
den inneren Oberflächen der Gräben 20 gebildeten
SiO2-Film und einem, auf dem SiO2-Film gebildeten
polykristallinen Siliziumfilm mit einer Dicke von 100 nm
besteht. Die Seiten jedes Grabens können senkrecht stehen
oder geneigt sein.
Nunmehr soll noch der DRAM gemäß einer achten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die Fig. 16A bis 16D beschrieben werden.
Der DRAM dieser Ausführungsform besitzt MOS-Transistoren
eines Typs, der sich von den Planarkanal-MOS-Transistoren
der ersten Ausführungsform unterscheidet. Eine
Stapelspeicherzelle des gleichen Typs wie dem bei der
vorliegenden Erfindung verwendeten weist einen
MOS-Transistor in der untersten Schicht auf. Dies
bedeutet, daß der MOS-Transistor einer Wärmebehandlung
ausgesetzt ist, die beispielsweise bei 900°C während
einer Dauer von 400 Minuten zur Zeit der Ausbildung eines
MOS-Kondensators durchgeführt wird. Der MOS-Transistor
wird daher sehr wahrscheinlich durch die Wärmebehandlung
angegriffen. Demgegenüber besitzt der DRAM der achten
Ausführungsform MOS-Transistoren, die mit Gräben versehen
sind und daher gegen eine intensive Wärmebehandlung immun
sind. Die Kanäle der mit Gräben versehenen
MOS-Transistoren erstrecken sich entlang eines Grabens in
der Oberfläche des Substrates. Genauer gesagt werden
p-Schichten 21, welche die effektiven Kanalbereiche der
mit Gräben versehenen MOS-Transistoren darstellen, am
Boden des Grabens mit Abstand voneinander gebildet. Da an
den Seiten der Gräben P-Schichten (mit einer niedrigen
Störstellenkonzentration) gebildet werden, besitzt jeder
mit Gräben versehene MOS-Transistor eine hohe
Drain-Durchbruchsspannung. Die Speicherzellen, von denen
jede einen mit Gräben versehenen MOS-Transistor besitzt,
fallen kleiner als jene aus, die einen
Planarkanal-MOS-Transistor aufweisen.
Es können verschiedene Abänderungen und Ausführungsvarianten
der Erfindung ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine
Aluminiumleitung oberhalb der Kondensatorgegenelektrode angebracht
und in Kontakt mit der Wortleitung für jeweils 32
Speicherzellen gebracht werden, wodurch der Widerstand der
Wortleitung verringert wird. Kurz gesagt können
Shunt-Techniken angewandt werden.
Weiter können die Isolierfilme 8 und 9 mit Hilfe einer
Vorspannungsaufstäubung zur Erzeugung glatter Oberflächen
erzeugt werden, anstatt mit Hilfe des bei den oben
beschriebenen Ausführungsformen angewandten
Schmelzprozesses.
Weiter können die Speicherknotenelektroden aus drei, vier
oder mehr Schichten bestehen, anstatt aus nur zwei
Schichten, wie bei den oben beschriebenen
Ausführungsformen. Jede der Speicherknotenelektroden
besitzt eine vergrößerte Oberflächenausdehnung durch
Überlappen dieser Schichten, wodurch der Kondensator der
Speicherzelle genügend elektrische Ladung aufnimmt, ohne
daß die Notwendigkeit besteht, die Dicke des
Kondensatorisolierfilmes zu verringern, wenn die
Speicherzelle kleiner ausgeführt wird.
Claims (9)
1. Dynamische Speichereinrichtung mit wahlfreiem Zugriff
mit mindestens zwei Speicherzellen, mit ersten und
zweiten MOS-Transistoren auf einem Halbleitersubstrat
(1), von denen jeder eine Source, einen Drain und ein
Gate (4) besitzt, mit oberhalb von den Transistoren
jeweils angeordneten ersten und zweiten
Kondensatorelektroden (13a, 13b) zur elektronischen
Ladungsspeicherung, wobei sich die
Kondensatorelektroden durch jeweilige Kontaktlöcher in
zwischen den MOS-Transistoren und den
Kondensatorelektroden angeordneten Isolierfilmen (6, 8,
11a, 11b) erstrecken und jeweils an die
Drain-Elektroden der MOS-Transistoren angeschlossen
sind, und mit einem Kondensatorisolierfilm (15), der
jeweils auf der ersten und zweiten Kondensatorelektrode
zwischen dieser und einer Kondensatorgegenelektrode
(16) angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - mindestens ein Teil der zweiten Kondensatorelektrode (13b) gegenüber der ersten Kondensatorelektrode (13a) auf Abstand gehalten und oberhalb derselben, sie teilweise überlappend, angeordnet ist; und
- - die Kondensatorgegenelektrode (16) einen zwischen die sich überlappende Teile der ersten und der zweiten Kondensatorelektrode (13a, 13b) eingefügten Abschnitt aufweist.
2. Dynamische Speichereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Isolierfilme (6, 8, 11a, 11b) einen ersten Isolierfilm (6, 8) umfassen, der auf den ersten und zweiten MOS-Transistoren gebildet ist,
- - auf dem ersten Isolierfilm (6, 8) Bitleitungen (10) gebildet sind, die sich durch ein Kontaktloch (9) im ersten Isolierfilm (6, 8) erstrecken und an die Source-Elektrode des ersten bzw. zweiten MOS-Transistors angeschlossen sind, und
- - die Isolierfilme (6, 8, 11a, 11b) einen zweiten Isolierfilm (11a, 11b) umfassen, der auf den Bitleitungen (10) gebildet ist.
3. Dynamische Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gate
(4) als eine Wortleitung fungiert.
4. Dynamische Speichereinrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die ersten
und zweiten Kondensatorelektroden (13a, 13b) in einem
schachtbrettartigen Muster angeordnet sind.
5. Dynamische Speichereinrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Fläche der ersten Kondensatorelektrode (13a), die
der Kondensatorgegenelektrode (16) gegenübersteht, die
gleiche Fläche besitzt wie eine Oberfläche der zweiten
Kondensatorelektrode (13b), die der
Kondensatorgegenelektrode (16) gegenübersteht.
6. Dynamische Speichereinrichtung nach einem der
Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bitleitungen (10) und Kondensatorelektroden (13a,
13b) über Anschlußelektroden (7) mit den Source- bzw.
Drain-Elektroden der MOS-Transistoren verbunden sind.
7. Dynamische Speichereinrichtung nach einem der
Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Bitleitungen (10) auf einem Elementisolierbereich (2) gebildet sind, und
- - sie die auf den Gates der ersten und der zweiten MOS-Transistoren gebildeten Wortleitungen unter einem rechten Winkel queren.
8. Dynamische Speichereinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Anschlußelektroden (7) der Bitleitungen (10)
über den Elementisolierbereich (2) erstrecken.
9. Verfahren zur Herstellung einer dynamischen
Speichereinrichtung mit wahlfreiem Zugriff, mit
mindestens zwei Speicherzellen,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Bilden von ersten und zweiten MOS-Transistoren auf einem Halbleitersubstrat (1);
- - Bilden eines Isolierfilms (6, 8, 11a, 11b) auf den ersten und zweiten MOS-Transistoren;
- - Herstellen eines ersten Kontaktloches im Isolierfilm und Bilden einer ersten Kondensatorelektrode (13a), die an die Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors angeschlossen ist;
- - Bilden eines Abstandsfilms (14) auf der ersten Kondensatorelektrode (13a);
- - Herstellen eines zweiten Kontaktloches im Abstandsfilm (14) und im Isolierfilm (6, 8, 11a), 11b) und Bilden einer zweiten Kondensatorelektrode (13b), die an die Drain-Elektrode des zweiten MOS-Transistors angeschlossen ist, wobei die zweite Kondensatorelektrode (13b) gegenüber der ersten Kondensatorelektrode (13a) auf Abstand gehalten und oberhalb derselben, sie teilweise überlappend, angeordnet ist;
- - Durchführen einer isotropen Ätzung des Abstandsfilmes (14), wodurch der Abstandsfilm (14) entfernt wird;
- - Bilden eines Kondensatorisolierfilms (15), der die erste und die zweite Kondensatorelektrode (13a, 13b) bedeckt; und
- - Bilden einer Kondensatorgegenelektrode (16) auf der ersten und der zweiten Kondensatorelektrode mit Hilfe des Verfahrens der chemischen Dampfniederschlagung, derart, daß ein Teil der Kondensatorgegenelektrode (16) den Spalt zwischen den einander überlappenden Teilen der ersten und der zweiten Kondensatorelektroden (13a, 13b) ausfüllt.
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Legal Events
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Ipc: G11C 11/404 |
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D2 | Grant after examination | ||
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