DE60315290T2

DE60315290T2 - Ferroelektrische speicheranordnung mit verbesserter ausfallsicherheit und hoeherer speicherdichte

Info

Publication number: DE60315290T2
Application number: DE60315290T
Authority: DE
Inventors: Michael Jacob; Uwe Wellhausen
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: DE60315290D1; EP1509923B1; KR20050010863A; EP1509923A1; JP2005528788A; US6858890B2; WO2003102957A1; TWI244754B; CN1659661A; US20030222279A1; CN100562941C; TW200401439A; KR100644999B1

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft integrierte Speicherschaltungen (ICs). Die Erfindung betrifft insbesondere Speicher-ICs, beispielsweise ferroelektrische Speicher-ICs, mit Reihenarchitektur.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ferroelektrische Metalloxid-Keramikmaterialien wie etwa Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) sind im Hinblick auf eine Verwendung in ferroelektrischen Halbleiterspeicherbauelementen untersucht worden. Es können auch andere ferroelektrische Materialien, beispielsweise Strontium-Bismut-Tantalat (SBT), verwendet werden. 1 zeigt eine herkömmliche ferroelektrische Speicherzelle 105 mit einem Transistor 130 und einem ferroelektrischen Kondensator 140. Eine Kondensatorelektrode 142 ist an eine Plattenleitung 170 gekoppelt, und eine andere Kondensatorelektrode 141 ist an den Transistor gekoppelt, der den Kondensator je nach dem Zustand (aktiv oder inaktiv) einer an das Transistorgate gekoppelten Wortleitung 150 selektiv an eine Bitleitung 160 koppelt oder von dieser entkoppelt.
Der ferroelektrische Speicher speichert Informationen in dem Kondensator als remanente Polarisation. Der in der Speicherzelle gespeicherte Logikwert hängt von der Polarisation des ferroelektrischen Kondensators ab. Zur Änderung der Polarisation des Kondensators muß eine Spannung, die größer ist als die Schaltspannung (Koerzitivspannung) an seine Elektroden angelegt werden. Ein Vorteil des ferroelektrischen Kondensators besteht darin, daß er nach Abschalten des Stroms seinen Polarisationszustand beibehält, was zu einer nichtflüchtigen Speicherzelle führt.
2 zeigt mehrere ferroelektrische Speicherzellen, die in einer Kette 202 konfiguriert sind. Eine derartige Speicherarchitektur wird beispielsweise in Takashima et al., 1997 Symposium an VLSI Circuits Digest of Technical Papers, S. 83f und Takashima et al., IEEE J. Solid-State Circuits, Band 33, S. 787-792, Mai 1998, die zu allen Zwecken durch Bezugnahme hier aufgenommen sind, beschrieben. Die Speicherzellen 205 der Kette, jeweils mit einem parallel an einen Kondensator 240 gekoppelten Transistor 230, sind in Reihe gekoppelt. Die Gates der Zelltransistoren sind beispielsweise Gateleiter, die entweder als Wortleitungen dienen oder an diese gekoppelt sind. Ein Ende 213 der Kette ist an eine Bitleitung gekoppelt, während das andere Ende 214 an eine Plattenleitung gekoppelt ist. Mehrere Ketten sind miteinander verbunden oder werden von Wortleitungen addressiert, um einen Speicherblock oder ein Speicherarray zu bilden.
3 zeigt einen herkömmlichen Querschnitt einer Speicherkette 302. Wie gezeigt sind die Transistoren 330 der Speicherzellen auf einem Substrat 310 ausgebildet. Benachbarte Zelltransistoren teilen sich ein gemeinsames Diffusionsgebiet. Die Kondensatoren 340 der Speicherkette sind paarweise gruppiert. Die untere Elektrode 341 dient als eine gemeinsame Elektrode für benachbarte Kondensatoren. Die obere Elektrode 342 eines Kondensators von einem Kondensatorpaar ist an die obere Elektrode eines Kondensators eines benachbarten Paars gekoppelt, wodurch eine Kaskade entsteht. Die oberen Kondensatorelektroden sind über AATE-(active area top electrode – aktiver-Bereich-obere-Elektrode)-Plugs 386 an die Zelltransistoren gekoppelt.
Das Koppeln der oberen Elektroden von benachbarten Kondensatorpaaren wird herkömmlicherweise mit Plugs 348 und einer leitenden Linie 362 erzielt. Folglich erfordert die Verwendung von verketteten Architekturen einen zusätzlichen Metallprozeß, der die Ausbildung von Kontaktplugs und metallischen Linien beinhaltet. Die Notwendigkeit für einen zusätzlichen Metallprozeß erhöht die Herstellungskosten sowie die Rohprozeßzeit. Zudem erfordert die Ausbildung von Kontakten einen zusätzlichen Strukturierungs- oder Ätzschritt, der zusätzliche Ätzbeschädigung erzeugt.
4 zeigt eine Draufsicht auf zwei benachbarte Kondensatorpaare 309 einer Speicherkette. Ein oberer Kondensatorelektrodenplug 386 befindet sich zwischen den Kondensatorpaaren. Die Verwendung von solchen oberen Kondensatorelektrodenplugs erfordert einen Abstand von 3F zwischen den Kondensatorpaaren, wobei F die Strukturmerkmalsgröße oder Grundregel des IC ist. Ein F ist auf jeder Seite des Plugs zur Trennung von den unteren Elektroden der benachbarten Kondensatorpaare erforderlich, während ein F für den Plug erforderlich ist. Die benötigte Beabstandung erhöht die Zellgröße unerwünschterweise.
Eine ferroelektrische Speicherkette gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus dem Dokument "A fully planarized 8 M bit Ferroelectric RAM with 'Chain' cell structure" von Ozaki et al., Symposium an VLSI Technology, Digest of Technical Papers, Kyoto, Japan, Seite 113-114, am 12.6.2001 veröffentlicht, bekannt.
Aus dem Dokument US-6,242,299 ist ein mit einem aktiven Bereich eines Transistors verbundener ferroelektrischer Kondensator bekannt, wobei ein dielektrischer Abstandshalter an den Seitenwänden von und über dem Kondensator angeschlossen ist und eine leitende Kontaktbrücke die obere Elektrode des Kondensators mit dem aktiven Bereich verbindet, wobei die Kontaktbrücke von der unteren Elektrode und dem Dielektrikum des Kondensators durch den dielektrischen Abstandshalter isoliert ist.
Aus der vorausgegangenen Erörterung ist es wünschenwert, eine verkettete Architektur bereitzustellen, ohne daß ein zusätzlicher Metallprozeß erforderlich ist und die Zellgröße reduziert werden muß.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die integrierte Schaltung der Erfindung wird durch Anspruch 1 definiert.
Die Erfindung betrifft ICs, die einen Speicherblock oder ein Speicherarray mit einer verketteten Architektur aufweisen. Die Erfindung betrifft insbesondere das Reduzieren einer Metallschicht in einer verketteten Architektur. Bei einer verketteten Architektur teilen sich Speicherzelltransistoren ein gemeinsames Diffusionsgebiet mit benachbarten Transistoren. Zellkondensatoren sind paarweise gruppiert, wobei untere Elektroden innerhalb des Paars gemeinsam sind. Obere Elektroden von benachbarten Kondensatoren von benachbarten Kondensatorpaaren sind zusammen an ein gemeinsames Diffusionsgebiet eines Zelltransistors gekoppelt (z.B. aktiver Bereich oder (AA)). Für an den Enden der Kette liegende Speicherzellen sind ihre oberen Elektroden an die Diffusionsgebiete ihrer jeweiligen Zelltransistoren gekoppelt. Untere Elektroden sind an die anderen Diffusionsgebiete der Zelltransistoren gekoppelt.
Gemäß der Erfindung wird eine leitende Kontaktbrücke verwendet, um die oberen Elektroden der Kondensatoren mit den AA zu koppeln. Abstandshalter sind an den Seitenwänden der Kondensatoren vorgesehen, wobei sich die Abstandshalter höchstens bis zu einer Höhe der oberen Oberflächen der oberen Elektroden der Kondensatoren erstrecken, wodurch die Kontaktbrücke von den verschiedenen Schichten der Kondensatoren isoliert wird. Die Abstandshalter gestatten, daß die Kontaktbrücke selbst justiert ist. Die Abstandshalter dienen auch als Verkapselung für das ferroelektrische Material. Bei einer Ausführungsform besteht das Abstandshaltermaterial aus Aluminiumoxid.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die die oberen Elektroden an den AA koppelnden Kontakte niedriger als die die unteren Elektroden an den AA koppelnden Kontakte. Dies gestattet vorteilhafterweise, daß die Justierung der unteren Elektrode zu dem Kontakt der oberen Elektroden unkritisch ist. Durch die Verwendung der Kontaktbrücke als eine lokale Zwischenverbindung zwischen den oberen Elektroden und dem AA entfällt die Notwendigkeit für eine zusätzliche Metallschicht, was die Verarbeitungskosten reduziert.
KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine herkömmliche ferroelektrische Speicherzelle;
2 zeigt eine herkömmliche Speicherkette;
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Speicherkette;
4 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer herkömmlichen Speicherkette;
5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Speicherzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6-10 zeigen einen Prozeß zum Ausbilden einer Speicherkette gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
11 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Speicherkette gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein verkettete Speicherarchitekturen. Bei einer Ausführungsform betrifft die Erfindung mit verketteten Architekturen implementierte ferroelektrische Speicherzellen. Die Erfindung kann auch für in einer verketteten Architektur angeordnete andere Arten von Speicherzellen gelten. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Speicherkette 402 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Speicherkette umfaßt mehrere auf einem Substrat 410 ausgebildete Speicherzellen 405₁ -405_x . Die Speicherzellen umfassen jeweils einen parallel an einen Kondensator gekoppelten Zelltransistor 430. Die Zellen der Kette sind in Reihe gekoppelt. Als Veranschaulichung umfaßt die Speicherkette 8 Speicherzellen (d.h. x = 8). Das Bereitstellen einer Speicherkette mit einer anderen Zahl an Speicherzellen eignet sich ebenfalls. Bevorzugt beträgt die Anzahl an Zellen innerhalb einer Kette gleich 2^y, wobei y eine ganze Zahl ≥ 1 ist.
Die Transistoren sind beispielsweise n-FETs. Es können auch p-FETs, eine Kombination aus p- und n-FETs oder andere Arten von Transistoren verwendet werden. Bei einer Ausführungsform teilt sich ein Transistor 430 ein gemeinsames Diffusionsgebiet mit einem benachbarten Transistor. Ein nichtgezeigter Auswahltransistor kann an einem Ende der Kette vorgesehen sein, wodurch die Kette selektiv mit einer Bitleitung gekoppelt oder von dieser entkoppelt wird. Der Auswahltransistor kann sich ein gemeinsames Diffusionsgebiet mit dem ersten Zelltransistor der Kette teilen.
Über den Transistoren sind Zellkondensatoren vorgesehen. Die Kondensatoren sind in einer Ausführungsform ferroelektrische Kondensatoren. Alternativ können andere Arten von Kondensatoren wie etwa nicht-ferroelektrische Speicherkondensatoren vorgesehen sein. Der ferroelektrische Kondensator umfaßt eine ferroelektrische Schicht wie etwa Blei-Zirconium-Titanat (PZT). Es sind auch andere ferroelektrische Materialien wie etwa Strontium-Bismut-Tantalat (SBT) geeignet. Es sind auch mehrschichtige ferroelektrische Strukturen geeignet. Die ferroelektrische Schicht ist zwischen beispielsweise aus einem Edelmetall (z.B. Platin) ausgebildeten ersten und zweiten Elektroden angeordnet. Es können auch andere Arten leitender Materialien wie etwa Strontium-Ruthenium-Oxid (SRO) oder Iridiumoxid (IrO) verwendet werden. Es sind auch mehrschichtige Elektrodenstrukturen, die zusätzliche Materialien wie etwa Ti, TiN, Ir oder andere umfassen können, geeignet. Die ersten und zweiten Elektroden brauchen nicht aus dem gleichem Material ausgebildet zu sein.
Es ist eine Zwischenebenendielektrikumsschicht (ILD – interlevel dielectric) 426 vorgesehen, die die Transistoren und Kondensatoren trennt. Das ILD umfaßt beispielsweise Siliziumoxid. Zum Ausbilden des ILD können andere Arten von dielektrischen Materialien wie etwa Siliziumnitrid verwendet werden.
Eine Barrierenschicht kann zwischen dem Plug und der unteren Elektrode vorgesehen sein, um die Diffusion von beispielsweise Sauerstoff zu dem Plug zu verhindern oder zu blockieren. Die Barrierenschicht umfaßt bei einer Ausführungsform Iridium. Es eignen sich auch andere Arten von Barrierenschichten. Die Verwendung von Barrierenschichten eignet sich insbesondere für ferroelektrische Dielektrika mit einem hohen k-Wert oder andere Anwendungen, wo Plugoxidation ein Problem ist. Zwischen der Barrierenschicht und der ILD-Schicht kann auch eine Haftschicht vorgesehen sein, um die Haftung der Barrierenschicht zu fördern. Die Haftschicht kann beispielsweise Titan umfassen. Es eignen sich auch andere Arten von Materialien, die die Haftung zwischen dem ILD und der Barrierenschicht fördern.
Bei einer Ausführungsform teilen sich zwei benachbarte Kondensatoren 440 eine gemeinsame Elektrode, wodurch die Kondensatoren zu Paaren 409 gruppiert werden. Bevorzugt teilen sich die Kondensatoren eine untere gemeinsame Elektrode. AABE-(Active area bottom electrode – aktiver-Bereich-untere-Elektrode)-Plugs 485 sind in dem ILD vorgesehen, die jeweils eine untere Elektrode eines Kondensators an eines der Diffusionsgebiete eines Transistors koppeln. Bevorzugt koppelt ein AABE-Plug eine untere Elektrode eines Kondensatorpaars an eines der gemeinsamen Diffusionsgebiete eines Transistors. Die Plugs umfassen beispielsweise Wolfram (W). Es können auch andere Arten von leitenden Materialien wie etwa dotiertes poly-Si verwendet werden. Für poly-Si-Plugs kann zwischen dem Plug und dem Kondensator ein Metallsilizid, das beispielsweise Kobalt oder Titan umfaßt, vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die oberen Elektroden von zwei benachbarten Kondensatoren von benachbarten Kondensatorpaaren über eine leitende Kontaktbrücke 490 gekoppelt. Eine Kontaktbrücke ist über einen AATE-Plug 486 an das andere Diffusionsgebiet eines Transistors gekoppelt. Bevorzugt koppelt eine Kontaktbrücke die obere Elektrode von zwei benachbarten Kondensatoren von verschiedenen Kondensatorpaaren über einen AATE-Plug an das andere gemeinsame Diffusionsgebiet von zwei Transistoren.
Bei einer Ausführungsform werden die AATE und AABE durch separate Prozesse ausgebildet. Die AATE-Plugs werden mit ihren oberen Oberflächen unter den oberen Oberflächen der AABE-Plugs ausgebildet. Durch Vorsehen von AATE-Plugs, die niedriger sind als die AABE-Plugs, wird vorteilhafterweise das Prozeßfenster vergrößert, da die Ausrichtung zwischen den unteren Elektroden 441 und Flugs unkritisch ist. Zudem können die verschiedenen Flugs separat optimiert werden. Alternativ können die AATE- und AABE-Plugs im gleichen Prozeß ausgebildet werden.
Die Kontaktbrücke kontaktiert die oberen Kondensatorelektroden. Im allgemeinen sollte die Kontaktbrücke die Elektroden ausreichend kontaktieren, um die gewünschten elektrischen Charakteristiken bereitzustellen. Beispielsweise kontaktiert die Kontaktbrücke etwa die Hälfte des Flächeninhalts der oberen Elektrode. Die Kontaktbrücke umfaßt bei einer Ausführungsform poly-Si. Zur Ausbildung der Kontaktbrücke können auch andere Arten von leitenden Materialien verwendet werden, wie etwa Aluminium, Titannitrid, Titan, Wolfram sowie mehrschichtige leitende Strukturen.
Bei einer Ausführungsform sind Abstandshalter 478 an den Seitenwänden des Kondensators vorgesehen, um die Seiten der Kondensatoren elektrisch von der leitenden Kontaktbrücke zu isolieren, wodurch verhindert wird, daß die Elektroden kurzgeschlossen werden. Die Abstandshalter umfassen ein dielektrisches Material wie etwa Aluminiumoxid (Al₂O₃). Es eignen sich auch andere Arten von dielektrischen Materialien, einschließlich Titanoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder eine mehrschichtige dielektrische Struktur. Bei einer Ausführungsform dienen die Abstandshalter vorteilhafterweise auch als Verkapselungsschicht für das ferroelektrische Material, wodurch es vor Kontaminaten, zum Beispiel Wasserstoff oder Wasser, geschützt wird. Eine Verkapselungsschicht 493 kann über den Kondensatoren und Kontaktbrücken vorgesehen sein, wodurch die Speicherkette beispielsweise vor Wasserstoff geschützt wird, der die Eigenschaften des ferroelektrischen Materials degradiert.
Ein Ende der Speicherkette ist an eine Bitleitung gekoppelt, während das andere Ende an eine Plattenleitung gekoppelt ist. Die Gates der Zelltransistoren beispielsweise dienen als Wortleitungen oder sind an diese gekoppelt. Die Bitleitung und Plattenleitung können auf der ersten Metallebene ausgebildet sein, während die Wortleitungen auf einer zweiten Metallebene ausgebildet sind. Andere Arten von Verdrahtungsverfahren sind ebenfalls geeignet.
Die 6-10 zeigen einen Prozeß zum Ausbilden einer Speicherkette gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Unter Bezugnahme auf 6 wird ein Halbleitersubstrat 510 vorgesehen. Das Substrat wird mit Zelltransistoren der Speicherkette hergestellt. Auch andere Komponenten für den nichtgezeigten IC können auf dem Substrat hergestellt werden. Die Zelltransistoren teilen sich bei einer Ausführungsform ein gemeinsames Diffusionsgebiet mit benachbarten Zelltransistoren. Die Zelltransistoren sind beispielsweise n-FETs. Es können auch p-FETs, eine Kombination aus n- und p-FETs oder andere Arten von Transistoren verwendet werden.
Eine ILD-Schicht 525 ist über dem Substrat vorgesehen. Das ILD umfaßt beispielsweise Siliziumoxid. Es sind auch andere Arten von dielektrischen Materialien wie etwa Siliziumnitrid, dotiertes oder undotiertes Silikatglas oder Aufschleuderglas geeignet. Es eignen sich auch mehrschichtige ILD-Strukturen. Zum Ausbilden des ILD können verschiedene Techniken wie etwa chemische Dampfabscheidung (CVD) verwendet werden.
In dem Dielektrikum werden Plugs 585 und 586 ausgebildet, die zu Diffusionsgebieten der Zelltransistoren koppeln. Bei einer Ausführungsform koppeln Plugs 585 (AABE) die unteren Kondensatorelektroden zu den Transistoren, während Plugs 586 (AATE) die oberen Kondensatorelektroden zu den Transistoren koppeln. Die Plugs umfassen beispielsweise ein leitendes Material wie etwa poly-Si. Es können auch andere Arten von leitendem Material wie etwa Wolfram (W) verwendet werden.
Die Plugs werden unter Verwendung herkömmlicher Techniken ausgebildet. Beispielsweise wird eine Lackschicht auf der ILD-Schicht abgeschieden und strukturiert, um Öffnungen entsprechend Durchkontakten auszubilden, in denen Plugs ausgebildet werden. Eine anisotrope Ätzung, wie etwa reaktives Ionenätzen (RIE), wird dann durchgeführt. Das RIE beseitigt von der Lackmaske exponierte Abschnitte der ILD-Schicht, wodurch Durchkontakte hergestellt werden. Dann wird ein leitendes Material auf dem Substrat abgeschieden, wodurch die Durchkontakte gefüllt werden. Überschüssiges leitendes Material über dem ILD wird dann beispielsweise durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) beseitigt. Das CMP erzeugt eine planare Oberfläche zwischen den Plugs und dem ILD.
Eine Linerschicht wie etwa Titan kann dann auf dem Substrat abgeschieden werden, um die Durchkontaktwände vor dem Füllen der Durchkontakte auszukleiden. Die Linerschicht kann zur Silizidierung des Substratmaterials verwendet werden, um den Kontaktwiderstand zu reduzieren. Zum Auskleiden der Durchkontaktwände kann auch eine Barriere wie etwa Titannitrid vorgesehen sein. Die Barrierenschicht blockiert eine Reaktion zwischen den Materialien des Substrats und des Plugs. Je nachdem, ob die Liner- und/oder Barrierenschicht leitend sind oder nicht, kann der Boden des Durchkontakts entfernt werden, um das Diffusionsgebiet zu exponieren.
Bei einer Ausführungsform werden die AATE- und AABE-Plugs separat hergestellt. Die Höhe der AATE-Plugs 586 ist niedriger als die Höhe der AABE-Plugs 585. Beispielsweise wird eine erste dielektrische Schicht abgeschieden, gefolgt von der Ausbildung von AATE-Plugs. Danach wird eine zweite dielektrische Schicht abgeschieden und die AABE-Plugs werden ausgebildet. Das separate Ausbilden der Plugs ist besonders geeignet für Anwendungen, bei denen die Plugs für die oberen und unteren Elektroden verschiedene elektrische Charakteristiken wie etwa Widerstand erfordern. Wenn man AATE-Plugs hat, die niedriger sind als AABE-Plugs, wird zudem das Prozeßfenster vergrößert, da die Ausrichtung zwischen den Plugs und unteren Kondensatorelektroden unkritisch ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden AATE-Plugs 586, die zum Koppeln der Transistoren zu den oberen Elektroden verwendet werden, über zwei Prozeßschritte ausgebildet. Beispielsweise weisen AATE-Plugs 586 die gleichen oder ähnliche elektrische Anforderungen auf wie jene für periphere Einrichtungen (z.B. Widerstand). Als solcher wird der untere Abschnitt von AATE-Plugs während der Ausbildung von Flugs für periphere Einrichtungen ausgebildet. Alternativ können Flugs 586 in einem einzelnen Prozeßschritt ausgebildet werden.
Unter Bezugnahme auf 7 werden die verschiedenen Kondensatorschichten auf dem Substrat abgeschieden. Bei einer Ausführungsform umfassen die Kondensatorschichten Schichten zum Ausbilden ferroelektrischer Kondensatoren. Zum Ausbilden eines ferroelektrischen Kondensators werden eine erste Elektrode 641, eine ferroelektrische Schicht 646 und eine zweite Elektrode 646 nacheinander auf dem Substrat abgeschieden. Bei einer Ausführungsform umfaßt das Elektrodenmaterial ein Edelmetall wie etwa Platin, das ferroelektrische Material umfaßt Blei-Zirkonium-Titanat (PZT). Es können auch andere leitende und ferroelektrische Materialien verwendet werden. Beispielsweise kann zum Ausbilden der ferroelektrischen Schicht auch Strontium-Bismut-Tantalat (SBT) verwendet werden, während zum Ausbilden der Elektroden andere leitende Oxide wie etwa SRO oder IrO verwendet werden können. Die ersten und zweiten Elektroden könnten auch aus verschiedenen leitenden Materialien ausgebildet werden. Bei alternativen Ausführungsformen werden die verschiedenen Kondensatorschichten verwendet, um nicht-ferroelektrische Kondensatoren wie etwa DRAM-(dynamic random access memory – dynamischer Direktzugriffsspeicher)-Kondensatoren auszubilden. Beispielsweise werden herkömmliche DRAM-Elektroden und dielektrische Schichten verwendet. Zum Ausbilden der verschiedenen Kondensatorschichten können unterschiedliche Techniken wie etwa CVD, MOCVD, PVD und Aufschleudern verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform wird eine Barrierenschicht vor dem Ausbilden der ersten Elektrode ausgebildet. Die Barrierenschicht umfaßt beispielsweise Iridium. Es können auch andere Materialien verwendet werden, die den Diffusionssauerstoff blockieren, wie etwa Titannitrid. Zur Förderung der Haftung zwischen der Barrierenschicht und dem ILD kann unter der Barrierenschicht eine Haftschicht vorgesehen sein. Die Haftschicht umfaßt bei einer Ausführungsform Titan. Alternativ können andere haftungsvermittelnde Materialien verwendet werden. Zum Ausbilden der Barrieren- und Haftschichten können verschiedene Techniken verwendet werden, beispielsweise PVD und CVD.
Für Anwendungen, wo der Plug poly-Si umfaßt, wird vor den Kondensatorschichten eine Metallsilizidschicht über dem ILD ausgebildet. Das Metallsilizid umfaßt beispielsweise Titan oder Kobalt. Es eignen sich auch andere Metallsilizide. Das Metallsilizid wird beispielsweise über herkömmliche Techniken ausgebildet.
Unter Bezugnahme auf 8 werden zum Ausbilden von oberen Abschnitten der Kondensatoren die dielektrischen und oberen Elektrodenschichten selektiv strukturiert. Zum Strukturieren der Schichten können herkömmliche Masken- und Ätztechniken verwendet werden. Beispielsweise wird auf der oberen Kondensatorschicht eine Hartmaske abgeschieden. Die Hartmaske umfaßt bei einer Ausführungsform SiO₂. Auch anderes Hartmaskenmaterial eignet sich. Eine Fotolackschicht wird auf der Hartmaskenschicht abgeschieden. Eine Antireflexschicht (ARC) kann unter dem Fotolack ausgebildet werden. Die Fotolackschicht wird strukturiert, wodurch ein Lackblock zurückbleibt, um die Hartmaskenschicht in Gebieten zu schützen, die dem Bereich des Kondensators entsprechen. Über ein anisotropes Ätzen wie etwa ein RIE werden die exponierten Abschnitte der Hartmaskenschicht beseitigt, um die obere Kondensatorschicht zu exponieren. Der Lack wird entfernt, nachdem die Hartmaske strukturiert worden ist. Ein RIE wird dann durchgeführt, um die von der Hartmaske ungeschützte obere Elektroden- und dielektrische Schicht zu beseitigen, wodurch der obere Abschnitt der Kondensatoren ausgebildet wird.
Unter Bezugnahme auf 9 werden die untere Elektrode sowie Kondensatorschichten darunter (z.B. Silizid, Haftung und/oder Barriere) strukturiert, wodurch der untere Abschnitt der Kondensatoren ausgebildet wird. Das Strukturieren der unteren Elektrodenschicht erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer Hartmaske. Bei einer Ausführungsform dient die untere Elektrode als eine gemeinsame Elektrode für zwei benachbarte Kondensatoren. Der Prozeß des Ausbildens der unteren Abschnitte der Kondensatoren exponiert die oberen Oberflächen der AATE-Plugs. Die dielektrische Schicht wird überätzt, um sicherzustellen, daß die oberen Oberflächen der AATE-Plugs exponiert werden.
Eine Abstandshalteschicht 877 wird konform über dem Substrat abgeschieden, die Kondensatoren und Plugs 586 bedeckend. Bei einer Ausführungsform umfaßt die Abstandshalteschicht ein dielektrisches Material wie etwa Aluminiumoxid. Die Abstandshalteschicht dient auch als eine Verkapselungsschicht, wodurch das ferroelektrische Material beispielsweise gegenüber Wasserstoff geschützt wird. Andere dielektrische Materialien wie etwa Titanoxid, Siliziumnitrid oder andere Arten von Nitriden sind ebenfalls geeignet. Alternativ kann die Abstandshalteschicht auch aus einem mehrschichtigen dielektrischen Stapel ausgebildet werden, der SiO₂ und/oder Nitride umfaßt. Die Abstandshalteschicht wird beispielsweise durch Sputtern oder PVD abgeschieden. Andere Abscheidungstechniken wie etwa CVD oder ALD können ebenfalls zur Ausbildung der Abstandshalteschicht verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 10 erfolgt ein anisotropes Ätzen. Das Ätzen umfaßt beispielsweise ein RIE. Das RIE entfernt die horizontalen Abschnitte der Abstandshalteschicht, wodurch die Oberfläche der Kondensatoren und Plugs 586 exponiert wird, während Kondensatorseitenwände von Abstandshaltern 978 geschützt zurückbleiben.
Bei einer Ausführungsform wird eine Ätzstoppschicht über dem Substrat abgeschieden. Die Ätzstoppschicht umfaßt beispielsweise eine leitende Schicht wie etwa Titannitrid. Das Bereitstellen einer Ätzstoppschicht reduziert vorteilhafterweise spätere Ätzbeschädigung an den oberen Elektroden. Die Verwendung einer nichtleitenden Schicht wie etwa Siliziumoxid ist ebenfalls geeignet. Wenn eine nichtleitende Schicht verwendet wird, erfolgt ein Strukturierungsschritt, um einen Abschnitt der oberen Elektrode und Kontakte 586 zu exponieren.
Dann wird über dem Substrat eine leitende Schicht 991 ausgebildet, die die Kondensatoren bedeckt und das Gebiet zwischen zwei benachbarten Kondensatorpaaren ausreichend füllt. Das leitende Material umfaßt bei einer Ausführungsform dotiertes poly-Si. Es können auch andere Arten von leitenden Materialien wie etwa Titannitrid, Titan, Aluminium, Wolfram, Kupfer oder Platin, Legierungen davon oder eine Kombination davon verwendet werden. Zum Ausbilden der leitenden Materialien können verschiedene Techniken verwendet werden, wie etwa PVD oder CVD.
Danach wird die leitende Schicht strukturiert, wodurch Kontaktbrücken ausgebildet werden, die obere Elektroden von benachbarten Kondensatoren von benachbarten Kondensatorpaaren mit Plugs 586 koppeln. Bei einer Ausführungsform werden die Kontaktbrücken unter Verwendung herkömmlicher Maskierungs- und Ätztechniken ausgebildet. Die Kontaktbrücken kontaktieren die oberen Elektroden ausreichend, um die gewünschten elektrischen Charakteristiken zu produzieren. Bei einer Ausführungsform kontaktieren die Kontaktbrücken etwa die Hälfte der Oberfläche der oberen Elektroden.
Die Seitenwandabstandshalter isolieren die verschiedenen Schichten der Kondensatoren, wodurch ein Kurzschluß der Elektroden verhindert wird. Eine Verkapselungsschicht kann über den Kondensatoren abgeschieden werden. Die Verkapselungsschicht reduziert oder verhindert beispielsweise, daß Wasserstoff das ferroelektrische Material degradiert. Bei einer Ausführungsform umfaßt die Verkapselungsschicht Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid. Es können auch andere Arten von Verkapselungsmaterialien verwendet werden, die das ferroelektrische Material gegenüber Wasserstoff schützen. Die Verkapselungsschicht kann unter Verwendung herkömmlicher Techniken wie etwa PVD oder CVD ausgebildet werden. Die Verwendung der Abstandshalterschicht und der Kontaktbrücke liefert vorteilhafterweise einen selbstjustierten Prozeß zum Koppeln der oberen Elektroden zu den Transistoren, ohne daß ein Metallprozeß erforderlich ist.
11 zeigt ein Layout der Speicherzellen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie gezeigt sind zwei benachbarte Kondensatorpaare 909 vorgesehen. Ein AATE-Plug 986 befindet sich zwischen dem Kondensatorpaar. Eine Kontaktbrücke 990 koppelt die oberen Elektroden 642 von zwei benachbarten Kondensatoren von verschiedenen Kondensatorpaaren mit dem AATE-Plug. Durch Verwendung von Seitenwandabstandshaltern, um die Elektroden des Kondensators von der Kontaktbrücke zu isolieren, erleichtert die vorliegende Erfindung eine 1F-Beabstandung zwischen den Kondensatorpaaren. Dies führt vorteilhafterweise zu geringerer Zellgröße und reduzierten Herstellungskosten.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen besonders gezeigt und beschrieben worden ist, versteht der Fachmann, daß an der vorliegenden Erfindung Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, die innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche liegen. Der Schutzbereich der Erfindung sollte deshalb nicht unter Bezugnahme auf die obige Beschreibung, sondern unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit ihrem vollen Umfang an Äquivalenten bestimmt werden.

Claims

Integrierte Schaltung, umfassend: eine erste Speicherzelle einschließlich eines ersten Transistors mit ersten und zweiten Diffusionsgebieten und einem ersten Kondensator mit einer dielektrischen Kondensatorschicht zwischen oberen und unteren Elektroden, wobei die obere Elektrode des ersten Kondensators eine obere Oberfläche aufweist; eine zweite Speicherzelle einschließlich eines zweiten Transistors mit ersten und zweiten Diffusionsgebieten und einem zweiten Kondensator mit einer dielektrischen Kondensatorschicht zwischen oberen und unteren Elektroden, wobei die obere Elektrode des zweiten Kondensators eine obere Oberfläche aufweist, wobei die zweiten Diffusionsgebiete des ersten und zweiten Transistors ein gemeinsames Diffusionsgebiet bilden; eine dielektrische Schicht, die den ersten und zweiten Transistor bedeckt; eine in der dielektrischen Schicht ausgebildete Öffnung; einen in der Öffnung ausgebildeten und an das gemeinsame Diffusionsgebiet gekoppelten ersten Kontakt, wobei der erste und zweite Kondensator Seitenwände aufweisen; dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung weiterhin umfaßt: an den Seitenwänden der ersten und zweiten Kondensatoren angeordnete dielektrische Abstandshalter, wobei sich die dielektrischen Abstandshalter höchstens bis zu einer Höhe der oberen Oberflächen der oberen Elektroden des ersten und zweiten Kondensators erstrecken; eine leitfähige Kontaktbrücke, die die oberen Oberflächen der oberen Elektroden des ersten und zweiten Kondensators und den ersten Kontakt kontaktiert, wobei die dielektrischen Abstandshalter die leitfähige Kontaktbrücke gegenüber den unteren Elektroden und der dielektrischen Kondensatorschicht des ersten und zweiten Kondensators isoliert; eine weitere an der leitfähigen Kontaktbrücke und den oberen Elektroden des ersten und zweiten Kondensators angeordnete dielektrische Schicht.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Kondensatorschicht eine ferroelektrische Schicht ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die unteren Elektroden des ersten und zweiten Kondensators an jeweilige erste Diffusionsgebiete des ersten und zweiten Transistors über zweite Kontakte gekoppelt sind.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, wobei eine obere Oberfläche des ersten Kontakts unter einer oberen Oberfläche der zweiten Kontakte liegt.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die untere Elektrode des ersten Kondensators eine gemeinsame Elektrode mit einem dritten Kondensator einer dritten Speicherzelle ist und die untere Elektrode des zweiten Kondensators eine gemeinsame Elektrode eines vierten Kondensators einer vierten Speicherzelle ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: einen dritten Transistor mit erstem und zweitem Diffusionsgebiet, wobei das erste Diffusionsgebiet des dritten Transistors gemeinsam mit dem ersten Diffusionsgebiet des ersten Transistors ist; und einen vierten Transistor mit einem ersten und zweiten Diffusionsgebiet, wobei das erste Diffusionsgebiet des vierten Transistors ein gemeinsames Diffusionsgebiet mit dem ersten Diffusionsgebiet des zweiten Transistors ist.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abstandshalter ein dielektrisches Material umfassen.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 7, wobei das dielektrische Material eine Diffusion von Wasserstoff blockiert.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Abstandshalter Aluminiumoxid umfassen.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die leitfähige Kontaktbrücke ein Material umfaßt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polysilizium, Aluminium, Titan, Titannitrid, Wolfram, Platin und Kupfer, Legierungen davon oder einer Kombination davon.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die leitfähige Kontaktbrücke einen Stapel aus mehreren leitfähigen Materialien umfaßt.