EP1552546A2 - Integrated circuit arrangement comprising a capacitor, and production method - Google Patents

Integrated circuit arrangement comprising a capacitor, and production method

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EP1552546A2
EP1552546A2 EP03757708A EP03757708A EP1552546A2 EP 1552546 A2 EP1552546 A2 EP 1552546A2 EP 03757708 A EP03757708 A EP 03757708A EP 03757708 A EP03757708 A EP 03757708A EP 1552546 A2 EP1552546 A2 EP 1552546A2
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EP
European Patent Office
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region
electrode
layer
insulation
transistor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03757708A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ralf Brederlow
Jessica Hartwich
Christian Pacha
Wolfgang RÖSNER
Thomas Schulz
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Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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Filing date
Publication date
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    • H10B12/36DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the transistor being a FinFET

Definitions

  • the invention relates to an integrated circuit arrangement which contains an electrically insulating insulation region and at least one capacitor.
  • the capacitor is formed from a region sequence which, in the order specified, contains: an electrode region near the insulation region, a dielectric region, and an electrode region remote from the insulation region.
  • the electrically insulating area consists, for example, of an electrically insulating material with a specific resistance greater than 10 12 ⁇ cm (ohm by centimeter) at 20 ° C. room temperature, for example of an oxide, in particular silicon dioxide.
  • the electrode area contains, for example, a metal with a specific electrical resistance less than 10 ⁇ 4 ⁇ cm at 20 ° C room temperature.
  • the electrode regions contain, for example, polycrystalline silicon which is highly doped.
  • the dielectric region also consists of an electrically insulating material, for example an oxide, in particular silicon dioxide, which has a dielectric constant of approximately 3.9. However, dielectric materials with a much larger dielectric constant in the dielectric range are also used.
  • the circuit arrangement should be able to be produced in particular with a small number of process steps and in particular using fewer lithographic masks.
  • a simple manufacturing method for an integrated circuit arrangement with a capacitor is to be specified.
  • the problem related to the circuit arrangement is achieved by an integrated circuit arrangement with the features specified in claim 1. Further developments are specified in the subclaims.
  • the insulating area is part of an insulating layer arranged in one plane.
  • the capacitor and at least one active component of the integrated circuit arrangement are on the same side of the insulating layer.
  • the electrode region close to the insulating region and the active region of the component are arranged in a plane which lies parallel to the plane in which the insulating layer is arranged.
  • the circuit arrangement according to the invention is of simple construction and can be produced in a simple manner because the electrode region close to the insulation region and the active one
  • Electrode region close to the insulation region and also the active region are insulated by the insulation region. Freely selectable potentials can be applied to both electrode areas of the capacitor.
  • the capacitor also has excellent electronic properties:
  • the ratio between parasitic capacitances and resistances in relation to the useful capacitance is small, whereby different differential capacitances are due to space charge zones.
  • the differential capacitance is the capacitance effective at the operating point. the leakage currents are small, the differential non-linearity of the capacitance is small, the capacity is constant over a wide operating point range, the achievable capacity-area ratio is large, for example more than ten femtofarads per square micrometer or even greater than twenty femtofarads per square micrometer.
  • the electrode area close to the insulation area and the active area are semiconductor areas which contain a semiconductor material, ie a material with a specific electrical resistance between 10 -5 and 10 +12 ⁇ cm, in particular between 10 ⁇ 6 and 10 +1 ° ⁇ cm, eg germanium, silicon or gallium arsenide.
  • the specific resistance of the electrode region of the capacitor close to the insulation region is reduced by doping.
  • the electrode region close to the insulation region and the active region are single-crystalline regions, which may be doped.
  • the electronic properties of active components in single-crystalline layers are particularly good.
  • the electrical resistance of a single-crystal electrode of the capacitor can be reduced particularly well by doping.
  • the electrode region close to the insulation region and also the active region have a thickness of less than one hundred nanometers or even less than fifty nanometers. Active components that have a very short channel length can be produced in a particularly simple manner in such thin semiconductor layers.
  • the insulating layer adjoins a carrier substrate, as is the case with a so-called SOI substrate (Silicon On Insulator). Such substrates can be produced in a simple manner.
  • the electronic circuits which are arranged on these substrates have particularly good electronic properties.
  • the dielectric region and the electrode region remote from the insulation region are arranged on at least two side surfaces of the electrode region near the insulation region.
  • This measure allows the capacitance of the capacitor to be increased in a simple manner. If the side surfaces lie transversely to the carrier substrate, no or only a small additional chip area is required to increase the capacity.
  • Another measure to increase the capacity is that the electrode areas contain a large number of interlocking webs. The web height is preferably greater than the web width.
  • the active component is a field effect transistor: the channel region of the field effect transistor is the active region. If the channel region is undoped, particularly good electronic properties result, in particular with very short channel lengths of, for example, ten nanometers.
  • the control electrode of the field effect transistor is part of a structured electrode layer in which the electrode region of the capacitor, which is remote from the insulation region, is also arranged.
  • the control electrode and the electrode region remote from the insulating region consist of the same material.
  • the thickness of these areas and their dopant concentration are also the same.
  • a control electrode insulation area of the field effect transistor in one embodiment consists of the same Material like the dielectric area of the capacitor. The thickness of these areas is also the same.
  • the field effect transistor contains a web or a fin. Control electrodes are arranged on opposite sides of the web. This creates a field effect transistor with excellent control properties, for example a so-called FinFET.
  • connection area that connects the control electrodes in an electrically conductive manner.
  • the connection area is separated from the channel area by an insulation area, the insulation thickness of which is greater than the insulation thickness of the control electrode insulation area.
  • control electrode is adjacent to a silicide area. This measure makes it easier to contact the control electrode.
  • connection resistance and the sheet resistance are reduced.
  • connection regions of the field effect transistor border on the insulating layer.
  • connection areas also border on silicide areas. Sufficient material for silicide formation is present if the semiconductor layer in the area of the connection areas has a greater thickness both before and after the silicide formation than in the area of the electrode near the insulation area.
  • spacers are arranged on both sides of the control electrodes, which also contain a different material or consist of a different material than the electrode layer, in particular a material that is not suitable as a starting point for epitaxial layer growth in an epitaxial process for producing a semiconductor epitaxial layer, for example from silicon nitride.
  • the spacers By using the spacers, side areas of the control electrode are covered so that no epitaxy can emanate from them and short circuits are avoided.
  • a spacer is also arranged on at least one side of the electrode region remote from the insulation region.
  • the spacers have the same task as the spacers arranged on the control electrode. If a spacer arranged on the gate and a spacer arranged on an electrode come into contact, a mask is produced which, for example, prevents doping or silicidation in the masked area.
  • connection area of the field effect transistor and the electrode area of the capacitor close to the insulation area adjoin one another and thus form an electrically conductive connection.
  • a simply constructed memory cell of a DRAM Dynamic Random Access Memory
  • Men are required for contacting the electrode near the insulation area.
  • the side of the electrode region near the insulation region adjacent to a connection region of the transistor is longer than a side of the electrode region near the insulation region, preferably at least twice as long or at least five times as long.
  • the transistor has a transistor width which is a multiple of the minimum structure width, preferably more than three times or more than five times.
  • a side of the electrode area near the insulation area adjacent to the connection area of the electrode area is longer than the side adjacent to the connection area, preferably at least twice as long or at least five times as long.
  • the transistor has a transistor width that is smaller than three times the minimum structure width, preferably smaller than twice the minimum structure width. This measure, in particular in the case of memory cells, increases the ohmic resistance of the bottom electrode of the capacitor and thus counteracts rapid discharge of the storage capacity.
  • the circuit arrangement contains at least one processor which has a large number of logic see switching functions contains. If the circuit arrangement also contains a plurality of DRAM memory units (Dynamic Random Access Memory) in addition to the processor, this is also referred to as embedded memory.
  • DRAM memory units Dynamic Random Access Memory
  • embedded memory DRAM memory units
  • the invention also relates to a method for producing an integrated circuit arrangement, in particular for producing the circuit arrangement according to the invention or one of its developments.
  • the following method steps are carried out without being restricted by the sequence specified:
  • a substrate containing an insulating layer of electrically insulating material and a semiconductor layer e.g. an SOI substrate
  • the method according to the invention is particularly suitable for producing a so-called FinFET together with the capacitor.
  • Figure 17 is a plan view of the memory cell
  • Figure 18 is a plan view of a DRAM memory cell with three transistors.
  • FIGS. 1A to 16B show production stages in the production of an integrated memory cell, with FIGS. 1A to 16A relating to a section along a section plane I, which lies along a channel of a field effect transistor, in particular along the direction of current flow in FIG
  • Figures 1B to 16B each relate to the section along a section plane II, which is transverse to the channel.
  • the production of the memory cell starts from an SOI substrate 10, which contains a carrier substrate 12 made of single-crystal silicon, a so-called buried insulating layer 14 made of silicon dioxide, for example, and a thin semiconductor layer 16 made of monocrystalline silicon.
  • the thickness of the carrier substrate 12 is five hundred and fifty micrometers
  • the thickness of the insulating layer 14 is one hundred nanometers
  • the thickness of the semiconductor layer 16 is fifty nanometers.
  • a silicon nitride layer 18 is subsequently deposited on the SOI substrate 10. different, for example with the help of a CVD process (Chemical Vapor Deposition).
  • the silicon nitride layer 18 has a thickness of fifty nanometers.
  • a silicon dioxide layer is then deposited over the entire surface of the silicon nitride layer 18, for example a TEOS layer 20 (tetraethyl orthosilicate) with the aid of a TEOS method.
  • the TEOS layer 20 has a thickness of seventy-five nanometers. The same conditions still exist along the sectional planes I and II, see FIG. 2B.
  • the double layer of silicon nitride layer 18 and TEOS layer 20 is replaced by a single layer. This simplifies the process.
  • a lithography process is then carried out.
  • a photoresist 22 is applied over the entire surface, exposed and developed in accordance with a predetermined layout.
  • the TEOS layer 20, the nitride layer 18 and the semiconductor layer 16 are then structured, for example using a dry etching method. This creates a layer stack 30 or mesa, which tapers to a web area in the area of the sectional plane II, see FIG. 3B, and then widens again.
  • the geometry for the field effect transistor to be manufactured and the capacitor can be specified independently of one another and thus optimized.
  • the photoresist 22 is then removed.
  • an electron beam lithography process or another suitable process is carried out in another exemplary embodiment.
  • a further photolithography process is then carried out, in which an additional mask is required to produce the capacitor.
  • a photoresist layer 32 is applied exposed, developed and structured with the mask. During the structuring, the TEOS layer 20 and the silicon nitride layer 18 above a bottom electrode region 34 in the semiconductor layer 16 are removed. As a result, the stack 30 is divided into a transistor part 30a and a capacitor part 30b.
  • the bottom electrode region 34 is heavily n-doped, represented by n ++ in FIG. 4A and by implantation arrows 40.
  • the semiconductor layer 16 is not doped in the region provided for the transistor.
  • the additional electrode implantation makes the bottom electrode region 34 low-resistance.
  • the doping density is 10 20 doping atoms per cubic centimeter.
  • the doping density is preferably in the range between 10 19 to 10 21 doping atoms per cubic centimeter.
  • the dielectric grows faster than on undoped or only moderately heavily doped areas. However, the space charge zones that form become smaller with increasing doping density, so that parasitic effects also become smaller.
  • the later channel region of the transistor in particular the side faces of this channel region, are protected by the photoresist layer 32, so that no ions penetrate into these regions, which could cause doping.
  • the photoresist layer 32 is then removed.
  • a thin oxide layer is subsequently produced on all exposed sides of the semiconductor layer 16 and in particular also on the exposed sides of the bottom electrode region 34, which forms the gate oxide 42 or 44 in the region of the transistor and a dielectric 46 in the region of the capacitor.
  • the oxide layer grows thermally.
  • the oxide layer has a thickness of two nanometers in the area of the undoped silicon.
  • a dielectric made of a different material and / or a dielectric with a different thickness than in the area provided for the transistor is produced in the area of the capacitor.
  • polycrystalline silicon is subsequently deposited in situ or subsequently doped, a polysilicon layer 50 being produced.
  • the polysilicon layer 50 has, for example, a thickness of one hundred nanometers and a dopant concentration of 10 21 dopant atoms per cubic centimeter.
  • the strong n-type doping is again represented by the symbol n ++ .
  • Phosphorus atoms for example, are used as doping atoms.
  • a further TEOS layer 52 which is thicker than the TEOS layer 20, is subsequently deposited on the polysilicon layer 50.
  • the thickness of the TEOS layer 52 is one hundred nanometers.
  • the TEOS layer 52 has a dual function. As explained further below, the TEOS layer 52 initially serves as a hard mask for structuring the control electrode (gate) of the transistor. Thereafter, the TEOS layer 52 serves as an implantation mask, which prevents the gate electrode from being doped again. In this way it is possible to dope the gate electrode and source / drain regions differently. This allows the gate electrode work to be chosen freely.
  • a further lithography process for structuring a gate electrode 54 is then carried out.
  • the TEOS layer 52 and the polysilicon layer 50 are then structured, for example etched. This creates the gate electrode 54 in the region of the transistor and a cover electrode 56 in the region of the capacitor.
  • the gate electrode 54 is covered by a TEOS layer region 52a.
  • the cover electrode 56 is covered by a TEOS layer region 52b.
  • the etching stops on the TEOS layer 20.
  • the polysilicon layer 50 is etched, it is significantly over-etched so that all parasitic polysilicon spacers on the side walls of the layer stack 30a are removed. The side walls are only covered by the thin oxide layer after the etching.
  • a thin silicon nitride layer 60 is subsequently deposited over the entire surface, for example with the aid of a CVD method.
  • the silicon nitride layer 60 has a thickness of fifty nanometers in the exemplary embodiment.
  • the silicon nitride layer 60 is then, in an anisotropic etching process, spacers 60a on the side walls of transistor part 30a, spacers 60b, 60c on the side walls of gate electrode 54 and TEOS layer region 52a, and also a spacer 60d etched back on the side walls of the cover electrode 56 and the TEOS region 52b.
  • the thin TEOS layer 20 is then etched without using a lithography process, ie self-aligning, for example using an RIE (reactive ion etching) process.
  • a TEOS layer region 20a is formed below the spacers 60b, 60c and below the gate electrode 54.
  • a TEOS layer region 20b is formed below the spacer 60d.
  • the TEOS layer regions 52a and 52b are also thinned, for example to twenty-five nanometers.
  • the etching also exposes the silicon nitride layer 18 in regions which are not covered by the TEOS layer region 20a.
  • the spacers 60a to 60d are made by the etching of the
  • TEOS layer 52 is not attacked, so that they protrude slightly beyond the thinned TEOS layer regions 52c and 52d.
  • the nitride layer 18 is then structured in a self-adjusting manner, with exposed regions of this silicon nitride layer 18 being removed.
  • a nitride layer region 18a remains below the TEOS layer region 20a.
  • a nitride layer region 18b remains below the TEOS layer region 20b.
  • RIE Reactive Ion Etching
  • the spacers 60a to 60d are also shortened.
  • the layer thicknesses and etchings are dimensioned such that the gate electrode 54 is still surrounded on the sides by the spacers 60b and 60c after the etching of the silicon nitride layer 18.
  • the gate electrode 54 is further masked by a sufficiently thick TEOS layer, for example a TEOS layer 52c with a thickness of twenty-five nanometers.
  • the source / drain regions are exposed after the etching of the silicon nitride layer 18.
  • the spacers 60b and 60c now terminate with the upper surface of the TEOS region 52c.
  • the spacer 60d is flush with the upper surface of the TEOS layer region 52d.
  • a selective epitaxial procedure is then performed.
  • a monocrystalline epitaxial layer only grows on the exposed source / drain regions of the semiconductor layer 16.
  • Epitaxial regions 62 and 64 arise on monocrystalline
  • the epitaxial regions 62 and 64 extend approximately up to half the height of the TEOS layer regions 20a and 20b.
  • the epitaxial regions 62 and 64 are also referred to as "raised” (elevated) source / drain regions.
  • the thickness of the epitaxial layer for the epitaxial regions 62 and 64 depends primarily on the thickness of the semiconductor layer 16 and the silicidation explained below. Silicidation consumes existing silicon, so that a corresponding amount of silicon is made available for the reaction. This measure avoids "tearing off" the channel connections in the region of the drain / source region.
  • an ion implantation e.g. n ++, i.e. heavily n-doped, carried out to produce the highly doped source / drain regions 70 and 72, see implantation arrows 80.
  • a mask is only required here to separate regions with complementary transistors in a CMOS process (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
  • the epitaxial regions 62, 64 and the regions below them of the semiconductor layer 16 are doped with low resistance n + - by the implantation.
  • a connection is established between the source / drain region 72 and the bottom electrode region 34 of the capacitor.
  • a channel region 82 lying in the semiconductor layer 16 between the source / drain regions 70 and 72 remains undoped.
  • the TEOS layer regions 52c and 52d serve as an implantation mask.
  • the doping of the gate electrode 54 and the cover electrode 56 are therefore not changed during the implantation.
  • the residues of the TEOS layer 52 are etched away after the HDD implantation (high density drain).
  • a salicide process (Seif aligned silicide) is then carried out.
  • a nickel layer is deposited over the entire surface, for example. At temperatures of 500 ° C, for example, forms Nickel silicide on epitaxial areas 62, 64, on gate electrode 54 and on top electrode 56, see silicide areas 90 to 96.
  • another metal with a melting temperature above 1400 degrees Celsius in particular a refractory metal, can be used for example, titanium silicide or cobalt silicide.
  • a passivation layer 100 is subsequently applied, for example made of silicon dioxide.
  • Contact holes are etched into the passivation layer 100 and filled, for example, with tungsten, whereby connecting sections 102, 104, 106, 108 and 110 are formed, which lead in this order to the silicide region 90, 94, 96 and 92, respectively.
  • connecting sections 102, 104, 106, 108 and 110 are then connected to conductor tracks of one or more metallization layers.
  • a conventional CMOS process is carried out, which is also referred to as a "back end".
  • FIG. 17 shows a top view of the memory cell 120, which contains a FinFET 122 and a capacitor 124.
  • the capacitor 124 is shown reduced in size in relation to the transistor 122 in all FIGS. 1A to 17.
  • the effective effective area of the capacitor 124 is as follows:
  • L - B + H - (2 - L + B), where A is the effective area, B the width of the capacitor, L the length of the capacitor, H the height of the bottom electrode region 34 which is entered in FIG. 16A.
  • a preferred application of such an embedded DRAM capacity is the replacement of medium-sized SRAM Storage units through a fast embedded DRAM, for example in the second and third access levels of a microprocessor memory hierarchy, ie in the second and third level cache.
  • a fast embedded DRAM for example in the second and third access levels of a microprocessor memory hierarchy, ie in the second and third level cache.
  • an SRAM memory cell so far has an area of 134 F 2 , where F is the minimum structure size.
  • a dielectric with a dielectric constant ⁇ r equal to twenty-five, for example tantalum pentoxide is used, a typical embedded DRAM capacitance CMEM of twenty femtofarads per memory cell can be realized according to the following calculations.
  • the oxide capacity is:
  • the required area AMEM of the storage capacity is:
  • width F equal to fifty nanometers, this corresponds to 72 F 2 for the capacitance.
  • the total area of the FinFET capacitance arrangement is 68 F 2 , the FinFET 122 being implemented with a gate contact.
  • the area of the embedded DRAM memory cell is therefore below the SRAM cell size of 134 F 2 .
  • a capacitance is integrated in the FET level, that is, in the so-called top silicon on an SOI substrate.
  • a FinFET is used, which has better control properties due to the two control channels on the side walls.
  • the capacitances according to the invention are also used as so-called bypass capacitances for damping so-called spikes and for damping crosstalk in the voltage supply of the integrated circuit arrangement. They are also ideally suited as analog capacitors, especially in oscillators or analog-digital converters.
  • the capacities are also used for so-called mixed-signal circuits, i.e. for circuits with analog capacities and e.g. storage capacities in memory cells.
  • a separate high-K DRAM dielectric with ⁇ r greater than one hundred is used instead of the gate oxide.
  • LDD doping lightly doped drain
  • HDD doping is also carried out in addition to the exemplary embodiment explained with reference to FIGS. 1A to 17.
  • a transistor and the capacitor are arranged at a greater distance from one another and are each connected to their own connecting sections.
  • connection section 104 is not required.
  • the spacers 60c and 60d can then touch, so that they serve as a mask for the doping of the connection region 70 and for the selective silicidation.
  • a connection region is then formed under the spacers 60c and 60d by diffusion of doping atoms out of the bottom electrode region 34.
  • FIG. 18 shows a circuit diagram of a DRAM memory cell 200 (dynamic random access memory) with three transistors M1 to M2 and with a capacitor Cs, which have been produced using the method steps explained with reference to FIGS. 1A to 16A.
  • transistor 122 shown in FIG. 17 is transistor M1 in a first case.
  • the Capacitor 124 is then capacitor Cs.
  • an electrically conductive connection leads from an additional connection area in the semiconductor layer 16 adjoining the bottom electrode region 34 or from the connection section 104 to the gate of the transistor M2.
  • the layout is selected such that transistor 122 corresponds to transistor M2, capacitor 124 again corresponding to capacitor Cs.
  • the cover electrode 56 is electrically conductively connected to the one connection area of the transistor M1 and to the gate of the transistor M2.
  • the circuit of the memory cell 200 contains a subcircuit for writing and a subcircuit for reading, the charge of the capacitor Cs not being changed during reading, so that it is not necessary to refresh this charge after a reading process.
  • the subcircuit for writing contains the write transistor Ml and the capacitor Cs.
  • the gate terminal of transistor Ml is connected to a write word line WWL.
  • the source terminal of transistor Ml is connected to a write bit line BLl.
  • the drain connection of the transistor M1 leads to a storage node X, which is formed by the bottom electrode 34 of the capacitor 124.
  • the cover electrode 56 of the capacitor Cs is at a ground potential VSS.
  • the drain connection of the transistor Ml leads to a storage node X which is formed by the cover electrode 56 of the capacitor 124.
  • the bottom electrode 34 of the capacitor Cs is at a ground potential VSS.
  • the subcircuit for reading contains the transistors M2 and M3.
  • the gate connection of transistor M3 is with a read RWL word line connected.
  • the drain connection of the transistor M3 is connected to a read bit line BL2, which is charged, for example, to an operating potential VDD before the start of the reading process.
  • the source terminal of transistor M3 is connected to the one drain terminal of transistor M2.
  • the gate of transistor M2 is connected to storage node X.
  • the source terminal of the transistor M2 is at the ground potential VSS.
  • the transistor M2 takes on the task of an amplifier, so that reliable reading is still possible even if there is a loss of charge on the storage node X. If there is a positive charge on the storage node X, the transistor M2 is in the on state and the precharged read bit line BL2 is discharged during the reading process.
  • Ceff Cs + CGS (M2), where Cs is the capacitance of capacitor Cs and CGS is the gate-source capacitance of the transistor M2 are. Due to the manufacturing process, the capacities per area of the storage capacitor Cs and the transistor M2 are, for example, the same size, if the gate oxide and the capacitor dielectric are produced in the same dielectric layer and the layer has the same layer thickness everywhere.
  • the area requirement of the memory cell 200 is determined by the requirements for the effectively effective storage capacity Ceff. With low leakage currents and a high transistor gain, which results in a high read current, the storage capacitor Cs can be reduced.
  • the area required for the capacitor Cs and its electrical properties are the main criteria for the economical production of a storage unit with a multiplicity of storage cells 200.
  • a storage unit with a multiplicity Number of memory cells 200 is suitable for replacing an SRAM in a processor memory hierarchy.
  • a multi-FinFET transistor is used instead of the FinFET transistor, which instead of only one web contains a plurality of webs arranged parallel to one another between its drain connection region and its source connection region.

Abstract

Disclosed is an integrated circuit arrangement (120), among others, comprising a transistor (122), preferably a FinFET, and a capacitor (124). The lower electrode of the capacitor (124) is disposed within an SOl substrate along with a channel section of the transistor (122). The inventive circuit arrangement (120) is easy to produce and has excellent electronic properties.

Description

Beschreibungdescription
Integrierte Schaltungsanordnung mit Kondensator und HerstellungsverfahrenIntegrated circuit arrangement with capacitor and manufacturing process
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung, die einen elektrisch isolierenden Isolierbereich und mindestens einen Kondensator enthält. Der Kondensator wird aus einer Bereichsfolge gebildet, die in der angegebenen Reihen- folge enthält: einen isolierbereichsnahen Elektrodenbereich, einen dielektrischen Bereich, und einen isolierbereichsfernen Elektrodenbereich.The invention relates to an integrated circuit arrangement which contains an electrically insulating insulation region and at least one capacitor. The capacitor is formed from a region sequence which, in the order specified, contains: an electrode region near the insulation region, a dielectric region, and an electrode region remote from the insulation region.
Der elektrisch isolierende Isolierbereich besteht beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem spezifischen Widerstand größer als 1012 Ωcm (Ohm mal Zentimeter) bei 20 °C Raumtemperatur, z.B. aus einem Oxid, insbesondere Siliziumdioxid. Der Elektrodenbereich enthält beispiels- weise ein Metall mit einem spezifischen elektrischen Widerstand kleiner als 10~4 Ωcm bei 20 °C Raumtemperatur. Alternativ enthalten die Elektrodenbereiche beispielsweise polykristallines Silizium, das hochdotiert ist. Der dielektrische Bereich besteht ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material, z.B. aus einem Oxid, insbesondere Siliziumdioxid, das eine Dielektrizitätskonstante von etwa 3,9 hat. Jedoch werden auch dielektrische Materialien mit einer wesentlich größeren Dielektrizitätskonstante im dielektrischen Bereich verwendet .The electrically insulating area consists, for example, of an electrically insulating material with a specific resistance greater than 10 12 Ωcm (ohm by centimeter) at 20 ° C. room temperature, for example of an oxide, in particular silicon dioxide. The electrode area contains, for example, a metal with a specific electrical resistance less than 10 ~ 4 Ωcm at 20 ° C room temperature. Alternatively, the electrode regions contain, for example, polycrystalline silicon which is highly doped. The dielectric region also consists of an electrically insulating material, for example an oxide, in particular silicon dioxide, which has a dielectric constant of approximately 3.9. However, dielectric materials with a much larger dielectric constant in the dielectric range are also used.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach herzustellende integrierte Schaltungsanordnung mit Kondensator anzugeben. Die Schaltungsanordnung soll insbesondere mit einer kleinen Anzahl von Prozessschritten und insbesondere unter Verwendung weniger lithografischer Masken herstellbar sein. Außerdem soll ein einfaches Herstellungsverfahren für eine integrierte Schaltungsanordnung mit Kondensator angegeben werden. Die auf die Schaltungsanordnung bezogene Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltungsanordnung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.It is an object of the invention to provide an easily produced integrated circuit arrangement with a capacitor. The circuit arrangement should be able to be produced in particular with a small number of process steps and in particular using fewer lithographic masks. In addition, a simple manufacturing method for an integrated circuit arrangement with a capacitor is to be specified. The problem related to the circuit arrangement is achieved by an integrated circuit arrangement with the features specified in claim 1. Further developments are specified in the subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Isolierbereich Bestandteil einer in einer Ebene angeordneten Isolierschicht. Der Kondensator und mindestens ein aktives Bauelement der integrierten Schaltungsanordnung, vorzugsweise alle aktiven Bauelemente der integrierten Schaltungsanordnung, liegen auf der gleichen Seite der Isolierschicht. Außerdem sind der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich und der aktive Bereich des Bauelementes in einer Ebene angeordnet, die parallel zu der Ebene liegt, in der die Isolierschicht angeordnet ist.In the circuit arrangement according to the invention, the insulating area is part of an insulating layer arranged in one plane. The capacitor and at least one active component of the integrated circuit arrangement, preferably all active components of the integrated circuit arrangement, are on the same side of the insulating layer. In addition, the electrode region close to the insulating region and the active region of the component are arranged in a plane which lies parallel to the plane in which the insulating layer is arranged.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist einfach aufgebaut und lässt sich auf einfache Art herstellen, weil sich der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich und der aktiveThe circuit arrangement according to the invention is of simple construction and can be produced in a simple manner because the electrode region close to the insulation region and the active one
Bereich in einer Ebene befinden. Außerdem ist der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich und auch der aktive Bereich durch den Isolierbereich isoliert. An beide Elektrodenbereiche des Kondensators sind so frei wählbare Potentiale anleg- bar.Area are on one level. In addition, the electrode region close to the insulation region and also the active region are insulated by the insulation region. Freely selectable potentials can be applied to both electrode areas of the capacitor.
Der Kondensator hat außerdem hervorragende elektronische Eigenschaften :The capacitor also has excellent electronic properties:
Das Verhältnis zwischen parasitären Kapazitäten und Wi- derständen in Bezug zur Nutzkapazität ist klein, wobei unterschiedliche differentielle Kapazitäten auf Raumladungszonen zurückzuführen sind. Bei analogen Kapazitäten ist die differentielle Kapazität die im Arbeitspunkt wirksame Kapazität. - die Leckströme sind klein, die differenzielle Nichtlinearität der Kapazität ist klein, die Kapazität ist über einen weiten Arbeitspunktbereich konstant, das erzielbare Kapazitäts-Flächen-Verhältnis ist groß, beispielsweise mehr als zehn Femtofarad je Quadratmikro- meter oder sogar größer als zwanzig Femtofarad je Quadratmikrometer.The ratio between parasitic capacitances and resistances in relation to the useful capacitance is small, whereby different differential capacitances are due to space charge zones. In the case of analog capacities, the differential capacitance is the capacitance effective at the operating point. the leakage currents are small, the differential non-linearity of the capacitance is small, the capacity is constant over a wide operating point range, the achievable capacity-area ratio is large, for example more than ten femtofarads per square micrometer or even greater than twenty femtofarads per square micrometer.
Außerdem ist zwischen den aktiven Bauelementen und dem Kondensator keine weitere Schicht oder weitere Schichtenfolge erforderlich. Dies ermöglicht es, die Anzahl der erforderlichen Schichten zu verringern und die Planarität der integrierten Schaltungsanordnung zu erhöhen.In addition, no further layer or further layer sequence is required between the active components and the capacitor. This makes it possible to reduce the number of layers required and to increase the planarity of the integrated circuit arrangement.
Bei einer Weiterbildung sind der isolierbereichsnahe Elektro- denbereich und der aktive Bereich Halbleiterbereiche, die ein Halbleitermaterial enthalten, d.h. ein Material mit einem spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 10-5 und 10+12 Ωcm, insbesondere zwischen 10~6 und 10+1° Ωcm, z.B. Germanium, Silizium oder Galliumarsenid. Der spezifische Widerstand des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches des Kondensators wird bei einer Ausgestaltung durch eine Dotierung verringert.In a further development, the electrode area close to the insulation area and the active area are semiconductor areas which contain a semiconductor material, ie a material with a specific electrical resistance between 10 -5 and 10 +12 Ωcm, in particular between 10 ~ 6 and 10 +1 ° Ωcm, eg germanium, silicon or gallium arsenide. In one embodiment, the specific resistance of the electrode region of the capacitor close to the insulation region is reduced by doping.
Bei einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung sind der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich und der aktive Bereich einkristalline Bereiche, die ggf. dotiert sind. Die elektronischen Eigenschaften von aktiven Bauelementen in einkristallinen Schichten sind besonders gut. Außerdem lässt sich der elektrische Widerstand einer einkristallinen Elektrode des Kondensators durch Dotierung besonders gut verringern. Bei einer Ausgestaltung hat der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich und auch der aktive Bereich eine Dicke kleiner als einhundert Nanometer oder sogar kleiner als fünfzig Nanome- ter. In solchen dünnen Halbleiterschichten lassen sich auf besonders einfache Art und Weise aktive Bauelemente erzeugen, die eine sehr kurze Kanallänge haben. Bei einer nächsten Weiterbildung grenzt die Isolierschicht an ein Trägersubstrat an, wie es bei einem sogenannten SOI- Substrat (Silicon On Insulator) der Fall ist. Derartige Substrate lassen sich auf einfache Art und Weise herstellen. Außerdem haben die elektronischen Schaltungen, die auf diesen Substraten angeordnet werden, besonders gute elektronische Eigenschafte .In a further development of the circuit arrangement, the electrode region close to the insulation region and the active region are single-crystalline regions, which may be doped. The electronic properties of active components in single-crystalline layers are particularly good. In addition, the electrical resistance of a single-crystal electrode of the capacitor can be reduced particularly well by doping. In one configuration, the electrode region close to the insulation region and also the active region have a thickness of less than one hundred nanometers or even less than fifty nanometers. Active components that have a very short channel length can be produced in a particularly simple manner in such thin semiconductor layers. In a further development, the insulating layer adjoins a carrier substrate, as is the case with a so-called SOI substrate (Silicon On Insulator). Such substrates can be produced in a simple manner. In addition, the electronic circuits which are arranged on these substrates have particularly good electronic properties.
Bei einer nächsten Weiterbildung sind der dielektrische Be- reich und der isolierbereichsferne Elektrodenbereich an mindestens zwei Seitenflächen des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches angeordnet. Durch diese Maßnahme lässt sich die Kapazität des Kondensators auf einfache Art erhöhen. Liegen die Seitenflächen quer zum Trägersubstrat, so wird für die Vergrößerung der Kapazität keine oder nur eine kleine zusätzliche Chipfläche benötigt. Eine weitere Maßnahme zum Vergrößern der Kapazität besteht darin, dass die Elektrodenbereiche eine Vielzahl von ineinandergreifenden Stegen enthalten. Die Steghöhe ist vorzugsweise größer als die Stegbreite.In a next development, the dielectric region and the electrode region remote from the insulation region are arranged on at least two side surfaces of the electrode region near the insulation region. This measure allows the capacitance of the capacitor to be increased in a simple manner. If the side surfaces lie transversely to the carrier substrate, no or only a small additional chip area is required to increase the capacity. Another measure to increase the capacity is that the electrode areas contain a large number of interlocking webs. The web height is preferably greater than the web width.
Bei einer anderen Weiterbildung ist das aktive Bauelement ein Feldeffekttransistor: der Kanalbereich des Feldeffekttransistors ist der aktive Bereich. Ist der Kanalbereich undotiert, so ergeben sich insbesondere bei sehr kurzen Kanallängen von beispielsweise zehn Nanometern besonders gute elektronische Eigenschaften.In another development, the active component is a field effect transistor: the channel region of the field effect transistor is the active region. If the channel region is undoped, particularly good electronic properties result, in particular with very short channel lengths of, for example, ten nanometers.
Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors ist Bestandteil einer strukturierten Elektrodenschicht, in der auch der isolierbereichsferne Elektrodenbereich des Kondensators angeordnet ist. Die Steuerelektrode und der i- solierbereichsferne Elektrodenbereich bestehen aus dem gleichen Material. Auch die Dicke dieser Bereiche und deren Dotierstoff onzentration stimmen überein. - Ein Steuerelektrodenisolationsbereich des Feldeffekttransistors besteht bei einer Ausgestaltung aus dem gleichen Material wie der dielektrische Bereich des Kondensators. Auch die Dicke dieser Bereiche stimmt überein.The control electrode of the field effect transistor is part of a structured electrode layer in which the electrode region of the capacitor, which is remote from the insulation region, is also arranged. The control electrode and the electrode region remote from the insulating region consist of the same material. The thickness of these areas and their dopant concentration are also the same. - A control electrode insulation area of the field effect transistor in one embodiment consists of the same Material like the dielectric area of the capacitor. The thickness of these areas is also the same.
Durch diese Maßnahme sind für die Herstellung des Kondensa- tors und zur Herstellung des Feldeffekttransistors nur drei Schichterzeugungsprozesse erforderlich. Die Bereiche des Feldeffekttransistors und des Kondensators, die in der gleichen Schicht liegen, lassen sich gemeinsam strukturieren. Eine zusätzliche Maske zur Herstellung des Kondensators ist nur dann erforderlich, wenn der untere Elektrodenbereich des Kondensators anders dotiert wird als der Kanalbereich des Feldeffekttransistors. Eine weiter zusätzliche Maske ist nur dann erforderlich, wenn sich die Materialien und/oder die Isolierdicken des Steuerelektrodenisolierbereiches und des dielektrischen Bereiches des Kondensators unterscheiden. Aber selbst dann ist die zur Herstellung der Schaltungsanordnung erforderliche Anzahl der Masken noch klein.As a result of this measure, only three layer production processes are required for the production of the capacitor and for the production of the field effect transistor. The areas of the field effect transistor and the capacitor which are in the same layer can be structured together. An additional mask for producing the capacitor is only required if the lower electrode area of the capacitor is doped differently than the channel area of the field effect transistor. A further additional mask is only required if the materials and / or the insulation thicknesses of the control electrode insulation region and the dielectric region of the capacitor differ. But even then, the number of masks required to manufacture the circuit arrangement is still small.
Bei einer nächsten Weiterbildung enthält der Feldeffekttran- sistor einen Steg bzw. eine Finne. An einander gegenüberliegenden Seiten des Steges sind Steuerelektroden angeordnet. Auf diese Weise entsteht ein Feldeffekttransistor mit hervorragenden Steuereigenschaften, beispielsweise ein sogenannter FinFET.In a further development, the field effect transistor contains a web or a fin. Control electrodes are arranged on opposite sides of the web. This creates a field effect transistor with excellent control properties, for example a so-called FinFET.
Bei einer Weiterbildung gibt es einen Verbindungsbereich, der die Steuerelektroden elektrisch leitend verbindet. Bei einer Ausgestaltung ist der Verbindungsbereich vom Kanalbereich durch einen Isolierbereich getrennt, dessen Isolierstärke größer ist als die Isolierstärke des Steuerelektrodenisolier- bereiches. Durch diese Maßnahmen lassen sich Kanteneffekte bei der Steuerung des Transistors vermeiden.In one development, there is a connection area that connects the control electrodes in an electrically conductive manner. In one embodiment, the connection area is separated from the channel area by an insulation area, the insulation thickness of which is greater than the insulation thickness of the control electrode insulation area. These measures prevent edge effects when controlling the transistor.
Bei einer anderen Ausgestaltung grenzt die Steuerelektrode an einen Silizidbereich an. Durch diese Maßnahme lässt sich die Steuerelektrode leichter kontaktieren. Außerdem verringert sich der Anschlusswiderstand und der Schichtwiderstand. Bei einer nächsten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung grenzen Anschlussbereiche des Feldeffekttransistors an die Isolierschicht. Bei einer Ausgestaltung grenzen die Anschlussbereiche ebenfalls an Silizidbereiche. Ausreichend Material für die Silizidbildung ist dann vorhanden, wenn die Halbleiterschicht im Bereich der Anschlussbereiche sowohl vor als auch nach der Silizidbildung eine größere Dicke hat als im Bereich der isolierbereichsnahen Elektrode.In another embodiment, the control electrode is adjacent to a silicide area. This measure makes it easier to contact the control electrode. In addition, the connection resistance and the sheet resistance are reduced. In a next development of the circuit arrangement according to the invention, connection regions of the field effect transistor border on the insulating layer. In one embodiment, the connection areas also border on silicide areas. Sufficient material for silicide formation is present if the semiconductor layer in the area of the connection areas has a greater thickness both before and after the silicide formation than in the area of the electrode near the insulation area.
Bei einer nächsten Weiterbildung sind beidseitig der Steuerelektroden Abstandshalter angeordnet, die auch ein anderes Material enthalten oder aus einem anderen Material bestehen als die Elektrodenschicht, insbesondere einem Material, das nicht als Ausgangspunkt für ein Epitaxieschichtwachstum bei einem Epitaxieverfahren zum Erzeugen einer Halbleiterepitaxieschicht geeignet ist, beispielsweise aus Siliziumnitrid. Durch die Verwendung der Abstandshalter werden Seitenbereiche der Steuerelektrode bedeckt, so dass von dort keine Epitaxie ausgehen kann und Kurzschlüsse vermieden werden.In a next development, spacers are arranged on both sides of the control electrodes, which also contain a different material or consist of a different material than the electrode layer, in particular a material that is not suitable as a starting point for epitaxial layer growth in an epitaxial process for producing a semiconductor epitaxial layer, for example from silicon nitride. By using the spacers, side areas of the control electrode are covered so that no epitaxy can emanate from them and short circuits are avoided.
Bei einer Ausgestaltung ist an mindestens einer Seite des isolationsbereichsfernen Elektrodenbereiches ebenfalls ein Abstandshalter angeordnet. Die Abstandshalter haben die glei- ehe Aufgabe wie die an der Steuerelektrode angeordneten Abstandshalter erfüllt. Berühren sich ein am Gate angeordneter Abstandshalter und ein an einer Elektrode angeordneter Abstandshalter, so entsteht eine Maskierung, die bspw. eine Dotierung oder auch eine Silizidierung im maskierten Bereich verhindert.In one embodiment, a spacer is also arranged on at least one side of the electrode region remote from the insulation region. The spacers have the same task as the spacers arranged on the control electrode. If a spacer arranged on the gate and a spacer arranged on an electrode come into contact, a mask is produced which, for example, prevents doping or silicidation in the masked area.
Bei einer nächsten Weiterbildung grenzen ein Anschlussbereich des Feldeffekttransistors und der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich des Kondensators aneinander und bilden so eine elektrisch leitfähige Verbindung. Auf diese Art und Weise entsteht eine einfach aufgebaute Speicherzelle eines DRAM (Dynamic Random Access Memory) , ohne dass zusätzliche Maßnah- men für die Kontaktierung der isolierbereichsnahen Elektrode erforderlich sind.In a next development, a connection area of the field effect transistor and the electrode area of the capacitor close to the insulation area adjoin one another and thus form an electrically conductive connection. In this way, a simply constructed memory cell of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) is created without additional measures. Men are required for contacting the electrode near the insulation area.
Bei einer Weiterbildung ist die an den einen Anschlussbereich des Transistors angrenzende Seite des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches länger als eine quer zu dieser Seite liegende Seite des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches, vorzugsweise mindestens doppelt so lang oder mindestens fünf mal so lang. Der Transistor hat in diesem Fall eine Transis- torweite, die ein mehrfaches der minimalen Strukturbreite beträgt, vorzugsweise mehr als das Dreifache oder mehr als das Fünffache. Durch diese Maßnahmen entsteht eine besonders niederohmige Verbindung zwischen dem Transistor und dem Kondensator. Dies führt insbesondere bei sogenannten analogen Kapazitäten in analogen Schaltungen zur Verbesserung der elektronischen Eigenschaften. Beispiele für solche analogen Schaltungen sind Analog-Digital-Wandler . Ein anderes Beispiel für eine analoge Kapazität ist eine sogenannte Bypass- Kapazität mit der sich Spannungsspitzen auf eine Betriebs- Spannungsleitung oder einer Signalleitung glätten lassen.In a further development, the side of the electrode region near the insulation region adjacent to a connection region of the transistor is longer than a side of the electrode region near the insulation region, preferably at least twice as long or at least five times as long. In this case, the transistor has a transistor width which is a multiple of the minimum structure width, preferably more than three times or more than five times. These measures result in a particularly low-resistance connection between the transistor and the capacitor. This leads in particular to so-called analog capacities in analog circuits to improve the electronic properties. Examples of such analog circuits are analog-to-digital converters. Another example of an analog capacitance is a so-called bypass capacitance with which voltage peaks can be smoothed out on an operating voltage line or a signal line.
Bei einer alternativen Weiterbildung ist dagegen eine quer zu der an den Anschlussbereich angrenzende Seite des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches liegende Seite des isolierbe- reichsnahen Elektrodenbereiches länger als die an den Anschlussbereich angrenzende Seite, vorzugsweise mindestens doppelt so lang oder mindestens fünf mal so lang. Der Transistor hat in diesem Fall eine Transistorweite, die kleiner als das Dreifache der minimalen Strukturbreite ist, vorzugs- weise kleiner als das Doppelte der minimalen Strukturbreite. Durch diese Maßnahme wird insbesondere bei Speicherzellen erreicht, dass sich der ohmsche Widerstand der Bodenelektrode des Kondensators erhöht und einer schnellen Entladung der Speicherkapazität damit entgegengewirkt wird.In an alternative development, on the other hand, a side of the electrode area near the insulation area adjacent to the connection area of the electrode area is longer than the side adjacent to the connection area, preferably at least twice as long or at least five times as long. In this case, the transistor has a transistor width that is smaller than three times the minimum structure width, preferably smaller than twice the minimum structure width. This measure, in particular in the case of memory cells, increases the ohmic resistance of the bottom electrode of the capacitor and thus counteracts rapid discharge of the storage capacity.
Bei einer anderen Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung mindestens einen Prozessor, der eine Vielzahl von logi- sehen Schaltfunktionen enthält. Enthält die Schaltungsanordnung bei einer Ausgestaltung neben dem Prozessor außerdem eine Vielzahl von DRAM-Speichereinheiten (Dynamic Random Access Memory) , so wird auch von einem embedded-Speicher gesprochen. Zur Herstellung dieser Schaltungsanordnung werden zusätzlich zu den für die Herstellung der Logik ohnehin erforderlichen Prozessschritten und Masken nur eine kleine Anzahl von zusätzlichen Prozessschritten und zusätzlichen Masken zur Herstellung des Kondensators bzw. der mit ihm elektrisch leitfähig verbundenen Transistoren benötigt.In another development, the circuit arrangement contains at least one processor which has a large number of logic see switching functions contains. If the circuit arrangement also contains a plurality of DRAM memory units (Dynamic Random Access Memory) in addition to the processor, this is also referred to as embedded memory. To produce this circuit arrangement, in addition to the process steps and masks required in any case for the production of the logic, only a small number of additional process steps and additional masks are required for producing the capacitor or the transistors connected to it in an electrically conductive manner.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsanordnung, insbesondere zum Herstellen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung oder einer ihrer Weiterbildungen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ohne Beschränkung durch die angegebene Reihenfolge die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt:In a further aspect, the invention also relates to a method for producing an integrated circuit arrangement, in particular for producing the circuit arrangement according to the invention or one of its developments. In the method according to the invention, the following method steps are carried out without being restricted by the sequence specified:
Bereitstellen eines Substrats, das eine Isolierschicht aus elektrisch isolierendem Material und eine Halbleiterschicht enthält, z.B. ein SOI-Substrat ,Providing a substrate containing an insulating layer of electrically insulating material and a semiconductor layer, e.g. an SOI substrate,
Strukturieren der Halbleiterschicht zum Ausbilden mindestens eines Elektrodenbereiches für einen Kondensator und zum Ausbilden mindestens eines aktiven Bereiches eines Transistors, nach dem Strukturieren der Halbleiterschicht Erzeugen einer dielektrischen Schicht, nach dem Erzeugen der dielektrischen Schicht Erzeugen einer Elektrodenschicht, und - Ausbilden einer isolierbereichsfernen Elektrode des Kondensators und einer Steuerelektrode des Transistors in der Elektrodenschicht.Structuring the semiconductor layer to form at least one electrode region for a capacitor and to form at least one active region of a transistor, after structuring the semiconductor layer producing a dielectric layer, after producing the dielectric layer producing an electrode layer, and - forming an electrode of the capacitor remote from the insulation region and a control electrode of the transistor in the electrode layer.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung eines sogenannten FinFET gemeinsam mit dem Kondensator. Die oben genannten technischen Wirkungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und ihrer Weiterbildungen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Weiterbildungen.The method according to the invention is particularly suitable for producing a so-called FinFET together with the capacitor. The above-mentioned technical effects of the circuit arrangement according to the invention and its developments also apply to the method according to the invention and its developments.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. In it show:
Figuren 1A bis 16BFigures 1A to 16B
Herstellungsstufen bei der Herstellung einer integrierten DRAM-Speicherzelle,Manufacturing stages in the manufacture of an integrated DRAM memory cell,
Figur 17 eine Draufsicht auf die Speicherzelle, undFigure 17 is a plan view of the memory cell, and
Figur 18 eine Draufsicht auf eine DRAM-Speicherzelle mit drei Transistoren.Figure 18 is a plan view of a DRAM memory cell with three transistors.
Die Figuren 1A bis 16B zeigen Herstellungsstufen bei der Herstellung einer integrierten Speicherzelle, wobei die Figuren 1A bis 16A einen Schnitt entlang einer 'Schnittebene I betreffen, die längs zu einem Kanal eines Feldeffekttransis- tors liegt, insbesondere längs zur Stromflussrichtung imFIGS. 1A to 16B show production stages in the production of an integrated memory cell, with FIGS. 1A to 16A relating to a section along a section plane I, which lies along a channel of a field effect transistor, in particular along the direction of current flow in FIG
Kanal. Die Figuren 1B bis 16B betreffen jeweils den Schnitt entlang einer Schnittebene II, die quer zum Kanal liegt.Channel. Figures 1B to 16B each relate to the section along a section plane II, which is transverse to the channel.
Die Herstellung der Speicherzelle beginnt ausgehend von einem SOI-Substrat 10, das ein Trägersubstrat 12 aus einkristallinem Silizium, eine sogenannte vergrabene Isolierschicht 14 aus beispielsweise Siliziumdioxid und eine dünne Halbleiterschicht 16 aus monokristallinem Silizium enthält. Im Ausführungsbeispiel betragen die Dicke des Trägersubstrats 12 fünf- hundertfünfzig Mikrometer, die Dicke der Isolierschicht 14 einhundert Nanometer und die Dicke der Halbleiterschicht 16 fünfzig Nanometer. Bei der in Figur 1A dargestellten Herstellungsstufe gibt es noch keine Unterschiede entlang der Schnittebene I bzw. II, siehe Figur IB.The production of the memory cell starts from an SOI substrate 10, which contains a carrier substrate 12 made of single-crystal silicon, a so-called buried insulating layer 14 made of silicon dioxide, for example, and a thin semiconductor layer 16 made of monocrystalline silicon. In the exemplary embodiment, the thickness of the carrier substrate 12 is five hundred and fifty micrometers, the thickness of the insulating layer 14 is one hundred nanometers and the thickness of the semiconductor layer 16 is fifty nanometers. In the manufacturing stage shown in FIG. 1A, there are still no differences along the sectional plane I or II, see FIG. IB.
Wie in den Figuren 2A und 2B dargestellt, wird auf das SOI- Substrat 10 anschließend eine Siliziumnitridschicht 18 abge- schieden, beispielsweise mit Hilfe eines CVD-Verfahrens (Chemical Vapor Deposition) . Im Ausführungsbeispiel hat die Siliziumnitridschicht 18 eine Dicke von fünfzig Nanometern. Über die Siliziumnitridschicht 18 wird dann ganzflächig eine Siliziumdioxidschicht abgeschieden, z.B. eine TEOS-Schicht 20 (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) mit Hilfe eines TEOS-Verfahrens . Im Ausführungsbeispiel hat die TEOS-Schicht 20 eine Dicke von fünfundsiebzig Nanometern. Entlang der Schnittebenen I und II liegen noch gleiche Verhältnisse vor, siehe Figur 2B.As shown in FIGS. 2A and 2B, a silicon nitride layer 18 is subsequently deposited on the SOI substrate 10. different, for example with the help of a CVD process (Chemical Vapor Deposition). In the exemplary embodiment, the silicon nitride layer 18 has a thickness of fifty nanometers. A silicon dioxide layer is then deposited over the entire surface of the silicon nitride layer 18, for example a TEOS layer 20 (tetraethyl orthosilicate) with the aid of a TEOS method. In the exemplary embodiment, the TEOS layer 20 has a thickness of seventy-five nanometers. The same conditions still exist along the sectional planes I and II, see FIG. 2B.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Doppelschicht aus der Siliziumnitridschicht 18 und der TEOS-Schicht 20 durch eine einzige Schicht ersetzt. Dadurch ergibt sich eine Prozessvereinfachung.In another embodiment, the double layer of silicon nitride layer 18 and TEOS layer 20 is replaced by a single layer. This simplifies the process.
Wie in den Figuren 3A und 3B dargestellt, wird anschließend ein Lithografieverfahren durchgeführt. Dazu wird ein Fotolack 22 ganzflächig aufgebracht, gemäß einem vorgegebenen Layout belichtet und entwickelt. Anschließend werden die TEOS- Schicht 20, die Nitridschicht 18 und die Halbleiterschicht 16 strukturiert, beispielsweise mit einem Trockenätzverfahren. Dabei entsteht ein Schichtstapel 30 bzw. Mesa, der sich im Bereich der Schnittebene II zu einem Stegbereich verjüngt, siehe Figur 3B, und dann wieder aufweitet. Die Geometrie für den herzustellenden Feldeffekttransistor und den Kondensator lassen sich unabhängig voneinander vorgeben und somit optimieren.As shown in FIGS. 3A and 3B, a lithography process is then carried out. For this purpose, a photoresist 22 is applied over the entire surface, exposed and developed in accordance with a predetermined layout. The TEOS layer 20, the nitride layer 18 and the semiconductor layer 16 are then structured, for example using a dry etching method. This creates a layer stack 30 or mesa, which tapers to a web area in the area of the sectional plane II, see FIG. 3B, and then widens again. The geometry for the field effect transistor to be manufactured and the capacitor can be specified independently of one another and thus optimized.
Der Fotolack 22 wird anschließend entfernt. Alternativ zu einem fotolithografischen Verfahren wird bei einem anderen Ausführungsbeispiel ein Elektronenstrahl-Lithografie- Verfahren oder ein anderes geeignetes Verfahren durchgeführt.The photoresist 22 is then removed. As an alternative to a photolithographic process, an electron beam lithography process or another suitable process is carried out in another exemplary embodiment.
Wie in den Figuren 4A und 4B dargestellt, wird anschließend ein weiteres Fotolithografieverfahren ausgeführt, bei dem eine zusätzliche Maske zur Herstellung des Kondensators erforderlich ist. Es wird eine Fotolackschicht 32 aufgebracht, mit der Maske belichtet, entwickelt und strukturiert. Bei der Strukturierung werden die TEOS-Schicht 20 und die Siliziumnitridschicht 18 oberhalb eines Bodenelektrodenbereiches 34 in der Halbleiterschicht 16 entfernt. Dadurch wird der Stapel 30 in einen Transistorteil 30a und in einen Kondensatorteil 30b aufgeteilt.As shown in FIGS. 4A and 4B, a further photolithography process is then carried out, in which an additional mask is required to produce the capacitor. A photoresist layer 32 is applied exposed, developed and structured with the mask. During the structuring, the TEOS layer 20 and the silicon nitride layer 18 above a bottom electrode region 34 in the semiconductor layer 16 are removed. As a result, the stack 30 is divided into a transistor part 30a and a capacitor part 30b.
Anschließend wird unter Verwendung der strukturierten Fotolackschicht 32 eine Ionenimplantation durchgeführt, wobei der Bodenelektrodenbereich 34 stark n-dotiert wird, in Figur 4A dargestellt durch n++ und durch Implantationspfeile 40. In dem für den Transistor vorgesehenen Bereich wird die Halbleiterschicht 16 nicht dotiert. Durch die Zusatzimplantation wird der Bodenelektrodenbereich 34 niederohmig. Beispielswei- se beträgt die Dotierungsdichte 1020 Dotieratome je Kubikzentimeter. Die Dotierungsdicht liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1019 bis 1021 Dotieratome je Kubikzentimeter. Bei steigender Dotierdichte wächst das Dielektrikum schneller als auf undotierten oder nur mittel stark dotierten Bereichen. Jedoch werden mit steigender Dotierungsdichte die sich ausbildenden Raumladungszonen kleiner, so dass parasitäre Effekte ebenfalls kleiner werden.An ion implantation is then carried out using the structured photoresist layer 32, the bottom electrode region 34 being heavily n-doped, represented by n ++ in FIG. 4A and by implantation arrows 40. The semiconductor layer 16 is not doped in the region provided for the transistor. The additional electrode implantation makes the bottom electrode region 34 low-resistance. For example, the doping density is 10 20 doping atoms per cubic centimeter. The doping density is preferably in the range between 10 19 to 10 21 doping atoms per cubic centimeter. With increasing doping density, the dielectric grows faster than on undoped or only moderately heavily doped areas. However, the space charge zones that form become smaller with increasing doping density, so that parasitic effects also become smaller.
Das spätere Kanalgebiet des Transistors, insbesondere die Seitenflächen dieses Kanalgebietes, werden durch die Fotolackschicht 32 geschützt, so dass in diese Bereiche keine Ionen vordringen, die eine Dotierung bewirken könnten.The later channel region of the transistor, in particular the side faces of this channel region, are protected by the photoresist layer 32, so that no ions penetrate into these regions, which could cause doping.
Wie in den Figuren 5A und 5B dargestellt, wird anschließend die Fotolackschicht 32 entfernt. An allen freiliegenden Seiten der Halbleiterschicht 16 und insbesondere auch an den freiliegenden Seiten des Bodenelektrodenbereiches 34 wird anschließend eine dünne Oxidschicht erzeugt, die im Bereich des Transistors das Gateoxid 42 bzw. 44 und im Bereich des Kondensators ein Dielektrikum 46 bildet. Beispielsweise wächst die Oxidschicht thermisch auf. Im Ausführungsbeispiel hat die Oxidschicht im Bereich des undotierten Siliziums eine Dicke von zwei Nanometern.As shown in FIGS. 5A and 5B, the photoresist layer 32 is then removed. A thin oxide layer is subsequently produced on all exposed sides of the semiconductor layer 16 and in particular also on the exposed sides of the bottom electrode region 34, which forms the gate oxide 42 or 44 in the region of the transistor and a dielectric 46 in the region of the capacitor. For example, the oxide layer grows thermally. In the embodiment the oxide layer has a thickness of two nanometers in the area of the undoped silicon.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird unter Verwen- düng eines weiteren Lithografieverfahrens im Bereich des Kondensators ein Dielektrikum aus einem anderen Material und/oder ein Dielektrikum mit einer anderen Dicke als in dem für den Transistor vorgesehenen Bereich erzeugt.In an alternative embodiment, using a further lithography method, a dielectric made of a different material and / or a dielectric with a different thickness than in the area provided for the transistor is produced in the area of the capacitor.
Wie in den Figuren 6A und 6B dargestellt, wird anschließend in-situ oder nachträglich dotiertes polykristallines Silizium abgeschieden, wobei eine Polysiliziumschicht 50 erzeugt wird. Die Polysiliziumschicht 50 hat beispielsweise eine Dicke von einhundert Nanometern und eine Dotierstoffkonzentration von 1021 Dotieratomen je Kubikzentimeter. Die starke Dotierung vom n-Leistungstyp ist wiederum durch das Symbol n++ dargestellt. Als Dotieratome werden beispielsweise Phosphoratome verwendet .As shown in FIGS. 6A and 6B, polycrystalline silicon is subsequently deposited in situ or subsequently doped, a polysilicon layer 50 being produced. The polysilicon layer 50 has, for example, a thickness of one hundred nanometers and a dopant concentration of 10 21 dopant atoms per cubic centimeter. The strong n-type doping is again represented by the symbol n ++ . Phosphorus atoms, for example, are used as doping atoms.
Wie in den Figuren 7A und 7B gezeigt, wird anschließend auf die Polysiliziumschicht 50 eine weitere TEOS-Schicht 52 abgeschieden, die dicker ist als die TEOS-Schicht 20. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der TEOS-Schicht 52 einhundert Nanometer.As shown in FIGS. 7A and 7B, a further TEOS layer 52, which is thicker than the TEOS layer 20, is subsequently deposited on the polysilicon layer 50. In the exemplary embodiment, the thickness of the TEOS layer 52 is one hundred nanometers.
Die TEOS-Schicht 52 hat eine Doppelfunktion. Wie weiter unten noch erläutert, dient die TEOS-Schicht 52 zunächst als Hartmaske für die Strukturierung der Steuerelektrode (Gate) des Transistors. Danach dient die TEOS-Schicht 52 als Implantati- onsmaske, die ein nochmaliges Dotieren der Gateelektrode verhindert. Auf diese Weise ist es möglich, Gateelektrode und Source-/Drain-Bereiche unterschiedlich zu dotieren. Damit lässt sich die Gateelektrodenaustrittsarbeit frei wählen.The TEOS layer 52 has a dual function. As explained further below, the TEOS layer 52 initially serves as a hard mask for structuring the control electrode (gate) of the transistor. Thereafter, the TEOS layer 52 serves as an implantation mask, which prevents the gate electrode from being doped again. In this way it is possible to dope the gate electrode and source / drain regions differently. This allows the gate electrode work to be chosen freely.
Wie in den Figuren 8A und 8B gezeigt, wird anschließend ein weiteres Lithografieverfahren zur Strukturierung einer Gateelektrode 54 durchgeführt. Dazu wird wiederum eine in den Figuren nicht dargestellte Fotolackschicht aufgebracht, belichtet und entwickelt. Anschließend werden die TEOS-Schicht 52 und die Polysiliziumschicht 50 strukturiert, beispielsweise geätzt. Dabei entsteht im Bereich des Transistors die Gateelektrode 54 und im Bereich des Kondensators eine Deckelektrode 56. Die Gateelektrode 54 wird durch einen TEOS- Schichtbereich 52a bedeckt. Die Deckelektrode 56 wird durch einen TEOS-Schichtbereich 52b bedeckt. Die Ätzung stoppt auf der TEOS-Schicht 20. Bei der Ätzung der Polysiliziumschicht 50 wird deutlich überätzt, damit sämtliche parasitären Poly- siliziu -Abstandshalter an den Seitenwänden des Schichtstapels 30a entfernt werden. Die Seitenwände sind nach der Ätzung nur durch die dünne Oxidschicht bedeckt.As shown in FIGS. 8A and 8B, a further lithography process for structuring a gate electrode 54 is then carried out. For this purpose, one in turn Figures not shown photoresist layer applied, exposed and developed. The TEOS layer 52 and the polysilicon layer 50 are then structured, for example etched. This creates the gate electrode 54 in the region of the transistor and a cover electrode 56 in the region of the capacitor. The gate electrode 54 is covered by a TEOS layer region 52a. The cover electrode 56 is covered by a TEOS layer region 52b. The etching stops on the TEOS layer 20. When the polysilicon layer 50 is etched, it is significantly over-etched so that all parasitic polysilicon spacers on the side walls of the layer stack 30a are removed. The side walls are only covered by the thin oxide layer after the etching.
Wie in den Figuren 9A und 9B gezeigt, wird anschließend eine dünne Siliziumnitridschicht 60 ganzflächig abgeschieden, beispielsweise mit Hilfe eines CVD-Verfahrens . Die Siliziumnitridschicht 60 hat im Ausführungsbeispiel eine Dicke von fünfzig Nanometern.As shown in FIGS. 9A and 9B, a thin silicon nitride layer 60 is subsequently deposited over the entire surface, for example with the aid of a CVD method. The silicon nitride layer 60 has a thickness of fifty nanometers in the exemplary embodiment.
Wie in den Figuren 10A und 10B dargestellt, wird die Siliziumnitridschicht 60 anschließend in einem anisotropen Ätzpro- zess zu Abstandshaltern 60a an den Seitenwänden des Transistorteils 30a, Abstandshaltern 60b, 60c an den Seitenwänden der Gateelektrode 54 und des TEOS-Schichtbereiches 52a sowie zu einem Abstandshalter 60d an den Seitenwänden der Deckelektrode 56 und des TEOS-Bereiches 52b zurückgeätzt.As shown in FIGS. 10A and 10B, the silicon nitride layer 60 is then, in an anisotropic etching process, spacers 60a on the side walls of transistor part 30a, spacers 60b, 60c on the side walls of gate electrode 54 and TEOS layer region 52a, and also a spacer 60d etched back on the side walls of the cover electrode 56 and the TEOS region 52b.
Wie in den Figuren 11A und 11B dargestellt, wird danach die dünne TEOS-Schicht 20 ohne Verwendung eines Lithografieverfahrens geätzt, d.h. selbstjustierend, beispielsweise mit einem RIE-Verfahren (Reactive Ion Etching) . Es entsteht unterhalb der Abstandshalter 60b, 60c und unterhalb der Gateelektrode 54 ein TEOS-Schichtbereich 20a. Unterhalb des Ab- Standshalters 60d entsteht ein TEOS-Schichtbereich 20b. Während des Ätzens werden auch die TEOS-Schichtbereiche 52a und 52b gedünnt, bspw. auf fünfundzwanzig Nanometer. Es entstehen gedünnte TEOS-Schichtbereiche 52c oberhalb der Gateelektrode 54 und 52d oberhalb der Deckelektrode 56. Durch die Ätzung wird außerdem die Siliziumnitridschicht 18 in Breichen freigelegt, die nicht vom TEOS-Schichtbereich 20a bedeckt sind. Die Abstandshalter 60a bis 60d werden durch die Ätzung derAs shown in FIGS. 11A and 11B, the thin TEOS layer 20 is then etched without using a lithography process, ie self-aligning, for example using an RIE (reactive ion etching) process. A TEOS layer region 20a is formed below the spacers 60b, 60c and below the gate electrode 54. A TEOS layer region 20b is formed below the spacer 60d. During the etching, the TEOS layer regions 52a and 52b are also thinned, for example to twenty-five nanometers. Arise thinned TEOS layer regions 52c above the gate electrode 54 and 52d above the top electrode 56. The etching also exposes the silicon nitride layer 18 in regions which are not covered by the TEOS layer region 20a. The spacers 60a to 60d are made by the etching of the
TEOS-Schicht 52 nicht angegriffen, so dass sie etwas über die gedünnten TEOS-Schichtbereiche 52c und 52d hinausstehen.TEOS layer 52 is not attacked, so that they protrude slightly beyond the thinned TEOS layer regions 52c and 52d.
Wie in den Figuren 12A und 12B gezeigt, wird anschließend die Nitridschicht 18 selbstjustierend strukturiert, wobei freiliegende Bereiche dieser Siliziumnitridschicht 18 entfernt werden. Unterhalb des TEOS-Schichtbereiches 20a verbleibt ein Nitridschichtbereich 18a. Unterhalb des TEOS-Schichtbereiches 20b verbleibt ein Nitridschichtbereich 18b. Beispielsweise wird mit einem RIE-Verfahren (Reactive Ion Etching) geätzt.As shown in FIGS. 12A and 12B, the nitride layer 18 is then structured in a self-adjusting manner, with exposed regions of this silicon nitride layer 18 being removed. A nitride layer region 18a remains below the TEOS layer region 20a. A nitride layer region 18b remains below the TEOS layer region 20b. For example, RIE (Reactive Ion Etching) is used for etching.
Dabei werden auch die Abstandshalter 60a bis 60d gekürzt. Die Schichtdicken und Ätzungen sind so dimensioniert, dass die Gateelektrode 54 nach der Ätzung der Siliziumnitridschicht 18 immer noch an den Seiten von den Abstandshaltern 60b und 60c umgeben ist. Von oben wird die Gateelektrode 54 weiterhin durch eine ausreichend dicke TEOS-Schicht maskiert, beispielsweise eine TEOS-Schicht 52c mit einer Dicke von fünfundzwanzig Nanometern. Die Source-/Drain-Gebiete liegen nach dem Ätzen der Siliziumnitridschicht 18 offen.The spacers 60a to 60d are also shortened. The layer thicknesses and etchings are dimensioned such that the gate electrode 54 is still surrounded on the sides by the spacers 60b and 60c after the etching of the silicon nitride layer 18. From above, the gate electrode 54 is further masked by a sufficiently thick TEOS layer, for example a TEOS layer 52c with a thickness of twenty-five nanometers. The source / drain regions are exposed after the etching of the silicon nitride layer 18.
Die Abstandshalter 60b und 60c schließen nun mit der oberen Oberfläche des TEOS-Bereiches 52c ab. Der Abstandshalter 60d schließt mit der oberen Oberfläche des TEOS-Schichtbereiches 52d ab.The spacers 60b and 60c now terminate with the upper surface of the TEOS region 52c. The spacer 60d is flush with the upper surface of the TEOS layer region 52d.
Wie in den Figuren 13A und 13B dargestellt, wird anschließend ein selektives Epitaxieverfahren durchgeführt. Eine monokristalline Epitaxieschicht wächst nur auf den freigelegten Source-/Drain-Bereichen der Halbleiterschicht 16 auf. Es entstehen Epitaxiebereiche 62 und 64 auf monokristallinemAs shown in Figures 13A and 13B, a selective epitaxial procedure is then performed. A monocrystalline epitaxial layer only grows on the exposed source / drain regions of the semiconductor layer 16. Epitaxial regions 62 and 64 arise on monocrystalline
Silizium. Die Epitaxiebereiche 62 und 64 erstrecken sich etwa bis zur halben Höhe der TEOS-Schichtbereiche 20a bzw. 20b. Die Epitaxiebereiche 62 und 64 werden auch als "angehobene" (elevated) Source-/Drain-Bereiche bezeichnet. Die Dicke der Epitaxieschicht für die Epitaxiebereiche 62 und 64 richtet sich vor allem nach der Dicke der Halbleiterschicht 16 und der nachfolgend erläuterten Silizidierung. Bei der Silizidierung wird vorhandenes Silizium verbraucht, so dass entsprechend viel Silizium für die Reaktion bereitgestellt wird. Durch diese Maßnahme wird ein "Abreißen" der Kanalanschlüsse im Bereich des Drain-/Source-Bereiches vermieden.Silicon. The epitaxial regions 62 and 64 extend approximately up to half the height of the TEOS layer regions 20a and 20b. The epitaxial regions 62 and 64 are also referred to as "raised" (elevated) source / drain regions. The thickness of the epitaxial layer for the epitaxial regions 62 and 64 depends primarily on the thickness of the semiconductor layer 16 and the silicidation explained below. Silicidation consumes existing silicon, so that a corresponding amount of silicon is made available for the reaction. This measure avoids "tearing off" the channel connections in the region of the drain / source region.
Wie in den Figuren 14A und 14B gezeigt, wird nach dem Epitaxieverfahren eine Ionenimplantation, z.B. n++, d.h. stark n- dotiert, zum Herstellen der hochdotierten Source-/Drain- Bereiche 70 und 72 durchgeführt, siehe Implantationspfeile 80. Eine Maske ist hier lediglich zum Trennen von Bereichen mit komplementären Transistoren in einem CMOS-Prozess (Complementary Metal Oxide Semiconductor) erforderlich. Durch die Implantation werden die Epitaxiebereiche 62, 64 und die darunterliegenden Bereiche der Halbleiterschicht 16 niederoh- mig n+- dotiert. Außerdem wird dabei eine Verbindung zwischen dem Source-/Drain-Bereich 72 und dem Bodenelektrodenbereich 34 des Kondensators hergestellt. Ein zwischen den Source- /Drain-Bereichen 70 und 72 in der Halbleiterschicht 16 liegender Kanalbereich 82 bleibt undotiert.As shown in Figs. 14A and 14B, an ion implantation, e.g. n ++, i.e. heavily n-doped, carried out to produce the highly doped source / drain regions 70 and 72, see implantation arrows 80. A mask is only required here to separate regions with complementary transistors in a CMOS process (Complementary Metal Oxide Semiconductor). The epitaxial regions 62, 64 and the regions below them of the semiconductor layer 16 are doped with low resistance n + - by the implantation. In addition, a connection is established between the source / drain region 72 and the bottom electrode region 34 of the capacitor. A channel region 82 lying in the semiconductor layer 16 between the source / drain regions 70 and 72 remains undoped.
Während der Implantation dienen die TEOS-Schichtbereiche 52c und 52d als Implantationsmaske. Die Dotierungen der Gateelektrode 54 und der Deckelektrode 56 werden deshalb bei der Implantation nicht verändert.During the implantation, the TEOS layer regions 52c and 52d serve as an implantation mask. The doping of the gate electrode 54 and the cover electrode 56 are therefore not changed during the implantation.
Wie in den Figuren 15A und 15B dargestellt, werden im An- schluss an die HDD-Implantation (High Density Drain) die Reste der TEOS-Schicht 52, d.h. insbesondere die TEOS- Schichtbereiche 52c und 52d weggeätzt. Anschließend wird ein Salicide-Verfahren (Seif aligned silicide) durchgeführt. Dazu wird beispielsweise ganzflächig eine Nickelschicht abgeschieden. Bei Temperaturen von beispielsweise 500°C bildet sich Nickelsilizid auf den Epitaxiebereichen 62, 64, auf der Gateelektrode 54 und auf der Deckelektrode 56, siehe Silizidbe- reiche 90 bis 96. An Stelle von Nickel lässt sich auch ein anderes Metall mit einer Schmelztemperatur über 1400 Grad Celsius verwenden, insbesondere ein Refraktärmetall, um bspw. Titansilizid oder Kobaltsilizid herzustellen.As shown in FIGS. 15A and 15B, the residues of the TEOS layer 52, ie in particular the TEOS layer regions 52c and 52d, are etched away after the HDD implantation (high density drain). A salicide process (Seif aligned silicide) is then carried out. For this purpose, a nickel layer is deposited over the entire surface, for example. At temperatures of 500 ° C, for example, forms Nickel silicide on epitaxial areas 62, 64, on gate electrode 54 and on top electrode 56, see silicide areas 90 to 96. Instead of nickel, another metal with a melting temperature above 1400 degrees Celsius, in particular a refractory metal, can be used For example, titanium silicide or cobalt silicide.
Wie in den Figuren 16A und 16B dargestellt, wird anschließend eine Passivierungsschicht 100 aufgebracht, beispielsweise aus Siliziumdioxid. In die Passivierungsschicht 100 werden Kontaktlöcher geätzt und beispielsweise mit Wolfram gefüllt, wobei Verbindungsabschnitte 102, 104, 106, 108 und 110 entstehen, die in dieser Reihenfolge zum Silizidbereich 90, 94, 96 bzw. 92 führen. An Stelle der beiden zum Silizidbereich 92 führenden Verbindungsabschnitte 108 und 110 wird bei einem anderen Ausführungsbeispiel nur ein Verbindungsabschnitt vorgesehen. Die Verbindungsabschnitte 102 bis 110 werden anschließend noch mit Leiterbahnen einer Metallisierungslage oder mehrerer Metallisierungslagen verbunden. Dabei wird ein konventioneller CMOS-Prozess ausgeführt, der auch als "Back End" bezeichnet wird.As shown in FIGS. 16A and 16B, a passivation layer 100 is subsequently applied, for example made of silicon dioxide. Contact holes are etched into the passivation layer 100 and filled, for example, with tungsten, whereby connecting sections 102, 104, 106, 108 and 110 are formed, which lead in this order to the silicide region 90, 94, 96 and 92, respectively. Instead of the two connecting sections 108 and 110 leading to the silicide area 92, only one connecting section is provided in another exemplary embodiment. The connecting sections 102 to 110 are then connected to conductor tracks of one or more metallization layers. A conventional CMOS process is carried out, which is also referred to as a "back end".
Figur 17 zeigt eine Draufsicht auf die Speicherzelle 120, die einen FinFET 122 und einen Kondensator 124 enthält. Der Kon- densator 124 ist im Verhältnis zu dem Transistor 122 in allen Figuren 1A bis 17 verkleinert dargestellt.FIG. 17 shows a top view of the memory cell 120, which contains a FinFET 122 and a capacitor 124. The capacitor 124 is shown reduced in size in relation to the transistor 122 in all FIGS. 1A to 17.
Als effektiv wirksame Fläche des Kondensators 124 ergibt sich:The effective effective area of the capacitor 124 is as follows:
Ä = L - B + H -(2 - L + B), wobei A die wirksame Fläche, B die Breite des Kondensators, L die Länge des Kondensators, H die in Figur 16A eingetragene Höhe des Bodenelektrodenbereiches 34 sind. Ä = L - B + H - (2 - L + B), where A is the effective area, B the width of the capacitor, L the length of the capacitor, H the height of the bottom electrode region 34 which is entered in FIG. 16A.
Ein bevorzugter Anwendungsbereich einer solchen embedded DRAM-Kapazität ist der Ersatz von mittelgroßen SRAM- Speichereinheiten durch einen schnellen embedded-DRAM, beispielsweise im zweiten und dritten Zugriffsniveau einer Mikroprozessorspeicherhierarchie, d.h. im second and third level cache. Beispielsweise hat bisher eine SRAM-Speicherzelle eine Fläche von 134 F2, wobei F die minimale Strukturgröße ist. Wird beispielsweise ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante εr gleich fünfundzwanzig eingesetzt, z.B. Tan- talpentoxid, so lässt sich eine typische embedded-DRAM- Kapazität CMEM von zwanzig Femtofarad pro Speicherzelle gemäß den folgenden Berechnungen realisieren. Die Oxidkapazität beträgt :A preferred application of such an embedded DRAM capacity is the replacement of medium-sized SRAM Storage units through a fast embedded DRAM, for example in the second and third access levels of a microprocessor memory hierarchy, ie in the second and third level cache. For example, an SRAM memory cell so far has an area of 134 F 2 , where F is the minimum structure size. If, for example, a dielectric with a dielectric constant εr equal to twenty-five, for example tantalum pentoxide, is used, a typical embedded DRAM capacitance CMEM of twenty femtofarads per memory cell can be realized according to the following calculations. The oxide capacity is:
COX = εr εO/tphys = 110 fF/μm2, wobei tphys die Oxiddicke ist, die im Ausführungsbeispiel zwei Nanometer beträgt. Es ergibt sich eine erforderliche Fläche AMEM der Speicherkapazität von:COX = εr εO / tphys = 110 fF / μm 2 , where tphys is the oxide thickness, which in the exemplary embodiment is two nanometers. The required area AMEM of the storage capacity is:
AMEM = CMEM/COX = 0,18 um2.AMEM = CMEM / COX = 0.18 µm 2 .
Für eine minimale Strukturbreite F gleich fünfzig Nanometer entspricht dies 72 F2 für die Kapazität. Diese Fläche lässt sich beispielsweise mit einem quaderförmigen Bodenelektrodenbereich 34 erzeugen, der eine Grundfläche von L • B = 8 F • 6 F hat, wobei die Höhe H gleich 1 F beträgt. Dies entspricht einer Flächenreduktion um dreiunddreißig Prozent bezogen auf einen planaren SOI-Prozess. Für höhere Höhen H steigt dieser Flächengewinn. Einschließlich des Zugangstransistors ergibt sich eine Gesamtfläche der FinFET-Kapazitätsanordnung von 68 F2, wobei der FinFET 122 mit einem Gatekontakt ausgeführt wird. Die Fläche der embedded-DRAM-Speicherzelle liegt damit unter der SRAM-Zellgröße von 134 F2.For a minimum structure width F equal to fifty nanometers, this corresponds to 72 F 2 for the capacitance. This area can be produced, for example, with a cuboid-shaped bottom electrode area 34, which has a base area of L • W = 8 F • 6 F, the height H being 1 F. This corresponds to a thirty-three percent reduction in area based on a planar SOI process. For higher heights H, this area gain increases. Including the access transistor, the total area of the FinFET capacitance arrangement is 68 F 2 , the FinFET 122 being implemented with a gate contact. The area of the embedded DRAM memory cell is therefore below the SRAM cell size of 134 F 2 .
Bei der Erfindung wird eine Kapazität in die FET-Ebene also in das sogenannte top-Silizium auf einem SOI-Substrat integriert. Im Unterschied zu SOI-CMOS-Technologien mit planaren, vollständig verarmten SOI-Transistoren wird jedoch ein FinFET eingesetzt, der aufgrund der beiden Steuerkanäle an den Seitenwänden bessere Steuereigenschaften hat. Zur Herstellung der SOI-Kapazität ist nur ein zusätzlicher Prozessschritt erforderlich, wenn das besonders hochqualitative Gatedielektrikum des Transistors als Dielektrikum des Kondensators genutzt wird.In the invention, a capacitance is integrated in the FET level, that is, in the so-called top silicon on an SOI substrate. In contrast to SOI-CMOS technologies with planar, completely depleted SOI transistors, a FinFET is used, which has better control properties due to the two control channels on the side walls. There is only one additional process step to create the SOI capacity required if the particularly high quality gate dielectric of the transistor is used as the dielectric of the capacitor.
Bei einer effektiven Oxiddicke von einem Nanometer, einer Korrektur von 0,8 Nanometern für die Gate- und top-Siliziuru- Verarmung und aufgrund der quantenmechanischen Effekte ergibt sich eine Kapazität pro Fläche von:With an effective oxide thickness of one nanometer, a correction of 0.8 nanometers for the gate and top silicon depletion and due to the quantum mechanical effects, the capacity per area is:
COX = 3,9 εO/tfox = 19 fF/μm2, wobei tfox gleich 1,8 Nanometer die elektrisch wirksame Oxiddicke und εO die Dielektrizitätskonstante im Vakuum bezeichnen. Bei der Verwendung eines Metall-Gates verringert sich die elektrisch wirksame Oxiddicke um etwa 0,4 Nanometer aufgrund der nicht mehr vorhandenen Gate-Verarmung, wodurch sich die Kapazität pro Fläche erhöht auf:COX = 3.9 εO / tfox = 19 fF / μm 2 , where tfox is 1.8 nanometers for the electrically effective oxide thickness and εO for the dielectric constant in a vacuum. When using a metal gate, the electrically effective oxide thickness is reduced by about 0.4 nanometers due to the lack of gate depletion, which increases the capacity per area to:
COX = 3,9 εO/tfox = 24 fF/μm2.COX = 3.9 εO / tfox = 24 fF / μm 2 .
Die erfindungsgemäßen Kapazitäten werden auch als sogenannte Bypass-Kapazitäten zur Dämpfung von sogenannten Spikes und zur Dämpfung von Übersprechen in der Spannungsversorgung der integrierten Schaltungsanordnung verwendet. Auch als analoge Kapazitäten sind sie bestens geeignet, insbesondere in Oszillatoren oder Analog-Digital-Wandlern. Auch für sogenannte Mixed-Signal Schaltungen werden die Kapazitäten eingesetzt, d.h. für Schaltungen mit analogen Kapazitäten und bspw. Speicherkapazitäten in Speicherzellen.The capacitances according to the invention are also used as so-called bypass capacitances for damping so-called spikes and for damping crosstalk in the voltage supply of the integrated circuit arrangement. They are also ideally suited as analog capacitors, especially in oscillators or analog-digital converters. The capacities are also used for so-called mixed-signal circuits, i.e. for circuits with analog capacities and e.g. storage capacities in memory cells.
Bei anderen Ausführungsbeispielen wird an Stelle des Gateoxids ein gesondertes high-K-DRAM-Dielektrikum mit εr größer einhundert eingesetzt. Beispielsweise ein Dielektrikum, das Bariumstrontiumtitanat (BST) oder Epitaxie-In other exemplary embodiments, a separate high-K DRAM dielectric with εr greater than one hundred is used instead of the gate oxide. For example, a dielectric, the barium strontium titanate (BST) or epitaxy
Bariumstrontiumtitanat enthält. Dadurch verringert sich der Flächenbedarf auf ca. 22 F2. Mit Hilfe einer zweiten Zusatzmaske wird der Bereich für das high-K-Dielektrikum auf den SOI-Stapeln festgelegt. Als weitere Vorteile gegenüber bisherigen Technologiekonzepten ergibt sich ein planarer Übergang zwischen reinen Logikblöcken und embedded-DRAM-Blöcken. Weiterhin werden tiefe Vias und Kontakte vermieden.Contains barium strontium titanate. This reduces the space requirement to approx. 22 F 2 . The area for the high-K dielectric on the SOI stacks is defined with the aid of a second additional mask. A further advantage compared to previous technology concepts is a planar transition between pure logic blocks and embedded DRAM blocks. Deep vias and contacts are also avoided.
Der geringe Leckstrom in FinFET-Transistoren sowie die geringeren Parasitärkapazitäten, die den Anteil der Nutzkapazität an der Gesamtkapazität erhöhen, führen zudem zu einer weiteren verringerten embedded-DRAM-Kapazität von CMEM gleich zehn Femtofarad.The low leakage current in FinFET transistors and the lower parasitic capacitances, which increase the share of the useful capacity in the total capacitance, also lead to a further reduced embedded DRAM capacitance of CMEM equal to ten femtofarads.
Bei dem an Hand der Figuren 1A bis 17 erläuterten Ausführungsbeispiel wurde keine LDD-Dotierung (Lightly Doped Drain) durchgeführt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zu der HDD-Dotierung auch eine LDD-Dotierung durchgeführt .In the exemplary embodiment explained with reference to FIGS. 1A to 17, no LDD doping (lightly doped drain) was carried out. In another exemplary embodiment, LDD doping is also carried out in addition to the HDD doping.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden ein Transistor und der Kondensator räumlich weiter voneinander entfernt angeordnet und jeweils mit eigenen Verbindungsabschnitten verbunden.In a further exemplary embodiment, a transistor and the capacitor are arranged at a greater distance from one another and are each connected to their own connecting sections.
Insbesondere bei DRAM-Speicherzellen (dynamic random access memory) mit nur einem Transistor ist der Verbindungsabschnitt 104 nicht erforderlich. Die Abstandshalter 60c und 60d können sich dann berühren, so dass sie als Maske bei der Dotierung des Anschlussbereiches 70 und bei der selektiven Silizidierung dienen. Unter den Abstandshaltern 60c und 60d bildet sich dann ein Anschlussbereich durch Ausdiffusion von Dotier- atomen aus dem Bodenelektrodenbereich 34.In particular in the case of DRAM memory cells (dynamic random access memory) with only one transistor, the connection section 104 is not required. The spacers 60c and 60d can then touch, so that they serve as a mask for the doping of the connection region 70 and for the selective silicidation. A connection region is then formed under the spacers 60c and 60d by diffusion of doping atoms out of the bottom electrode region 34.
Figur 18 zeigt einen Schaltplan einer DRAM-Speicherzelle 200 dynamic random access memory) mit drei Transistoren Ml bis M2 sowie mit einem Kondensator Cs, die mit dem an Hand der Figu- ren 1A bis 16A erläuterten Verfahrensschritten hergestellt worden sind. Beispielsweise ist der in Figur 17 dargestellte Transistor 122 in einem ersten Fall der Transistor Ml. Der Kondensator 124 ist dann der Kondensator Cs. Im ersten Fall führt eine elektrisch leitende Verbindung von einer an den Bodenelektrodenbereich 34 angrenzenden zusätzlichen Anschlussfläche in der Halbleiterschicht 16 oder vom Verbin- dungsabschnitt 104 zu dem Gate des Transistors M2.FIG. 18 shows a circuit diagram of a DRAM memory cell 200 (dynamic random access memory) with three transistors M1 to M2 and with a capacitor Cs, which have been produced using the method steps explained with reference to FIGS. 1A to 16A. For example, transistor 122 shown in FIG. 17 is transistor M1 in a first case. The Capacitor 124 is then capacitor Cs. In the first case, an electrically conductive connection leads from an additional connection area in the semiconductor layer 16 adjoining the bottom electrode region 34 or from the connection section 104 to the gate of the transistor M2.
Alternativ wird in einem zweiten Fall das Layout jedoch so gewählt, dass der Transistor 122 dem Transistor M2 entspricht, wobei der Kondensator 124 wieder dem Kondensator Cs entspricht. Im zweiten Fall ist die Deckelektrode 56 elektrisch leitend mit dem einen Anschlussbereich des Transistors Ml und mit dem Gate des Transistors M2 verbunden.Alternatively, in a second case, however, the layout is selected such that transistor 122 corresponds to transistor M2, capacitor 124 again corresponding to capacitor Cs. In the second case, the cover electrode 56 is electrically conductively connected to the one connection area of the transistor M1 and to the gate of the transistor M2.
Die Schaltung der Speicherzelle 200 enthält eine Teilschal- tung zum Schreiben und eine Teilschaltung zum Lesen, wobei beim Lesen die Ladung des Kondensators Cs nicht verändert wird, so dass auch ein Auffrischen dieser Ladung nach einem Lesevorgang nicht erforderlich ist.The circuit of the memory cell 200 contains a subcircuit for writing and a subcircuit for reading, the charge of the capacitor Cs not being changed during reading, so that it is not necessary to refresh this charge after a reading process.
Die Teilschaltung zum Schreiben enthält den Schreib-Tran- sistor Ml und den Kondensator Cs . Der Gateanschluss des Transistors Ml ist mit einer Schreibwortleitung WWL verbunden. Der Sourceanschluss des Transistors Ml ist mit einer Schreibbitleitung BLl verbunden. Bei einer Schaltungsanordnung mit besonders guten elektrischen Eigenschaften gemäß dem oben erwähnten ersten Fall führt der Drainanschluss des Transistors Ml zu einem Speicherknoten X, der durch die Bodenelektrode 34 des Kondensators 124 gebildet wird. Die Deckelektrode 56 des Kondensators Cs liegt auf einem Massepotential VSS. Bei der Alternative gemäß dem zweiten Fall führt der Drainanschluss des Transistors Ml zu einem Speicherknoten X, der durch die Deckelektrode 56 des Kondensators 124 gebildet wird. Die Bodenelektrode 34 des Kondensators Cs liegt auf einem Massepotential VSS.The subcircuit for writing contains the write transistor Ml and the capacitor Cs. The gate terminal of transistor Ml is connected to a write word line WWL. The source terminal of transistor Ml is connected to a write bit line BLl. In a circuit arrangement with particularly good electrical properties in accordance with the above-mentioned first case, the drain connection of the transistor M1 leads to a storage node X, which is formed by the bottom electrode 34 of the capacitor 124. The cover electrode 56 of the capacitor Cs is at a ground potential VSS. In the alternative according to the second case, the drain connection of the transistor Ml leads to a storage node X which is formed by the cover electrode 56 of the capacitor 124. The bottom electrode 34 of the capacitor Cs is at a ground potential VSS.
Die Teilschaltung zum Lesen enthält die Transistoren M2 und M3. Der Gateanschluss des Transistors M3 ist mit einer Lese- Wortleitung RWL verbunden. Der Drainanschluss des Transistors M3 ist mit einer Lesebitleitung BL2 verbunden, die vor Beginn des Lesevorganges bspw. auf ein Betriebspotential VDD aufgeladen wird. Der Sourceanschluss des Transistors M3 ist mit dem einen Drainanschluss des Transistors M2 verbunden. DerThe subcircuit for reading contains the transistors M2 and M3. The gate connection of transistor M3 is with a read RWL word line connected. The drain connection of the transistor M3 is connected to a read bit line BL2, which is charged, for example, to an operating potential VDD before the start of the reading process. The source terminal of transistor M3 is connected to the one drain terminal of transistor M2. The
Gateanschluss des Transistors M2 ist mit dem Speicherknoten X verbunden. Der Sourceanschluss des Transistors M2 liegt auf dem Massepotential VSS.The gate of transistor M2 is connected to storage node X. The source terminal of the transistor M2 is at the ground potential VSS.
Der Transistor M2 übernimmt die Aufgabe eines Verstärkers, so dass auch bei Ladungsverlusten auf dem Speicherknoten X noch ein zuverlässiges Lesen möglich ist. Befindet sich eine positive Ladung auf dem Speicherknoten X, so ist der Transistor M2 im eingeschalteten Zustand und die vorgeladene Lesebitlei- tung BL2 wird beim Lesevorgang entladen.The transistor M2 takes on the task of an amplifier, so that reliable reading is still possible even if there is a loss of charge on the storage node X. If there is a positive charge on the storage node X, the transistor M2 is in the on state and the precharged read bit line BL2 is discharged during the reading process.
Da die Gate-Source-Kapazität des Transistors M2 parallel zum Kondensator Cs liegt, erhöht sich die effektiv wirksame Speicherkapazität Ceff: Ceff = Cs + CGS (M2) , wobei Cs die Kapazität des Kondensators Cs und CGS die Gate- Source-Kapazität des Transistors M2 sind. Auf Grund des Herstellungsverfahrens sind die Kapazitäten pro Fläche des Speicher-Kondensators Cs und des Transistors M2 bspw. gleich groß, -wenn das Gateoxid und das Kondensatordielektrikum in derselben dielektrischen Schicht erzeugt werden und die Schicht überall die gleiche Schichtdicke hat.Since the gate-source capacitance of transistor M2 is parallel to capacitor Cs, the effective storage capacitance Ceff increases: Ceff = Cs + CGS (M2), where Cs is the capacitance of capacitor Cs and CGS is the gate-source capacitance of the transistor M2 are. Due to the manufacturing process, the capacities per area of the storage capacitor Cs and the transistor M2 are, for example, the same size, if the gate oxide and the capacitor dielectric are produced in the same dielectric layer and the layer has the same layer thickness everywhere.
Der Flächenbedarf der Speicherzelle 200 wird durch die Anfor- derungen an die effektiv wirksame Speicherkapazität Ceff bestimmt. Bei geringen Leckströmen und einer hohen Transistorverstärkung, die einen hohen Lesestrom zur Folge hat, lässt sich der Speicher-Kondensator Cs verkleinern. Die für den Kondensator Cs erforderliche Fläche und dessen elektri- sehe Eigenschaften sind Hauptkriterien für die wirtschaftliche Herstellung einer Speichereinheit mit einer Vielzahl von Speicherzellen 200. Auch eine Speichereinheit mit einer Viel- zahl von Speicherzellen 200 ist zum Ersetzen eines SRAMS in einer Prozessorspeicherhierarchie geeignet.The area requirement of the memory cell 200 is determined by the requirements for the effectively effective storage capacity Ceff. With low leakage currents and a high transistor gain, which results in a high read current, the storage capacitor Cs can be reduced. The area required for the capacitor Cs and its electrical properties are the main criteria for the economical production of a storage unit with a multiplicity of storage cells 200. A storage unit with a multiplicity Number of memory cells 200 is suitable for replacing an SRAM in a processor memory hierarchy.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird an Stelle des FinFET Transistors ein Multi-FinFET Transistor eingesetzt, der an Stelle nur eines Steges eine Vielzahl parallel zueinander angeordneter Stege zwischen seinem Drain- Anschlussbereich und seinem Source-Anschlussbereich enthält. In another exemplary embodiment, a multi-FinFET transistor is used instead of the FinFET transistor, which instead of only one web contains a plurality of webs arranged parallel to one another between its drain connection region and its source connection region.

Claims

Patentansprüche claims
1. Integrierte Schaltungsanordnung (120),1. Integrated circuit arrangement (120),
mit einem elektrisch isolierenden Isolierbereich,with an electrically insulating isolation area,
und mit mindestens einer einen Kondensator (124) bildenden Bereichsfolge, die in der angegebenen Reihenfolge enthält:and with at least one region sequence forming a capacitor (124), which contains in the specified order:
einen isolierbereichsnahen Elektrodenbereich (34),an electrode region (34) close to the insulation region,
einen dielektrischen Bereich (46), unda dielectric region (46), and
einen isolierbereichsfernen Elektrodenbereich (56) ,an electrode region (56) remote from the insulation region,
wobei der Isolierbereich Bestandteil einer in einer Ebene angeordneten Isolierschicht (14) ist,the insulation region being part of an insulation layer (14) arranged in one plane,
wobei der Kondensator (124) und mindestens ein aktives Bau- element (122) der integrierten Schaltungsanordnung (120) auf der gleichen Seite der Isolierschicht (14) angeordnet sind,the capacitor (124) and at least one active component (122) of the integrated circuit arrangement (120) being arranged on the same side of the insulating layer (14),
und wobei der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich (34) und der aktive Bereich (82) des Bauelementes (122) in einer Ebene angeordnet sind, die parallel zu der Ebene liegt, in der die Isolierschicht (14) angeordnet ist.and wherein the electrode region (34) close to the insulation region and the active region (82) of the component (122) are arranged in a plane which lies parallel to the plane in which the insulation layer (14) is arranged.
2. Schaltungsanordnung (120) nach Anspruch 1, dadurch ge kenn z e i chnet , dass der isolierbereichsnahe Elekt- rodenbereich (34) ein einkristalliner Bereich ist, vorzugsweise ein dotierter Halbleiterbereich,2. The circuit arrangement (120) according to claim 1, characterized in that the electrode region (34) close to the insulation region is a single-crystalline region, preferably a doped semiconductor region,
und/oder dass der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich (34) und/oder der aktive Bereich (82) eine Dicke kleiner als ein- hundert Nanometer oder kleiner als fünfzig Nanometer hat, und/oder dass der aktive Bereich (82) ein einkristalliner Bereich ist, vorzugsweise ein Halbleiterbereich der dotiert oder undotiert ist,and / or that the electrode region (34) close to the insulation region and / or the active region (82) has a thickness of less than one hundred nanometers or less than fifty nanometers, and / or that the active region (82) is a single-crystalline region, preferably a semiconductor region which is doped or undoped,
und/oder dass die Isolierschicht (14) an einer Seite an ein Trägersubstrat (12) angrenzt, vorzugsweise an ein Trägersubstrat, das ein Halbleitermaterial enthält oder aus einem Halbleitermaterial besteht, insbesondere aus Silizium oder aus einkristallinem Silizium,and / or that the insulating layer (14) adjoins a carrier substrate (12) on one side, preferably a carrier substrate that contains a semiconductor material or consists of a semiconductor material, in particular silicon or single-crystal silicon,
und/oder dass die Isolierschicht (14) an der anderen Seite an den isolierbereichsnahen Elektrodenbereich (34) angrenzt,and / or that the insulating layer (14) adjoins the electrode region (34) close to the insulating region on the other side,
und/oder dass die Grenzflächen vorzugsweise vollständig in zwei zueinander parallelen Ebenen liegen,and / or that the interfaces are preferably completely in two mutually parallel planes,
und/oder dass die Isolierschicht (14) ein elektrisch isolierendes Material enthält oder aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, vorzugsweise ein Oxid, insbesondere Siliziumdioxid,and / or that the insulating layer (14) contains an electrically insulating material or consists of an electrically insulating material, preferably an oxide, in particular silicon dioxide,
und/oder dass das aktive Bauelement (122) ein Transistor ist, vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein FinFET.and / or that the active component (122) is a transistor, preferably a field effect transistor, in particular a FinFET.
3 . Schaltungsanordnung ( 120 ) nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der dielektrische Bereich ( 46 ) Siliziumdioxid enthält oder aus Siliziumdioxid besteht ,3rd Circuit arrangement (120) according to Claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n e e c i n e t that the dielectric region (46) contains silicon dioxide or consists of silicon dioxide,
und/oder dass der dielektrische Bereich (46) aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante größer als vier oder größer als zehn oder größer als fünfzig besteht,and / or that the dielectric region (46) consists of a material with a dielectric constant greater than four or greater than ten or greater than fifty,
und/oder dass der isolierbereichsferne Elektrodenbereich (56) Silizium enthält, vorzugsweise polykristallines Silizium oder aus Silizium besteht, vorzugsweise aus polykristallinem Silizium,and / or that the electrode region (56) remote from the insulation region contains silicon, preferably polycrystalline silicon or consists of silicon, preferably polycrystalline silicon,
und/oder dass der isolierbereichsferne Elektrodenbereich (56) ein Metall enthält oder aus einem Metall besteht,and / or that the electrode region (56) remote from the insulation region contains a metal or consists of a metal,
und/oder dass der isolierbereichsferne Elektrodenbereich (56) ein niederohmiges Material enthält, vorzugsweise Titannitrid, Tantalnitrid oder Rubidium oder hochdotiertes Siliziumgerma- nium,and / or that the electrode region (56) remote from the insulation region contains a low-resistance material, preferably titanium nitride, tantalum nitride or rubidium or highly doped silicon magnesium,
und/oder dass der isolierbereichsferne Elektrodenbereich (56) an einen Metallhalbleiterverbindungen enthaltenden Bereich angrenzt, insbesondere an einen Silizidbereich (96).and / or that the electrode region (56) remote from the insulation region adjoins a region containing metal semiconductor connections, in particular a silicide region (96).
4. Schaltungsanordnung (120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kenn z ei chnet , dass der dielektrische Bereich (46) und der isolierbereichsferne E- lektrodenbereich (56) an zwei, an drei, an vier oder an fünf Seitenflächen oder an mehr als fünf Seitenflächen des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches (34) angeordnet sind,4. Circuit arrangement (120) according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric region (46) and the electrode region (56) remote from the insulating region have two, three, four or five side surfaces or more are arranged as five side surfaces of the electrode region (34) close to the insulation region,
und/oder dass der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich (34) eine Vielzahl von Stegen enthält, deren Steghöhe vorzugsweise größer als die Stegbreite ist, vorzugsweise mindestens doppelt so groß .and / or that the electrode region (34) close to the insulation region contains a multiplicity of webs, the web height of which is preferably greater than the web width, preferably at least twice as large.
5. Schaltungsanordnung (120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kenn z e i chne t du rch mindestens einen Feldeffekttransistor (122), dessen Kanalbereich (82) der aktive Bereich ist, wobei der Kanalbereich (82) vorzugsweise undotiert ist,5. Circuit arrangement (120) according to one of the preceding claims, characterized in at least one field effect transistor (122), the channel region (82) of which is the active region, the channel region (82) preferably being undoped,
und/oder dessen Steuerelektrode (54) das gleiche Material und/oder Material der gleichen Dotierstoffkonzentration wie der isolierbereichsferne Elektrodenbereich (56) enthält, und/oder dessen Steuerelektrodenisolationsbereich (42, 44) das gleiche Material und/oder ein Material mit der gleichen Dicke wie die der dielektrische Bereich (46) enthält,and / or whose control electrode (54) contains the same material and / or material of the same dopant concentration as the electrode region (56) remote from the insulation region, and / or whose control electrode insulation region (42, 44) contains the same material and / or a material with the same thickness as that of the dielectric region (46),
und/oder dessen Steuerelektrodenisolationsbereich (42, 44) ein anderes Material und/oder ein Material mit einer anderen Dicke als der dielektrische Bereich (46) enthält.and / or whose control electrode insulation region (42, 44) contains a different material and / or a material with a different thickness than the dielectric region (46).
6. Schaltungsanordnung (120) nach Anspruch 5, dadur ch ge kenn z e i chnet , dass der Feldeffekttransistor (122) mindestens einen Steg enthält,6. The circuit arrangement (120) according to claim 5, characterized in that the field effect transistor (122) contains at least one bridge,
und/oder dass mehrere Steuerelektroden (54) an einander gegenüberliegenden Seiten des Steges (30a) angeordnet sind, vor- zugsweise zwei oder drei Steuerelektroden,and / or that a plurality of control electrodes (54) are arranged on opposite sides of the web (30a), preferably two or three control electrodes,
und/oder dass mindestens eine Steuerelektrode (54) an einen Metallhalbleiterverbindungen enthaltenden Bereich angrenzt, insbesondere an einen Silizidbereich (92),and / or that at least one control electrode (54) adjoins a region containing metal semiconductor connections, in particular a silicide region (92),
und/oder dass ein Verbindungsbereich die Steuerelektroden (54) elektrisch verbindet, wobei der Verbindungsbereich vom Kanalbereich vorzugsweise durch einen dicken Isolierbereich (18, 20) getrennt ist, der vorzugsweise eine Isolierstärke hat, die größer als die Dicke von Steuerelektrodenisolations- bereichen (42, 44) ist,and / or that a connection region electrically connects the control electrodes (54), the connection region being preferably separated from the channel region by a thick insulation region (18, 20), which preferably has an insulation thickness which is greater than the thickness of control electrode insulation regions (42, 44) is
und/oder wobei der Verbindungsbereich aus dem gleichen Material besteht und/oder die gleiche Dotierstärke wie der iso- lierbereichsferne Elektrodenbereich (56) hat.and / or wherein the connection region consists of the same material and / or has the same doping strength as the electrode region (56) remote from the insulation region.
7. Schaltungsanordnung (120) nach Anspruch 5 oder 6, da durch ge kenn ze i chne t , dass ein Anschlussbereich oder beide Anschlussbereiche (70, 72) des Feldeffekttransis- tors (122) an die Isolierschicht (14) grenzen, und/oder dass mindestens ein Anschlussbereich (70, 72) an einen eine Metallhalbleiterverbindung enthaltenden Bereich angrenzt, vorzugsweise an einen Silizidbereich (90, 94),7. The circuit arrangement (120) according to claim 5 or 6, characterized by the fact that one connection area or both connection areas (70, 72) of the field effect transistor (122) adjoin the insulating layer (14), and / or that at least one connection area (70, 72) adjoins an area containing a metal semiconductor connection, preferably a silicide area (90, 94),
und/oder dass die Anschlussbereiche (70, 72) eine größere Dicke haben als der aktive Bereich (82) .and / or that the connection regions (70, 72) have a greater thickness than the active region (82).
8. Schaltungsanordnung (120) nach einem der Ansprüche 5 bis8. Circuit arrangement (120) according to one of claims 5 to
7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beidseitig der Steuerelektroden (54) Abstandshalter (60b, 60c) angeordnet sind, die vorzugsweise ein anderes Material enthalten als die Elektrodenschicht, vorzugsweise Siliziumnitrid, oder die aus einem anderen Material bestehen als die Elektrodenschicht, vorzugsweise aus Siliziumnitrid,7, that means that spacers (60b, 60c) are arranged on both sides of the control electrodes (54), which preferably contain a different material than the electrode layer, preferably silicon nitride, or which are made of a different material than the electrode layer, preferably silicon nitride,
und/oder dass an mindestens einer Seite des isolierbereichs- fernen Elektrodenbereiches (56) ein Abstandshalter (60d) angeordnet ist, der ein anderes Material enthält, vorzugsweise Siliziumnitrid, oder aus einem anderen Material besteht als die Elektrodenschicht (50) , vorzugsweise aus Siliziumnitrid,and / or that a spacer (60d) is arranged on at least one side of the electrode region (56) remote from the insulating region, which contains a different material, preferably silicon nitride, or consists of a different material than the electrode layer (50), preferably silicon nitride,
und/oder dass sich ein an einer Steuerelektrode (54) angeordneter Abstandshalter (60c) und ein an dem isolierbereichsfer- nen Elektrodenbereich (56) angeordneter Abstandshalter 60d berühren.and / or that a spacer (60c) arranged on a control electrode (54) and a spacer 60d arranged on the electrode region (56) remote from the insulating region touch.
9. Schaltungsanordnung (120) nach einem der Ansprüche 5 bis9. Circuit arrangement (120) according to one of claims 5 to
8, dadurch ge kennzeichnet , dass ein An- Schlussbereich (72) des Feldeffekttransistors (122) und der isolierbereichsnahe Elektrodenbereich (34) des Kondensators (124) aneinander grenzen und eine elektrisch leitfähige Verbindung an der Grenze haben,8, characterized in that a connection region (72) of the field effect transistor (122) and the electrode region (34) of the capacitor (124) close to the insulation region adjoin one another and have an electrically conductive connection at the boundary,
und/oder dass der an den Elektrodenbereich (34) angrenzende Anschlussbereich (72) nicht an einen eine Metallhalbleiterverbindung enthaltenden Bereich angrenzt, und/oder dass der andere Anschlussbereich (70) an einen eine Metallhalbleiterverbindung enthaltenden Bereich angrenzt.and / or that the connection area (72) adjoining the electrode area (34) does not adjoin an area containing a metal semiconductor connection, and / or that the other connection area (70) adjoins an area containing a metal semiconductor connection.
10. Schaltungsanordnung (120) nach Anspruch 9, dadur ch ge kenn z e i chnet , dass die an den Anschlussbereich (72) angrenzende Seite des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches (34) länger ist als eine quer zu dieser Seite liegende Seite des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches (34), vorzugsweise mindestens doppelt so lang oder mindestens fünf mal so lang,10. The circuit arrangement (120) according to claim 9, characterized in that the side of the electrode region (34) close to the insulation region (34) adjoining the connection region (72) is longer than a side of the electrode region (34) near the insulation region, preferably at least twice as long or at least five times as long,
wobei der Transistor (122) vorzugsweise eine Transistorweite hat, die ein mehrfaches der minimalen Strukturbreite (F) beträgt, vorzugsweise mehr als das Dreifache oder mehr als das Fünffache,wherein the transistor (122) preferably has a transistor width which is a multiple of the minimum structure width (F), preferably more than three times or more than five times,
oder dass eine quer zu der an den Anschlussbereich (72) angrenzende Seite des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches (34) liegende Seite des isolierbereichsnahen Elektrodenbereiches (34) länger als die an den Anschlussbereich (72) angrenzende Seite ist, vorzugsweise mindestens doppelt so lang oder mindestens fünf mal so lang,or that a side of the electrode region (34) close to the insulation region adjacent to the connection region (72) is longer than the side adjacent to the connection region (72), preferably at least twice as long or at least five times so long
wobei der Transistor (122) vorzugsweise eine Transistorweite hat, die kleiner als das Dreifache der minimalen Strukturbreite (F) ist, vorzugsweise kleiner als das Doppelte der minimalen Strukturbreite (F) .wherein the transistor (122) preferably has a transistor width which is less than three times the minimum structure width (F), preferably less than twice the minimum structure width (F).
11. Schaltungsanordnung (120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kenn z eichnet , dass die Schaltungsanordnung mindestens einen Prozessor enthält, vorzugsweise einen Mikroprozessor,11. Circuit arrangement (120) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit arrangement contains at least one processor, preferably a microprocessor,
und/oder das der Kondensator (124) und das aktive Bauelement (122) eine Speicherzelle (120) bilden, insbesondere in einer dynamischen RAM-Speichereinheit, und/oder dass eine Speicherzelle entweder einen Kondensator (122) und nur einen Transistor (122) oder einen Kondensator (Cs) und mehr als einen Transistor (Ml bis M3) enthält, vor- zugsweise drei Transistoren (Ml bis M3) .and / or that the capacitor (124) and the active component (122) form a memory cell (120), in particular in a dynamic RAM memory unit, and / or that a memory cell contains either a capacitor (122) and only one transistor (122) or a capacitor (Cs) and more than one transistor (Ml to M3), preferably three transistors (Ml to M3).
12. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsanordnung (120) mit Kondensator (124), insbesondere einer Schaltungsanordnung (120) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche,12. A method for producing an integrated circuit arrangement (120) with a capacitor (124), in particular a circuit arrangement (120) according to one of the preceding claims,
bei dem ohne Beschränkung durch die angegebene Reihenfolge die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden:in which the following procedural steps are carried out without being restricted by the specified sequence:
Bereitstellen eines Substrats (10), das eine Isolierschicht (14) aus elektrisch isolierendem Material und eine Halbleiterschicht (16) enthält,Providing a substrate (10) which contains an insulating layer (14) made of electrically insulating material and a semiconductor layer (16),
Strukturieren der Halbleiterschicht (16) zur Ausbildung min- destens eines Elektrodenbereiches (34) für einen Kondensator und zur Ausbildung mindestens eines aktiven Bereiches (82) für einen Transistor (122),Structuring the semiconductor layer (16) to form at least one electrode region (34) for a capacitor and to form at least one active region (82) for a transistor (122),
nach dem Strukturieren der Halbleiterschicht (16) Erzeugen mindestens einer dielektrischen Schicht (42, 44, 46),after structuring the semiconductor layer (16), producing at least one dielectric layer (42, 44, 46),
nach dem Erzeugen der dielektrischen Schicht (42, 44, 46) Erzeugen einer Elektrodenschicht (50) ,after producing the dielectric layer (42, 44, 46) producing an electrode layer (50),
Ausbilden einer isolierbereichsfernen Elektrode (56) des Kondensators (124) in der Elektrodenschicht (50) .Forming an electrode (56) of the capacitor (124) remote from the insulation region in the electrode layer (50).
13 . Verfahren nach Anspruch 12 , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Schritte :13. The method according to claim 12, the steps of:
Aufbringen mindestens einer Isolierschicht (18, 20) auf die Halbleiterschicht (16) vor dem Strukturieren, vorzugsweise einer Siliziumnitridschicht (18) und/oder einer Oxidschicht (20) mit einer ersten Dicke,Applying at least one insulating layer (18, 20) to the semiconductor layer (16) before structuring, preferably a silicon nitride layer (18) and / or an oxide layer (20) with a first thickness,
und/oder Dotieren der isolierbereichsnahen Elektrode (34), vorzugsweise vor dem Erzeugen der dielelektrischen Schicht (42, 44, 46),and / or doping the electrode (34) close to the insulation region, preferably before producing the dielectric layer (42, 44, 46),
und/oder Erzeugen der dielektrischen Schicht (42, 44, 46) gleichzeitig mit einer dielektrischen Schicht am aktiven Bereich (82) des Transistors (122),and / or producing the dielectric layer (42, 44, 46) simultaneously with a dielectric layer on the active region (82) of the transistor (122),
und/oder Ausbilden einer Steuerelektrode (54) des Transistors (122) gleichzeitig mit dem Ausbilden des isolierbereichsfernen Elektrodenbereiches (56) .and / or forming a control electrode (54) of the transistor (122) simultaneously with the formation of the electrode region (56) remote from the insulation region.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, ge kenn z e i ch ne t dur ch die Schritte:14. The method according to claim 12 or 13, characterized by the steps:
Erzeugen einer Hilfsschicht (52) nach dem Erzeugen der Elekt- rodenschicht (50) , vorzugsweise einer Hilfsschicht mit einer größeren Dicke als die Oxidschicht (18, 20),Producing an auxiliary layer (52) after producing the electrode layer (50), preferably an auxiliary layer with a greater thickness than the oxide layer (18, 20),
und/oder Strukturieren des isolierbereichsfernen Elektrodenbereiches (56) und/oder einer Steuerelektrode (54) des Tran- sistors unter Verwendung der Hilfsschicht (52) als Hartmaske.and / or structuring the electrode region (56) remote from the insulation region and / or a control electrode (54) of the transistor using the auxiliary layer (52) as a hard mask.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ge kenn z e i chnet durch die Schritte:15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized by the steps:
Aufbringen einer weiteren Hilfsschicht (60) nach dem Strukturieren einer Steuerelektrode (54) des Transistors (142), vorzugsweise einer Siliziumnitridschicht,Applying a further auxiliary layer (60) after structuring a control electrode (54) of the transistor (142), preferably a silicon nitride layer,
und/oder anisotropes Ätzen der weiteren Hilfsschicht (60)and / or anisotropic etching of the further auxiliary layer (60)
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, ge kenn z e i chnet durch die Schritte: nochmaliges Strukturieren der Isolierschicht (18, 20), wobei vorzugsweise die Dicke der Hilfsschicht (52) verringert wird und/oder die Hilfsschicht (52) aber nicht vollständig ent- fernt wird,16. The method as claimed in one of claims 12 to 15, characterized by the steps: repeated structuring of the insulating layer (18, 20), the thickness of the auxiliary layer (52) preferably being reduced and / or the auxiliary layer (52) not being completely removed,
und/oder anisotropes Ätzen der weiteren Hilfsschicht (60) nach dem Strukturieren der Isolierschicht (20) .and / or anisotropic etching of the further auxiliary layer (60) after structuring the insulating layer (20).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, ge kenn z e i chnet dur ch die Schritte:17. The method according to any one of claims 12 to 16, characterized by the steps:
Durchführen einer selektiven Epitaxie auf freiliegenden Bereichen aus Halbleitermaterial (16) nach dem Ausbilden des isolierbereichsfernen Elektrodenbereiches (56) und/oder nach dem Strukturieren einer Steuerelektrode (54) des Transistors (122),Performing a selective epitaxy on exposed areas made of semiconductor material (16) after forming the electrode area (56) remote from the isolation area and / or after structuring a control electrode (54) of the transistor (122),
und/oder Dotieren von Anschlussbereichen (70, 72) des Tran- sistors (122) nach dem Ausbilden des isolierbereichsfernenand / or doping connection regions (70, 72) of the transistor (122) after the isolation region is formed
Elektrodenbereiches (56) und/oder nach dem Strukturieren der Steuerelektrode (54) und vorzugsweise nach der Epitaxie.Electrode region (56) and / or after structuring the control electrode (54) and preferably after the epitaxy.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, g e - kenn z e i chnet dur ch die Schritte:18. The method according to any one of claims 12 to 17, g e - identifies by the steps:
Entfernen der Hilfsschicht (52), vorzugsweise nach dem Strukturieren der Isolierschicht (18, 20) und/oder nach dem Durchführen der selektiven Epitaxie,Removing the auxiliary layer (52), preferably after structuring the insulating layer (18, 20) and / or after performing the selective epitaxy,
und/oder selektive Bildung einer Metallhalbleiterverbindung, insbesondere selektive Silizidbildung, auf der Elektrodenschicht (54) und/oder auf freiliegenden Halbleiterbereichen (16) . and / or selective formation of a metal semiconductor connection, in particular selective silicide formation, on the electrode layer (54) and / or on exposed semiconductor regions (16).
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