JP2002507841A - Dramセルアレイ構造およびその製造方法 - Google Patents

Dramセルアレイ構造およびその製造方法

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マリー マルティン イヴ
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    • Y10S257/907Folded bit line dram configuration

Abstract

(57)【要約】 縦形選択トランジスタの第1のソース/ドレイン領域(S/D1a)と、ビット線(Ba)の間にメモリキャパシタが接続されている。このメモリキャパシタとビット線(Ba)は実質的に基板(1a)上に配設されているので、ビット線(Ba)は導電性の高い材料から形成可能であり、メモリキャパシタには誘電率の高い材料が使用可能である。少なくとも第1のソース/ドレイン領域(S/D1a)とチャネル領域(KAa)は突出状の半導体構造部(STa)の一部であり、これは側方で少なくとも2つの側縁に接している。この2つの側縁にはそれぞれ1つのワード線が配設され得る。チャネル領域とワード線の間には、エレメント(Ca)が設けられ、これがワード線による選択トランジスタのトリガを回避させる。選択トランジスタの第2のソース/ドレイン領域(S/D2a)は基板内に埋め込まれ、これはドーピング層(S1a)の一部であるか格子状のドーピング領域か埋込みコンタクトを介して基板に接続された領域である。メモリセルは開放型ビット線でも折り込み形ビット線の場合でも4F2の面積で形成可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、選択トランジスタとビット線との間にメモリキャパシタが接続され
ているDRAMセルアレイ構造ならびに該DRAMセルアレイ構造の製造方法に
関する。
【0002】 DRAMセルアレイ構造すなわちダイナミックなランダムアクセスの行われる
メモリセルアレイ構造では、ほとんどもっぱらいわゆる1トランジスタメモリセ
ルが使用される。1トランジスタメモリセルは、1つの選択トランジスタと1つ
のメモリキャパシタを有している。メモリキャパシタには、論理値0または1を
表す電荷のかたちで情報が蓄えられている。ワード線によって選択トランジスタ
を制御することにより、ビット線を介してその情報を読み出すことができる。
【0003】 通常、選択トランジスタにおける第1のソース/ドレイン領域はメモリキャパ
シタと接続されており、選択トランジスタにおける第2のソース/ドレイン領域
はビット線と接続されている。また、選択トランジスタのゲート電極はワード線
と接続されている(たとえば S. M. Sze Semiconductor Devices, AT&T Bell La
boratories, Murray Hill, New Jersey 1985, p. 487, Fig 18a 参照)。
【0004】 メモリの世代ごとに記憶密度が高まっていくため、1トランジスタメモリセル
の所要面積を世代ごとに小さくしていかなければならない。メモリセルサイズを
単に減らすだけでは、個々のテクノロジーにおいて製造可能な最小構造サイズF
による制限を受けるので、それに付随してメモリセルも変化することになる。し
たがって1Mbit世代までは、選択トランジスタもメモリキャパシタもプレー
ナ形の素子として実現されてきた。4Mbitのメモリ世代からは選択トランジ
スタとメモリキャパシタの3次元配置によって、さらに面積の低減を行っていく
必要があった。
【0005】 1つの可能性は、メモリキャパシタをプレーナ形ではなくトレンチとして実現
することである(たとえば K. Yamada 等による "A deep trenched Capacitor t
echnology for 4 MBit DRAMs", Proc. Intern. Electronic Devices and Materi
als IEDM 85, p. 702 を参照)。
【0006】 ただし、そのような埋込形のメモリキャパシタの製造は煩雑である。また、高
い誘電率をもつキャパシタ誘電体を使用することもできない。なぜならば、その
デポジットは実質的に平坦な平面上でしか行えないからである。
【0007】 ドイツ連邦共和国特許出願 195 19 160 C1 明細書において提案されているD RAMセルアレイ構造によれば、メモリキャパシタが選択トランジスタの上に生
成され、ビット線は基板中に埋められている。この場合、メモリキャパシタが基
板表面に生成されるため、高い誘電率をもつキャパシタ誘電体を使用することが
できる。このようなDRAMセルアレイ構造の欠点は、ビット線が基板中に埋め
込まれていることである。埋め込まれたビット線を僅かな電気抵抗で製造するの
は困難であるし、基板中に生じるα粒子によってビット線の電荷が変化してしま
い、そのことで情報の誤りが引き起こされる可能性がある。
【0008】 US 4 630 088 によれば、メモリキャパシタを選択トランジスタにおける第1 のソース/ドレイン領域とビット線との間に接続することが提案されている。こ
のようにすれば、ビット線もメモリキャパシタも基板表面に設けることができる
ようになる。各メモリセルは突出部状の半導体構造を有しており、それはゲート
電極によってリング状に取り囲まれている。各メモリセルは、ワード線方向で対
角線状に互いにずらされて配置されている。メモリキャパシタには、第1のソー
ス/ドレイン領域と、面全体にわたりデポジットされたキャパシタ誘電体の一部
分と、ビット線の一部分とが含まれている。第1のソース/ドレイン領域、チャ
ネル領域、ならびに選択トランジスタにおける第2のソース/ドレイン領域は、
層状に上下に配置されている。
【0009】 本発明の課題は、選択トランジスタとビット線との間にメモリキャパシタが接
続されているDRAMセルアレイ構造を提供し、かつそれを従来技術よりも高い
実装密度で製造できるようにすることである。
【0010】 本発明によればこの課題は、請求項1記載のDRAMセルアレイ構造ならびに
請求項10記載のその製造方法によって解決される。従属請求項には本発明の有
利な実施形態が示されている。
【0011】 本発明によるDRAMセルアレイ構造の1つのメモリセルアレイ構造は1つの
バーティカル選択トランジスタを有しており、このトランジスタは突出部状の半
導体構造において第1の側縁に形成されている。この半導体構造には、少なくと
も1つの第1のソース/ドレイン領域およびその下に配置された選択トランジス
タのチャネル領域が含まれている。そして少なくともこのチャネル領域の部分に
おいて、半導体構造の第1の側縁にゲート誘電体が設けられており、そこにはゲ
ート電極が接している。ゲート電極は、第1のワード線と電気的に接続されてい
る。また、チャネル領域と第2のワード線との間には、第2のワード線による選
択トランジスタのトリガを防止するエレメントが配置されている。このエレメン
トは、そこに配置されたワード線による選択トランジスタのトリガを防ぐのであ
るが、これは半導体構造において第1の側縁とは反対側の第2の側縁の少なくと
も一部分と隣接している。このエレメントによりDRAMセルアレイ構造の高い
実装密度が実現される。その理由は、選択トランジスタをトリガすることのない
第2のワード線が、上記のエレメントの設けられた半導体構造のところに配置さ
れていてもかまわないからである。第1のソース/ドレイン領域は、メモリキャ
パシタの第1のキャパシタ電極と電気的に接続されている。このキャパシタにお
ける第2のキャパシタ電極は第1のキャパシタ電極の上に配置されていて、これ
は第1のワード線と交差して延びているビット線と電気的に接続されている。第
1のキャパシタ電極と第2のキャパシタ電極との間にはキャパシタ誘電体が配置
されている。本発明によるDRAMセルアレイ構造のメモリセルは、4F2 の面
積で製造することができる。
【0012】 実装密度を高めるために有利であるのは、ゲート電極を第1のワード線の一部
とし、第1のワード線を半導体構造における第1の側縁に沿って延ばすことであ
る。互いに隣接する2本のワード線は同じメモリセルに隣接しているが、これら
2本のワード線のうちの一方だけが、そのメモリセルに属する選択トランジスタ
をトリガする。
【0013】 上記のエレメントは、そこに配置されたワード線による選択トランジスタのト
リガを防止するわけだが、このエレメントをチャネルストップ領域として半導体
構造内部に形成することができる。配置されたワード線による選択トランジスタ
のトリガを防止するエレメントが半導体構造の一部分であることにより、実装密
度が格段に高くなる。チャネルストップ領域はチャネル領域と同じ導電形でドー
ピングされているが、それよりも高いドーパント濃度をもっている。チャネルス
トップ領域の生成は、半導体構造の傾斜インプランテーションによって行うこと
ができる。これに対する代案としてチャネルストップ領域を、あとで再び除去さ
れる補助材料のドーパントの外方拡散によって生成してもよい。また、チャネル
ストップ領域を、半導体構造におけるドーピング層の一部分とすることもできる
。この層が第1の導電形でドーピングされているならば、この事例ではチャネル
領域はたとえば、第1の導電形とは逆の第2の導電形でドーピングを行うイオン
を、ドーピング層に傾斜インプランテーションすることによって生成される。こ
れにより、ドーピング層の一部分が逆にドーピングされ、それに伴いその部分は
、ドーピング層の他の部分よりも低い第1の導電形ドーパントの濃度をもつよう
になる。したがってこの層のこの部分はチャネル領域としてはたらく一方、ドー
パント層の他の部分はチャネルストップ領域としてはたらく。
【0014】 配置されたワード線による選択トランジスタのトリガを防止するエレメントが
、アイソレーション材料を取り囲むようにすることもできる。この材料は、たと
えばデポジットとエッチングによりスペーサ状に構造化されるかまたは、半導体
構造における第2の側縁の一部分を熱酸化させることによって生成される。
【0015】 実装密度を高めるために有利であるのは、配置されたワード線による選択トラ
ンジスタのトリガを防止するエレメントにおいて、半導体構造の第2の側縁に対
し垂直な方向の寸法を、Fよりも小さくすることである。
【0016】 また、DRAMセルアレイ構造を折り返し形ビット線により構成すると有利で
ある。折り返し形ビット線の場合には選択トランジスタの情報を読み出すために
、それに属するビット線の信号が隣接するビット線の信号と比較される。選択ト
ランジスタをトリガするワード線が、隣接するビット線と接続された選択トラン
ジスタと接続されていてはならない。折り返し形ビット線を用いることで、非常
に密に並置されたビット線にとってきわめて類似している障害や信号アンダーグ
ラウンドを、ほとんど除去することができる。ビット線において評価しなければ
ならない信号は、構造サイズの低減に伴い小さくなる一方であるため、このこと
はきわめて有利である。
【0017】 折り返し形ビット線を形成するために、実質的に互いに平行に延びるワード線
トレンチが生成され、これによって各半導体構造が互いに分離される。ワード線
トレンチに沿って、それぞれ2つの異なるワード線が延在している。ゲート電極
はワード線の一部分である。ワード線トレンチのうち第1のワード線トレンチに
沿って隣接するメモリセルにおいて、配置されたワード線による選択トランジス
タのトリガを防止するエレメントは、第1のワード線トレンチの第1の側縁と、
隣接する第2のワード線トレンチの第2の側縁とに交互に接している。第1のワ
ード線トレンチに沿って隣接するメモリセルは1つおきに第1のワード線と接続
されており、他方、第1のワード線に沿って隣接する他のメモリセルは第2のワ
ード線と接続されている。これにより、ビット線と接続されている選択トランジ
スタをトリガする第1のワード線は、そのビット線と隣り合うビット線と接続さ
れた選択トランジスタとは接続されていないようになる。
【0018】 エレメントに対して斜めのインプランテーションによって生成されるチャネル
ストップ領域が使用されるのであれば、マスクを用いてまず、1つの方向にかつ
それから別の方向にインプランテーションすることができる。
【0019】 ビット線に沿って隣接しているメモリセルのうち、エレメントに配置されてい
るワード線による選択トランジスタの制御を妨げるエレメントは例えばすべてワ
ード線トレンチの第1の側面に接しているように生成することができるかまたは
すべてワード線トレンチの第2の側面に接しているように生成することができる
【0020】 ワード線を生成するために本発明の枠内では、ストライプ形状のマスクを用い
てワード線トレンチが生成される。このために基板はマスクに対して選択的にエ
ッチングされる。ワード線トレンチの表面にゲート誘電体が備えられる。このこ
とは例えば、熱酸化かまたは絶縁材料のデポジットによって行うことができる。
後でマスクに対して選択的にエッチバックされる導電材料のコンフォーマルなデ
ポジットによって、ワード線はワード線トレンチの側面においてスペーサの形で
生成される。このようにして、自己整合形の、すなわち整合のためのマスクを用
いずとも、それぞれのワード線トレンチの側面に接して2つのワード線が生成さ
れる。マスクは、エッチバックの際に、基板の浸食を妨ぐものである。エッチン
グプロセスが終了すると直ちにスペーサが形成されるので、マスクはワード線の
生成の前に除去することができる。
【0021】 プロセスを簡単にするために、折返し形ビット線に代わって開放形のビット線
を設けることも本発明の枠内にある。この場合、ビット線の信号が隣接したビッ
ト線の信号と比較されない。ワード線トレンチに沿ってそれぞれ1つのワード線
だけが形成される。ビット線に沿って隣接しているメモリセルのうち、エレメン
トに配置されているワード線による選択トランジスタのトリガを防ぐエレメント
は、例えばすべてワード線トレンチの第1の側面に接しているように生成するこ
とができ、あるいはすべてワード線トレンチの第2の側面に接しているように生
成することができる。これにより、同一のビット線に接続されているメモリセル
はそれぞれ、異なったワード線によって制御されることが保証される。プロセス
を簡単にするために、エレメントに配置されているワード線による選択トランジ
スタのトリガを妨ぐすべてのエレメントを、ワード線トレンチの第1の側面に接
しているように生成するまたはすべてワード線トレンチの第2の側面に接してい
るように生成するようにすれば有利である。エレメントに対してチャネルストッ
プ領域が使用されるのであれば、更に1つの方向においてだけ斜めにインプラン
テーションすればよい。択一的に、ワード線トレンチの第1のものに沿って隣接
しているメモリセルのうち、エレメントに配置されているワード線による選択ト
ランジスタの制御を防ぐエレメントを、任意に、所属の半導体基体の第1の側面
または第2の側面に接して生成するようにしてもよい。
【0022】 本発明のメモリセル装置では、第1のワード線トレンチに沿って隣接している
メモリセルはアイソレーションストラクチャによって相互に分離することができ
る。この場合、半導体ストラクチャは基板の突出部として実現されており、かつ
それぞれのメモリセルは1つの半導体ストラクチャを含んでいる。このために基
板中にまたはその上に配置されている層において、実質的に相互に平行に延在し
ているアイソレーショントレンチが生成される。アイソレーショントレンチを横
断する方向に、ワード線トレンチが生成される。アイソレーショントレンチおよ
びワード線トレンチの生成によって、基板および/または場合によってはその上
に配置されている層に半導体ストラクチャが生じる。アイソレーションストラク
チャはアイソレーショントレンチに配置される。このために、ワード線トレンチ
の生成の前に、アイソレーショントレンチの絶縁材料がデポジットされかつ平坦
化され、その結果アイソレーショントレンチは絶縁材料によって充填される。そ
れからワード線トレンチの生成の際に、基板も絶縁材料もエッチングされ、その
結果ワード線トレンチの底面は実質的に平坦に延在する。アイソレーショントレ
ンチではなくて、第1のワード線トレンチに沿って隣接しているメモリセルの間
に配置されている凹部の間にアイソレーションストラクチャを生成するようにし
てもよい。
【0023】 第1のワード線トレンチに沿って隣接しているメモリセルを、エレメントに配
置されているワード線による選択トランジスタのトリガを防ぐ別のエレメントを
用いて相互に分離するようにしてもよい。この場合、アイソレーショントレンチ
または凹部の生成は省略することができる。半導体ストラクチャは基板から、ま
たは基板の上に配置されている、ワード線トレンチの生成によるストライプ形状
の層から生じる。半導体ストラクチャは第1のワード線トレンチに沿って隣接し
ているメモリセルに対応付けられる。エレメントに配置されているワード線によ
る選択トランジスタのトリガを防ぐ別のエレメントは第1のワード線トレンチの
第1の側面および隣接する第2のワード線トレンチの第2の側面の部分に生成さ
れ、ここでこれら部分は第1のワード線トレンチに沿って隣接しているメモリセ
ルの間に存在している。このようにして、第1のワード線トレンチに沿って隣接
している、種々のメモリセルの第1のソース/ドレイン領域間にチャネルが形成
されることが回避される。これらの別のエレメントがなければ、第1のワード線
トレンチに沿って隣接しているメモリセルの選択トランジスタのゲート電極とし
て作用しない、第1のワード線および第2のワード線の部分は、それぞれ相互に
隣接している2つの第1のソース/ドレイン領域を含んでいる寄生トランジスタ
のゲート電極として作用することになる。
【0024】 ストライプ形状のマスクを用いたインプランテーションを実施しかつ引き続い
てワード線トレンチをマスクのストライプを横断する方向に生成することは有利
である。このようにして、ストライプ形状の半導体ストラクチャ中に個々の第1
のソース/ドレイン領域が生じる。選択トランジスタの第2のソース/ドレイン
領域はチャネル領域の下方またはチャネル領域に関して対角線の方向に下方にず
らして配置されていてもよい。
【0025】 第2のソース/ドレイン領域は電気的に相互に接続されていてよい。
【0026】 第2のソース/ドレイン領域を相互に電気的に接続するという第1の形態では
まず、第1の導電型によってドーピングされた第1の層が生成される。この第1
の層の上ないしその中に、第1の導電型とは反対の導電型の第2の導電型によっ
てドーピングされた第2の層が生成される。
【0027】 第1のドーピングされた層および第2のドーピングされた層はインプランテー
ションによってまたはエピタキシーによって生成することができる。例えばイン
プランテーションまたはエピタキシーによって、第2のドーピングされた層の中
ないしその上に選択トランジスタの第1のソース/ドレイン領域が生成される。
ワード線トレンチの生成の際に、第2のドーピングされた層は切断される。ワー
ド線トレンチは第1のドーピングされた層内にまで達している。半導体ストラク
チャ内に存在している第1のドーピングされた層の部分は第2のソース/ドレイ
ン領域として用いられる。第1のドーピングされた層は切断されないので、第2
のソース/ドレイン領域はすべて電気的に相互に接続される。このように電気的
な接続を第1のドーピングされた層を介して行うと有利である。というのは、第
2のソース/ドレイン領域はすべて唯一の電位に接続され、かつ第1のドーピン
グされた層は比較的大きな横断面を有しかつこれにより例えば個々のドーピング
されたストライプよりも小さな抵抗を有しているからである。
【0028】 アイソレーショントレンチを使用する場合には第2の形態が考えられる。すな
わち、インプランテーションのよるアイソレーション材料のデポジットの前に、
アイソレーショントレンチの底面にストライプ形状にドーピングされた領域が生
成される。ワード線トレンチの生成の後に、インプランテーションによって、ワ
ード線トレンチの底面が同様にインプランテーションされ、これによりアイソレ
ーショントレンチの下方にストライプ形状のドーピングされた領域と一緒に、格
子状のドーピングされた領域が生じる。半導体ストラクチャの側面に接している
格子状にドーピングされた領域の部分は第2のソース/ドレイン領域として作用
する。第2のソース/ドレイン領域はチャネル領域に関して対角線方向に下方に
ずらされている。第1のソース/ドレイン領域は、格子状にドーピングされた領
域と同時に生成することができる。格子状のドーピングされた領域は有効な比較
的大きな横断面を、ひいては個々のストライプ形状のドーピングされた領域より
も小さな抵抗を有している。
【0029】 折返し形ビット線を使用する場合には、第3の形態は考えられる。それは、ワ
ード線トレンチの底面に沿って生成された第2のソース/ドレイン領域をトレン
チ化された接点を介してチャネル領域に接続することである。チャネル領域は基
板のウェルに配置されている。ウェルは基板と同じ導電型によってドーピングさ
れている。これにより第2のソース/ドレイン領域は基板を介して上記の電位に
接続される。チャネル領域も基板に接続されておりかつこのようにして固定の電
位に保持される。トレンチ化された接点を生成するために、ワード線トレンチ内
に狭いトレンチが生成される。これは第2のソース/ドレイン領域を、ウェルに
達するまで切断する。狭いトレンチは導電材料によって少なくとも、第2のソー
ス/ドレイン領域がこの導電材料に接するところまでは充填される。導電材料に
よって充填されたこの狭いトレンチがトレンチ化された接点を形成する。狭いト
レンチに接してドーピングされた接続領域を生成して、トレンチ化された接点と
ウェルとの間のショットキー接点が形成されるのを妨げると有利である。このこ
とはインプランテーションによって行うことができる。択一的に、導電材料に対
して、ドープ剤を拡散することができる材料が使用される。この場合、熱処理に
よって、基板の導電型と同じ導電型のドープ剤が拡散される。
【0030】 形成すべき半導体構造、すなわち基板または第1のソース/ドレイン領域の上
に、第1の材料からなる第1の補助層と、その上に、第1の材料に対して選択的
にエッチングできる第2の材料からなる第2の補助層とを形成することも本発明
の枠内である。ワード線トレンチと、場合によって設けられる絶縁トレンチが第
1の補助層と第2の補助層とを分離する。第2のソース/ドレイン領域は、ワー
ド線トレンチ底部の打込みにより形成される。ゲート誘電体は第2の材料に対し
て選択的にエッチングすることができる。このゲート誘電体はワード線トレンチ
の表面に形成される。ワード線を形成した後、ゲート誘電体の露出部分を第2の
補助層に対して選択的に除去し、これによりワード線トレンチの底部が露出され
る。ここで第2の補助層は第1の補助層を保護する。続いて細いトレンチが、第
1の材料に対して選択的な基板のエッチングにおり形成される。ここでは第2の
補助層が除去され、第1の補助層は基板またはソース/ドレイン領域を保護する
。導電材料を埋込みコンタクトの形成のためにデポジットおよびエッチバックす
る際に、第1の補助層はその下にある半導体構造の部分を保護する。埋込みコン
タクトとワード線との短絡を回避するため、有利にはワード線の形成後に絶縁材
料を同一形状(コンフォーマル)にデポジットし、エッチバックする。このとき
ゲート誘電体の部分もワード線トレンチの底部部分が露出するまで除去される。
このようにして、ワード線に接して絶縁材料からなる小さな保護スペーサーが形
成される。第1のソース/ドレイン領域は有利には第1の補助層の形成前に形成
される。択一的にこれを第1の補助層の除去後に形成することもできる。
【0031】 第1のソース/ドレイン領域をメモリキャパシタのキャパシタ電極として用い
ることも本発明の枠内である。
【0032】 キャパシタのキャパシタンスを高めるために、第1のキャパシタ電極を第1の
ソース/ドレイン領域よりも良導電性の材料から形成すると有利である。この場
合、第1のキャパシタ電極は第1のソース/ドレイン領域に直接接するか、また
はコンタクトを介して第1のソース/ドレイン領域と接続される。
【0033】 実装密度を向上させ、処理コストを低減するために、第1のソース/ドレイン
領域のコンタクトが自己整合されて、すなわち整合すべきマスクを使用しないで
第1のソース/ドレイン領域に接して形成されると有利である。このために第1
のソース/ドレイン領域の上に、ワード線トレンチの形成前に、絶縁材料からな
る第1の層と、絶縁材料に対して選択的にエッチングできる第3の材料からなる
第2の層を形成する。ゲート電極を形成した後、絶縁材料をデポジットし、第2
の層が露出するまで平坦化する。第2の層の露出された部分はストライプ状のマ
スクによって除去される。このマスクのストライプはワード線トレンチに対して
横に延在し、メモリセルを覆う。絶縁構造が設けられる場合、これは第2の層の
形成後に形成され、第2の層の露出部分はマスクなしで除去される。続いて、別
の絶縁材料がデポジットされ、第2の層が露出するまで平坦化される。このプロ
セスステップの後に平坦な表面が存在し、この表面に絶縁材料と第2の層の残っ
た部分とが接する。これらの部分は、第1のソース/ドレイン領域の上部に配置
される。続いて第2の層の残った部分が絶縁材料に対して選択的に除去される。
これにより第1のソース/ドレイン領域上部には凹部が発生する。この凹部は下
方へ移動される。これは、絶縁材料を第1のソース/ドレイン領域が露出するま
でエッチングすることにより行われる。導電材料のデポジット、平坦化、および
エッチングにより、自己整合されて凹部に第1のソース/ドレイン領域へのコン
タクトが発生する。
【0034】 自己整合コンタクトと埋込みコンタクトが設けられたなら、第1の補助層が第
2の層に形成される。
【0035】 第2のキャパシタ電極がビット線の一部であるとプロセスを簡素化するために
有利である。ビット線の抵抗を小さくするためには、ビット線が第2のキャパシ
タ電極よりも良導電性の材料から作成されると有利である。この場合、第2のキ
ャパシタ電極はビット線の一部ではなく、ビット線に接するか、またはコンタク
トを介してこれと接続される。
【0036】 以下、図面に示された本発明の実施例を詳細に説明する。
【0037】 図1は、第1のドーピング層、第2のドーピング層、第3のドーピング層、第1
のマスクおよびアイソレーショントレンチを形成した後の第1の基板の断面図で
ある。
【0038】 図2aは、第2のマスク、ワード線トレンチ、第1の絶縁構造、第1のソース/
ドレイン領域、チャネル領域、および第2のソース/ドレイン領域を形成した後
の、図1の断面に対して垂直の断面図である。
【0039】 図2bは、図2aのプロセスステップの後の図1の断面を示す図である。
【0040】 図3は、チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、ワード線、第2の
絶縁構造、およびコンタクトを形成した後の、図2aの断面を示す図である。
【0041】 図4aは、第1のキャパシタ電極、キャパシタ誘電体、第2のキャパシタ電極、
およびビット線を形成した後の、図3の断面を示す図である。
【0042】 図4bは、図4aのプロセスステップ後の、図2bの断面を示す図である。
【0043】 図5は、第1のドーピング層、第2のドーピング層(図示せず)、第3のドーピ
ング層(図示せず)、第1の層、第2の層、第1のマスクを用いたアイソレーシ
ョントレンチ(図示せず)、ワード線トレンチ、半導体構造部、第1のソース/
ドレイン領域、チャネル領域、および第2のソース/ドレイン領域を形成した後
の第2の基板の断面図である。ここで断面はアイソレーショントレンチに対して
並列に延在する。
【0044】 図6は、チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、ワード線、第2の
絶縁構造、コンタクト、第1のキャパシタ電極、キャパシタ誘電体、第2のキャ
パシタ電極、およびビット線を形成した後の、図5の断面を示す図である。
【0045】 図7は、第1のドーピング層、第1のマスクを用いたアイソレーショントレンチ
(図示せず)、第2のマスク、ワード線トレンチ、第1の絶縁構造(図示せず)
、半導体構造部、第1のソース/ドレイン領域、チャネル領域、第2のソース/
ドレイン領域、チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、およびワー
ド線を形成した後の第3の基板の断面図である。ここで断面はアイソレーション
トレンチに対して並列に延在する。
【0046】 図8は、第1のドーピング層、第2のドーピング層、およびストライプ状にドー
ピングされた領域を形成した後の第4の基板の断面図である。ここで断面はスト
ライプ状領域のストライプに対して垂直に延在する。
【0047】 図9aは、マスク、ワード線トレンチ、チャネルストップ領域、ゲート誘電体、
ゲート電極、ワード線、絶縁構造、コンタクト、第1のキャパシタ電極、キャパ
シタ誘電体、第2のキャパシタ電極、およびビット線を形成した後の、図8の横
断面に対して断面を示す図である。
【0048】 図9bは、図9aのプロセスステップ後の、図8の断面を示す図である。
【0049】 図10は、ストライプ状にドーピングされた領域、第1の補助層、第2の補助層
、マスク、ワード線トレンチ、半導体構造部、第1のソース/ドレイン領域、チ
ャネル領域、および第2のソース/ドレイン領域を形成した後の第5の基板の断
面図である。ここで断面はストライプ状領域に対して並列に延在する。
【0050】 図11は、チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、ワード線、およ
びスペーサを形成し、マスクを除去し、ワード線トレンチの底部部分を露出した
後の、図10の断面を示す図である。
【0051】 図12は、細いトレンチ、埋込みコンタクト、およびドープされた接続領域を形
成した後の、図11の断面を示す図である。
【0052】 図13は、絶縁構造、コンタクト、第1のキャパシタ電極、キャパシタ誘電体、
第2のキャパシタ電極、およびビット線を形成した後の、図12の断面を示す図
である。
【0053】 図14は、ドーピング層、アイソレーショントレンチ、格子状領域の第1の部分
、第1のマスク、ワード線トレンチ(図15aに図示されている)、半導体構造
部、第1のソース/ドレイン領域、チャネル領域、第2のソース/ドレイン領域
、格子状領域の第2の部分、および第1の絶縁構造を形成した後の第6の基板の
断面図である。ここで断面は、ワード線トレンチに対して並列に延在している。
【0054】 図15aは、チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、ワード線、第
2の絶縁構造、コンタクト、第1のキャパシタ電極、キャパシタ誘電体、第2の
キャパシタ電極、およびビット線を形成した後の図14の断面に対して垂直の断
面を示す図である。
【0055】 図15bは、図15aのプロセスステップ後の図14の断面を示す図である。
【0056】 各図は縮尺通りではない。
【0057】 第1の実施例では出発材料は、pドーピングされたシリコンを含みかつそのド
ーピング濃度が約1015cm-3である第1基板1aである。第1基板1aにはエピ
タキシーによって、約500nmの厚さの第1nドーピング層S1a、約300
nmの厚さの第2pドーピング層S2a、および約150nmの厚さの第3nド
ーピング層S3aが形成される(図1参照)。第1ドーピング層S1および第3
ドーピング層S3aのドーピング濃度は約5×1020cm-3である。第2ドーピ
ング層S2aのドーピング濃度は約3×1017cm-3である。
【0058】 第1マスクM1aを形成するためにSiO2を約200nmの厚さでデポジッ トし、フォトリソグラフ手法によってストライプ状に構造化する(図1参照)。
構造化のためのエッチング剤として、例えばCHF3+O2が有利である。引き続
きシリコンを、例えばHBr+NF3+He+O2により約700nmの深さでエ
ッチングし、これによってアイソレーショントレンチGIaが得られる(図1参
照)。これらのアイソレーショントレンチは、幅が約500nmであり、かつ相
互に約500nmの間隔を有する。
【0059】 アイソレーショントレンチGIaを絶縁材料で充填するため、約500nmの
厚さのSiO2をTEOS手法でデポジットし、第3ドーピング層S3aが露出 するまで化学機械研磨によって平坦化する。ここで第1マスクM1aが除去され
る。第2マスクM2aを形成するため、SiO2を約100nmの厚さでデポジ ットし、フォトリソグラフ手法によってストライプ状に構造化する。この第2マ
スクM2aのストライプは、第1マスクM1aのストライプに対して垂直に延在
する。構造化の際に、SiO2は例えばCHF3+O2によって約600nmの深 さにエッチングされ、これによって、SiO2はアイソレーショントレンチGI aの部分において除去される。アイソレーショントレンチGIaの残りのSiO 2 は、第1アイソレーション構造I1aを形成する。引き続きシリコンが約60 0nmの深さでエッチングされ、これによってワード線トレンチGWaが得られ
る(図2aおよび2b参照)。アイソレーショントレンチGIaは、ワード線ト
レンチGWaよりも深い。これらのワード線トレンチGWaは、幅が約500n
mであり、相互に約750nmの間隔を有する。アイソレーショントレンチGI
aとワード線トレンチGWaとを形成することによって、第1基板1aから直方
体の半導体構造STaが得られる。第3ドーピング層S3aの残りの部分は、半
導体構造STaに配置されており、第1ソース/ドレイン領域S/D1aとして
使用される。第2ドーピング層S2aの残りの部分は、半導体構造STaに配置
されており、チャネル領域KAaとして使用される。第1ドーピング層のS1a
の、チャネル領域KAaの下にある部分は、第2ソース/ドレイン領域S/D2
aとして使用される。各半導体構造STaは、縦形の選択トランジスタの一部で
ある。
【0060】 ストライプが少なくとも、隣り合うアイソレーショントレンチGIaの間にあ
る領域を1つおきに覆い、フォトレジストからなるストライプ状の(図示しない
)第3マスクを用いることにより、斜め方向の打ち込みによって、ワード線トレ
ンチGWaの第1の側縁の一部に接してチャネルストップ領域Caが形成される
(図3参照)。第3マスクを補完する、フォトレジストからなる(図示しない)
第4マスクを用いることによってワード線トレンチGWaの第2の側縁の一部に
もチャネルストップ領域が形成される。チャネルストップ領域Caのドーピング
濃度は約1019cm-3である。チャネルストップ領域Caはpドーピングされて
いる。
【0061】 引き続き熱酸化により、約10nmの厚さのゲート絶縁体GDaが形成される
。ワード線を形成するために、in situドーピングされたポリシリコンが、約1 50nmの厚さでデポジットされ、例えばC26+O2によって約200nmの 深さでエッチバックされる。これによってワード線が、スペーサの形態でワード
線トレンチGWaの第1の側縁および第2の側縁に接して得られる。チャネル領
域KAaの領域においてチャネルストップ領域Caに接していないワード線トレ
ンチGWaの第1の側縁および第2の側縁の一部に接している部分は、選択トラ
ンジスタのゲート電極GAaとして機能する(図3参照)。
【0062】 選択トランジスタを保護するため、この選択トランジスタを覆う第2アイソレ
ーション構造I2aが形成されるが、これはSiO2を約500nmの厚さでデ ポジットし、化学機械研磨によって平坦化することによって行われる。フォトリ
ソグラフ手法によって、第1ソース/ドレイン領域S/D1aが露出される。エ
ッチング剤としては例えばCHF3+O2が有利である。コンタクトKaを形成す
るためにタングステンを約400nmの厚さでデポジットし、例えばSF6によ ってエッチバックする(図3参照)。
【0063】 (図示しない)拡散バリアを形成するため、窒化チタンを約20nmの厚さで
デポジットする。引き続き白金を約200nmの厚さでデポジットする。相互に
離れた第1キャパシタ電極P1aを形成するためにフォトリソグラフ手法により
白金がCl2+O2によってエッチングされる。第1キャパシタ電極P1aは、コ
ンタクトKaのそれぞれ1つに重なる(図4aおよび4b参照)。
【0064】 キャパシタ誘電体KDaを形成するため、Ba0.5St0.5TiO3を20nm の厚さでデポジットする。引き続き白金を100nmの厚さでデポジットする。
その上にAlSiCuを500nmの厚さでデポジットする。第1マスクと類似
のストライプ状の(図示しない)第5マスクを用いて、ビット線Baおよび第2
キャパシタ電極P2aを形成するために、AlSiCuを例えばBCl3+Cl2 +CH4によって、また白金を例えばCl2およびO2によってエッチングする。第
5マスクのストライプは、アイソレーショントレンチGIaの間に配置されてい
る。ビット線Baは第2キャパシタ電極P2aを覆って配置されている。
【0065】 各メモリセルには、半導体構造STaと、その上に配置されたメモリキャパシ
タとが含まれており、このメモリキャパシタは、第1キャパシタ電極P1aの1
つと、キャパシタ誘電体KDaの一部と、第2キャパシタ電極P2aの1つの一
部とを含む。ワード線トレンチGWaに沿って隣り合うメモリセルのチャネルス
トップ領域Caは交互に、ワード線トレンチGWaの第1の側縁および隣り合う
ワード線トレンチGWaの第2の側縁に配置されている。ビット線Baに沿って
隣り合うメモリセルのチャネルストップ領域Caは、すべてがワード線トレンチ
GWaの第1の側縁に隣接して設けられているか、または第2の側縁に隣接して
設けられているかのいずれかである。
【0066】 第2の実施例では出発材料は、pドーピングされたシリコンを含み、かつその
ドーピング濃度が約1015cm-3である第2基板1bである。第1実施例と同様
に第1ドーピング層S1bと、(図示しない)第2ドーピング層と、(図示しな
い)第3ドーピング層とが、(図示しない)第1マスクと(図示しない)アイソ
レーショントレンチとを用いて形成される。第1実施例と同様に説とレンチはS
iO2で充填される。
【0067】 第3ドーピング層には、SiO2を約100nmの厚さでデポジットすること によって第1層SIが形成される。その上には、in situドーピングされたポリ シリコンを約300nmの厚さでデポジットすることよって第2層SLが形成さ
れる。第1実施例と同様に、ストライプ状の第2マスクM2bを形成するために
SiO2が約100nmの厚さでデポジットされ、フォトリソグラフ手法によっ て構造化される。しかしながら第2マスクM2bのストライプの相互の間隔は、
750nmではなくわずかに500nmである。ポリシリコンを例えばC26
2によってエッチングし、またSiO2を例えばCHF3によってエッチングするこ
とにより、第2層SLと第1層SIとを、第2マスクM2bと同様に構造化する
(図5参照)。第1実施例と同様にワード線トレンチGWbが形成され、これに
よって(図示しない)第1アイソレーション構造、半導体構造部STb、第1ソ
ース/ドレイン領域S/D1b、チャネル領域KAb、および第2ソース/ドレ
イン領域S/D2bが得られる(図5参照)。
【0068】 第1実施例と同様に、チャネルストップ領域Cb、ゲート絶縁体GDb、ゲー
ト電極GAbおよびワード線が形成される。引き続き第2アイソレーション構造
I2bを形成するために、SiO2が約500nmの厚さでデポジットされ、第 2層SLが露出するまで化学機械研磨によって平坦化される。ここで第2マスク
M2bを除去する。アイソレーショントレンチを覆わないストライプ状の(図示
しない)マスクを用いることにより、SiO2とは選択的にポリシリコンを例え ばC26+O2によって、アイソレーショントレンチの上方に配置された、第2 層SLの部分が除去されるまでエッチングされる。第2層SLの残りの部分は、
第1ソース/ドレイン領域S/D1bの上方に配置されている。
【0069】 引き続きSiO2を約500nmの厚さでデポジットし、化学機械研磨によっ て、第2層SLが露出するまで平坦化する。SiO2とは選択的にポリシリコン をエッチングすることによって、第2層SLが除去される。これにより、第1ソ
ース/ドレイン領域S/D1bの上方に凹部が得られる。引き続きSiO2が例 えばCHF3+O2によって、第1層Siの部分が除去され、かつ第1ソース/ド
レイン領域S/D1が露出するまでエッチングされる。このステップによって、
第1ソース/ドレイン領域S/D1bの上方にある凹部が下方にシフトされる。
これらの凹部は充填されるが、これはin situドーピングされるポリシリコンを 約500nmの厚さでデポジットし、これを化学機械研磨により、第2アイソレ
ーション構造I2bが露出するまで平坦化することによって行われる。これによ
り凹部にポリシリコンからなるコンタクトKbが得られる(図6参照)。コンタ
クトKbを形成するためにマスクは不要である。コンタクトKbは、自動整合で
第1ソース/ドレイン領域S/D1bに隣接して形成される。
【0070】 第1実施例と同様に、第1キャパシタ電極P1b、キャパシタ誘電体KDb、
第2キャパシタ電極P2b、およびビット線Bbが形成される(図6参照)。
【0071】 第3の実施例では出発材料は、pドーピングされたシリコンを含み、かつその
ドーピング濃度が約1015cm-3である第3基板1cである。第1実施例と同様
に、第1ドーピング層S1c、第2ドーピング層、第3ドーピング層、第1マス
クによる(図示しない)アイソレーショントレンチ、第2マスクM2c、ワード
線トレンチGWc、半導体構造STc、第1ソース/ドレイン領域S/D1c、
チャネル領域KAc、第2ソース/ドレイン領域S/D2c、および(図示しな
い)第1アイソレーション構造が形成される。
【0072】 マスクがない場合、斜め方向の打ち込みにより、ワード線トレンチGWcの第
1の側縁に接してチャネルストップ領域Ccが形成される。チャネルストップ領
域Ccのドーピング濃度は約1019cm-3である。チャネルストップ領域Ccは
pドーピングされている。
【0073】 引き続き熱酸化により、厚さ約10nmのゲート絶縁体GDcが形成される。
in situnドーピングされたポリシリコンを、約400nmの厚さでデポジット し、エッチバックすることにより、ワード線トレンチGWcにそれぞれワード線
を形成する。チャネル領域KAcの領域においてワード線トレンチGWcの第1
の側縁に隣接するワード線の部分は、選択トランジスタのゲート電極GAcとし
て機能する(図7参照)。
【0074】 引き続き第1実施例と同様に、第2アイソレーション構造、コンタクト、第1
キャパシタ電極、キャパシタ誘電体、第2キャパシタ電極、およびビット線が形
成される。
【0075】 第4実施例では出発材料は、pドーピングされたシリコンを含み、かつそのド
ーピング濃度が約1015cm-3である第4基板1dである。エピタキシーによっ
て500nmの厚さの第1nドーピング層S1dが形成される。その上にエピタ
キシーによって約450nmの厚さの第2pドーピング層S2dが形成される。
第1ドーピング層S1dのドーピング濃度は約5×1020cm-3である。第2ド
ーピング層S2dのドーピング濃度は約5×1017cm-3である。
【0076】 ストリップ状の第1の、感光性レジストマスク(図示していない)を用いて、
第2のドーピング層S2d内にインプランテーションすることにより、ストリッ
プ状にドーピングされた領域GEdが形成される(図8参照)。ストリップ状領
域GEdは、約100nmの深さであり、そのドーピング材料濃度は、約5×1
20cm-3である。ストリップ状領域GEdは、n型ドーピングされている。可
鍛化することにより、ストリップ状ドーピング領域GEdのドーピング材が活性
化される。
【0077】 続いて、第1の実施例の場合と同様にして、第2のマスクM2aと同様のマス
クM2d及びワード線トレンチGWdが形成される。アイソレーショントレンチ
は形成されないので、ワード線トレンチGWd間にストリップ状半導体構造ST
dが形成される。ワード線トレンチGWdは、ストリップ状ドーピング領域GE
dに対して交差する方向に形成されている。ワード線トレンチGWdは、ストリ
ップ状領域GEdを切断する。その際、ストリップ状ドーピング領域GEdから
、矩形横断面の第1のソース/ドレイン領域S/D1dが形成される。
【0078】 ストリップがストリップ状領域GEdに対して平行で、各第2のストリップ状
ドーピング領域GEdを被覆している、感光性レジスト製のストリップ状の第2
のマスク(図示していない)を用いて、ワード線トレンチGWdの第1側縁に隣
接して斜めインプランテーションすることにより、チャネル−ストップ−領域C
dが形成される。第2の感光性レジストマスクは除去される。第2の感光性レジ
ストマスクによって被覆されなかった各第2のストリップ状領域GEdを被覆す
るストリップ状の第3の感光性レジストマスク(図示していない)を用いて、ワ
ード線トレンチGWdの第2の側縁に隣接して、チャネル−ストップ−領域Cd
が形成される。チャネル−ストップ−領域Cdの部分は、ワード線トレンチGW
dの第1の側縁及び第2の側縁の部分に隣接しており、その際、この部分は、ワ
ード線トレンチGWdに沿って隣接した第1のソース/ドレイン領域S/D1d
間に配設される。チャネル−ストップ−領域Cdの、この部分によって、ワード
線トレンチGWdに沿って隣接した第1のソース/ドレイン領域S/D1dチャ
ネル間にチャネルが形成されるのが阻止される。各半導体構造STdは、ワード
線トレンチGWdに沿って隣接するメモリセルを有している。ワード線トレンチ
GWdに沿って隣接したメモリセルは、チャネル−ストップ−領域Cdの上述の
部分によって相互に分離される。第1のソース/ドレイン領域S/D1の下側に
設けられた第2のドーピング層S2dの部分は、チャネル領域KAdとして使わ
れる。チャネル領域KAdの領域内に、チャネル−ストップ−領域Cdが、交互
にワード線トレンチGWdの第1の側縁又は第2の側縁に隣接している。
【0079】 続いて、第1の実施例と同様に、ゲート誘電体GDd、ゲート電極GAd、ワ
ード線、絶縁構造I2d、コンタクトKd、第1のキャパシタ電極P1d、キャ
パシタ誘電体KDd、第2のキャパシタ電極P2d及びビット線Bdが形成され
る(図9a及び9b参照)。
【0080】 第5の実施例では、出発材料は、p型ドーピングシリコンを有していて、その
ドーピング材料濃度は約1015cm-3である第5の基板1eである。インプラン
テーションにより、約1μm深さのpドーピングウェルWeが形成される(図1
0参照)。ウェルWeのドーピング材料濃度は、約1017cm-3である。第4の
実施例の場合と同様に、ストリップ状ドーピング領域が形成される。
【0081】 約100nm厚のSiO2の堆積によって、第1の補助層H1が形成される。 約100nm厚のin situドーピングされたポリシリコンの堆積により、第2の 補助層H2が形成される。第1の実施例と同様に、第2のマスクM2aと同様の
マスクM2eを形成するために、約100nm厚のSiO2が堆積されて構造化 される。マスクM2eと同様に、第1の補助層H1及び第2の補助層H2も構造
化される。
【0082】 SiO2に対して選択的にシリコンをエッチングすることにより、第1の実施 例の場合と同様なマスクM2eを用いてワード線トレンチGWeが形成される(
図10参照)。その際、ストリップ状ドーピング領域から、第1のソース/ドレ
イン領域S/D1eが形成される。ワード線領域GWe間に、ストリップ状半導
体構造STeが形成される。
【0083】 ワード線トレンチGWeの側縁の保護のために、約50nm厚のSiO2が堆 積され、エッチバックされ、そうすることにより、保護スペーサ(図示していな
い)がワード線トレンチGWeの側縁に形成される。保護スペーサは、ワード線
トレンチGWeの底部を後続してインプランテーションする際に、ワード線トレ
ンチGWeの側縁を保護する。その際、ワード線トレンチGWeの底部に隣接し
て、第2のソース/ドレイン領域S/D2eが形成される。第2のソース/ドレ
イン領域S/D2eは、約100nmの深さであり、そのドーピング材料濃度は
、約5×1020cm-3であり、n型ドーピングされる。そのドーピング材料は、
可鍛化によって活性化される。エッチング材料としてHFを用いて、保護スペー
サが再度除去される。
【0084】 第4の実施例の場合と同様に、チャネル−ストップ−領域Ce、ゲート誘電体
GDe、ゲート電極GAe及びワード線が形成される。続いて、約50nm厚の
SiO2が堆積されて、400nm深さエッチバックされ、そうすることにより 、ワード線に隣接してスペーサが形成される。その際、マスクM2e及びワード
線トレンチGWeの底部に設けられたゲート誘電体部分GDeが除去される(図
11参照)。その際、第2の補助層H2は、第1の補助層H1を保護する。シリ
コンのエッチングにより、SiO2に対して選択的に、ワード線トレンチGWe の底部の空き部分内に、約300nm深さの狭幅溝GSが形成される。エッチン
グ手段としては、例えば、HBr+NF3+He+O2が適している。その際、第
2の補助層H2が除去される。第1の補助層H1は、半導体構造STeを保護す
る。p型ドーピングイオンでインプランテーションすることにより、狭幅溝GS
の底部に隣接してドーピングされた接続端子領域Aが、ウェルWeの内部に形成
され、そのドーピング材料濃度は、約5×1019cm-3である。接続端子領域A
を第2のソース/ドレイン領域S/D2eと接続する溝付きコンタクトKvを形
成するために、約50nm厚のチタンが堆積されて可鍛化され、その結果、チタ
ンケイ化物が形成される。残存チタンは、続いて、例えば、NH3+H22によ って除去される。このような選択的ケイ化により、ワード線の部分がケイ化され
る。この部分は、導電構造部L(図12参照)を形成する。
【0085】 続いて、第1の実施例の場合と同様にして、絶縁構造I2e、コンタクトKe
、第1のキャパシタ電極P1e、キャパシタ誘電体KDe、第2のキャパシタ電
極P2e及びビット線Beが形成される(図13参照)。第1のソース/ドレイ
ン領域S/D1eの下側にあるウェルWeの部分は、チャネル領域KAeとして
作用する。
【0086】 第6の実施例では、出発材料は、p型ドーピングシリコンを含み、そのドーピ
ング材料濃度が約1015cm-3である第6の基板1fである。第5の実施例と同
様に、ウェルWfが形成される。
【0087】 n型ドーピングイオンのインプランテーションにより、全面に約100nm深
さのドーピング層が形成される。ドーピング層のドーピング材料濃度は、約5×
1020cm-3である。ドーピング層のドーピング材料は、可鍛により活性化され
る。
【0088】 第1の実施例の場合と同様にして、アイソレーショントレンチGIfが、第1
のマスク(図示していない)を用いて形成される。約50nm厚にSiO2を堆 積してエッチバックすることにより、保護スペーサ(図示していない)がアイソ
レーショントレンチGIfの側縁に形成される。保護スペーサは、n型ドーピン
グイオンを後続してインプランテーションする際、アイソレーショントレンチG
Ifの側縁を保護する。その際、アイソレーショントレンチGIfの底部に沿っ
て、格子状ドーピング領域GGfの第1部分が形成される。格子状ドーピング領
域GGfの第1部分は、ストリップ状であり、その垂直方向寸法は約100nm
である(図14参照)。そのドーピング材料濃度は、約5×1020cm-3である
。可鍛ステップによって、格子状領域GGfの第1の部分のドーピング材料が活
性化される。
【0089】 第1の実施例の場合と同様に、アイソレーショントレンチGIfがSiO2で 充填され、ワード線トレンチGWfが第2のマスクM2fを用いて形成され、そ
の際、アイソレーショントレンチIGf内に第1の絶縁構造I1fが形成される
。ドーピング層から、直方体状半導体構造STfの部分である第1のソース/ド
レイン領域S/D1fが形成される。第1のソース/ドレイン領域S/D1fの
下側に配設されたウェルWfの部分は、チャネル領域Kafとして作用する。保
護スペーサの形成のために、SiO2が約50nm厚に堆積されてエッチバック される。保護スペーサは、n型ドーピングイオン用いて後続してインプランテー
ションする際、ワード線トレンチGWfの側縁を保護する。その際、格子状領域
GGfの第2の部分が、ワード線トレンチGWfの底部に沿って形成され、その
ドーピング材料は可鍛によって活性化される。格子状ドーピング領域GGfのド
ーピング材料濃度は、約5×1020cm-3である。チャネル領域KAfの下側に
配設された、格子状ドーピング領域GGfの部分は、第2のソース/ドレイン領
域S/D2fとして作用する。続いて、保護スペーサが除去される。
【0090】 第1の実施例の場合と同様に、チャネル−ストップ−領域Cf、ゲート誘電体
GDf、ゲート電極GAf、ワード線、第2の絶縁構造I2f、コンタクトKf
、第1のキャパシタ電極P1f、キャパシタ誘電体KDf、第2のキャパシタ電
極P2f及びビット線Bfが形成される(図15a及び15b参照)。
【0091】 本発明の範囲内で、多数の変形実施例が考えられる。殊に、既述の層、溝、マ
スク、スペーサ、領域及び構造の寸法は、それぞれの必要に応じて合わせてよい
。提案されているドーピング材料濃度も同様である。
【0092】 6つの実施例の各特徴要件を相互に組み合わせてもよい。第2の実施例に記載
されているように、コンタクトを自己整合により形成することを、第5の実施例
に用いてもよい。その際、第1の補助層は、第2の層の上に形成する必要がある
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1のドーピング層、第2のドーピング層、第3のドーピング層、第1のマス
クおよびアイソレーショントレンチを形成した後の第1の基板の断面図である。
【図2】 aは、第2のマスク、ワード線トレンチ、第1の絶縁構造、第1のソース/ド
レイン領域、チャネル領域、および第2のソース/ドレイン領域を形成した後の
、図1の断面に対して垂直の断面図であり、bは、図2aのプロセスステップの
後の図1の断面を示す図である。
【図3】 チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、ワード線、第2の絶縁構
造、およびコンタクトを形成した後の、図2aの断面を示す図である。
【図4】 aは、第1のキャパシタ電極、キャパシタ誘電体、第2のキャパシタ電極、お
よびビット線を形成した後の、図3の断面を示す図であり、bは、図4aのプロ
セスステップ後の、図2bの断面を示す図である。
【図5】 第1のドーピング層、第2のドーピング層(図示せず)、第3のドーピング層
(図示せず)、第1の層、第2の層、第1のマスクを用いたアイソレーショント
レンチ(図示せず)、ワード線トレンチ、半導体構造、第1のソース/ドレイン
領域、チャネル領域、および第2のソース/ドレイン領域を形成した後の第2の
基板の断面図である。
【図6】 チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、ワード線、第2の絶縁構
造、コンタクト、第1のキャパシタ電極、キャパシタ誘電体、第2のキャパシタ
電極、およびビット線を形成した後の、図5の断面を示す図である。
【図7】 第1のドーピング層、第1のマスクを用いたアイソレーショントレンチ(図示
せず)、第2のマスク、ワード線トレンチ、第1の絶縁構造(図示せず)、半導
体構造、第1のソース/ドレイン領域、チャネル領域、第2のソース/ドレイン
領域、チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、およびワード線を形
成した後の第3の基板の断面図である。ここで断面はアイソレーショントレンチ
に対して平行に延在する。 図8は、第1のドーピング層、第2のドーピング層、およびテープ状にドーピン
グされた領域を形成した後の第4の基板の断面図である。ここで断面はテープ状
領域のテープに対して垂直に延在する。
【図9】 aは、マスク、ワード線トレンチ、チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲ
ート電極、ワード線、絶縁構造、コンタクト、第1のキャパシタ電極、キャパシ
タ誘電体、第2のキャパシタ電極、およびビット線を形成した後の、図8の横断
面に対して断面を示す図であり、bは、図9aのプロセスステップ後の、図8の
断面を示す図である。
【図10】 テープ状にドーピングされた領域、第1の補助層、第2の補助層、マスク、ワ
ード線トレンチ、半導体構造、第1のソース/ドレイン領域、チャネル領域、お
よび第2のソース/ドレイン領域を形成した後の第5の基板の断面図である。こ
こで断面はテープ状領域に対して平行に延在する。
【図11】 チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、ワード線、およびスペー
サを形成し、マスクを除去し、ワード線トレンチの底部部分を露出した後の、図
10の断面を示す図である。
【図12】 細い溝、埋設コンタクト、およびドープされた接続領域を形成した後の、図1
1の断面を示す図である。
【図13】 絶縁構造、コンタクト、第1のキャパシタ電極、キャパシタ誘電体、第2のキ
ャパシタ電極、およびビット線を形成した後の、図12の断面を示す図である。
【図14】 ドーピング層、アイソレーショントレンチ、格子状領域の第1の部分、第1の
マスク、ワード線トレンチ(図15aに図示されている)、半導体構造、第1の
ソース/ドレイン領域、チャネル領域、第2のソース/ドレイン領域、格子状領
域の第2の部分、および第1の絶縁構造を形成した後の第6の基板の断面図であ
る。ここで断面は、ワード線トレンチに対して平行に延在している。
【図15】 aは、チャネルストップ領域、ゲート誘電体、ゲート電極、ワード線、第2の
絶縁構造、コンタクト、第1のキャパシタ電極、キャパシタ誘電体、第2のキャ
パシタ電極、およびビット線を形成した後の図14の断面に対して垂直の断面を
示す図であり、bは、図15aのプロセスステップ後の図14の断面を示す図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エメリッヒ ベルタニョッリ ドイツ連邦共和国 ミュンヘン ノルデン トシュトラーセ 5/1 Fターム(参考) 5F083 GA09 HA07 JA14 JA35 JA38 LA13 LA14 NA01 NA04 PR37 PR39 PR40

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 DRAMセルアレイ構造において、 突出状の半導体構造部(STa)が設けられており、該半導体構造部はその側
    方で少なくとも1つの第1の側縁と、該第1の側縁に対向する第2の側縁によっ
    て仕切られており、 前記半導体構造部(STa)内には、メモリセルの少なくとも1つの縦形MO
    Sトランジスタの第1のソース/ドレイン領域(S/D1a)が配設されさらに その下方にはチャネル領域(KAa)が配設されており、それらは少なくとも半
    導体構造部(STa)の第1の側縁に接しており、 前記半導体構造部(STa)の少なくとも第1の側縁は、少なくともMOSト
    ランジスタのチャネル領域(KAa)の範囲にゲート誘電体(GDa)を備えて
    おり、該ゲート誘電体(GDa)には第1のワード線と電気的に接続されるゲー
    ト電極(GAa)が接しており、 前記チャネル領域(KAa)と第2のワード線との間に、第2のワード線によ
    るMOSトランジスタのトリガを回避し前記半導体構造部(STa)の第2の側
    縁に接するエレメントが配設されており、 MOSトランジスタの第1のソース/ドレイン領域(S/D1a)が、キャパ シタの第1のキャパシタ電極(P1a)と電気的に接続されており、 前記第1のキャパシタ電極(P1a)の上方にキャパシタ誘電体(KDa)が
    配設されており、さらにその上方にはキャパシタの第2のキャパシタ電極(P2
    a)が配設されており、該第2のキャパシタ電極(P2a)は、第1のワード線
    を横切るように延在しているビット線(Ba)と電気的に接続されていることを
    特徴とする、DRAMセルアレイ構造。
  2. 【請求項2】 前記エレメントに配設される第2のワード線によるMOSト
    ランジスタのトリガを回避させる当該エレメントは、チャネルストップ領域(C
    a)であり、このチャネルストップ領域(Ca)は前記チャネル領域(KAa)
    と同じ導電形を有し但しこのチャネル領域(KAa)よりも高濃度のドーピング
    濃度を有している、請求項1記載のDRAMセルアレイ構造。
  3. 【請求項3】 相互に隣接する2つの半導体構造部(STa)の間にそれぞ
    れ1つのワード線トレンチ(G2a)が配設されており、 前記ワード線トレンチ(G2a)の2つの側縁は、前記半導体構造部(STa
    )の第1の側縁と第2の側縁に対して並列に延在しており、 前記ワード線トレンチ(G2a)の2つの側縁の各々に沿ってそれぞれワード
    線の1つが延在しており、 ワード線トレンチ(GWa)の1つに沿って相互に隣接しているメモリセルに
    おけるエレメントに配設されるワード線によるMOSトランジスタのトリガを回
    避させるエレメントが、ワード線トレンチ(GWa)の第2の側縁と、隣接する
    ワード線トレンチ(GWa)の第1の側縁に交互に接しており、 ワード線トレンチ(GWa)に沿って隣接するメモリセルのうちのそれぞれ第
    2のメモリセルのMOSトランジスタのゲート電極(GAa)が第1のワード線
    に接続されており、 前記ゲート電極(GAa)は、ワード線の一部である、請求項1または2記載
    のDRAMセルアレイ構造。
  4. 【請求項4】 ビット線(Ba)に沿って隣接するメモリセルにおけるエレ
    メントに配設されるワード線によるMOSトランジスタのトリガを回避させるエ
    レメントの全てが、ワード線トレンチ(GWa)の第1の側縁かまたは第2の側
    縁に接するように配設されている、請求項3記載のDRAMセルアレイ構造。
  5. 【請求項5】 ワード線がワード線トレンチ(GWc)内に配設されており
    、半導体構造部(STc)は相互に分離されており、 前記ワード線トレンチ(GWc)に沿ってそれぞれ1つのワード線が延在して
    おり、 ビット線に沿って隣接するメモリセルにおけるエレメントに配設されるワード
    線によるMOSトランジスタのトリガを回避させるエレメントの全てが、前記ワ
    ード線トレンチ(GWc)の第1の側縁かまたは第2の側縁に接しており、 前記ワード線トレンチ(GWc)の1つに沿って隣接するメモリセルのMOS
    トランジスタのゲート電極(GAc)が第1のワード線と電気的に接続されてお
    り、 前記ゲート電極(GAc)は、ワード線の一部である、請求項1または2記載
    のDRAMセルアレイ構造。
  6. 【請求項6】 前記エレメントに配設されるワード線によるMOSトランジ
    スタのトリガを回避させるエレメントの全てが、前記ワード線トレンチ(GWc
    )の第1の側縁かまたは第2の側縁に接している、請求項5記載のDRAMセル
    アレイ構造。
  7. 【請求項7】 前記メモリセルは、半導体構造部(STa)を含んでおり、 前記半導体構造部(STa)は、基板(1a)の突出部として構成されており
    、 第1のワード線に沿って隣接する半導体構造部(STa)の間に絶縁構造部(
    I1a)が設けられており、該絶縁構造部(I1a)は、前記半導体構造部(S
    Ta)内に配設されている第1のソース/ドレイン領域(S/D1a)間に1つ のチャネルが形成されるのを防いでいる、請求項1から6いずれか1項記載のD
    RAMセルアレイ構造。
  8. 【請求項8】 半導体構造部(STb)は、実質的にストライプ形状であり
    、第1のワード線に沿って隣接するメモリセルの一部であり、 エレメントに配設されるワード線によるMOSトランジスタのトリガを回避さ
    せるさらなるエレメントが、半導体構造部(STd)の第1の側縁の一部と第2
    の側縁の一部に接しており、この場合これらの部分は第1のワード線に沿って隣
    接するメモリセルの間に存在している、請求項1から6いずれか1項記載のDR
    AMセルアレイ構造。
  9. 【請求項9】 第2のソース/ドレイン領域(S/D2a)がチャネル領域 (KAa)下方に設けられており、 前記第2の第2のソース/ドレイン領域(S/D2a)は、ドーピング層(S 1a)の一部である、請求項1から8いずれか1項記載のDRAMセルアレイ構
    造。
  10. 【請求項10】 DRAMセルアレイ構造を製造するための方法において、 突出状の半導体構造部(STa)を形成し、該半導体構造部はその側方で少な
    くとも1つの第1の側縁と、該第1の側縁に対向する第2の側縁によって仕切ら
    れており、 前記半導体構造部(STa)内に、メモリセルの少なくとも1つの縦形MOS
    トランジスタの少なくとも1つの第1のソース/ドレイン領域(S/D1a)を 形成しさらにその下方にチャネル領域(KAa)を形成し、この場合それらは少
    なくとも半導体構造部(STa)の第1の側縁に接するように形成されており、 前記半導体構造部(STa)の少なくとも第1の側縁の、少なくともMOSト
    ランジスタのチャネル領域(KAa)の範囲にゲート誘電体(GDa)を設け、 前記ゲート誘電体(GDa)に接するようにゲート電極(GAa)を形成し、 前記ゲート電極(GAa)と電気的に接続されるように第1のワード線を形成
    し、 第2のワード線と該第2のワード線によるMOSトランジスタのトリガを回避
    するエレメントを、該エレメントが前記半導体構造部(STa)の第2の側縁に
    接しかつ前記チャネル領域(KAa)と第2のワード線との間に配設されるよう
    に、形成し、 第1のソース/ドレイン領域(S/D1a)と、キャパシタの第1のキャパシ タ電極(P1a)をそれらが電気的に接続されるように形成し、 前記第1のキャパシタ電極(P1a)の上方にキャパシタ誘電体(KDa)を
    形成し、さらにその上方にキャパシタの第2のキャパシタ電極(P2a)を形成
    し、 前記第2のキャパシタ電極(P2a)と、第1のワード線を横切るビット線(
    Ba)を、それらが電気的に接続されるように形成することを特徴とする、DR
    AMセルアレイの製造方法。
  11. 【請求項11】 ワード線トレンチ(GWa)を形成し、半導体構造部(STa)を相互に分離
    させそれによってワード線トレンチ(GWa)の2つの側縁を、半導体構造部(
    STa)の第1の側縁と第2の側縁に対して並列に延在させ、 ワード線トレンチ(GWa)の第2の側縁の各々に沿ってワード線の1つを形
    成し、ワード線トレンチ(GWa)に沿って隣接しているメモリセルの、エレメ
    ントに配設されるワード線によるMOSトランジスタのトリガを回避させるエレ
    メントを、ワード線トレンチ(GWa)の第1の側縁と、隣接するワード線トレ
    ンチ(GWa)の第2の側縁に交互に接するように形成し、 ワード線トレンチ(GWa)に沿って隣接するメモリセルのそれぞれ第2のメ
    モリセルのMOSトランジスタのゲート電極(GAa)を第1のワード線に電気
    的に接続させ、 前記ゲート電極(GAa)を、ワード線の一部として形成する、請求項10記
    載の方法。
  12. 【請求項12】 ビット線(Ba)に沿って隣接するメモリセルにおけるエ
    レメントに配設されるワード線によるMOSトランジスタのトリガを回避させる
    エレメントが、ワード線トレンチ(GWa)の第1の側縁かまたは第2の側縁に
    全て接するように配設されている、請求項3記載の方法。
  13. 【請求項13】 ワード線トレンチ(GWa)の形成の後で、ワード線トレ
    ンチ(GWa)の少なくとも面上にゲート電極(GDa)を設け、 導電性材料をコンフォーマルにデポジットさせてバックエッチングし、それに
    よってワード線をスペーサの形状に形成する、請求項11または12記載の方法
  14. 【請求項14】 ワード線トレンチ(GWc)を形成し、半導体構造部(S
    Tc)を相互に分離させ、 前記ワード線トレンチ(GWc)に沿ってそれぞれ1つのワード線を形成し、 ビット線に沿って隣接するメモリセルにおけるエレメントに配設されるワード
    線によるMOSトランジスタのトリガを回避させるエレメントを、前記ワード線
    トレンチ(GWc)の第1の側縁かまたは第2の側縁に全て接するように形成し
    、 前記ワード線トレンチ(GWc)の1つに沿って隣接するメモリセルの選択ト
    ランジスタの全てのゲート電極(GAc)を第1のワード線と電気的に接続させ
    、 前記ゲート電極(GAc)を、ワード線の一部として形成する、請求項10記
    載の方法。
  15. 【請求項15】 エレメントに配設されるワード線によるMOSトランジス
    タのトリガを回避させるエレメントを全て、前記ワード線トレンチ(GWc)の
    第1の側縁かまたは第2の側縁に接するように形成する、請求項14記載の方法
  16. 【請求項16】 エレメントに配設されるワード線によるMOSトランジス
    タのトリガを回避させるエレメントを、チャネル領域(KAa)と同じ導電形で
    チャネル領域(KAa)よりも高いドーピング濃度を有するチャネルストップ領
    域(Ca)として形成する、請求項10から15いずれか1項記載の方法。
  17. 【請求項17】 半導体基板(1a)内または半導体基板上に第1の導電形
    でドーピングされた第1の層(S1a)を生成し、 前記第1のドーピング層(S1a)の上に、第1の導電形とは逆の第2の導電
    形でドーピングされた第2の層(S2a)を生成し、 前記第2のドーピング層(S2a)上または第2のドーピング層内に第1のソ
    ース/ドレイン領域(S/D1a)を第1の導電形でドーピングされるように生 成し、 ワード線トレンチ(GWa)を前記第1のドーピング層(S1a)に到達させ
    る、請求項11から16いずれか1項記載の方法。
  18. 【請求項18】 実質的に相互に並列に延在するアイソレーショントレンチ
    (GIa)を生成し、 ワード線トレンチ(GWa)を前記アイソレーショントレンチ(GIa)を横
    切るように生成し、 前記アイソレーショントレンチ(GIa)とワード線トレンチ(GWa)の生
    成によって、半導体構造部(STa)を形成し、それらをそれぞれ1つのメモリ
    セルに対応付け、 ワード線トレンチ(GWa)に沿って隣接する半導体構造部(STa)の間と
    アイソレーショントレンチ(GIa)の内部に、第1の絶縁性構造部(I1a)
    を生成し、該絶縁性構造部(I1a)によって、前記半導体構造部(STa)内
    に設けられる隣接する第1のソース/ドレイン領域(S/D1a)間におけるチ ャネルの形成を防止する、請求項11から17いずれか1項記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記アイソレーショントレンチ(GIf)の生成後に、そ
    の底部を第1の導電形にドーピングするイオンの注入によってドーピングし、 前記ワード線トレンチ(GWf)の生成後にその底部を第1の導電形にドーピ
    ングするイオンの注入によってドーピングし、 前記注入によって格子状にドーピングされた領域(GGf)を形成し、これを
    部分的に第2のソース/ドレイン領域(S/D2f)として作用させる、請求項1
    8記載の方法。
  20. 【請求項20】 ワード線トレンチ(GWd)の生成によって、半導体構造
    部(STd)をストライプ形状に形成し、これをワード線トレンチ(GWd)に
    沿って隣接するメモリセルに対応付けし、 エレメントに配置されるワード線によってMOSトランジスタのトリガを回避
    させるエレメントを、半導体構造部(STd)の第1の側縁と第2の側縁に部分
    的に接するように形成し、この場合これらの部分は、ワード線トレンチ(GWd
    )に沿って隣接するメモリセルの間に存在する、請求項11から17いずれか1
    項記載の方法。
  21. 【請求項21】 形成すべき半導体構造部(STe)の上方に、第1の材料
    からなる第1の補助層(H1)を形成し、さらにその上に前記第1の材料に対し
    て選択的にエッチング可能な第2の材料からなる第2の補助層(H2)を形成し
    、 ワード線トレンチ(GWe)によって前記第1の補助層(H1)と第2の補助
    層(H2)を分断し、 前記ワード線トレンチ(GWe)の面上にゲート誘電体(GDe)を設け、該
    誘電体は前記第2の材料に対して選択的にエッチング可能であり、 前記ワード線トレンチ(GWe)の底部に第2のソース/ドレイン領域(S/D
    2e)を生成し、 ワード線の生成後に前記ゲート電極(GDe)によって覆われたワード線トレ
    ンチ(GWe)底部の一部を露出させ、 前記ワード線トレンチの底部において、第2のソース/ドレイン領域(S/D2
    e)を分断する狭幅なトレンチ(GS)を生成し、その際第2の補助層(H2)
    は除去され、 導電材料をデポジットさせ、少なくとも前記第2のソース/ドレイン領域(S/
    D2e)が導電材料に接するように前記狭幅なトレンチ(GS)が充填されるま
    で、第1の材料に対して選択的にバックエッチングを行う、請求項11から13
    いずれか1項記載の方法。
  22. 【請求項22】 第1のソース/ドレイン領域(S/D1b)上方に絶縁材料
    からなる第1の層(SI)を生成し、さらに該絶縁材料に対して選択的にエッチ
    ング可能な材料からなる第2の層(SL)を生成し、 前記第1のソース/ドレイン領域(S/D1b)に対してゲート電極(GAb)
    の生成後にコンタクト(Kb)を自己整合的に形成し、 a)絶縁材料をデポジットし、第2の層(SL)が露出するようになるまで平坦
    化させて第2の絶縁構造部(I2b)を形成し、 b)ワード線トレンチ(GWb)を横切るように延在してメモリセルを覆ってい
    るストライプ状のマスクを用いて、前記第2の層(SL)の露出部を部分的に除
    去し、 c)さらなる絶縁材料をデポジットし、第2の層(SL)が露出するまで平坦化
    させ、 d)絶縁材料に対して選択的に半導体材料をエッチングすることによって第2の
    層(SL)を除去し、 e)前記絶縁材料を、第1の層(SI)の露出部分が除去され第1のソース/ド レイン領域(S/D1b)が露出されるようになるまでエッチングし、 f)導電材料をデポジットしコンタクト(Kb)が形成されるようにエッチング
    する、請求項11から21いずれか1項記載の方法。
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