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Die Erfindung betrifft eine Halbleiterspeichervorrichtung
und ein Herstellungsverfahren dafür und insbesondere eine
Halbleiterspeichervorrichtung, die einen geringen
Verdrahtungswiderstand einer Wortleitung aufweist, die eine
Speicherzelle bildet, und die mit hoher Geschwindigkeit
betrieben werden kann, sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
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In neueren dynamischen Freizugriffsspeichern (DRAM) ist
eine Speicherzelle aus einem Feldeffekttransistor mit
isoliertem Gate und einem Speicherkondensator gebildet. Die
Besetzungsfläche der Speicherzelle wird vermindert, wenn
die Speicherkapazität der Speichervorrichtung erhöht wird.
Aus diesem Grund wird ein Verfahren zur Ausbildung eines
Speicherkondensators durch Stapeln auf einer oberen
Schicht, die sog. Stapelkondensatorzelle (stacked capacitor
memory cell), in den letzten Jahren als eine von
vorzuziehenden Verfahren zur Erzielung großer Speicherkapazitäten
in kleinen Flächen angewendet. Durch den Einsatz einer
solchen Struktur wird es möglich, die Oberfläche der
kapazitiven Elektrode pro Einheitsfläche der Speicherzelle durch
Vergrößern der Höhe der kapazitiven Elektrode zu
vergrößern.
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Desweiteren wird es in einem DRAM erforderlich, eine
Verbesserung der Betriebsgeschwindigkeit, die den Anstieg der
Speicherkapazität begleitet, zu erzielen. Als ein mögliches
Verfahren zur Verbesserung der Betriebsgeschwindigkeit wird
eine Struktur in den letzten Jahren eingesetzt, die eine
Verdrahtungsverzögerung, insbesondere die
Verdrahtungverzögerung der Wortleitungen mit großer Verdrahtungslänge,
verhindert. Beispielsweise in einem Artikel von Sakako et al,
veröffentlicht vor dem International Electronic Device
Meeting (IEDM), 1990, wird ein Verfahren beschrieben, in dem
eine Aluminiumlegierungsverdrahtung mit geringem Widerstand
in einer oberen Schicht einer Polysiliziumverdrahtung
(Wortleitung) angeordnet ist, die die Gateelektrode der
Speicherzelle wird, um den Verdrahtungswiderstand der
Polysiliziumverdrahtung zu vermindern, wobei die
Aluminiumlegierungsverdrahtung mit der Polysiliziumverdrahtung über
ein Kontaktloch verbunden ist. Gemäß dieser Zweischicht-
Verdrahtungsstruktur ist es möglich, Polysilizium als
Gateelektrode zu verwenden, das eine hohe zuverlässigkeit
aufweist, obwohl sein Widerstand hoch ist, und gleichzeitig
kann der Effekt der Reduktion des Leitungswiderstandes
durch die Verwendung der Metallverdrahtung erzielt werden.
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In der obengenannten Stapelkondensator-Speicherzelle wird
eine Struktur angewandt, die die Fläche der Seitenflächen
zusätzlich zur Fläche an der oberen Fläche der kapazitiven
Speicherelektrode erhöht, um eine große Speicherkapazität
für eine kleine Fläche zu erreichen. Dementsprechend wird
eine Struktur erzielt, bei der die Höhe des
Speicherelektrodenteils groß ist (1 µm beispielsweise) und die große
Höhendifferenzen zwischen dem Bereich der
Speicherzellenordnung und anderen Bereichen zeigt (beispielsweise in dem
Bereich, der den Bereich der Speicherzellenanordnung und
einen Reihendekoder verbindet).
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Wenn eine Wortleitung in einem solchen Stapelspeicher in
einer Zweischichtstruktur auszubilden ist, wird der Teil
der Metallverdrahtung in der oberen Schicht des Bereichs
der Speicherzellanordnung in einer hohen Position
ausgebildet, da er oberhalb der kapazitiven Speicherelektroden
ausgebildet wird, und die Höhendifferenz in diesem Teil mit
der Metallverdrahtung in der oberen Schicht, die in anderen
Bereichen gebildet ist, wird sehr groß. Als Ergebnis tritt
ein Problem auf, daß in diesem abgestuften Teil
Unterbrechungen in der Metallverdrahtung erzeugt werden können,
oder ein Problem bei einem Fotoresistprozeß, der eine
Feinstrukturauflösung zur Ausbildung einer Struktur auf den
Metallverdrahtungen erfordert, wobei es wegen der
Fokussierungdifferenz schwierig wird, eine Strukturauflösung zu
erzielen, die gleichzeitig für den
Speicherzellanordnungsbereich und andere Bereiche geeignet ist, falls die
Höhendifferenz zu groß wird.
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Obwohl es somit möglich ist, die Zweischichtstruktur bei
dem Bereich der Wortleitung anzuwenden, die im
Speicherzellanordnungsbildungsbereich verläuft, ist man in anderen
Teilen, beispielsweise im Bereich, der den
Speicherzellanordnungsbildungsbereich und den
Reihendekoder-Bildungsbereich verbindet, gezwungen, die Wortleitung in einer
einzelnen Schicht aus nur Polysilizium zu bilden. Dies führt
zu einem großen Wert des Wortleitungswiderstands, was
umgekehrt zu dem Problem der Abnahme der
Betriebsgeschwindigkeit der Halbleiterspeichervorrichtung als Ganzes führt.
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Die DE-A-3919625 beschreibt eine
Halbleiterspeichervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Insbesondere sind eine Anzahl von Wortleitungen in einer
Speichermatrix abwechselnd mit einer ersten
Leitungstreiberschaltung und einer zweiten Wortleitungstreiberschaltung
verbunden.
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Die US-A-4827449 beschreibt den Einsatz von
Hilfswortleitungen, wobei die Hilfswortleitungen nur in einem
Speicherzellanordnungsbildungsbereich ausgebildet sind.
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Die DE-A-3447722 lehrt eine
Mehrschichten-Wortleitungsstruktur mit einer Wortleitung in einem ersten Pegel, die
durch eine Polysiliziumschicht gebildet ist, und einer
Wortleitung in einem zweiten Pegel, die durch eine
Metallschicht gebildet ist, wobei die Wortleitungen des ersten
und des zweiten Pegels mit unterschiedlichen Signalen
versorgt werden.
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Patents Abstracts of Japan, Band 9, Nr. 244 und JP-A-
60095963 zeigt eine Aufweitung von Wortleitungen, um ihren
Widerstand zu vermindern.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine
Halbleiterspeichervorrichtung zu schaffen, die einen geringen
Wortleitungswiderstand aufweist, und die mit Hochgeschwindigkeit
betrieben werden kann, selbst wenn die Höhe des
Speicherzellanordnungsbildungsbereichs größer ist als in anderen
Bereichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterspeichervorrichtung
gelöst, die in Anspruch 1 definiert ist. Die verbleibenden
Patentansprüche beziehen sich auf vorteilhafte
Weiterentwicklungen der Erfindung.
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Jede der Speicherzellen wird durch einen
Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und einen Speicherkondensator
gebildet, wobei ein Teil der Wortleitung als Gateelektrode
des Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate dient und
wobei der Speicherkondensator auf dem Feldeffekttransistor
mit isoliertem Gate gestapelt ist.
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Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
deutlich. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Aufsicht auf die Anordnung der
Metallverdrahtungen zum Beschreiben eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung;
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Fig. 2 eine vergrößerte Teildarstellung der Fig. 1,
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Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in
Fig. 2,
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Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in
Fig. 2,
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Fig. 5 und 6 Aufsichten zum Beschreiben des
Herstellungsverfahrens der Erfindung und
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Fig. 7 und Fig. 8 Diagramme der Maskenstrukturen zum
Beschreiben des Herstellungsprozesses der Erfindung.
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Bezugnehmend auf die Fig. 1 und die Fig. 2, die eine
vergrößerte Teildarstellung der Fig. 1 ist, wird ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Auf einem
P-Substrat 1 und an beiden Seiten eines
Speicherzellanordnungsbereichs 2 sind ein erster Reihendekoder 3-1 und ein
zweiten Reihendekoder 2-2 angeordnet. Wortleitungen 7-1, 7-2,
..., die aus Polysilizium bestehen und sich von den beiden
Reihendekodern zum Inneren des
Speicherzellanordnungsbereichs 2a erstrecken, und Metallverdrahtungen (aus einer
Aluminiumlegierung) 4-1, 4-2, ..., die in einer oberen
Schicht der Verdrahtungen angeordnet sind und eine
Verdrahtungsbreite aufweisen, die im wesentlichen die gleiche ist
wie bei den Wortleitungen im Inneren des
Speicherzellanordnungsbereichs, sind jeweils angeordnet. Die Wortleitungen
7-1, 7-2, ..., und die Metallverdrahtungen 4-1, 4-2, ...,
sind elektrisch durch Kontaktteile 5 verbunden, die in
einem geeigneten Intervall (beispielsweise 100 µm),
vorgesehen sind. Der Widerstand der Wortleitung ist aufgrund der
elektrischen Verbindung mit der Metallverdrahtung
reduziert, was einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb der
Speichervorrichtung ermöglicht.
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Die Wortleitung 7-1 mit der Metallverdrahtung 4-1, die in
ihrer oberen Schicht angeordnet ist, und die Wortleitung 7-
2 mit der Metallverdrahtung 4-2, die oberhalb angeordnet
ist, sind abwechselnd in dem Speicherzellfeldbereich 2a
angeordnet. Dementsprechend ist das Intervall zwischen den
Metallverdrahtungen am Ausgangsteil der jeweiligen
Reihendekoder 3-1 und 3-2 doppelt so groß wie das
Verdrahtungsintervall am Ausgabeteil des Reihendekoders, die nur auf
einer Seite des Speicherzellfeldbereichs angeordnet sind, wie
es beim Stand der Technik der Fall ist. Aufgrund dessen ist
die Breite der Metallverdrahtungen 6-1, 6-2, ..., für Teile
von entsprechenden Reihendekodern 3-1 und 3-2 bis zu
Mittelpunkten innerhalb des Speicherzellfeldbereichs 2a (in
diesem Ausführungsbeispiel die Bereiche direkt vor den
ersten Kontaktteilen 5, nämlich die Bereiche, in denen die
abwechselnden Anordnungen der Metallverdrahtungen enden)
größer ausgebildet, als die Breite der normalen
Verdrahtungen (beispielsweise doppelt so groß wie die Breite der
Wortleitungen).
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Als nächstes wird mit Bezug auf die Fig. 3 und Fig. 4 die
Struktur der zweischichtigen Verdrahtung, die aus der
Wortleitung und der Metallverdrahtung besteht, und der
Speicherzelle mit Bezug auf die Figuren 1 und Fig. 2 im
Detail erläutert.
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Eine Speicherzelle wird durch einen Feldeffekttransistor
mit isoliertem Gate gebildet, der beispielsweise aus einer
Wortleitung 7-1 aus Polysilizium, die als Gateelektrode
dient, einem Gateisolierfilm 18 und einem Diffusionsbereich
17 gebildet ist, der zu Source- und Drainbereichen wird,
und ein Speicherkondensator umfaßt eine kapazitive
Elektrode 25, die mit einer Diffusionsschicht 17 über einen
Kontakt 20 verbunden ist, einen kapazitiven Isolierfilm 26
und eine Plattenelektrode 27. Die Höhe der kapazitiven
Elektrode 25 ist vergrößert, um die Kapazität des
Speicherkondensators
zu erhöhen. Dementsprechend hat eine
Metallverdrahtung 6-1, die in einer oberen Schicht des
Speicherkondensators vorgesehen ist, eine größere Höhe (etwa 1 µm)
als der Bereich des Speicherzellfeldbereichs 2a in anderen
Teilen, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Es soll festgestellt
werden, daß, obwohl es nicht explizit in Fig. 3 und Fig. 4
dargestellt ist, die Kontaktteile, die die
Metallverdrahtungen 6-1, 6-2, ..., mit den Metallverdrahtungen 7-1, 7-2,
..., elektrisch verbinden, innerhalb des
Speicherzellfeldbereichs 2a in einem Intervall von etwa 100 µm vorgesehen
sind und elektrisch die Wortleitungen 7-1, 7-2, ..., mit
den Metallverdrahtungen 4-1, 4-2, ..., verbinden
(Verdrahtungen mit einer Breite, die im wesentlichen die gleiche
wie bei den Wortleitungen ist).
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Bezugnehmend auf Fig. 2 und Fig. 3 wird der Effekt dieses
Ausführungsbeispiels weiter im Detail beschrieben. Wie oben
dargestellt wurde, ist die Höhe der Metallverdrahtungen 6-
1, 6-2, ..., unterschiedlich für den
Speicherzellfeldbereich 2a und für andere Teile, wodurch eine Pegeldifferenz
erzeugt wird. In der bekannten Technik trat ein Problem
auf, daß Unterbrechungen durch den abgestuften Teil erzeugt
wurden, wegen der geringen Breite der Metallverdrahtungen,
die diesselbe wie die Breite der Wortleitungen war, und ein
Problem, daß eine zufriedenstellende Auflösung schwierig zu
erreichen war, wegen der Fokussierungsdifferenz, wenn die
Höhendifferenz der Metallverdrahtungsmuster zu groß wurden.
In diesem Ausführungsbeispiel hat jedoch die Breite der
Metallverdrahtungen in der Nähe des Stufenteils eine größere
Breite (etwa doppelt so groß) wie die der normalen
Verdrahtungen, wie aus Fig. 2 klar ist. Dementsprechend können
Unterbrechungen am gestuften Teil verhindert werden, und die
Musterausbildung wird selbst dann möglich, wenn die
Fokussierung in einem Bereich erfolgt, in dem ein feines Muster
im abgestuften Teil existiert (der Bereich, der den
Reihendekoder mit dem Speicherzellfeldbereich verbindet), da die
Fokussierungstiefe für die Auflösung des
Verdrahtungsmusters wegen der Verbreiterung der Verdrahtungen erhöht
werden kann.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Ausbildung der
Metallverdrahtungen selbst bei solchen Bereichen möglich,
die die Reihendekoder mit dem Speicherzellfeldbereich
verbinden und für die die Ausbildung der Metallverdrahtung in
der bekannten Technik nicht möglich war, und als Ergebnis
wird es möglich, den Widerstand der Wortleitungen
herabzusetzen.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf die Fig. 5 bis Fig. 8 ein
Herstellungsverfahren für die vorgenannte
Halbleiterspeichervorrichtung beschrieben.
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Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird zunächst ein
Feldisolationsoxidfilm auf einem P-Siliziumsubstrat 1 wie beim
gewöhnlichen Verfahren gebildet, und ein
Speicherzellfeldbereich 2 und ein erster Reihendekoder-Ausbildungsbereich 8-1
und ein zweiter Reihendekoder-Ausbildungsbereich 8-2 auf
den jeweiligen Seiten des Speicherzellfeldbereichs 2X sind
durch den Feldisolieroxidfilm unterschieden. Als nächstes,
nach der Ausbildung eines Polysiliziumfilms auf dem
Gateoxidfilm im Speicherzellfeldausbildungsbereich 2, werden
Wortleitungen 7-1, 7-2, ..., die aus Polysilizium bestehen
und eine vorgegebene Breite und einen vorgegebenen Versatz
aufweisen, durch eine bekannte Belichtungstechnologie
gebildet. Normalerweise sind die Metallverdrahtungen der
obersten Schicht direkt mit den Reihendekodern verbunden,
und es ist für die Wortleitungen nicht absolut notwendig,
den Dekoderbildungsbereich zu erreichen, da die
Metallverdrahtungen elektrisch mit den Wortleitungen über die
Kontaktteile an Mittelpunkten verbunden sind. In dieser
Ausführungsform ist jedoch ein Beispiel dargestellt, bei dem
die Wortleitungen 7-1, 7-3, ..., ausgedehnt ausgebildet
sind und den ersten Reihendekoderbildungsbereich 8-1
erreichen, während Wortleitungen 7-2, 7-4, ..., ausgedehnt
ausgebildet sind und den zweiten
Reihendekoderausbildungsbereich 8-2 erreichen.
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Dem folgend werden ein N-Diffusionsbereich 17 (der
Source- und Drainbereich), Bitleitungen 22, kapazitive
Speicherelektroden 25, Zwischenschichtisolierfilme 26,
Plattenelektroden 27 (vgl. Fig. 3 und Fig. 4) zur Ausbildung der
Speicherzellen sequentiell gemäß der bekannten Technologie
ausgebildet.
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Als nächstes, wie in Fig. 6 dargestellt ist, werden
Kontaktiöcher 5 in den entsprechenden
Zwischenschichtisolierfilmen auf den Wortleitungen 7-1, 7-2, ..., gebildet.
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Als nächstes, nach der Abscheidung eines
Aluminiumlegierungsfilms wird ein erster Belichtungsdurchlaufprozeß
durchgeführt. Insbesondere wird der erste
Belichtungsdurchlauf durch die Verwendung einer ersten Maske (vgl. Fig. 7)
durchgeführt, die die Teile 10-1, 10-2, ..., die den
Wortleitungen entsprechen, aufweist, und eines ersten
Lichtabschirmteils 11, der die anderen Bereiche abdeckt, und durch
Einstellen des Fokus auf einen Fotoresistfilm über den
Speicherzellfeldbereich 2, um Metallverdrahtungen 4-1, 4-2,
..., (siehe Fig. 1) mit schmaler (beispielsweise 0,4 µm für
ein 64 M-DRAM) Breite in dem Zentralteil des
Speicherzellfeldbereichs zu bilden.
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Diesem folgend wird ein zweiter Belichtungsdurchgang
durchgeführt. Insbesondere wird zur Ausbildung von
Metallverdrahtungen 6-1, 6-2, ..., (siehe Fig. 1) mit größerer
Breite (beispielsweise 0,8 µm) für ein 64 M/DRAM, die den
Speicherzellfeldbereich 2 und die Reihendekoder 3-1 und 3-2
miteinander verbinden, eine zweite Belichtung durchgeführt
unter Verwendung einer zweiten Maske (vgl. Fig. 8), die aus
den breiten Teilen 12-1, 12-2, ..., der weit versetzten
Wortleitungen besteht, und einem zweiten Lichtabschirmteil
13, der den Teil abdeckt, der den Wortleitungen entspricht,
und den Teil 14, der den Peripheriebereichen entspricht, wo
ein Metallverdrahtungsmuster für die Fläche außer
Wortleitungen existiert, durch Einstellen des Fokus auf den
Fotoresistfilm, der über der Fläche außer dem
Speicherzellfeldbereich 2a existiert.
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Als nächstes wird ein Metallverdrahtungsmuster durch
Ausführen einer gewöhnlichen Entwicklung ausgebildet, und die
Metallverdrahtungen 4-1, 4-2, ..., und 6-1, 6-2, ..., die
in Fig. 1 dargestellt sind, werden durch Ätzen gebildet.
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Anschließend werden andere Metallverdrahtungen,
Zwischenschichtisolierfilme und dgl., wie erforderlich vorgesehen,
wodurch die Halbleiterspeichervorrichtung vervollständigt
ist.
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Wenn eine große Pegeldifferenz existiert wird die
Verdrahtung, die in der bekannten Technik wegen des Unterschieds
in der Fokussierungsdistanz der Verdrahtungsmuster über
große Pegeldifferenzen nicht herstellbar ist, gemäß diesem
Ausführungsbeispiel einfach realisierbar. Desweiteren
können die vorbeschriebenen Verdrahtungen, die eine effektive
Struktur aufweisen, mit einem Minimalanstieg der Anzahl der
erforderlichen Prozesse durch lediglich zweimalige
Belichtung und durch Begrenzen der Anzahl des Ätzen und anderer
Prozesse auf 1 hergestellt werden, was dasselbe ist wie
beim bekannten Verfahren. Dementsprechend hat diese
Ausführungsform einen Effekt der Reduzierung der Anzahl von
Herstellungsprozessen für die Halbleiterspeichervorrichtung.