Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamische
Speichervorrichtung mit wahifreiem Zugriff und insbesondere
einen Speicherkondensator&sub1; der einen Teil einer
Speicherzelle der dynamischen Speichervorrichtung mit wahlfreiem
Zugriff bildet.
Beschreibung des Standes der Technik
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Ein typisches Beispiel der Speicherzelle einer dynamischen
Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff ist als ein
Eintransistor-Einkondensator-Typ bekannt, der in der Fig. 1
gezeigt ist. Die Speicherzelle des Speichers mit wahlfreiem
Zugriff vom Eintransistor-Einkondensator-Typ ist durch eine
Reihenkombination aus einem n-Kanal-Feldeffekttransistor 1
und einem Speicherkondensator 2 realisiert, und ist
zwischen eine Bitleitung 3 und einen Referenzspannungsknoten 4
gekoppelt. Die Gate-Elektrode des
n-Kanal-Feldeffekttransistors 1 ist an eine wortleitung 5 gekoppelt, und der
n-Kanal-Feldeffekttransistor 1 bildet zwischen der Bitleitung 3
und dem Speicherkondensator 2 bei Anwesenheit einer
positiven hohen Spannung an der wortleitung 5 einen leitfähigen
Kanal. Von der Bitleitung 3 wird auf den
Speicherkondensator 2 ein Datenbit in Form von elektrischen Ladungen
eingeschrieben und die elektrischen Ladungen, die das Datenbit
anzeigen, erzeugen in einem Herauslesevorgang einen kleinen
Spannungsdifferenzpegel zwischen der Bitleitung 3 und einer
damit gepaarten anderen Bitleitung (nicht dargestellt).
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Wenn die Akkumulationselektrode 2a des Speicherkondensators
2 sich seitlich entlang der Hauptfläche eines
Siliziumsubstrats erstreckt, nimmt der Speicherkondensator 2 einen
großen Teil an nutzbarer Fläche des Siliziumsubstrats ein,
und ein derartiger Speicherkondensator vom Planartyp ist im
Hinblick auf hohe Integrationsdichte nicht wünschenswert.
Aus diesem Grund wurde ein Speicherkondensator vom
Grabentyp vorgeschlagen und Fig. 2 zeigt eine Speicherzelle mit
wahlfreiem Zugriff mit einem Graben-Kondensator gemäß dem
Stand der Technik.
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Eine Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches ist aus dem japanischen Patent
Abstracts, Vol 14, No. 70; und JP-A-12 87 956 bekannt.
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Die DE-A-38 44 388 zeigt eine teilweise ähnliche
Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff.
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Eine andere Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff ist
in den japanischen Patent Abstracts Vol 13, No. 78, und in
der JP-A-63260164 gezeigt. Bei dieser Vorrichtung ist die
Zelle auf dem ganzen Umfang eines Grabens in
selbstausrichtender Art und Weise ausgebildet.
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In Fig. 2 bezeichnen die Bezugsziffern 10 und 20 jeweils
einen Schalttransistor und einen in Reihe geschalteten
Speicherkondensator. Ein dicker Feldoxidfilm 11 ist
selektiv auf die Hauptfläche aufgewachsen, so daß auf der
Hauptfläche eines Siliziumsubstrats 12 aktive Bereiche definiert
sind, und der Schalttransistor 10 und der
Speicherkondensator 20 sind in einem aktiven Bereich gebildet. Zwei
Fremdatombereiche vom n-Typ 10a und 10b sind unter der
Hauptfläche
mit Abstand zueinander ausgebildet, und ein dünner
Gateoxidfilm 10c ist auf den Bereich zwischen den
Fremdatombereichen vom n-Typ 10a und 10b aufgewachsen. Auf dem
dünnen Gateoxidfilm 10c ist eine Gateelektrode 10d ausgebildet
und durch einen Isolierfilm 10e abgedeckt. Ein Graben ragt
in das Siliziumsubstrat 12 und ist durch einen Wandteil 11a
definiert, der mit Fremdatomen vom p-Typ dotiert ist. Der
p-dotierte Wandteil 11a ist so stark dotiert, daß sich eine
Verarmungsschicht nicht weit erstrecken kann, und aus
diesem Grund wird die Kapazität zwischen dem p-dotierten
Wandteil 11a und der Akkumulationselektrode 11b vom n-Typ
erhöht. Eine Akkumulationselektrode 11b vom n-Typ ist mit dem
p-dotierten Wandteil 11a in Kontakt gehalten, und stößt an
den Fremdatombereich 10b vom n-Typ. Ein dielektrischer Film
11c bedeckt die Akkumulationselektrode 11d vom n-Typ und
definiert einen zweiten Graben. Auf dem dielektrischen Film
11c ist eine Gegenelektrode 11d vom n-Typ vorgesehen, die
von einer Vielzahl von Speicherzellen, die einander
benachbart sind, geteilt wird. Die Gegenelektrode 11d ist mit
einem Isolierfilm 11e abgedeckt und durch den dielektrischen
Film 11e ist ein dritter Graben definiert, der mit
Polysilizium 11f gefüllt ist. Die Gateelektrode 10d bildet einen
Teil der zugehörigen Wortleitung und der Fremdatombereich
10a vom n-Typ ist elektrisch an eine Bitleitung
angeschlossen.
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Im Hinblick auf die Verringerung der Flächenbelegung ist es
wünschenswert, daß der Kondensator 20 vom Grabentyp so nah
als möglich am dicken Feldoxidfilm 11 liegt und aus diesem
Grund sind der Wandteil 11a vom p-Typ und die
Akkumulationselektrode 11b vom n-Typ im wesentlichen zu der
peripheren Kante des dicken Feldoxidfilms 11 ausgerichtet. Es wird
jedoch bei der Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff gemäß
dem Stand der Technik das Problem hervorgerufen, daß
zwischen der Akkumulationselektrode 11b vom n-Typ und dem
Wandteil 11a vorn p-Typ eine große Menge Leckstrom auftritt.
Dies ist wegen der Tatsache der Fall, daß thermischer Streß
infolge der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen Silizium und Siliziurnoxid um die periphere Kante
des dicken Feldoxidfilms 11 konzentriert. Wie vorstehend
beschrieben, ist der Übergang zwischen dem Wandteil 11a vom
p-Typ und der Akkumulationselektrode 11b vorn n-Typ
unterhalb der Umfangskante des dicken Feldoxidfilms 11 gelegen
und aus diesem Grund erzeugt die Konzentration an Belastung
eine Störung in der Kristalistruktur sowohl des Wandteils
11a vom p-Typ als auch der Akkumulationselektrode 11b vom
n-Typ, wo die Verarmungsschicht besetzt ist. Die Störung
neigt dazu, zwischen dem Wandteil 11a vom p-Typ und der
Akkumulationselektrode 11b vorn n-Typ einen Strompfad zu
erzeugen, und elektrische Ladungen, die für ein Datenbit
anzeigend sind, können durch den Strompfad fließen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine wichtige Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff mit einem
Speicherkondensator vom Grabentyp zu schaffen, der durch
Wärmespannungen weniger beeinflußbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches
gelöst.
Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Merkmale und Vorteile der Speichervorrichtung mit
wahlfreiem Zugriff gemäß der vorliegenden Erfindung gehen aus
der folgenden Beschreibung anhand der begleitenden Figuren
hervor, in welchen zeigt:
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Fig. 1 ein Schaltbild der Äquivalenzschaltung einer
Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff gemäß dem
Stand der Technik;
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Fig. 2 die Struktur der Speicherzelle mit wahlfreiem
Zugriff gemäß dem Stand der Technik im Schnitt;
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Fig. 3 die Struktur einer weiteren Speicherzelle mit
wahlfreiem Zugriff im Schnitt; und
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Fig. 4 die Struktur einer Speicherzelle mit wahlfreiem
Zugriff gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Bezugnehmend auf die Fig. 3 der Zeichnungen ist eine
Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff auf einem leicht
dotierten Einkristall-Siliziumsubstrat 31 hergestellt und die
Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff hat im Großen und
Ganzen einen Schalttransistor 32, der an eine Bitleitung
(nicht dargestellt) gekoppelt ist, und einen
Speicherkondensator 33, der elektrisch an den Schalttransistor
gekoppelt ist. Ein dicker Feldoxidfilrn 34 aus Siliziumdioxid ist
auf die Hauptfläche des Siliziumsubstrats 31 aufgewachsen,
und eine Vielzahl von aktiven Bereichen 35a und 35b sind
voneinander durch den dicken Feldoxidfilm 34 isoliert.
Anders ausgedrückt, die Umfangskante 34a des dicken
Feldoxidfilms 34 begrenzt die aktiven Bereiche 35a und 35b in der
Hauptfläche.
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Der Schalttransistor 32 hat hochdotierte Fremdatombereiche
32a und 32b vom n-Typ, die zueinander beabstandet sind,
einen dünnen Gateoxidfilm 32c, der auf den Bereich zwischen
den hochdotierten n-Typ-Fremdatombereichen 32a und 32b
aufgewachsen ist, und eine Gate-Elektrode 32d, die auf dem
Gateoxidfilm 32c ausgebildet ist. Die hochdotierten
Fremdatombereiche 32a und 32b dienen als Source- und
Drain-Bereiche des Schalttransistors, und die Gate-Elektrode 32d
bildet einen Teil einer Wortleitung. Obwohl in der Fig. 3
nicht gezeigt, ist der hochdotierte n-Typ-Fremdatombereich
32a an die Bitleitung gekoppelt. Die Gate-Elektrode 32d ist
mit einem Siliziumoxidfilm 35 abgedeckt.
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In dem Siliziumsubstrat 31 ist ein Graben ausgebildet und
ein Wandteil 33a, der den Graben definiert, ist mit p-Typ-
Fremdatomen hochdotiert. Da der Graben teilweise unterhalb
des dicken Feldoxidfilms 34 liegt, ist eine obere
Umfangskante 33aa des Wandteils 33a unter dem dicken Feldoxidfilm
34 gelegen und liegt im Abstand zu der Urnfangskante 34 des
dicken Feldoxidfilms 34. Der Wandteil 33a definiert einen
zweiten Graben und eine hochdotierte
n-Typ-Akkumulationselektrode 33b erstreckt sich entlang dem zweiten Graben,
um dazwischen einen p-n-Übergang zu bilden. Da der zweite
Graben immer noch teilweise unter dem dicken Feldoxidfilm
34 liegt, ist eine obere Umfangskante 33ba ebenfalls
teilweise unter dem dicken Feldoxidfilm 34 gelegen und zu der
Umfangskante 34a des dicken Feldoxidfilms 34 beabstandet.
Die hochdotierte n-Typ-Akkumulationselektrode 33b ist mit
dem hochdotierten n-Typ-Frerndatombereich 32b in Kontakt
gehalten, so daß ein Datenbit in Form von elektrischen
Ladungen die Akkumulationselektrode 33b erreicht.
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Die hochdotierte n-Typ-Akkumulationselektrode 33b ist mit
einem dielektrischen Film 33c abgedeckt, der einen dritten
Graben definiert. Eine Gegenelektrode 33d erstreckt sich
entlang dem dritten Graben sowie auch über den dicken
Feldoxidfilm 34 und wird zwischen Speicherkondensatoren
gemeinsam genutzt, die den Speicherkondensator 33 enthalten. Der
dielektrische Film 33c hat eine obere Umfangskante, die mit
dem Siliziumoxidfilm 35 und dem dicken Feldoxidfilm 34
zusammenfällt, so daß die Gegenelektrode 33d perfekt
gegenüber der akkumulierenden Elektrode 33b isoliert ist. Bei
diesem Beispiel ist der dielektrische Film aus Siliziumoxid
gebildet, es kann jedoch auch eine zusammengesetzte
dielektrische Filmstruktur für den Speicherkondensator 33
verwendet werden. Eine derartige zusammengesetzte dielektrische
Filmstruktur kann durch einen Siliziumnitridfilm
verwirklicht sein, der zwischen zwei Siliziumoxidfilmen
geschichtet ist. Die Gegenelektrode 33d ist mit einem
dielektrischen
Film 33e abgedeckt, und ein Spalt, der durch den
dielektrischen Film 33e definiert ist, ist mit einem
Polysiliziumblock 33f aufgefüllt.
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Bei diesem Beispiel ist die hochdotierte
n-Typ-Akkumulationselektrode 33b mit ungefähr 10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert und der
p-n-Übergang zwischen den hochdotierten p-Wandteil 33a und
der hochdotierten n-Akkumulationselektrode 33b ist mit
ungefähr 8 Volt negativ vorgespannt. Eine Verarmungsschicht
erstreckt sich von dem p-n-Übergang in den hochdotierten p-
Typ-Wandteil 33a und die hochdotierte
n-Typ-Akkumulationselektrode 33b, und mißt ungefähr 0,1 µm von dem p-n-
Übergang in die hochdotierte n-Typ-Akkumulationselektrode
33b. Daher ist der p-n-Ubergang gegenüber der Umfangskante
34a um wenigstens 0,1 µm seitlich versetzt, so daß die
Sperrschicht kaum durch Konzentration von Spannungen
infolge der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten von
Silizium und Siliziumdioxid beeinträchtigt wird.
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Im Betrieb, wenn ein Datenbit in die Speicherzelle mit
wahlfreiem Zugriff eingeschrieben wird, ist die
Gate-Elektrode 32d mit einem positiven hohen Spannungspegel
gespeist, und zwischen den hochdotierten
n-Typ-Fremdatombereichen 32a und 32b tritt ein leitfähiger Kanal auf, und
das Datenbit geht durch den Schalttransistor. Das Datenbit
erreicht die Akkumulationselektrode 33b und wird in Form
von elektrischen Ladungen gespeichert. Da irgendein
Kristalldefekt infolge der Konzentration von Spannungen
weniger wahrscheinlich in der Sperrschicht stattfindet, werden
die elektrischen Ladungen, die in der Akkumulationsschicht
33b akkumuliert sind, kaum in das Siliziumsubstrat
entladen, und das Datenbit wird für eine verlängerte Zeitspanne
gehalten. Das Datenbit wird aus dem Speicherkondensator 33
bei Anlegen des positiven hohen Spannungspegels an die
Gate-Elektrode 32d herausgelesen.
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Bezugnehmend auf Fig. 4 wird eine Speicherzelle mit
wahlfreiem Zugriff gemäß der Erfindung auf einem leicht
dotierten Einkristallsiliziumsubstrat 41 hergestellt, und ein
dicker Feldoxidfilm 42 wird selektiv auf die Hauptfläche
des Siliziumsubstrats 41 aufgewachsen, so daß eine
Umfangskante 42a aktive Bereiche definiert, wo die Speicherzellen
sowie auch periphere Schaltungen gebildet werden. Die
Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff hat im Großen und
Ganzen einen Schalttransistor 43 und einen Speicherkondensator
44 und der Schalttransistor 43 ist dem Schalttransistor 32
ähnlich. Aus diesem Grund sind die Komponentenbereiche und
Filme mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wie in der
Fig. 3 verwendet. Der Speicherkondensator 44 ist in den
aktiven Bereichen zusammen mit dem Schalttransistor 43
ausgebildet, ein Teil des Speicherkondensators 44 ist jedoch
unter dem dicken Feldoxidf ilm 42 ähnlich wie der
Speicherkondensator 33 gelegen.
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Ein hochdotierter Wandteil 44a und eine hochdotierte
Akkumulationselektrode 44b entsprechen jenen der Fig. 3 und es
wird im Folgenden keine weitere Beschreibung angeführt.
Einer der Unterschiede gegenüber der Fig. 3 ist eine
allgemein trichterförmige dielektrische Filmstruktur 44c und der
obere Teil 44ca der allgemein trichterförmigen
dielektrischen Filmstruktur 44c endet an einer Unterseite des dicken
Feldoxidfilms 42 mit Abstand zur Umfangskante 42a. Eine
Gegenelektrode 44d folgt in der allgemein trichterförmigen
dielektrischen Struktur 44c und hat demgemäß einen Teil
44da, der seitlich weiter ab von dem unteren Teil der
Gegenelektrode 44d liegt. Die Gegenelektrode 44d ist mit
einem dielektrischen Film 44e abgedeckt und ein Spalt, der
durch den dielektrischen Film 44e definiert ist, ist mit
Polysilizium 44f aufgefüllt.
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Die dielektrische Filmstruktur 44c und demgemäß die
Gegenelektrode 44d sind derart ausgebildet, daß sie an der
Unterseite des dicken Feldoxidfilms 42 mit Abstand zur
Umfangskante 42a enden, und diese Form nimmt teilweise eine
thermische Belastung infolge der Differenz des
Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Silizium und Siliziumdioxid
auf. Daher ist eine Störung infolge von Wärmespannungen
kleiner als bei der RAM-Zelle gemäß Fig. 3 und eine
Verarmungsschicht ist weniger anfällig gegenüber
Kristalldefekten infolge der Anordnung des p-n-Übergangs zwischen dem
hochdotierten p-Typ-Wandteil 44a und der hochdotierten n-
Typ-Akkumulationselektrode 44b.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu ersehen ist,
leidet die Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff gemäß der
vorliegenden Erfindung nicht an einem großen Ausmaß an
Leckagestrom infolge von Kristalldefekten in der Sperrschicht.
Dieser Vorteil resultiert aus der Anordnung des
p-n-Übergangs im Abstand zu der Umfangskante des dicken
Feldoxidfilms.