JP7339319B2 - memory cell structure - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1に従ったメモリセル構造に関する。 The invention relates to a memory cell structure according to claim 1 .
最も重要な揮発性メモリ集積回路の1つは、1T1Cメモリセルを用いたDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)であり、これは、コンピューティング及び通信用途向けのメインメモリ及び/又はバッファメモリとして最良のコストパフォーマンス機能を提供するだけでなく、シリコン上の最小フィーチャサイズを数マイクロメートルから20ナノメートル程度まで縮小することによって、ムーアの法則を維持するための技術スケーリングダウンの最良のドライバとしての役割も果たしてきた。最近、内蔵SRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)をスケーリングダウンドライバとして使い続けるロジック技術が、5ナノメートル近くの最先端テクノロジノードの達成を製造に持ち込むとの主張を表明している。比較して、DRAMのテクノロジノードの最良の主張は、依然として10-12ナノメートルより上である。主な問題は、非常に挑戦的な設計ルール、スケーリングされたアクセストランジスタ(すなわち1T)設計、及び、例えばアクセストランジスタ及びアイソレーション領域の部分上の積層キャパシタ又は非常に深いトレンチキャパシタなどの、三次元ストレージキャパシタ(すなわち1C)を使用しても、1T1Cメモリセルの構造は更に縮小するのが非常に困難なことである。 One of the most important volatile memory integrated circuits is DRAM (Dynamic Random Access Memory) using 1T1C memory cells, which is the best cost main memory and/or buffer memory for computing and communication applications. Besides providing performance capabilities, it also serves as the best driver for technology scaling down to maintain Moore's Law by shrinking the minimum feature size on silicon from a few micrometers down to as little as 20 nanometers. came. Recently, logic technology that continues to use embedded SRAM (static random access memory) as a scaling down driver has claimed to bring manufacturing to the near 5 nanometer leading edge technology node achievement. By comparison, the best claim for the technology node of DRAM is still above 10-12 nanometers. The main problems are very challenging design rules, scaled access transistor (i.e. 1T) design and three-dimensional design, such as stacked capacitors or very deep trench capacitors on parts of the access transistor and isolation regions. Even with storage capacitors (ie, 1C), the structure of 1T1C memory cells is very difficult to scale further.
1T1Cメモリセルに関する難しさは、巨額の資金、並びに技術、設計及び設備についての研究開発投資の下でもよく知られた問題ではあるが、それらをここで詳しく述べる。困難さの例を少し挙げると、(1)アクセストランジスタの構造は、例えばDRAMリフレッシュ時間を短くするなど1T1Cメモリセル記憶機能を劣化させる不可避のいっそう深刻な電流リーク問題を被る、(2)それらの幾何学的及びトポグラフィック構造の上のワードライン、ビットライン及びストレージキャパシタ、並びにアクセストランジスタのゲート、ソース及びドレインへの接続を配置することの複雑さが、スケーリングダウンのために更に悪化する、(3)トレンチキャパシタが深さ対開口サイズの過大なアスペクト比に悩まされ、14nmノードでほぼ止まっている、(4)積層キャパシタがトポグラフィの悪化に悩まされ、活性領域を20度から50度を超えるまでねじった後にストレージキャパシタからアクセストランジスタのソースへの間のコンタクトスペースのための空間が殆ど存在しないことなどである。さらに、アクセストランジスタのドレインへのビットラインコンタクトのために許される空間がとても小さくなってきているが、なおもセルフアライン性を維持するために苦労しなければならず、(5)リーク電流問題の悪化が、ストレージキャパシタンス向けの遥かにhigh-kの誘電絶縁体材料を発見することができない限り、キャパシタンスを増やし、より大きいキャパシタンス面積を持つようにキャパシタの高さを増やし続けることを要求し、(6)上の問題を解決するテクノロジブレークスルーがなければ、より高い密度/容量及び性能をますます求めるDRAMチップのより良い信頼性、品質及びレジリエンスに対する増加する要求の全てを満たすことがますます困難になるなどである。 The difficulties with 1T1C memory cells, which are well-known problems even under the huge amount of money and R&D investment in technology, design and equipment, are elaborated here. To name a few examples of difficulties: (1) access transistor structures suffer from inevitable more severe current leakage problems that degrade 1T1C memory cell storage functions, e.g., shortening DRAM refresh times; The complexity of placing wordlines, bitlines and storage capacitors over geometric and topographic structures, and connections to gates, sources and drains of access transistors is exacerbated for scaling down ( 3) trench capacitors suffer from excessive depth-to-aperture size aspect ratios, nearly stopping at the 14 nm node; and that there is little space for contact space between the storage capacitor and the source of the access transistor after twisting to. In addition, the space allowed for the bitline contact to the drain of the access transistor has become very small, yet must struggle to maintain self-alignment, and (5) leakage current problems. Deterioration requires increasing capacitance and continuing to increase capacitor heights to have larger capacitance areas, unless a much higher-k dielectric insulator material for storage capacitance can be found ( 6) Without a technology breakthrough to solve the above problems, it will be increasingly difficult to meet all the increasing demands for better reliability, quality and resilience of DRAM chips, which are increasingly demanding higher density/capacity and performance. and so on.
本発明は、より密な構造、より小さな面積、より小さなリーク電流、より高いキャパシタンスなどを持つメモリセル構造を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a memory cell structure with a denser structure, smaller area, lower leakage current, higher capacitance, and the like.
これは、請求項1に従ったメモリセル構造によって達成される。従属クレームは、対応する更なる発展及び改良に関連する。 This is achieved by a memory cell structure according to claim 1 . Dependent claims relate to corresponding further developments and improvements.
以下に続く詳細な説明からいっそう明確に分かるように、特許請求されるメモリセル構造は、シリコン基板、トランジスタ、及びキャパシタを含む。シリコン基板はシリコン表面を持つ。トランジスタは、シリコン表面に結合され、トランジスタは、ゲート構造、第1の導電領域、及び第2の導電領域を含む。トランジスタの第2の導電領域にキャパシタが電気的に結合され、キャパシタはトランジスタを完全に覆う。 As will be more clearly seen from the detailed description that follows, the claimed memory cell structure includes a silicon substrate, a transistor, and a capacitor. A silicon substrate has a silicon surface. A transistor is coupled to the silicon surface, the transistor including a gate structure, a first conductive region, and a second conductive region. A capacitor is electrically coupled to the second conductive region of the transistor, the capacitor completely covering the transistor.
本発明の他の一態様によれば、メモリセル構造は、シリコン基板、トランジスタ、及びキャパシタを含む。シリコン基板はシリコン表面を持つ。トランジスタは、シリコン表面に結合され、トランジスタは、ゲート構造、第1の導電領域、及び第2の導電領域を含む。キャパシタはストレージ電極を持ち、キャパシタはトランジスタの上にあり、ストレージ電極はトランジスタの第2の導電領域に電気的に結合されている。キャパシタはキャパシタ外縁を含み、該キャパシタ外縁内に上記トランジスタが配置されている。 According to another aspect of the invention, a memory cell structure includes a silicon substrate, a transistor and a capacitor. A silicon substrate has a silicon surface. A transistor is coupled to the silicon surface, the transistor including a gate structure, a first conductive region, and a second conductive region. A capacitor has a storage electrode, the capacitor overlies the transistor and the storage electrode is electrically coupled to the second conductive region of the transistor. The capacitor includes a capacitor rim within which the transistor is disposed.
本発明の他の一態様によれば、ストレージ電極は外周を有し、該外周内に上記トランジスタが配置されている。 According to another aspect of the invention, the storage electrode has a perimeter within which the transistor is disposed.
本発明の他の一態様によれば、キャパシタは更に、トランジスタを覆う対向電極を含む。 According to another aspect of the invention, the capacitor further includes a counter electrode overlying the transistor.
本発明の他の一態様によれば、当該メモリセル構造は更に、トランジスタの第1の導電領域に電気的に結合されたビットラインを含み、ビットラインはシリコン表面よりも下に位置する。 According to another aspect of the invention, the memory cell structure further includes a bitline electrically coupled to the first conductive region of the transistor, the bitline below the silicon surface.
本発明の他の一態様によれば、当該メモリセル構造は更に、ブリッジコンタクトを介してトランジスタの第1の導電領域に電気的に結合されたビットラインを含み、ブリッジコンタクトはシリコン表面よりも下に位置し、ブリッジコンタクトの第1の側壁がビットラインのエッジとアライメントされ、ブリッジコンタクトは上部及び下部を有し、ブリッジコンタクトの上部はシリコン基板に当接し、ブリッジコンタクトの下部は第1の分離層によってシリコン基板から離隔される。 According to another aspect of the invention, the memory cell structure further includes a bitline electrically coupled to the first conductive region of the transistor through a bridge contact, the bridge contact below the silicon surface. a first sidewall of the bridge contact aligned with an edge of the bit line, the bridge contact having a top and a bottom, the top of the bridge contact abutting the silicon substrate, and the bottom of the bridge contact a first isolation. separated from the silicon substrate by a layer.
本発明の他の一態様によれば、キャパシタは、第1の突出領域、第2の突出領域、及び接続領域を含み、接続領域は、トランジスタのゲート構造の上にあり、且つ第1の突出領域と第2の突出領域とを接続し、第1の突出領域と第2の突出領域とでトランジスタを閉じ込める。 According to another aspect of the invention, a capacitor includes a first protruding region, a second protruding region, and a connection region, the connection region overlying the gate structure of the transistor and the first protruding region. The region and the second protruding region are connected and the transistor is confined between the first protruding region and the second protruding region.
本発明の他の一態様によれば、トランジスタは更に、ゲート構造の第1の側面を覆い且つシリコン表面の上に位置する第1のスペーサと、ゲート構造の第2の側面を覆い且つシリコン表面の上に位置する第2のスペーサと、を含み、キャパシタの第2の突出領域が、シリコン表面から上方に延在して第2のスペーサに当接し、キャパシタの第1の突出領域が、第1のスペーサに当接し、且つシリコン表面上にある分離領域から上方に延在する。 According to another aspect of the invention, the transistor further includes a first spacer overlying the first side of the gate structure and overlying the silicon surface, and a first spacer overlying the second side of the gate structure and overlying the silicon surface. a second spacer overlying the silicon surface, the second protruding region of the capacitor extending upwardly from the silicon surface and abutting the second spacer; It abuts one spacer and extends upwardly from the isolation region on the silicon surface.
本発明の他の一態様によれば、当該メモリセル構造は、シリコン基板、トランジスタ、及びキャパシタを含む。シリコン基板はシリコン表面を持つ。トランジスタはシリコン表面に結合され、トランジスタは、ゲート構造、第1の導電領域、及び第2の導電領域を含む。トランジスタの第2の導電領域にキャパシタが電気的に結合され、キャパシタはトランジスタを完全に覆う。 According to another aspect of the invention, the memory cell structure includes a silicon substrate, a transistor and a capacitor. A silicon substrate has a silicon surface. A transistor is coupled to the silicon surface, the transistor including a gate structure, a first conductive region, and a second conductive region. A capacitor is electrically coupled to the second conductive region of the transistor, the capacitor completely covering the transistor.
本発明の他の一態様によれば、キャパシタはストレージ電極を含み、該ストレージ電極は、第1の突出領域と、第2の突出領域と、垂直方向にトランジスタの頂面の上に積層されて第1の突出領域と第2の突出領域とを接続する接続領域と、を含み、第2の突出領域が、トランジスタの第2の導電領域に接続する。 According to another aspect of the invention, a capacitor includes a storage electrode that is vertically stacked over a top surface of a transistor with a first protruding region and a second protruding region. a connection region connecting the first protruding region and the second protruding region, the second protruding region connecting to the second conductive region of the transistor.
本発明の他の一態様によれば、第1の突出領域と第2の突出領域とでトランジスタをクランプする。 According to another aspect of the invention, the transistor is clamped with the first protruding region and the second protruding region.
本発明の他の一態様によれば、当該メモリセル構造は更に、対向電極と、複数の第1のトランジスタと、該複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応する複数の第1のストレージ電極と、を含み、対向電極は、複数の第1のトランジスタ及び複数の第1のストレージ電極を覆い、且つ対向電極は第1の電圧源に結合される。 According to another aspect of the invention, the memory cell structure further comprises a counter electrode, a plurality of first transistors, a plurality of first storage electrodes respectively corresponding to the plurality of first transistors; a counter electrode overlying the plurality of first transistors and the plurality of first storage electrodes, and the counter electrode coupled to the first voltage source.
本発明の他の一態様によれば、当該メモリセル構造は更に、トランジスタの第1の導電領域に電気的に結合されたビットラインを含み、ビットラインは、シリコン表面よりも下に位置し、ブリッジコンタクトを介してトランジスタの第1の導電領域に電気的に結合される。 According to another aspect of the invention, the memory cell structure further includes a bitline electrically coupled to the first conductive region of the transistor, the bitline below the silicon surface, It is electrically coupled to the first conductive region of the transistor through a bridge contact.
本発明の他の一態様によれば、ブリッジコンタクトは、シリコン表面よりも下に位置し、ブリッジコンタクトの第1の側壁がビットラインのエッジとアライメントされる。 According to another aspect of the invention, the bridge contact is below the silicon surface and the first sidewall of the bridge contact is aligned with the edge of the bitline.
本発明の他の一態様によれば、ブリッジコンタクトは上部及び下部を含み、ブリッジコンタクトの上部はシリコン基板に当接し、ブリッジコンタクトの下部は第1の分離層によってシリコン基板から離隔される。 According to another aspect of the invention, the bridge contact includes an upper portion and a lower portion, wherein the upper portion of the bridge contact abuts the silicon substrate and the lower portion of the bridge contact is separated from the silicon substrate by a first isolation layer.
本発明の他の一態様によれば、トランジスタは更に第1のスペーサ及び第2のスペーサを含み、第1のスペーサは、ゲート構造の第1の側面を覆い且つシリコン表面の上に位置し、第2のスペーサは、ゲート構造の第2の側面を覆い且つシリコン表面の上に位置する。ストレージ電極の第2の突出領域は、シリコン表面から上方に延在して第2のスペーサに当接し、ストレージ電極の第1の突出領域は、第2のスペーサに当接し、且つシリコン表面上にある分離領域から上方に延在する。 According to another aspect of the invention, the transistor further includes a first spacer and a second spacer, the first spacer overlying the first side of the gate structure and overlying the silicon surface; A second spacer overlies the second side of the gate structure and overlies the silicon surface. A second protruding region of the storage electrode extends upwardly from the silicon surface and abuts the second spacer, and a first protruding region of the storage electrode abuts the second spacer and on the silicon surface. Extending upward from a certain isolation region.
本発明の他の一態様によれば、第1の突出領域の頂面は矩形状の形状であり、第2の突出領域の頂面は別の矩形状の形状である。 According to another aspect of the invention, the top surface of the first projecting area is rectangular shaped and the top surface of the second projecting area is another rectangular shape.
本発明の他の一態様によれば、メモリセル構造は、セル領域と、該セル領域内の内側領域とを含む。当該メモリセル構造はトランジスタ及びキャパシタを含む。トランジスタは内側領域内にある。キャパシタはセル領域内にあり、キャパシタは、複数の突出領域と接続領域とを含み、接続領域は、トランジスタの上にあり、上記複数の突出領域を接続する。 According to another aspect of the invention, a memory cell structure includes a cell region and an inner region within the cell region. The memory cell structure includes transistors and capacitors. A transistor is in the inner region. A capacitor is within the cell area, the capacitor includes a plurality of protruding regions and a connection region, the connection region overlying the transistor and connecting the plurality of protruding regions.
本発明の他の一態様によれば、セル領域は矩形状の形状であり、1つの突出領域の頂面は別の別の矩形状の形状である。 According to another aspect of the invention, the cell area is rectangular shaped and the top surface of one protruding area is another rectangular shaped.
本発明の他の一態様によれば、トランジスタは、ゲート構造と、該ゲート構造の上のキャップ分離層と、第1の導電領域と、第2の導電領域とを含み、上記複数の突出領域のうちの第1の突出領域が、キャップ分離層の頂面から上方及び下方に延在する。 According to another aspect of the invention, a transistor includes a gate structure, a cap isolation layer over the gate structure, a first conductive region, and a second conductive region, wherein the plurality of protruding regions extends upwardly and downwardly from the top surface of the cap isolation layer.
本発明の他の一態様によれば、上記複数の突出領域のうちの第2の突出領域が、キャップ分離層の頂面から上方及び下方に延在し、第2の突出領域が、トランジスタの第2の導電領域に接続する。 According to another aspect of the present invention, a second protruding region of the plurality of protruding regions extends upward and downward from the top surface of the cap isolation layer, and the second protruding region is the Connect to the second conductive region.
本発明の他の一態様によれば、上記複数の突出領域がトランジスタを閉じ込める。 According to another aspect of the invention, the plurality of protruding regions confine the transistor.
本発明の他の一態様によれば、メモリセル構造は、シリコン基板、トランジスタ、及びキャパシタを含む。シリコン基板はシリコン表面を持つ。トランジスタは、シリコン表面に結合され、ゲート構造、該ゲート構造の上のキャップ分離層、第1の導電領域、及び第2の導電領域を含む。キャパシタはトランジスタの第2の導電領域に電気的に結合され、キャパシタは、トランジスタの上にあり、且つ矩形状の形状であるキャパシタ外縁を有する。 According to another aspect of the invention, a memory cell structure includes a silicon substrate, a transistor and a capacitor. A silicon substrate has a silicon surface. A transistor is coupled to a silicon surface and includes a gate structure, a cap isolation layer over the gate structure, a first conductive region, and a second conductive region. A capacitor is electrically coupled to the second conductive region of the transistor, the capacitor overlying the transistor and having a capacitor outer edge that is rectangular in shape.
本発明の他の一態様によれば、トランジスタはキャパシタ外縁内に配置される。 According to another aspect of the invention, the transistor is positioned within the capacitor perimeter.
本発明の他の一態様によれば、キャパシタは更にストレージ電極を含み、該ストレージ電極は、第1の突出領域と、第2の突出領域と、キャップ分離層の上にあって第1の突出領域と第2の突出領域とを接続する接続領域と、を含み、第1の突出領域及び第2の突出領域は、キャップ分離層の頂面から上方及び下方に延在する。 According to another aspect of the invention, the capacitor further includes a storage electrode overlying the first protruding region, the second protruding region, and the cap isolation layer and the first protruding region. a connecting region connecting the region and the second protruding region, the first protruding region and the second protruding region extending upwardly and downwardly from the top surface of the cap isolation layer.
本発明の他の一態様によれば、第1の突出領域は、キャップ分離層の頂面から上方に、接続領域よりも高い位置まで延在し、且つキャップ分離層の頂面から下方に、シリコン表面上にある分離領域まで延在する。 According to another aspect of the present invention, the first protruding region extends upward from the top surface of the cap separation layer to a position higher than the connection region, and downward from the top surface of the cap separation layer, It extends to an isolation region on the silicon surface.
本発明の他の一態様によれば、第2の突出領域は、キャップ分離層の頂面から上方に、接続領域よりも高い別の位置まで延在し、且つキャップ分離層の頂面から下方にシリコン表面まで延在する。 According to another aspect of the invention, the second protruding region extends upward from the top surface of the cap isolation layer to another position higher than the connection region and downward from the top surface of the cap isolation layer. extends to the silicon surface.
本発明の他の一態様によれば、メモリセル構造は、対向電極と、複数の第1のトランジスタと、複数の第1のストレージ電極と、を含む。複数の第1のストレージ電極は、複数の第1のトランジスタにそれぞれ対応し、対向電極は、上記複数の第1のトランジスタ及び上記複数の第1のストレージ電極を覆い、対向電極は第1の電圧源に結合される。 According to another aspect of the invention, a memory cell structure includes a counter electrode, a plurality of first transistors, and a plurality of first storage electrodes. a plurality of first storage electrodes respectively corresponding to the plurality of first transistors; a counter electrode covering the plurality of first transistors and the plurality of first storage electrodes; the counter electrode having a first voltage; combined with the source.
添付の図面を参照して、例によって本発明を更に説明する。
図1A-1Fを参照されたく、図1Aは、本発明の一実施形態に従ったHCoTセルアレイの製造方法を示すフローチャートである。
工程10:開始。
工程15:基板(例えば、p型シリコン基板)に基づき、DRAMセルアレイの活性領域を画成し、且つシャロートレンチアイソレーション(STI)を形成する。
工程20:活性領域の側壁に沿って非対称スペーサを形成する。
工程25:非対称スペーサの間且つ水平シリコン表面(HSS)の下にアンダーグラウンド導電ライン(例えばビットラインなど)を形成する。
工程30:ワードライン及びDRAMセルアレイのアクセストランジスタのゲートを形成する。
工程35:DRAMセルアレイのアクセストランジスタのドレイン領域(すなわち、第1の導電領域)及びソース領域(すなわち、第2の導電領域)を画成する。
工程40:アンダーグラウンドビットラインとアクセストランジスタのドレイン領域との間の接続を形成する。
工程45:ドレイン領域及びソース領域を形成する。
工程50:アクセストランジスタの上にキャパシタタワーを形成する。
工程55:終了。
Please refer to FIGS. 1A-1F, FIG. 1A is a flowchart illustrating a method for fabricating an HCoT cell array according to one embodiment of the present invention.
Step 10: Start.
Step 15: Based on a substrate (eg, p-type silicon substrate), define the active area of the DRAM cell array and form shallow trench isolation (STI).
Step 20: Form asymmetric spacers along the sidewalls of the active area.
Step 25: Form underground conductive lines (eg, bit lines, etc.) between the asymmetric spacers and under the horizontal silicon surface (HSS).
Step 30: Form the word lines and the gates of the access transistors of the DRAM cell array.
Step 35: Defining drain regions (ie, first conductive regions) and source regions (ie, second conductive regions) of access transistors of the DRAM cell array.
Step 40: Form connections between the underground bitlines and the drain regions of the access transistors.
Step 45: Form drain and source regions.
Step 50: Form a capacitor tower over the access transistor.
Step 55: End.
図1B及び図2を参照されたい。工程15は、以下を含み得る:
工程102:基板の水平シリコン表面(以下、“HSS”)208の上にパッド酸化物層204及びパッド窒化物層206を堆積させる。
工程104:DRAMセルアレイの活性領域を定め、活性領域の外側の水平シリコン表面208に対応する基板材料(例えばシリコン材料など)の部分を除去してトレンチ210を作り出す。
工程106:トレンチ210内に酸化物層214を堆積させ、酸化物層214をエッチバックして、水平シリコン表面208よりも下にシャロートレンチアイソレーション(STI)を形成する。
See FIGS. 1B and 2. FIG. Step 15 may include:
Step 102: Deposit a pad oxide layer 204 and a pad nitride layer 206 on the horizontal silicon surface (hereinafter "HSS") 208 of the substrate.
Step 104 : Defining the active area of the DRAM cell array and removing a portion of the substrate material (eg, silicon material, etc.) corresponding to the horizontal silicon surface 208 outside the active area to create a trench 210 .
Step 106 : Deposit an oxide layer 214 in trenches 210 and etch back oxide layer 214 to form shallow trench isolation (STI) below horizontal silicon surface 208 .
図1C及び図3-5を参照されたい。工程20は、以下を含み得る:
工程108:窒化物1層が堆積及びエッチバックされて窒化物1スペーサを形成する(図3)。
工程110:スピンオン誘電体(SOD)304が、トレンチ210内に堆積され、化学機械研磨(CMP)技術によって平坦化される(図3)。
工程112:フォトレジスト層306が、SOD304及びパッド窒化物層206の上に堆積される(図3)。
工程114:フォトレジスト層306によって覆われていない上縁窒化物1スペーサ及びSOD304がエッチング除去される(図4)。
工程116:フォトレジスト層306及びSOD304が剥離され、酸化物1層502が、例えば熱成長などで成長される(図5)。
See FIG. 1C and FIGS. 3-5. Step 20 may include:
Step 108: A nitride 1 layer is deposited and etched back to form nitride 1 spacers (FIG. 3).
Step 110: A spin-on dielectric (SOD) 304 is deposited in the trenches 210 and planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) technique (FIG. 3).
Step 112: A photoresist layer 306 is deposited over the SOD 304 and pad nitride layer 206 (FIG. 3).
Step 114: The top edge nitride 1 spacer and SOD 304 not covered by the photoresist layer 306 are etched away (FIG. 4).
Step 116: The photoresist layer 306 and SOD 304 are stripped and an Oxide 1 layer 502 is grown, such as by thermal growth (FIG. 5).
図1D及び図6-10を参照されたい。工程25は、以下を含み得る:
工程118:金属層602が、トレンチ210内に堆積され、CMP技術によって平坦化される(図6)。
工程120:フォトレジスト層702が堆積及びパターニングされる(図7)。
工程122:活性領域の端部に対応する金属層602がエッチングされて複数の導電ラインを形成する(図8)。
工程124:フォトレジスト層702が除去され、金属層602(複数の導電ライン)がエッチバックされて、アンダーグラウンドビットライン(UGBL)902又はアンダーグラウンド導電ラインを形成する(図9)。
工程126:酸化物2層1002がトレンチ210内に堆積され、CMP技術によって平坦化される(図10)。
See Figure ID and Figures 6-10. Step 25 may include:
Step 118: A metal layer 602 is deposited in the trench 210 and planarized by CMP technique (FIG. 6).
Step 120: A photoresist layer 702 is deposited and patterned (FIG. 7).
Step 122: The metal layer 602 corresponding to the edges of the active area is etched to form a plurality of conductive lines (FIG. 8).
Step 124: The photoresist layer 702 is removed and the metal layer 602 (multiple conductive lines) is etched back to form underground bit lines (UGBL) 902 or underground conductive lines (FIG. 9).
Step 126: Oxide 2 layer 1002 is deposited in trench 210 and planarized by CMP technique (FIG. 10).
図1E及び図11-15を参照されたい。工程30は、以下を含み得る:
工程128:厚い酸化物3層1102、厚い窒化物2層1104、及びパターニングされたフォトレジスト層1106が堆積され、次いで、酸化物3層1102及び窒化物2層1104の不要部分がエッチング又は除去される(図11)。
工程130:パターニングされたフォトレジスト層1106、パッド窒化物層206、及びパッド酸化物層204が除去され、HSSが露わにされ得る(図12)。
工程132:露わにされたHSSが、U字形の凹部を作り出すようにエッチングされ、high-k絶縁体層1304が形成され、ゲート材料1306(例えばタングステンなど)が堆積され、次いでエッチバックされて、ワードライン及びアクセストランジスタのゲート構造を形成する(図13)。このようなアクセストランジスタは、Uトランジスタと呼ばれ得る。
工程134:窒化物3層1402を堆積させ、次いでエッチバックし、続いて酸化物4層1404を堆積させ、次いで酸化物4層1404をエッチバック又は平坦化する(図14)。
工程136:窒化物2層1104及び酸化物3層1102をエッチング除去する(図15)。
See FIG. 1E and FIGS. 11-15. Step 30 may include:
Step 128: A thick oxide trilayer 1102, a thick nitride bilayer 1104, and a patterned photoresist layer 1106 are deposited, and then unwanted portions of the oxide trilayer 1102 and nitride bilayer 1104 are etched or removed. (Fig. 11).
Step 130: The patterned photoresist layer 1106, pad nitride layer 206, and pad oxide layer 204 may be removed to expose the HSS (Fig. 12).
Step 132: The exposed HSS is etched to create a U-shaped recess, a high-k dielectric layer 1304 is formed, a gate material 1306 (such as tungsten) is deposited and then etched back. , form the gate structures of the word lines and access transistors (FIG. 13). Such an access transistor may be called a U transistor.
Step 134: Deposit nitride 3 layer 1402, then etch back, followed by oxide 4 layer 1404, then etch back or planarize oxide 4 layer 1404 (FIG. 14).
Step 136: Etch away Nitride 2 layer 1104 and Oxide 3 layer 1102 (FIG. 15).
図1F及び図16-22を参照されたい。工程35は、以下を含み得る:
工程138:パッド窒化物層206を除去し、CVD-STI-oxide2をパッド酸化物層204の頂部までエッチバックする。
工程140:窒化物4層1602、酸化物5層1604、及びポリシリコン1層1606をそれぞれ堆積及び異方性エッチングする(図16)。
工程142:スピンオン誘電体(SOD)1702を堆積させ、次いでCMPし、ポリシリコン1層1606の上部をエッチングし、そして、キャップ酸化物1層1704を堆積させ、次いでCMPする(図17)。
工程144:SOD1702を除去し、次いで、窒化物5層1802を堆積させる(図18)。
工程146:SOD1902を堆積させ、次いでCMPし、フォトレジスト1904を堆積させ、次いで、不所望のSOD1902をエッチバックする(図19)。
工程148:露出された窒化物5層1802、パッド酸化物層204、及びHSS-1/3に対応するシリコン材料をエッチング除去して、穴1/3を生成する(図20)。
工程150:フォトレジスト1904を除去し、酸化物7層2102を熱成長させる(図21)。
工程152:酸化物7層2102上に別のSOD層2202を堆積させ、次いで、別のSOD層2202をエッチバックする(図22)。
See FIGS. 1F and 16-22. Step 35 may include:
Step 138 : Remove pad nitride layer 206 and etch back CVD-STI-oxide 2 to the top of pad oxide layer 204 .
Step 140: Deposit and anisotropically etch Nitride 4 layer 1602, Oxide 5 layer 1604, and Polysilicon 1 layer 1606 respectively (FIG. 16).
Step 142: Deposit spin-on dielectric (SOD) 1702, then CMP, etch the top of polysilicon 1 layer 1606, and deposit cap oxide 1 layer 1704, then CMP (FIG. 17).
Step 144: Remove SOD 1702, then deposit nitride 5 layer 1802 (FIG. 18).
Step 146: Deposit SOD 1902, then CMP, deposit photoresist 1904, then etch back undesired SOD 1902 (FIG. 19).
Step 148: Etch away the silicon material corresponding to the exposed nitride 5 layer 1802, pad oxide layer 204, and HSS-1/3 to create hole 1/3 (FIG. 20).
Step 150: Remove photoresist 1904 and thermally grow oxide 7 layer 2102 (FIG. 21).
Step 152: Deposit another SOD layer 2202 on oxide 7 layer 2102 and then etch back another SOD layer 2202 (FIG. 22).
図1G及び図23-33を参照されたい。工程40は、以下を含み得る:
工程154:フォトレジスト2302を堆積させ、露出したSOD1902、露出した窒化物5層1802、及び露出したパッド酸化物層204を除去し、次いで、HSS-1/2に対応するシリコン材料を掘削及び除去して穴1/2を生成する(図23)。
工程156:フォトレジスト2302を除去し、酸化物8層2402を熱成長させる(図24及び図25)。
工程158:下縁窒化物1スペーサを除去してアンダーグラウンドビットラインの側壁を露わにし、窒化物5層1802を除去する(図26及び図27)。
工程160:穴1/2内に金属層2802を堆積させてUGBLの側壁に接触させ、次いで、窒化物6層2804を堆積及びエッチバックして窒化物6スペーサを作り出す(図28)。
工程162:金属層2802の上部をエッチバックする(図29及び図30)。
工程164:酸化物8層2402の上部をエッチバックして、穴1/2に対応するシリコン材料を露わにする(図31)。
工程166:露わにされたシリコン材料に基づいて、n+インサイチュドープシリコン層3202を横方向に成長させてドレイン領域及びタングステンプラグに接触させる(図32)。
工程168:n+インサイチュドープシリコン層3202の上に酸化物9層3302を熱成長させる(図33)。
See Figure 1G and Figures 23-33. Step 40 may include:
Step 154: Deposit photoresist 2302, remove exposed SOD 1902, exposed nitride 5 layer 1802, and exposed pad oxide layer 204, then drill and remove silicon material corresponding to HSS-1/2. to generate hole 1/2 (Fig. 23).
Step 156: Remove photoresist 2302 and thermally grow oxide 8 layer 2402 (FIGS. 24 and 25).
Step 158: Remove the bottom edge nitride 1 spacers to expose the sidewalls of the underground bitlines and remove the nitride 5 layer 1802 (FIGS. 26 and 27).
Step 160: Deposit a metal layer 2802 in the holes 1/2 to contact the sidewalls of the UGBL, then deposit and etch back a nitride 6 layer 2804 to create nitride 6 spacers (FIG. 28).
Step 162: Etch back the top of metal layer 2802 (FIGS. 29 and 30).
Step 164: Etch back the top of oxide 8 layer 2402 to reveal silicon material corresponding to hole 1/2 (FIG. 31).
Step 166: Based on the exposed silicon material, laterally grow an n+ in-situ doped silicon layer 3202 to contact the drain region and the tungsten plug (FIG. 32).
Step 168: Thermally grow oxide 9 layer 3302 over n+ in-situ doped silicon layer 3202 (FIG. 33).
図1H及び図34-42を参照されたい。工程45は、以下を含み得る:
工程170:酸化物9層3302をエッチバックし、ポリシリコンa層3402を堆積及びエッチバックする(図34)。
工程171:窒化物6スペーサを除去し、ポリシリコンb層3502を堆積及びエッチバックする(図35)。
工程172:全てのSOD及び窒化物5層1802を除去する(図36)。
工程173:金属層(例えば、タングステン)3802を堆積及びエッチバックする(図38)。
工程174:キャップ酸化物1層1704、ポリシルコン1スペーサ、及びパッド酸化物層204をエッチング除去する(図39)。
工程175:選択エピタキシシリコン成長技術を用いることによって高位置化ソース電極EH-1S及び高位置化ドレイン電極EH-1Dの双方を成長させる(図40)。
工程176:酸化物5スペーサをエッチング除去し、酸化物a層4102を熱成長及びエッチングする(図41)。
工程177:高位置化ソース電極EH-1S及び高位置化ドレイン電極EH-1Dの露出シリコン表面を用いることによって、高位置化ソース電極EH-2S及び高位置化ドレイン電極EH-2Dを成長させる(図42)。
See FIG. 1H and FIGS. 34-42. Step 45 may include:
Step 170: Etch back oxide 9 layer 3302, deposit and etch back polysilicon a layer 3402 (FIG. 34).
Step 171: Remove nitride 6 spacers, deposit and etch back polysilicon b layer 3502 (FIG. 35).
Step 172: Remove all SOD and nitride 5 layer 1802 (FIG. 36).
Step 173: Deposit and etch back a metal layer (eg, tungsten) 3802 (FIG. 38).
Step 174: Etch away cap oxide 1 layer 1704, polysilicon 1 spacers, and pad oxide layer 204 (FIG. 39).
Step 175: Grow both the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D by using selective epitaxy silicon growth technique (FIG. 40).
Step 176: Etch away oxide 5 spacers, thermally grow and etch oxide a layer 4102 (FIG. 41).
Step 177: Grow an elevated source electrode EH-2S and an elevated drain electrode EH-2D by using the exposed silicon surfaces of the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D ( Figure 42).
図1I、1J及び図43-67を参照されたい。工程50は、以下を含み得る:
工程178:SOD-1層4302を堆積及びエッチバックする(図43)。
工程179:Wバッファ壁(WBW)をエッチング除去する(図44)。
工程180:窒化物a層4502を堆積及びエッチングする(図45)。
工程181:ポリシリコンa層3402及びポリシリコンb層3502を除去し、等方性エッチング技術を用いることによって高位置化ドレイン電極EH-1Dの一部底部をエッチングする(図46)。
工程182:酸化物bb層4702を熱成長させる(図47)。
工程183:等方性エッチング技術を用いることによって窒化物スペーサ及びSOD-1層4302を除去する(図48)。
工程184:high-k誘電絶縁体1層4902を形成する(図49)。
工程185:金属層5002を堆積及びエッチバックしてMCEPW-1を生成する(図50)。
工程186:酸化物4層1404の上のhigh-k誘電絶縁体1 4902を除去し、酸化物4層1404をエッチング除去する(図51)。
工程187:窒化物3層1402及び窒化物4スペーサをエッチングする(図52)。
工程188:EH-2電極の露出シリコン側壁を用いることによって、窒化物3層1402の上にn+インサイチュドープシリコン材料を横方向に成長させる(図53)。
工程189:窒化物cc層5402を堆積させる(図54)。
工程190:MCEPW-1を除去する(図55)。
工程191:露出したLGS-2D及び露出したLGS-2Sをシードとして用いることによって、ツインタワー状ストレージ電極を作り出す選択エピタキシシリコン成長を実行する(図56)。
工程192:酸化物d層5702を熱成長及び異方性エッチングし、窒化物cc層5402を除去する(図57)。
工程193:選択エピタキシシリコン成長技術を用いることによって、LGS-2D及びLGS-2Sの双方の露出シリコン領域から横方向及び垂直方向に、より高濃度なn+インサイチュドープシリコン層を成長させる(図58)。
工程194:酸化物dスペーサを除去する(図59)。
工程195:high-k誘電絶縁体1 4902を除去し、high-k誘電絶縁体2 6002を形成する(図60)。
工程196:金属層(例えば、タングステン)6102を堆積させ、次いで、CMP技術を用いて金属層6102を研磨する(図61)。
工程197:MCEPW-2をエッチバックし、次いで、STSEC-1の頂部上のhigh-k誘電絶縁体2 6002をエッチング除去する(図62)。
工程198:より高い高濃度n+インサイチュドープシリコンタワー6301を成長させ、high-k誘電絶縁体2 6002をエッチングし、high-k誘電絶縁体3 6302を形成する(図63)。
工程199:フォトレジスト6402を形成する(図64)。
工程200:MCEPW-2の露出エッジ領域上のhigh-k誘電絶縁体3 6302をエッチング除去する(図65)。
工程201:フォトレジスト6402を除去する(図66)。
工程202:厚い金属層6702を堆積及びエッチバックしてHCoTセルを完成させる(図67)。
See Figures 1I, 1J and Figures 43-67. Step 50 may include:
Step 178: Deposit and etch back SOD-1 layer 4302 (FIG. 43).
Step 179: Etch away the W buffer wall (WBW) (FIG. 44).
Step 180: Deposit and etch nitride a-layer 4502 (FIG. 45).
Step 181: Remove the polysilicon a layer 3402 and the polysilicon b layer 3502, and etch the partial bottom of the elevated drain electrode EH-1D by using an isotropic etching technique (FIG. 46).
Step 182: Thermally grow oxide bb layer 4702 (FIG. 47).
Step 183: Remove nitride spacers and SOD-1 layer 4302 by using isotropic etching technique (FIG. 48).
Step 184: Form high-k dielectric insulator 1 layer 4902 (FIG. 49).
Step 185: Deposit and etch back metal layer 5002 to produce MCEPW-1 (FIG. 50).
Step 186: Remove high-k dielectric insulator 1 4902 over oxide 4 layer 1404 and etch away oxide 4 layer 1404 (FIG. 51).
Step 187: Etch nitride 3 layer 1402 and nitride 4 spacers (FIG. 52).
Step 188: Laterally grow n+ in-situ doped silicon material over the nitride tri layer 1402 by using the exposed silicon sidewalls of the EH-2 electrode (FIG. 53).
Step 189: Deposit nitride cc layer 5402 (FIG. 54).
Step 190: Remove MCEPW-1 (FIG. 55).
Step 191: Perform selective epitaxy silicon growth to create twin-tower storage electrodes by using exposed LGS-2D and exposed LGS-2S as seeds (FIG. 56).
Step 192: Thermally grow and anisotropically etch oxide d layer 5702 and remove nitride cc layer 5402 (FIG. 57).
Step 193: Grow a higher concentration n+ in-situ doped silicon layer laterally and vertically from the exposed silicon regions of both LGS-2D and LGS-2S by using selective epitaxy silicon growth techniques (FIG. 58). .
Step 194: Remove oxide d spacers (FIG. 59).
Step 195: Remove high-k dielectric insulator 1 4902 to form high-k dielectric insulator 2 6002 (FIG. 60).
Step 196: Deposit a metal layer (eg, tungsten) 6102 and then polish the metal layer 6102 using CMP technique (Fig. 61).
Step 197: Etch back MCEPW-2, then etch away high-k dielectric insulator 2 6002 on top of STSEC-1 (FIG. 62).
Step 198: Grow higher heavily n+ in-situ doped silicon tower 6301 and etch high-k Dielectric Insulator 2 6002 to form high-k Dielectric Insulator 3 6302 (FIG. 63).
Step 199: Form photoresist 6402 (FIG. 64).
Step 200: Etch away the high-k Dielectric Insulator 3 6302 over the exposed edge areas of MCEPW-2 (FIG. 65).
Step 201: Remove photoresist 6402 (FIG. 66).
Step 202: Deposit and etch back a thick metal layer 6702 to complete the HCoT cell (Fig. 67).
前述のプロセス工程で使用される金属層(例えば、図6にアンダーグラウンドビットラインに関して、図13にワードライン、電極、及び/又はキャパシタの対向電極に関して示すものなど)の取り得る材料は、タングステンとし得るが、酸化物又は酸化プロセスに対するタングステン材料の影響の受けやすさのため、タングステン層を別のTiN層又は好適な層で覆うといっそう良い。この発明では、タングステン層についての詳細な保護プロセスは記載しないが、タングステン層を含む金属層はその直上での酸化を避けるために良好に取り扱われると仮定する。当然ながら、集積プロセスに好適に挿入されない特定タイプの金属材料に限られるのではなく、アンダーグラウンドビットライン及びワードラインに好適に使用される好適な金属層がいくつか存在する。 A possible material for the metal layers used in the aforementioned process steps (eg, such as those shown in FIG. 6 for the underground bitlines and in FIG. 13 for the wordlines, electrodes, and/or counter electrodes of capacitors) is tungsten. However, due to the susceptibility of the tungsten material to oxide or oxidation processes, it is better to cover the tungsten layer with another TiN layer or a suitable layer. This invention does not describe a detailed protection process for the tungsten layer, but assumes that the metal layers, including the tungsten layer, are well handled to avoid oxidation directly thereon. Of course, there are several metal layers that are suitable for use in underground bitlines and wordlines, rather than being limited to specific types of metal materials that are not well suited for integration processes.
上述の製造方法の詳細な説明は、以下の通りである。p型シリコンウエハ(すなわち、p型基板202)から開始する。工程102にて、図2(a)に示すように、水平な表面208(すなわち、基板がシリコン基板である場合、水平シリコン表面(horizontal silicon surface;HSS)又はオリジナルシリコン表面(original silicon surface;OSS)と呼び、以下では、例として水平シリコン表面又はHSSを使用する)の上にパッド酸化物層204が形成され、次いで、パッド酸化物層204の上にパッド窒化物層206が堆積される。 A detailed description of the manufacturing method described above follows. Start with a p-type silicon wafer (ie, p-type substrate 202). At step 102, as shown in FIG. 2(a), a horizontal surface 208 (i.e., if the substrate is a silicon substrate, a horizontal silicon surface (HSS) or an original silicon surface (OSS)). ), hereinafter using a horizontal silicon surface or HSS as an example), a pad oxide layer 204 is formed, and then a pad nitride layer 206 is deposited over the pad oxide layer 204 .
工程104にて、フォトリソグラフィマスク技術によってDRAMセルアレイの活性領域を画成することができ、図2(a)に示すように、DRAMセルアレイの活性領域は、パッド酸化物層204及びパッド窒化物層206に対応し、それに従って活性領域パターンの外側の水平シリコン表面208が露出される。活性領域パターンの外側の水平シリコン表面208が露出されるので、活性領域パターンの外側の水平シリコン表面208に対応するシリコン材料の部分を、異方性エッチング技術によって除去して、トレンチ(又はカナル(運河状のもの))210を作り出すことができ、例えば、トレンチ210は、HSSから下に250nm深さとすることができる。 At step 104, the active area of the DRAM cell array can be defined by photolithographic masking techniques, and as shown in FIG. A horizontal silicon surface 208 corresponding to 206 and outside the active area pattern is exposed accordingly. Since the horizontal silicon surface 208 outside the active area pattern is exposed, the portion of the silicon material corresponding to the horizontal silicon surface 208 outside the active area pattern is removed by an anisotropic etching technique to form a trench (or canal). A canal)) 210 can be created, for example, the trench 210 can be 250 nm deep below the HSS.
工程106にて、トレンチ210を完全に充たすように酸化物層214が堆積され、次いで、トレンチ210の内部のSTIがHSSよりも下に形成されるように酸化物層214がエッチバックされる。また、図2(b)は、図2(a)に対応する上面図であり、図2(a)は、図2(b)に示すX方向に沿った断面図である。さらに、図2(a)に示すように、例えば、STIは、約50nmの厚さを持ち、STIの頂面は、トレンチ210がHSSから下に250nm深さである場合に、HSSから下に約200nmの深さである。 At step 106, an oxide layer 214 is deposited to completely fill the trench 210, and then the oxide layer 214 is etched back such that the STI inside the trench 210 is formed below the HSS. 2(b) is a top view corresponding to FIG. 2(a), and FIG. 2(a) is a cross-sectional view along the X direction shown in FIG. 2(b). Further, as shown in FIG. 2(a), for example, the STI has a thickness of about 50 nm and the top surface of the STI is below the HSS when trench 210 is 250 nm deep below the HSS. It is about 200 nm deep.
工程108にて、図3(a)に示すように、トレンチ210の両側のエッジ(すなわち、上縁及び下縁)に沿って窒化物1スペーサを作り出すよう、窒化物1層が堆積され、異方性エッチングによってエッチバックされる。工程110にて、図3(a)に示すように、トレンチ210を充たすようにSTIの上でトレンチ210内にSOD304が堆積される。次いで、SOD304の頂面をパッド窒化物層206の頂面と同じ高さにするよう、CMP技術によってSOD304が平坦化される。 At step 108, a nitride 1 layer is deposited to create nitride 1 spacers along the opposite edges (i.e., top and bottom edges) of trench 210, as shown in FIG. It is etched back by anisotropic etching. At step 110, SOD 304 is deposited over the STI into the trench 210 to fill the trench 210, as shown in FIG. 3(a). The SOD 304 is then planarized by a CMP technique so that the top surface of the SOD 304 is level with the top surface of the pad nitride layer 206 .
工程112において、図3(a)に示すように、窒化物1スペーサのうちトレンチ210の下縁に沿った下縁窒化物1スペーサは、フォトリソグラフィマスク技術を利用することによってフォトレジスト層306によって保護され、窒化物1スペーサのうちトレンチ210の上縁に沿った上縁窒化物1スペーサは保護されない。すなわち、SOD304及びパッド窒化物層206の上にフォトレジスト層306が堆積された後、上縁窒化物1スペーサの上のフォトレジスト層306の部分は除去されるが、下縁窒化物1スペーサの上のフォトレジスト層306の部分は保持されるので、下縁窒化物1スペーサを保護するとともに、後に上縁窒化物1スペーサを除去することができる。また、図3(b)は、図3(a)に対応する上面図であり、図3(a)は、図3(b)に示すY方向の切断線に沿った断面図である。工程114にて、図4に示すように、フォトレジスト層306によって覆われていない上縁窒化物1スペーサ及びSOD304が、エッチングプロセスによってエッチング除去される。 In step 112, the bottom edge nitride 1 spacers of the nitride 1 spacers along the bottom edge of trench 210 are removed by photoresist layer 306 by utilizing photolithographic mask techniques, as shown in FIG. 3(a). Of the nitride 1 spacers, the top edge nitride 1 spacer along the top edge of trench 210 is unprotected. That is, after the photoresist layer 306 is deposited over the SOD 304 and the pad nitride layer 206, the portion of the photoresist layer 306 over the top nitride 1 spacer is removed while the bottom nitride 1 spacer is removed. Portions of the top photoresist layer 306 are preserved so that the bottom nitride 1-spacer can be protected while the top nitride 1-spacer can be removed later. 3(b) is a top view corresponding to FIG. 3(a), and FIG. 3(a) is a cross-sectional view along the Y-direction cutting line shown in FIG. 3(b). At step 114, the top edge nitride 1 spacer and SOD 304 not covered by the photoresist layer 306 are etched away by an etching process, as shown in FIG.
工程116にて、図5に示すように、フォトレジスト層306及びSOD304の両方が剥離され、ここで、SOD304は、熱酸化膜及び一部の堆積酸化物のエッチングレートよりもはるかに高いエッチングレートを持つ。次に、トレンチ210の上縁を覆う酸化物1スペーサを形成するよう、酸化物1層502が熱成長され、ここで、酸化物1層502はパッド窒化物層206の上には成長せず、STIは、その上に遥かに薄い酸化物層を加えられるのみである(酸化物1/STI層504と呼ぶ)。図5に示すように、工程116は、トレンチ210の2つの対称なエッジ(上縁及び下縁)上に、それぞれ、非対称なスペーサ(下縁窒化物1スペーサ及び酸化物1スペーサ)をもたらす。例えば、酸化物1スペーサの厚さは4nmであり、下縁窒化物1スペーサの厚さは3nmである。換言すれば、活性領域の側壁に沿って非対称スペーサが形成される。非対称スペーサ(図5に示す)の構造及び上述の関連する工程は、本発明の重要発明であり、非対称スペーサ・オン・トレンチ又はカナルの2つの対称エッジ(asymmetric spacers on two symmetrical edges of a trench or a canal;ASoSE)と呼ぶ。 At step 116, both the photoresist layer 306 and the SOD 304 are stripped, as shown in FIG. 5, where the SOD 304 has a much higher etch rate than the thermal oxide and some deposited oxides. have. Next, an Oxide 1 layer 502 is thermally grown to form an Oxide 1 spacer covering the top edge of the trench 210 , where the Oxide 1 layer 502 is not grown over the pad nitride layer 206 . , STI only has a much thinner oxide layer added on top of it (referred to as oxide 1/STI layer 504). As shown in FIG. 5, step 116 results in asymmetric spacers (bottom nitride 1 spacer and oxide 1 spacer) on the two symmetrical edges (top and bottom) of trench 210, respectively. For example, the thickness of the oxide 1 spacer is 4 nm and the thickness of the bottom nitride 1 spacer is 3 nm. In other words, asymmetric spacers are formed along the sidewalls of the active area. The structure of the asymmetric spacers (shown in FIG. 5) and the related processes described above are key inventions of the present invention, and the asymmetric spacers on two symmetrical edges of a trench or canal. a canal; ASoSE).
工程118にて、図6に示すように、金属層602(又は後続処理条件に耐える必要がある導電材料)が、トレンチ210を完全に充たすように堆積され、そして、金属層602の頂面をパッド窒化物層206の頂面と等しく平らにするよう(図6に示す)、CMP技術によって平坦化される。また、本発明の一実施形態において、金属層602は、Wと略すタングステンとすることができる。 At step 118, as shown in FIG. 6, a metal layer 602 (or a conductive material that must withstand subsequent processing conditions) is deposited to completely fill the trenches 210 and cover the top surface of the metal layer 602. It is planarized by a CMP technique to make it even and flat with the top surface of pad nitride layer 206 (shown in FIG. 6). Also, in one embodiment of the present invention, the metal layer 602 may be tungsten, abbreviated as W.
工程120にて、図7に示すように、下縁窒化物1スペーサ及び酸化物1スペーサの両方を覆うが、活性領域の端部に対応する下縁窒化物1スペーサ及び酸化物1スペーサの2つのエッジを露出させるフォトレジスト層702が堆積される。 At step 120, cover both the bottom nitride 1 spacers and oxide 1 spacers, but leave two of the bottom nitride 1 spacers and oxide 1 spacers corresponding to the edges of the active area, as shown in FIG. A photoresist layer 702 is deposited exposing one edge.
工程122にて、図8に示すように、活性領域の端部に対応する金属層602が、酸化物1/STI層504の頂部が露出されて複数の導電ライン(すなわち、金属層602)を分離するまでエッチングされる。 At step 122, metal layer 602 corresponding to the edges of the active region is removed to expose the top of oxide 1/STI layer 504 to form a plurality of conductive lines (ie, metal layer 602), as shown in FIG. Etch until separated.
工程124にて、図9(a)に示すように、フォトレジスト層702が除去された後、金属層602が、導電ライン又はアンダーグラウンドビットライン(underground bit line;UGBL)902を形成するようにトレンチ210の内部に妥当な厚さのみ残してエッチバックされ、ここで、アンダーグラウンドビットライン902の頂面は、HSSよりも遥か下にある(例えば、アンダーグラウンドビットライン902の厚さは約40nmである)。また、図9(a)に示すように、アンダーグラウンドビットライン902は、STIの上にあり、アンダーグラウンドビットライン902の両側壁が、非対称スペーサ、すなわち、下縁窒化物1スペーサ及び酸化物1スペーサによってそれぞれ境界付けられる。また、図9(a)は、図9(b)に示すY方向に沿った断面図である。 At step 124, after the photoresist layer 702 is removed, the metal layer 602 is formed to form a conductive line or underground bit line (UGBL) 902, as shown in FIG. 9(a). The trench 210 is etched back leaving only a reasonable thickness inside, where the top surface of the underground bitline 902 is well below the HSS (e.g., the thickness of the underground bitline 902 is about 40 nm). is). Also, as shown in FIG. 9(a), the underground bitline 902 is above the STI and both sidewalls of the underground bitline 902 are formed by asymmetric spacers, i.e., bottom nitride 1 spacer and oxide 1 spacer. Each bounded by a spacer. FIG. 9(a) is a cross-sectional view along the Y direction shown in FIG. 9(b).
工程126にて、図10(図9(b)に示すY方向に沿った断面図)に示すように、酸化物2層1002(CVD-STI-oxide2と呼ぶ)は、アンダーグラウンドビットライン902上でトレンチ210を充たすのに十分な厚さである必要があり、次いで、酸化物2層1002は、パッド窒化物層206の頂面と同じ高さにされた部分を確保するように研磨され、下縁窒化物1スペーサ及び酸化物1スペーサの両方を覆う。図10に示すように、工程126は、アンダーグラウンドビットライン902(すなわち、相互接続ライン)を、トレンチ210の内部の全ての絶縁体(すなわち、アイソレーション(分離)領域)によって埋め込んで境界付けることができ(そして、後に、アンダーグラウンドビットライン902は、DRAMセルアレイのアクセストランジスタのドレインに接続されることになる)、これを、絶縁体によって取り囲まれたアンダーグラウンドビットライン(UGBL)と呼ぶ。UGBLは、本発明の別の重要発明である。 At step 126, an oxide 2 layer 1002 (referred to as CVD-STI-oxide2) is deposited over the underground bitlines 902, as shown in FIG. and the oxide bi layer 1002 is then polished to ensure that it is flush with the top surface of the pad nitride layer 206, Cover both the bottom edge nitride 1 spacer and the oxide 1 spacer. As shown in FIG. 10, step 126 fills and bounds the underground bitlines 902 (ie, interconnect lines) with all insulators (ie, isolation regions) inside trenches 210 . (and later the underground bit line 902 will be connected to the drain of the access transistor of the DRAM cell array), which is called the insulator surrounded underground bit line (UGBL). UGBL is another key invention of the present invention.
以下の説明は、DRAMセル(1T1Cセル)アレイのアクセストランジスタ及びワードラインの両方をどのように形成するのかを紹介するものであり、ワードラインは、セルフアライメント法によってアクセストランジスタの全ての関連するゲート構造を同時に接続し、従って、ゲート構造及びワードラインの両方が、例えばタングステン(W)などの一体の金属として接続される。 The following description introduces how to form both the access transistors and word lines of a DRAM cell (1T1C cell) array, where the word lines are self-aligned to all associated gates of the access transistors. The structures are connected together so that both the gate structure and the wordline are connected as a solid metal, for example tungsten (W).
工程128にて、図11(a)に示すように、先ず、厚い酸化物3層1102、厚い窒化物2層1104、及びパターニングされたフォトレジスト1106が堆積される。次いで、エッチング技術を用いることによって、酸化物3層1102及び窒化物2層1104の不要部分が除去される。トランジスタ/ワードラインパターンが酸化物3層1102と窒化物2層1104との複合層によって画成されることになり、酸化物3層1102と窒化物2層1104との複合層は、活性領域の方向に垂直な方向の複数のストライプで構成される。従って、図11(a)及び図11(b)に示すように、アクセストランジスタ及びワードラインを画成する長手方向(Y方向)ストライプ(酸化物3層1102及び窒化物2層1104)が形成され、活性領域は、長手方向ストライプ間のクロスポイントスクエアに位置する。図11(a)は、図11(b)に示すX方向に沿った断面図である。 At step 128, first a thick oxide 3 layer 1102, a thick nitride 2 layer 1104 and a patterned photoresist 1106 are deposited as shown in FIG. 11(a). Unwanted portions of oxide tri layer 1102 and nitride bi layer 1104 are then removed by using etching techniques. The transistor/word line pattern will be defined by the tri-oxide layer 1102 and bi-nitride layer 1104 composite layer, which is the composite layer for the active region. It consists of multiple stripes oriented perpendicular to the direction. Thus, longitudinal (Y-direction) stripes (oxide trilayer 1102 and nitride bilayer 1104) defining the access transistors and word lines are formed, as shown in FIGS. 11(a) and 11(b). , the active regions are located at the cross-point squares between the longitudinal stripes. FIG. 11(a) is a cross-sectional view along the X direction shown in FIG. 11(b).
図11(b)に示すように、上面図は、パッド窒化物層206及びパッド酸化物層204の上の酸化物3層1102と窒化物2層1104との長手方向ストライプを有する織物のようなチェッカーボードパターンを明らかにしており、活性領域及びSTIはどちらも水平方向(すなわち、図11(b)に示すX方向)にある。活性領域は、一種のセルフアライン技術によってアクセストランジスタが製造されることを可能にする。アクセストランジスタのゲート構造とワードラインとを1つの処理工程で製造するセルフアライン構造を作るためのこのようなチェッカーボード織物提案は、本発明の別の重要発明である。 As shown in FIG. 11(b), the top view is a fabric-like layer with longitudinal stripes of oxide tri-layer 1102 and nitride bi-layer 1104 on pad nitride layer 206 and pad oxide layer 204. It reveals a checkerboard pattern, with both the active area and the STI in the horizontal direction (ie, the X direction shown in FIG. 11(b)). The active area allows access transistors to be manufactured by a kind of self-aligning technique. Such a checkerboard fabric proposal for creating a self-aligned structure that fabricates the gate structure and wordline of the access transistor in one processing step is another important invention of the present invention.
工程130にて、図12(a)に示すように、フォトレジスト層1106がそのままにされて、パッド窒化物層206はエッチングされるがパッド酸化物層204は保持されるようにし、そして、図12(b)に示すように、フォトレジスト層1106及びパッド酸化物層204の両方が除去される。結果として、活性領域に対応するクロスポイントスクエア(図12(b)に示す)の位置で、水平シリコン表面208(すなわち、HSS)が露わにされる。 At step 130, the photoresist layer 1106 is left intact so that the pad nitride layer 206 is etched but the pad oxide layer 204 is retained, as shown in FIG. As shown in 12(b), both the photoresist layer 1106 and the pad oxide layer 204 are removed. As a result, horizontal silicon surfaces 208 (ie, HSS) are exposed at the locations of the cross-point squares (shown in FIG. 12(b)) corresponding to the active areas.
工程132にて、図13に示すように、クロスポイントスクエア位置で露出されたHSSが、凹部(例えばU字形など)を形成するように異方性エッチング技術によってエッチングされ、ここで、U字形の凹部は、アクセストランジスタのU字形チャネル1302のためのものであり、例えば、U字形の凹部の垂直深さは、HSSから約60nmとすることができる。アクセストランジスタのこのU字形凹部は露出されているので、後続のhigh-k金属ゲート構造形成後に、アクセストランジスタの所望の閾値電圧のためにU字形凹部のU字形チャネル1302をドーピングするために、チャネルドーピング設計を、幾分良く設計されたボロン(p型ドーパント)濃度によって達成することができる。好適なhigh-k絶縁体層1304が、アクセストランジスタのゲート誘電体層として形成され、high-k絶縁体層1304の2つのエッジの頂面はHSSよりも高い。その後、ワードラインのコンダクタンスに好適であるとともに、より低い閾値電圧を持つようにアクセストランジスタの狙った仕事関数性能を達成することができる好適なゲート材料1306を選択する(好適なゲート材料1306を選択することの目標は、ブーストされたワードライン電圧レベルを可能な限り低く下げるが、キャパシタ内に十分な量の電荷が復元されることを完成させる一方で信号センシングのためにいっそう速い電荷転送を支援するのに十分なデバイス駆動を提供することである)。 At step 132, as shown in FIG. 13, the exposed HSS at the cross-point square location is etched by an anisotropic etching technique to form a recess (e.g., U-shaped, etc.), where the U-shaped The recess is for the U-shaped channel 1302 of the access transistor, for example, the vertical depth of the U-shaped recess can be about 60 nm from HSS. Since this U-shaped recess of the access transistor is exposed, after subsequent high-k metal gate structure formation, the channel 1302 of the U-shaped recess can be doped for the desired threshold voltage of the access transistor. A doping design can be achieved with a somewhat better designed boron (p-type dopant) concentration. A suitable high-k insulator layer 1304 is formed as the gate dielectric layer of the access transistor, the top surface of the two edges of the high-k insulator layer 1304 being higher than the HSS. Then select a suitable gate material 1306 that is suitable for the conductance of the word line and that can achieve the targeted work function performance of the access transistor to have a lower threshold voltage (Select a suitable gate material 1306 The goal of doing so is to lower the boosted wordline voltage level as low as possible while ensuring that a sufficient amount of charge is restored in the capacitor while supporting faster charge transfer for signal sensing. is to provide enough device drive to do so).
ゲート材料1306は、2つの隣接する長手方向ストライプ(酸化物3層1102及び窒化物2層1104)の間のU字形凹部(図13に示す)を充たすのに十分な厚さである。次いで、2つの隣接する長手方向ストライプ(酸化物3層1102及び窒化物2層1104)の間に挟まれた長手方向(Y方向)ワードラインをもたらすように、ゲート材料1306がエッチバックされる。例えば、ゲート材料1306は、好適なチャネルドーピング濃度を有する場合にアクセストランジスタに望ましい低めの閾値電圧の設計を可能にするhigh-k金属ゲート構造を形成するタングステン(W)とすることができる。 Gate material 1306 is thick enough to fill the U-shaped recess (shown in FIG. 13) between two adjacent longitudinal stripes (oxide tri-layer 1102 and nitride bi-layer 1104). The gate material 1306 is then etched back to result in longitudinal (Y-direction) word lines sandwiched between two adjacent longitudinal stripes (oxide tri-layer 1102 and nitride bi-layer 1104). For example, the gate material 1306 can be tungsten (W) which, when having a suitable channel doping concentration, forms a high-k metal gate structure that allows for the desired lower threshold voltage design of access transistors.
U字形チャネル1302を有する新たに提案するアクセストランジスタ(以下、Uトランジスタと呼ぶ)は、最先端の埋め込みワードライン設計において一般的に使用されるリセス化されたトランジスタとは異なる。Uトランジスタは、そのボディを両側で、Y方向(すなわち、チャネル幅方向)に沿ったCVD-STI-oxide2によって境界付けられ、そのチャネル長が、Uトランジスタのドレインに対応する側のU字形チャネル1302の1つのエッジの深さと、U字形チャネル1302の底面の長さと、Uトランジスタのソースに対応する側のU字形チャネル1302の別のエッジの深さとを含む。例えば、U字形凹部の垂直深さが約60nmであり、U字形凹部のU開口がX方向(すなわち、チャネル長方向)に沿って約7nmである場合、Uトランジスタの全チャネル長は約127nmである。対照的に、リセス化トランジスタのチャネル長は、リセス化トランジスタのゲート材料がどれくらい深くリセス化されるか、及びリセス化トランジスタのソース及びドレインジャンクションがどれくらい深く形成されるかに、より大きく依存しなければならない。 The newly proposed access transistor with U-shaped channel 1302 (hereafter referred to as U-transistor) differs from the recessed transistor commonly used in state-of-the-art buried wordline designs. The U-transistor is bounded on both sides by its body by CVD-STI-oxide2 along the Y-direction (ie, channel width direction) and a U-shaped channel 1302 whose channel length corresponds to the drain of the U-transistor. , the bottom length of the U-shaped channel 1302, and the depth of another edge of the U-shaped channel 1302 on the side corresponding to the source of the U transistor. For example, if the vertical depth of the U-shaped recess is about 60 nm and the U opening of the U-shaped recess is about 7 nm along the X direction (i.e., channel length direction), then the total channel length of the U transistor is about 127 nm. be. In contrast, the channel length of a recessed transistor must be more dependent on how deeply the gate material of the recessed transistor is recessed and how deeply the source and drain junctions of the recessed transistor are formed. must.
Uトランジスタとリセス化トランジスタとの間の構造の違いのために、Uトランジスタのチャネル長は、特にUトランジスタのチャネル長がUトランジスタのゲートの高さに依存しない場合に、遥かに良好に制御されることができる。さらに、Uトランジスタのドレイン及びソースをどのように完成させるかについて後述するように、HSSが固定されているので、より明瞭に明らかにされるようにデバイス設計パラメータのバラつきが小さいことで、Uトランジスタのドレイン及びソースのそれぞれのドーパント濃度プロファイルが遥かに制御可能である。さらに、2つの隣接する長手方向ストライプ(酸化物3層1102及び窒化物2層1104)の間にセルフアラインによって長手方向にUトランジスタのゲート構造とワードラインとを同時に形成することは、ワードラインがHSSよりも下でないようにするものであり、ワードラインがHSSよりも下でないことは、一般的に使用される埋込ワードラインとはかなり異なる設計及び性能パラメータを呈する。加えて、ワードライン(すなわち、ゲート材料1306)の高さが、エッチバック技術(図13に示す)を使用することによって複合層(酸化物3層1102と窒化物2層1104とで構成される)の高さよりも低くなるように設計される。ワードラインにセルフアラインで接続されるUトランジスタのゲート構造の構造設計は、本発明の別の重要発明である。 Due to the difference in structure between the U transistor and the recessed transistor, the channel length of the U transistor is much better controlled, especially when the channel length of the U transistor does not depend on the height of the gate of the U transistor. can In addition, as will be explained later on how to complete the drain and source of the U transistor, since the HSS is fixed, the small variability in the device design parameters as will become more clearly apparent will allow the U transistor are much more controllable in the respective drain and source dopant concentration profiles. In addition, simultaneously forming the gate structure and the wordline of the U transistor longitudinally by self-alignment between two adjacent longitudinal stripes (the oxide trilayer 1102 and the nitride bilayer 1104) allows the wordline to Not below HSS and wordlines not below HSS present design and performance parameters that are significantly different than the commonly used buried wordlines. In addition, the wordline (i.e., gate material 1306) level is composed of composite layers (oxide trilayer 1102 and nitride bilayer 1104) by using an etchback technique (shown in FIG. 13). ) is designed to be lower than the height of The structural design of the gate structure of the U transistor, which is self-aligned with the word line, is another key invention of the present invention.
工程134にて、図14に示すように、窒化物3層1402(すなわち、誘電体キャップ)が堆積され、続いて酸化物4層1404が堆積され、ここで、窒化物3層1402及び酸化物4層1404は、2つの隣接する長手方向ストライプ(酸化物3層1102及び窒化物2層1104)の間の空きを充たすのに十分な大きさの合計厚さで積層される。次いで、ワードライン(すなわち、ゲート材料1306)の真上に酸化物4層1404と窒化物3層1402とで構成される複合スタックを形成するよう、酸化物4層1404及び窒化物3層1402が、窒化物2層1104の頂面と平らになるようにエッチバック(又はポリッシュバック)される。 At step 134, as shown in FIG. 14, a nitride tri-layer 1402 (i.e., a dielectric cap) is deposited followed by an oxide quad-layer 1404, where the nitride tri-layer 1402 and oxide 4-layer 1404 are deposited. The four layers 1404 are stacked with a total thickness large enough to fill the space between two adjacent longitudinal stripes (oxide three layer 1102 and nitride two layer 1104). Oxide 4 layer 1404 and nitride 3 layer 1402 are then deposited to form a composite stack of oxide 4 layer 1404 and nitride 3 layer 1402 directly above the word lines (i.e., gate material 1306). , is etched back (or polished back) flush with the top surface of nitride 2 layer 1104 .
工程136にて、図15に示すように、異方性エッチング技術によって窒化物2層1104がエッチング除去され、酸化物4層1404/窒化物3層1402がワードラインの上に残される。次いで、酸化物3層1102も異方性エッチングによってエッチング除去され、パッド窒化物層206が露出される。ゲート構造(例えば酸化物4層1404/窒化物3層1402/ゲート材料1306など)が、長手方向(すなわち、Y方向)に、U字形凹部内のUトランジスタのゲート及びワードラインの両方に対して達成される。 At step 136, the nitride 2 layer 1104 is etched away by an anisotropic etching technique, leaving the oxide 4 layer 1404/nitride 3 layer 1402 above the word lines, as shown in FIG. Oxide tri layer 1102 is then also etched away by an anisotropic etch to expose pad nitride layer 206 . The gate structure (e.g., oxide 4 layer 1404/nitride 3 layer 1402/gate material 1306, etc.) extends longitudinally (i.e., in the Y direction) to both the gate and word line of the U transistor within the U-shaped recess. achieved.
工程138にて、図16に示すように、パッド窒化物層206があらゆる場所で除去され、パッド酸化物層204が残される。CVD-STI-oxide2(すなわち、酸化物2層1002)が、パッド酸化物層204の頂面と同じ高さになるようにエッチバックされる。 At step 138, the pad nitride layer 206 is removed everywhere leaving the pad oxide layer 204, as shown in FIG. CVD-STI-oxide 2 (ie, oxide 2 layer 1002 ) is etched back flush with the top surface of pad oxide layer 204 .
工程140にて、図16に示すように、窒化物4層1602が堆積され、異方性エッチング技術によってエッチングされて、よく設計された好適厚さを有する窒化物4スペーサが作り出される。次に、酸化物5層1604が堆積され、異方性エッチング技術によってエッチングされて、酸化物5スペーサが作り出される。次いで、ポリシリコン1層1606(真性且つアンドープ)が、表面全体を覆って堆積され、異方性エッチング技術によってエッチングされてポリシリコン1スペーサが作り出され、ポリシリコン1スペーサにワードライン(例えば、word line-1、word line-2、word line-3)を囲ませる。従って、要約すると、ポリシリコン1スペーサが酸化物5スペーサの外側にあり、酸化物5スペーサが窒化物4スペーサの外側にあり、上述のスペーサの全てが、ゲート構造(例えば酸化物4層1404/窒化物3層1402/ゲート材料1306など)に沿って囲まれる。 At step 140, as shown in FIG. 16, a nitride 4 layer 1602 is deposited and etched by an anisotropic etching technique to produce nitride 4 spacers with a well-designed preferred thickness. An oxide 5 layer 1604 is then deposited and etched by an anisotropic etching technique to create oxide 5 spacers. A polysilicon 1 layer 1606 (intrinsic and undoped) is then deposited over the entire surface and etched by an anisotropic etching technique to create polysilicon 1 spacers , and word lines (eg, word lines) on the polysilicon 1 spacers. line-1, word line-2, word line-3) . So, in summary, the polysilicon 1 spacers are outside the oxide 5 spacers, the oxide 5 spacers are outside the nitride 4 spacers, and all of the above spacers are part of the gate structure (e.g. oxide 4 layer 1404/ nitride tri layer 1402/gate material 1306, etc.).
図16、17に示すように、ワードライン及びビットラインを有するDRAMセルアレイを説明することの便宜及び明瞭さのため、中心に位置するワードラインにword line-1(アクセストランジスタAQ1に対応)なるラベルを付し、word line-1の左隣のワードラインにword line-2(アクセストランジスタAQ1の左隣のアクセストランジスタAQ2に対応)なるラベルを付し、パッド酸化物層204によって依然として覆われた、word line-1とword line-2との間のドレイン領域(drain-1及びdrain-2)は、アクセストランジスタAQ1のドレイン及びアクセストランジスタAQ2のドレインのために確保される。word line-1の右隣のワードラインに、word line-3(アクセストランジスタAQ1の右隣のアクセストランジスタAQ3に対応する)なるラベルを付し、パッド酸化物層204によって依然として覆われた、word line-1とword line-3との間のソース領域(source-1及びsource-3)は、アクセストランジスタAQ1のソース及び右アクセストランジスタAQ3のソースのために確保される。 As shown in FIGS. 16 and 17, for convenience and clarity in describing the DRAM cell array having wordlines and bitlines, the centrally located wordline is labeled word line-1 (corresponding to access transistor AQ1). and label the word line to the left of word line-1 as word line-2 (corresponding to access transistor AQ2 to the left of access transistor AQ1), still covered by pad oxide layer 204; A drain region (drain-1 and drain-2) between word line-1 and word line-2 is reserved for the drain of access transistor AQ1 and the drain of access transistor AQ2. The word line to the right of word line-1 is labeled word line-3 (corresponding to access transistor AQ3 to the right of access transistor AQ1), word line still covered by pad oxide layer 204; The source regions (source-1 and source-3) between -1 and word line-3 are reserved for the source of access transistor AQ1 and the source of right access transistor AQ3.
工程142にて、図17に示すように、SOD1702が堆積され、SOD1702は、ワードライン間の空き(ドレイン領域及びソース領域に対応)を充たすのに十分な厚さであり、次いで、CMP技術によって、SOD1702が、酸化物4層1404の頂面と平坦な高さまで研磨される。次いで、ポリシリコン1層1606の一部上部が、異方性エッチング技術によってエッチングされる。次いで、キャップ酸化物1層1704が、ポリシリコン1スペーサの上の空きを充たすように堆積され、次いで、酸化物4層1404の頂面と同じ高さになるようにCMP技術によって平坦化される。 At step 142, SOD 1702 is deposited as shown in FIG. 17, the SOD 1702 being thick enough to fill the spaces between the word lines (corresponding to the drain and source regions) and then by CMP techniques. , SOD 1702 are polished to a level flush with the top surface of oxide 4 layer 1404 . A portion of the upper portion of polysilicon 1 layer 1606 is then etched by an anisotropic etching technique. A cap oxide 1 layer 1704 is then deposited to fill the voids above the polysilicon 1 spacers and then planarized by a CMP technique to be flush with the top surface of the oxide 4 layer 1404. .
工程144にて、図18に示すように、SOD1702がエッチング除去され、ここで、SOD1702は、堆積された又は熱成長された酸化物層のエッチングレートよりも遥かに高いエッチングレートを持ち、それら酸化物は良好に保たれる。次いで、図18に示す表面全体を覆って窒化物5層1802が堆積される。 At step 144, SOD 1702 is etched away, as shown in FIG. 18, where SOD 1702 has an etch rate much higher than the etch rate of deposited or thermally grown oxide layers and their oxidation. things are well kept. A nitride 5 layer 1802 is then deposited over the entire surface shown in FIG.
工程146にて、図19に示すように、全てのワードライン間の空きを充たすのに十分な厚さのSOD1902が堆積され、次いで、SOD1902が、窒化物5層1802の頂面と平坦なレベルまで研磨される。次いで、その平坦な面上に、ドレイン領域(すなわち、drain-1及びdrain-2)用に確保された領域を覆い且つソース領域(すなわち、source-1及びsource-3)用に確保された領域を露出させるよう、フォトレジスト1904が堆積される。次いで、ソース領域用に確保された領域に対応するSOD1902が、全てのワードラインを取り囲む窒化物5層1802をセルフアラインマスクとして利用することによって除去される。所望のパターンがSOD1902に転写されると、全ての不要なフォトレジストが除去され、従って、図19に示すようにSOD1902は平坦化されている。 At step 146, SOD 1902 is deposited with a thickness sufficient to fill the spaces between all the wordlines, as shown in FIG. polished to Then, on the planar surface, cover the regions reserved for the drain regions (ie, drain-1 and drain-2) and the regions reserved for the source regions (ie, source-1 and source-3). Photoresist 1904 is deposited to expose the . The SOD 1902 corresponding to the areas reserved for the source regions are then removed by using the nitride 5 layer 1802 surrounding all the wordlines as a self-align mask. Once the desired pattern has been transferred to SOD 1902, all unwanted photoresist is removed, thus leaving SOD 1902 planarized as shown in FIG.
工程148にて、図20に示すように、2つのワードライン(word line-1及びword line-3)の間のソース領域の中心に露出した窒化物5層1802及びパッド酸化物層204が、HSSを露出させるようにエッチング除去される。露出されたHSSは、アクセストランジスタAQ1のsource-1とアクセストランジスタAQ3のsource-3との間に位置するので、source-1とsource-3との間の露出したHSSをHSS-1/3と呼ぶことができる。図20に示すように、word line1とword line2との間のHSS-1/2は、drain-1(すなわち、アクセストランジスタAQ1のドレイン)及びdrain-2(すなわち、アクセストランジスタAQ2のドレイン)用の場所として使用されることになるとともに、アクセストランジスタAQ1、AQ2を垂直方向にUGBLに接続するための場所としても使用されることになる。さらに、word line-1の他方の右側では、word line-1とword line-3との間のHSS-1/3が、source-1(すなわち、アクセストランジスタAQ1のソース)及びsource-3(すなわち、アクセストランジスタAQ3のソース)に使用されることになるが、source-1とsource-3は分離されており接続されることはできない。というのは、source-1及びsource-3は後にそれぞれ追加のセルストレージノードCSN1、CSN3(図20には示さず)に接続されることになるからである。 At step 148, the exposed nitride 5 layer 1802 and pad oxide layer 204 in the center of the source region between the two word lines (word line-1 and word line-3) are removed as shown in FIG. It is etched away to expose the HSS. Since the exposed HSS is located between source-1 of access transistor AQ1 and source-3 of access transistor AQ3, the exposed HSS between source-1 and source-3 is called HSS-1/3. can call As shown in FIG. 20, HSS-1/2 between word line 1 and word line 2 is for drain-1 (ie, the drain of access transistor AQ1) and drain-2 (ie, the drain of access transistor AQ2). It will be used as a place and also as a place for connecting the access transistors AQ1, AQ2 vertically to the UGBL. Further, on the other right side of word line-1, HSS-1/3 between word line-1 and word line-3 is source-1 (ie the source of access transistor AQ1) and source-3 (ie , source of access transistor AQ3), source-1 and source-3 are isolated and cannot be connected. 20, since source-1 and source-3 will later be connected to additional cell storage nodes CSN1, CSN3 (not shown in FIG. 20), respectively.
さらに、要約すると、このフォトリソグラフィマスク技術は、HSS-1/2の上でそれを覆うために使用されるが、このフォトリソグラフィマスク技術によって利用されるマスクは、クリティカルなマスクではなく、その機能は、HSS-1/2の上での処理とは分けてHSS-1/3を処理することを可能にすることだけである。上述のように、平滑な表面トポロジを成すのに十分な厚さでSOD1902が堆積され、次いで、フォトレジスト1904が、ドレイン領域を覆うSOD1902を保護するがソース領域を露出させるマスク材料として作用するように堆積される。また、SODを用いる理由は、SODは、非常に高いエッチングレートを持つことで、存在する他の材料を傷つけることなく除去されるとともに、SODは、フォトレジスト以外の熱プロセスに耐性があるからである。 Furthermore, in summary, although this photolithographic mask technique is used to overlay it on HSS-1/2, the mask utilized by this photolithographic mask technique is not the critical mask, but its functional mask. is only possible to process HSS-1/3 separately from processing on HSS-1/2. SOD 1902 is deposited in a thickness sufficient to provide a smooth surface topology, as described above, and then photoresist 1904 acts as a masking material to protect SOD 1902 overlying the drain region but exposing the source region. deposited on Also, the reason for using SOD is that SOD has a very high etching rate so that it can be removed without damaging other materials present, and SOD is resistant to thermal processes other than photoresist. be.
図20に示すように、HSS-1/3の下のシリコン材料(ソース領域の中心に対応)が、異方性エッチング技術によって掘削されて、2つの反対側の側面(図20には示されない)で下縁窒化物1スペーサ及び酸化物1スペーサによって囲まれ、且つ他の2つの反対側の側面でシリコン基板202によって囲まれた穴1/3(hole-1/3)が生成される。 As shown in FIG. 20, the silicon material under HSS-1/3 (corresponding to the center of the source region) is excavated by an anisotropic etching technique to remove two opposite sides (not shown in FIG. 20). ), surrounded by the bottom edge nitride 1 spacer and oxide 1 spacer, and surrounded by the silicon substrate 202 on the other two opposite sides (hole-1/3).
次いで、工程150にて、図21に示すように、フォトレジスト1904が除去され、穴1/3を充たすように酸化物7層2102が熱成長される。酸化物7層2102は部分的にキャップ酸化物1層1704の上に成長され、窒化物5層1802上では酸化物の成長がないために他の場所では成長されない。穴1/3を充たす酸化物7層2102を酸化物7プラグ(oxide-7 plug)と呼び、これは、パッド酸化物層204の頂面と同じ高さにされた平滑表面を持つ。 Then, in step 150, the photoresist 1904 is removed and an oxide 7 layer 2102 is thermally grown to fill the hole ⅓, as shown in FIG. Oxide 7 layer 2102 is grown partially over cap oxide 1 layer 1704 and not elsewhere because there is no oxide growth over nitride 5 layer 1802 . The oxide-7 layer 2102 that fills the hole ⅓ is called the oxide-7 plug and has a smooth surface flush with the top surface of the pad oxide layer 204 .
工程152にて、図22に示すように、別のSOD層2202が堆積され、この別のSOD層2202は、hole-1/3内の酸化物7層2102の上の空きを充たすのに十分な厚さであり、この別のSOD層2202の頂面が窒化物5層1802の頂面と同じ高さで平らになるまで、この別のSOD層2202の頂部材料がCMP技術によって除去される。 At step 152, another SOD layer 2202 is deposited, as shown in FIG. 22, sufficient to fill the void above the oxide 7 layer 2102 in hole-1/3. The top material of this further SOD layer 2202 is removed by CMP techniques until the top surface of this further SOD layer 2202 is flush with the top surface of the nitride 5 layer 1802. .
工程154にて、図23に示すように、ソース領域に対応する領域を覆い、且つドレイン領域用に確保された領域を露出させるように、フォトレジスト2302が堆積される。工程154で使用されるマスクは、クリティカルなマスクではなく、その機能は、HSS-1/3の上での処理とは分けてHSS-1/2を処理することを可能にすることだけである。次いで、HSS(すなわち、HSS-1/2)を露出させるために、露出されたSOD1902、露出された窒化物5層1802、及びその下の露出されたパッド酸化物層204が除去される。次いで、HSS-1/2に対応するシリコン材料が、異方性エッチングによって掘削されて除去されて、穴1/2(hole-1/2)が生成される。穴1/2は、2つの反対側の側面をそれぞれシリコン基板202によって物理的に囲まれ、第3の側面を下縁窒化物1スペーサによって囲まれ、そして、第4の側面を酸化物1スペーサによって囲まれる。第3の側面及び第4の側面はどちらも更に、外側をCVD-STI-oxide2(図23には示されない)によって境界付けられる。 At step 154, photoresist 2302 is deposited to cover the area corresponding to the source region and to expose the area reserved for the drain region, as shown in FIG. The mask used in step 154 is not a critical mask and its only function is to allow processing of HSS-1/2 separately from processing on HSS-1/3. . The exposed SOD 1902, the exposed nitride 5 layer 1802, and the underlying exposed pad oxide layer 204 are then removed to expose the HSS (ie, HSS-1/2). The silicon material corresponding to HSS-1/2 is then excavated and removed by anisotropic etching to create hole-1/2. The hole 1/2 is physically surrounded on two opposite sides by the silicon substrate 202 respectively, on the third side by the bottom edge nitride 1 spacer, and on the fourth side by the oxide 1 spacer. surrounded by Both the third and fourth sides are further bounded on the outside by CVD-STI-oxide2 (not shown in FIG. 23).
工程156にて、図24に示すように、フォトレジスト2302が除去され、そして、下縁窒化物1スペーサによって覆われた第3の側壁を除く、穴1/2の4つの側壁のうちの3つの側壁と、穴1/2の底とを覆う酸化物8スペーサを生成するよう、酸化物8層2402が熱成長される。さらに、酸化物8層2402は、部分的に、キャップ酸化物1層1704の上に成長される。図25は、穴1/2の中心に沿ってX方向に垂直に延在するY2方向に沿ったDRAMセルアレイの断面図を示す図であり、図25に示すように、活性領域は、CVD-STI-oxide2、ビットライン(UGBL)、酸化物1スペーサ、及び下縁窒化物1スペーサによって挟み込まれる。 At step 156, the photoresist 2302 is removed and three of the four sidewalls of the hole 1/2 are removed, except for the third sidewall which is covered by the bottom edge nitride 1 spacer, as shown in FIG. An oxide 8 layer 2402 is thermally grown to create an oxide 8 spacer covering the two sidewalls and the bottom of the hole 1/2. In addition, Oxide 8 layer 2402 is partially grown over Cap Oxide 1 layer 1704 . FIG. 25 is a diagram showing a cross-sectional view of the DRAM cell array along the Y2 direction extending perpendicular to the X direction along the center of the hole 1/2, and as shown in FIG. Sandwiched by STI-oxide2, bitline (UGBL), oxide 1 spacer, and bottom edge nitride 1 spacer.
工程158にて、図26、27に示されるように、穴1/2内の第3の側壁上の下縁窒化物1スペーサが等方性エッチング技術によって除去されるとともに、窒化物5層1802が同時に除去される(図27に示されるように、下縁窒化物1スペーサは非常に薄いので、この等方性エッチング技術は、HSSの上の他の構造を傷つけないはずであり、穴1/2内の酸化物8層2402も除去しないはずである)。 At step 158, the bottom edge nitride 1 spacer on the third sidewall in hole 1/2 is removed by an isotropic etch technique along with nitride 5 layer 1802, as shown in FIGS. is removed at the same time (since the bottom edge nitride 1 spacer is very thin, as shown in FIG. 27, this isotropic etching technique should not damage other structures above the HSS and hole 1 It should also not remove the oxide 8 layer 2402 within /2).
工程160にて、図28に示すように、穴1/2を充たすのに十分な厚さの金属層(例えば、タングステン)2802が堆積され、次いで、HSSの上の全ての金属層2802が等方性エッチング技術によってエッチバックされて、穴1/2内にタングステンプラグ(Tungsten plug)を残す。該タングステンプラグは、元々は下縁窒化物1スペーサによって覆われていた穴1/2の第3の側壁にある開口を通してUGBLに接続される。次いで、窒化物6層2804が堆積され、異方性エッチング技術によってエッチングされて、確保されたドレイン領域に対応するポリシリコン1スペーサを取り囲む窒化物6スペーサが作り出される。 At step 160, a metal layer (e.g., tungsten) 2802 thick enough to fill the hole 1/2 is deposited, as shown in FIG. It is etched back by an anisotropic etching technique to leave a Tungsten plug in hole 1/2. The tungsten plug is connected to the UGBL through an opening in the third sidewall of hole 1/2 that was originally covered by the bottom edge nitride 1 spacer. A nitride 6 layer 2804 is then deposited and etched by an anisotropic etching technique to create nitride 6 spacers surrounding the polysilicon 1 spacers corresponding to the reserved drain regions.
工程162にて、図29に示すように、HSSの下のタングステンプラグの一部上部がエッチバックされる。図30に示すように、タングステンプラグは、当該タングステンプラグの側壁から穴1/2内のUGBLの側壁へと、UGBLに接続される。 At step 162, the top portion of the tungsten plug under the HSS is etched back, as shown in FIG. As shown in FIG. 30, a tungsten plug is connected to the UGBL from the sidewall of the tungsten plug to the sidewall of the UGBL in hole 1/2.
工程164にて、図31に示すように、酸化物8層2402の上部が、異方性エッチング技術を通じて、よく設計された量だけ除去され、それに従ってタングステンプラグの高さよりも低い高さを持つ酸化物8スペーサがもたらされる。図31に示すように、キャップ酸化物1層1704の一部が同様にエッチングされ得る。 At step 164, as shown in FIG. 31, the top of oxide 8 layer 2402 is removed through an anisotropic etching technique by a well-designed amount, thus having a height less than the height of the tungsten plug. An oxide 8 spacer is provided. A portion of cap oxide 1 layer 1704 may be etched as well, as shown in FIG.
工程166にて、図32に示すように、選択エピタキシシリコン成長(SEG)技術を利用することによって、(酸化物8層2402及びタングステンプラグの上に隣接して)2つの露出したシリコンエッジから横方向にn+インサイチュドープシリコン層3202が成長され、故に、それぞれアクセストランジスタAQ1、AQ2のdrain-1及びdrain-2として、及びUGBLとアクセストランジスタAQ1、AQ2との間の導電ブリッジ(すなわち、ブリッジコンタクト)としても、穴1/2の両側のHSSに接続するネックレス型の導電性n+シリコンドレイン(n+シリコンドレインカラーと呼ぶ)がもたらされる。 At step 166, laterally from the two exposed silicon edges (over and adjacent to the oxide-8 layer 2402 and the tungsten plug) is removed by using a selective epitaxy silicon growth (SEG) technique, as shown in FIG. An n+ in-situ doped silicon layer 3202 is grown in the direction thus as drain-1 and drain-2 of access transistors AQ1, AQ2, respectively, and as a conductive bridge (ie, bridge contact) between the UGBL and access transistors AQ1, AQ2. , provides a necklace-shaped conductive n+ silicon drain (referred to as the n+ silicon drain collar) that connects to the HSS on either side of the hole 1/2.
工程168にて、図33に示すように、HSS-1/2のキャップとなるよう、n+シリコンドレインカラー上に局所的に、よく設計された厚さを有する酸化物9層3302が熱成長される(そして、このような酸化物9層3302はキャップ酸化物1層1704を覆い得る)。UGBLとdrain-1(drain-2)との間の下線ブリッジコンタクトを作製するものである上の接続方法は、本発明の別の重要発明であり、drain-1及びdrain-2は、酸化物キャップされたn+ドレインである。 At step 168, an oxide 9 layer 3302 with a well-designed thickness is thermally grown locally on the n+ silicon drain collar to cap the HSS-1/2, as shown in FIG. (and such Oxide 9 layer 3302 may cover cap Oxide 1 layer 1704). The above connection method of making an underline bridge contact between UGBL and drain-1 (drain-2) is another important invention of the present invention, drain-1 and drain-2 are oxide Capped n+ drain.
工程170にて、図34に示すように、n+シリコンドレインカラーを覆う酸化物9層3302の一部が、その高さをパッド酸化物204の高さとする厚さにエッチバックされ得るとともに、キャップ酸化物1層1704を覆う酸化物9層3302がエッチング除去される。次いで、穴1/2の上の酸化物9層3302の上の空きの中に厚い真性ポリシリコンa層3402を堆積させ、ポリシリコンa層3402をエッチバックする。 At step 170, a portion of the Oxide 9 layer 3302 covering the n+ silicon drain collar can be etched back to a thickness equal to the height of the pad oxide 204 and a cap as shown in FIG. The Oxide 9 layer 3302 covering the Oxide 1 layer 1704 is etched away. A thick intrinsic polysilicon a-layer 3402 is then deposited in the open space above the oxide 9 layer 3302 over the hole 1/2 and the polysilicon a-layer 3402 is etched back.
工程171にて、図35に示すように、等方性エッチング技術によって窒化物6スペーサ(窒化物6層2804)を除去する。真性ポリシリコンb層3502を堆積させ、次いで、異方性エッチング技術を用いてポリシリコンb層3502をエッチバックして、ポリシリコンa層3402にすぐ隣接する空きを充たす残留物を残すとともに、ポリシリコンa層3402及びポリシリコンb層3502の両方でほぼ同じ厚さを形成する。 At step 171, the nitride 6 spacer (nitride 6 layer 2804) is removed by an isotropic etching technique, as shown in FIG. Deposit intrinsic polysilicon b-layer 3502 and then etch back polysilicon b-layer 3502 using an anisotropic etch technique to leave a residue that fills the voids immediately adjacent to polysilicon a-layer 3402 and polysilicon a-layer 3402. Both the silicon a layer 3402 and the polysilicon b layer 3502 form approximately the same thickness.
工程172にて、図36に示すように、全てのSOD(すなわち、SOD層1902及び別のSOD層2202)が除去され、窒化物5層1802が等方性エッチング技術によって除去される。また、図37は、このステージに至るHCoTセルアレイの構造の上面図を、特に、ワードライン(word line-1、word line-2、word line-3)、アンダーグラウンドビットライン(UGBL)、アクセストランジスタAQ1、AQ3のソース領域(source-1及びsource-3)、及びアクセストランジスタAQ1、AQ2のドレイン領域(drain-1及びdrain-2)の幾何学的配置について示している。 At step 172, all SOD (ie, SOD layer 1902 and another SOD layer 2202) are removed and nitride 5 layer 1802 is removed by an isotropic etching technique, as shown in FIG. FIG. 37 also shows a top view of the structure of the HCoT cell array up to this stage, in particular word lines (word line-1, word line-2, word line-3), underground bit lines (UGBL), access transistors. The geometric arrangement of the source regions (source-1 and source-3) of AQ1 and AQ3 and the drain regions (drain-1 and drain-2) of access transistors AQ1 and AQ2 are shown.
工程173にて、図38に示すように、金属層(例えば、タングステン)3802が堆積され、金属層3802の一部がエッチバックされてWバッファ壁(W-Buffer-Wall;WBW)を形成する。 At step 173, a metal layer (e.g., tungsten) 3802 is deposited and a portion of metal layer 3802 is etched back to form a W-Buffer-Wall (WBW), as shown in FIG. .
工程174にて、図39に示すように、ポリシリコン1スペーサの上のキャップ酸化物1層1704が除去される。次いで、ポリシルコン1スペーサがエッチング除去され、さらに、ポリシリコン1スペーサの下のパッド酸化物層204が除去され、故に、ソース領域及びドレイン領域に対応するHSS(ソース及びドレイン領域用のシードHSS領域、SHARと呼ぶ)がそれぞれ露出される。 At step 174, the cap oxide 1 layer 1704 over the polysilicon 1 spacers is removed, as shown in FIG. The polysilicon 1 spacers are then etched away, and the pad oxide layer 204 under the polysilicon 1 spacers is removed, thus removing the HSS corresponding to the source and drain regions (seed HSS regions for the source and drain regions, SHARS) are each exposed.
工程175にて、図40に示すように、露出したHSS(SHAR)をシードとして用いることによって、選択エピタキシシリコン成長技術を用いて、高位置化ソース電極EH-1S及び高位置化ドレイン電極EH-1Dの両方を、それぞれ、HSSの上に垂直方向に成長させる。高位置化ソース電極EH-1S及び高位置化ドレイン電極EH-1Dは、露出したHSS(SHAR)をシードとして使用することにより徐々に良好に成長されるので、多結晶又は非晶質のシリコン材料ではなく純粋なシリコン材料となり得る。高位置化ソース電極EH-1Sと高位置化ドレイン電極EH-1Dはどちらも、WBWと、X方向に沿った左側壁及び右側壁上の酸化物5スペーサとによって囲まれる。Y方向に沿った他の2つの側壁は広く開放されているが、CVD-STI-oxide2は、選択エピタキシャルシリコンを上に成長させるシード機能を提供することはできず、従って、この選択エピタキシシリコン成長は、CVD-STI-oxide2のエッジで停止し、隣接し合う電極同士の接続を引き起こす可能性のない、横方向に幾分オーバー成長された純粋シリコン材料を有する結果になるはずである。さらに、高位置化ソース電極EH-1S及び高位置化ドレイン電極EH-1Dが成長された後、高位置化ソース電極EH-1S又は高位置化ドレイン電極EH-1Dがトランジスタのチャネル領域に対していっそう良好な電気接続を持つように、オプションのRTA(急速温度アニーリング)工程を利用して、高位置化ソース電極EH-1S又は高位置化ドレイン電極EH-1Dの下にNLDD(n+低濃度ドープドレイン)4012を形成することができる。 At step 175, the enhanced source electrode EH-1S and the enhanced drain electrode EH- are formed using selective epitaxy silicon growth techniques by using the exposed HSS (SHAR) as seeds as shown in FIG. Both 1D are grown vertically on top of HSS, respectively. Elevated source electrode EH-1S and elevated drain electrode EH-1D are grown gradually and well by using exposed HSS (SHAR) as seeds, so polycrystalline or amorphous silicon material instead of pure silicon material. Both the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D are surrounded by the WBW and oxide 5 spacers on the left and right sidewalls along the X direction. Although the other two sidewalls along the Y direction are wide open, CVD-STI-oxide2 cannot provide a seed function to grow selective epitaxial silicon on top, so this selective epitaxial silicon growth should result in having some laterally overgrown pure silicon material that could stop at the edge of the CVD-STI-oxide2 and cause connection between adjacent electrodes. Further, after the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D are grown, the elevated source electrode EH-1S or the elevated drain electrode EH-1D is grown with respect to the channel region of the transistor. NLDD (n+ lightly doped) under the elevated source electrode EH-1S or the elevated drain electrode EH-1D using an optional RTA (Rapid Thermal Annealing) step to have a better electrical connection. drain) 4012 can be formed.
高位置化ソース電極EH-1S及び高位置化ドレイン電極EH-1Dを達成する新たな処理設計は、次のように説明される:(1)選択エピタキシシリコン成長技術によって高位置化ソース電極EH-1S及び高位置化ドレイン電極EH-1Dを成長させるシードとしてSHARを用いることにより、重要となるのは、シリコン成長中の好適なインサイチュn型ドーピング濃度を設計し、そして、急速温度アニーリングプロセスを用いて、アクセストランジスタのチャネル領域の適切な界面コンダクタンス(これは、ゲート誘電体直下のシリコン表面、窒化物4/酸化物5スペーサ下のHSS、及び高位置化ソース電極EH-1S若しくは高位置化ドレイン電極EH-1Dそれぞれのコンダクタンスを含む)を達成するとともに、特にゲート誘起ドレインリーク(GIDL)、ドレイン誘起障壁低下(DIBL)、短チャネル効果によるサブスレッショルドリーク、及びジャンクションリークについて、より低いリーク電流を達成することである。 A new process design to achieve the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D is described as follows: (1) the elevated source electrode EH- by selective epitaxy silicon growth technique; By using SHAR as seeds to grow 1S and elevated drain electrodes EH-1D, it is important to design a suitable in-situ n-type doping concentration during silicon growth and use a rapid temperature annealing process. to the appropriate interfacial conductance of the channel region of the access transistor (this includes the silicon surface directly under the gate dielectric, the HSS under the 4 nitride/5 oxide spacers, and the elevated source electrode EH-1S or the elevated drain electrode). (including the conductance of the electrodes EH-1D, respectively) and lower leakage currents, especially for gate-induced drain leakage (GIDL), drain-induced barrier lowering (DIBL), subthreshold leakage due to short-channel effects, and junction leakage. to achieve.
(2)図40に示すように、高位置化ソース電極EH-1S及び高位置化ドレイン電極EH-1Dは、最終的なEH-1+2電極(すなわち、高位置化ソース電極EH-1+2S及び高位置化ドレイン電極EH-1+2D)の高さよりも低い指定高さまで成長される。工程176にて、図41に示すように、先ず、酸化物5スペーサが等方性エッチング技術によってエッチングされて、窒化物4スペーサと高位置化ドレイン電極EH-1Dとの間(及び窒化物4スペーサと高位置化ソース電極EH-1Sとの間)の継ぎ目が残される。次いで、高位置化ドレイン電極EH-1D(又は高位置化ソース電極EH-1S)を、WBWによって境界付けられた最後の第4の側壁を除く3つの側壁とその頂面で覆うように(酸化物aキャップ層と呼ぶ)、酸化物a層4102が熱成長される。以下に記載するような慎重な段階的ソース電極形成プロセスを実行することの目的は、熱酸化膜a層が、非常に高品質の二酸化シリコン-シリコン電極間結合を持つことによって、高性能な酸化物-シリコン界面を持つソース電極EH-1Sの頂面(又はドレイン電極EH-1Dの頂面)が達成されることを確保することである(紛れもないことには、選択エピタキシシリコン成長プロセスから、代わりに非晶質の又は低品質のシリコン材料が得られ、それが、アクセストランジスタがオンにされるときに十分なオン電流を供給できない低下したキャリア移動度又はアクセストランジスタがオフにされるときにリーク増加させ得る追加の欠陥量を生じさせていたというシリコンソース電極の品質を劣化させるかもしれないという疑念がある)。次いで、酸化物a層4102のキャップ部分が、異方性エッチング技術によってエッチングされて、窒化物4スペーサとソース電極EH-1Sとの間(又は窒化物4スペーサとドレイン電極EH-1Dとの間)に存在する酸化物a層4102が残される。 (2) As shown in FIG. 40, the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D are the final EH-1+2 electrodes (ie, the elevated source electrode EH-1+2S and the elevated drain electrode EH-1D). is grown to a specified height lower than the height of the drain electrode (EH-1+2D). At step 176, as shown in FIG. 41, the oxide 5-spacer is first etched by an isotropic etch technique between the nitride 4-spacer and the elevated drain electrode EH-1D (and the nitride 4-spacer). A seam (between the spacer and the elevated source electrode EH-1S) is left. Next, the elevated drain electrode EH-1D (or the elevated source electrode EH-1S) is covered with three sidewalls except the last fourth sidewall bounded by WBW and its top surface (oxidized). (referred to as the material a cap layer), an oxide a layer 4102 is thermally grown. The purpose of performing a careful step-wise source electrode formation process as described below is to ensure that the thermal oxide a-layer has a very high quality silicon dioxide-silicon electrode bond, resulting in high performance oxidation. to ensure that the top surface of the source electrode EH-1S (or the top surface of the drain electrode EH-1D) with a material-silicon interface is achieved (no doubt from a selective epitaxy silicon growth process). , instead an amorphous or low quality silicon material is obtained, which cannot provide sufficient on-current when the access transistor is turned on or has reduced carrier mobility when the access transistor is turned off. (There is a suspicion that it may have degraded the quality of the silicon source electrode, which would have introduced an additional amount of defects that could have increased leakage in the process). The cap portion of the oxide a-layer 4102 is then etched by an anisotropic etching technique to form a thin film between the nitride 4-spacer and the source electrode EH-1S (or between the nitride 4-spacer and the drain electrode EH-1D). ) is left behind.
(3)工程177にて、図42に示すように、ソース電極EH-1S及びドレイン電極EH-1Dの露出シリコン表面を高品質のシリコンシードとして用いることによって、第2の選択エピタキシャルシリコン成長を実行し、それぞれ、高位置化ソース電極EH-2S及び高位置化ドレイン電極EH-2Dを成長させる。第2の選択エピタキシャルシリコン成長中に、高位置化ソース電極EH-2S(又は高位置化ドレイン電極EH-2D)と後に作製される積層ストレージキャパシタ(stacked storage capacitor;SSC)のストレージ電極との間の低抵抗接続のための準備とすべく、高位置化ソース電極EH-2S及び高位置化ドレイン電極EH-2D内に、よく設計された、より高濃度のインサイチュn+ドーピング濃度を達成することができる。高位置化ソース電極EH-1Sと高位置化ソース電極EH-2Sとの組み合わせを、高位置化ソース電極EH-1+2Sと呼ぶ(同様に、高位置化ドレイン電極EH-1Dと高位置化ドレイン電極EH-2Dとの組み合わせを、高位置化ドレイン電極EH-1+2Dと呼ぶ)。さらに、高位置化ソース電極EH-1+2Sを例にとるに、図42に示すように、高位置化ソース電極EH-1+2Sの上部、すなわち、高位置化ソース電極EH-2Sは、1つの側壁上で窒化物4スペーサに直に当接し、反対側の側壁がWBWに当接し、且つ他の2つの側壁が長手方向ワードラインに沿ってY方向で広く開かれた、高品質のn+ドープシリコン材料を持つ。高位置化ソース電極EH-1+2Sの高さ(高位置化ドレイン電極EH-1+2Dの高さ)は、窒化物4スペーサの高さよりも低くなるようによく設計される。 (3) At step 177, perform a second selective epitaxial silicon growth by using the exposed silicon surfaces of the source electrode EH-1S and the drain electrode EH-1D as high quality silicon seeds, as shown in FIG. to grow an elevated source electrode EH-2S and an elevated drain electrode EH-2D, respectively. During the second selective epitaxial silicon growth, between the elevated source electrode EH-2S (or the elevated drain electrode EH-2D) and the storage electrode of the subsequently fabricated stacked storage capacitor (SSC). It is possible to achieve a well-designed higher in-situ n+ doping concentration in the enhanced source electrode EH-2S and the enhanced drain electrode EH-2D to prepare for the low resistance connection of can. A combination of the elevated source electrode EH-1S and the elevated source electrode EH-2S is called an elevated source electrode EH-1+2S (similarly, the elevated drain electrode EH-1D and the elevated drain electrode The combination with EH-2D is called elevated drain electrode EH-1+2D). Furthermore, taking the elevated source electrode EH-1+2S as an example, as shown in FIG. high quality n+ doped silicon material directly abutting the nitride 4 spacer at , the opposite sidewall abutting the WBW, and the other two sidewalls being wide open in the Y direction along the longitudinal wordlines. have. The height of the elevated source electrode EH-1+2S (height of the elevated drain electrode EH-1+2D) is often designed to be less than the height of the nitride 4-spacer.
工程178にて、図43に示すように、高位置化ドレイン電極EH-2D及び高位置化ソース電極EH-2Sの表面の上にそれぞれ厚いSOD-1層4302を堆積させ、SOD-1層4302をエッチバックする。 At step 178, a thick SOD-1 layer 4302 is deposited over the surfaces of the elevated drain electrode EH-2D and the elevated source electrode EH-2S, respectively, as shown in FIG. to etch back.
工程179にて、図44に示すように、ウエハ表面全体上でWBWがエッチング除去される。 At step 179, the WBW is etched away over the entire wafer surface, as shown in FIG.
工程180にて、図45に示すように、窒化物a層4502が堆積され、異方性エッチング技術を用いることによってエッチングされて、高位置化ソース電極EH-1+2S及び高位置化ドレイン電極EH-1+2Dそれぞれの全ての側壁を取り囲む窒化物aスペーサが形成される。違いは、高位置化ソース電極EH-1+2S(高位置化ドレイン電極EH-1+2D)を取り囲む窒化物aスペーサは、マットレス層のように作用するポリシリコンa層3402及びポリシリコンb層3502の上に立っていることである(しかし、高位置化ソース電極EH-1+2S(高位置化ドレイン電極EH-1+2D)の側面には、マットレス層のように作用するそのようなポリシリコンa層3402及びポリシリコンb層3502は存在しない)。 At step 180, a nitride a-layer 4502 is deposited and etched by using an anisotropic etching technique to form an elevated source electrode EH-1+2S and an elevated drain electrode EH-, as shown in FIG. Nitride a spacers are formed surrounding all sidewalls of each 1+2D. The difference is that the nitride a spacer surrounding the elevated source electrode EH-1+2S (the elevated drain electrode EH-1+2D) is placed on top of the polysilicon a layer 3402 and the polysilicon b layer 3502 acting like a mattress layer. (However, on the sides of the elevated source electrode EH-1+2S (the elevated drain electrode EH-1+2D) are such polysilicon a-layers 3402 and polysilicon a-layers 3402 acting like mattress layers. b layer 3502 does not exist).
工程181にて、図46に示すように、先ず、異方性シリコンエッチング技術を用いて、ポリシリコンa層3402を除去する(この時、例えば高位置化ドレイン電極EH-2D及び高位置化ソース電極EH-2Sなどのシリコン領域の残りは、それぞれ、SOD-1層4302及び窒化物aスペーサによって十分に保護される)。次いで、除去されたポリシリコンa層3402及びポリシリコンb層3502の占有していた厚さによるバッファ空間によって生じる継ぎ目(又は空きのような)により、等方性エッチング技術を用いて、ポリシリコンb層3502及び高位置化ドレイン電極EH-1Dの一部底部をエッチング除去する。留意されたいことには、(1)高位置化ドレイン電極EH-1Dの残存する底部が、高品質のシリコン結合力により、高位置化ドレイン電極EH-1Dの上部を保持する強度を維持し、また、(2)窒化物aスペーサが、それらの足がCVD-STI-oxide2(すなわち、酸化物2層1002)の上に立って、及び化学結合による窒化物aスペーサの強力な接着を有して、EH-1+2電極を取り囲むので、窒化物aスペーサは空気上に完全に吊られるわけではない。この新規なプロセス設計を作り出すことが狙う最終結果は、高位置化ドレイン電極EH-1Dの下のHSSが露出されるようにすることである。 In step 181, as shown in FIG. 46, an anisotropic silicon etching technique is first used to remove the polysilicon a layer 3402 (at this time, for example, the elevated drain electrode EH-2D and the elevated source electrode). The rest of the silicon area, such as electrode EH-2S, is well protected by the SOD-1 layer 4302 and the nitride a spacer, respectively). Polysilicon b layer 3402 and polysilicon b layer 3502 are then removed using an isotropic etching technique due to seams (or like voids) caused by buffer spaces due to the thicknesses occupied by polysilicon a layer 3402 and polysilicon b layer 3502 . Etch away layer 3502 and a portion of the bottom of the elevated drain electrode EH-1D. Note that (1) the remaining bottom of the elevated drain electrode EH-1D maintains the strength to hold the top of the elevated drain electrode EH-1D due to high-quality silicon bonding strength; and (2) the nitride a-spacers have their feet standing on the CVD-STI-oxide 2 (ie oxide 2 layer 1002) and strong adhesion of the nitride a-spacers by chemical bonding; and surrounds the EH-1+2 electrode, the nitride a spacer is not completely suspended above the air. The end result aimed at creating this new process design is to expose the HSS under the elevated drain electrode EH-1D.
工程182にて、図47に示すように、熱酸化プロセスを実行して、図46に示した露出HSSの表面に、シリコンと二酸化シリコンとの間での熱化学反応によって高品質の酸化物bb層4702を成長させ、故に、ストレージキャパシタ用のストレージ電極の一部としてもはや使用されることができるEH-1+2D電極の底部からドレイン領域を十分にアイソレートする酸化物アイソレーションがもたらされる。 At step 182, as shown in FIG. 47, a thermal oxidation process is performed to form a high quality oxide bb on the surface of the exposed HSS shown in FIG. 46 by thermochemical reaction between silicon and silicon dioxide. Growing layer 4702 thus provides oxide isolation that sufficiently isolates the drain region from the bottom of the EH-1+2D electrode that can now be used as part of the storage electrode for the storage capacitor.
工程183にて、図48に示すように、等方性エッチング技術を用いて、EH-1+2電極(すなわち、高位置化ソース電極EH-1+2S及び高位置化ドレイン電極EH-1+2D)に関係する窒化物aスペーサ及びSOD-1層4302を除去する。次いで、工程184にて、図49に示すように、high-k誘電絶縁体1層4902を形成する。 At step 183, as shown in FIG. 48, nitridation associated with the EH-1+2 electrodes (ie, the elevated source electrode EH-1+2S and the elevated drain electrode EH-1+2D) is performed using an isotropic etching technique. Material a spacers and SOD-1 layer 4302 are removed. Step 184 then forms a high-k dielectric insulator 1 layer 4902, as shown in FIG.
工程185にて、図50に示すように、厚い金属層(例えばタングステンなど)5002が堆積され、そして、EH-1+2電極(すなわち、高位置化ソース電極EH-1+2S及び高位置化ドレイン電極EH-1+2D)よりも僅かに高いが窒化物4スペーサのような高さくらいの高さをもたらすようによく設計されたその残存部を残すようにエッチバックされる。ウエハ表面上に広がる金属層5002を、金属対向電極プレート&壁1(metal-counter-electrode-plate&wall-1;MCEPW-1)と呼ぶ。MCEPW-1は、EH-1+2電極の上のhigh-k誘電絶縁体1 4902のhigh-kキャップ1を覆うものであるが、複合スタックの酸化物4層1404及び窒化物4スペーサの頂面を覆い得る。 At step 185, a thick metal layer (eg, tungsten, etc.) 5002 is deposited and the EH-1+2 electrodes (ie, the elevated source electrode EH-1+2S and the elevated drain electrode EH-) are deposited as shown in FIG. 1+2D), but is etched back to leave its remnants well-designed to yield a height similar to that of a nitride 4-spacer. The metal layer 5002 extending over the wafer surface is called metal-counter-electrode-plate&wall-1 (MCEPW-1). MCEPW-1 covers the high-k cap 1 of the high-k dielectric insulator 1 4902 above the EH-1+2 electrode, but covers the top surface of the oxide 4 layer 1404 and nitride 4 spacers of the composite stack. can cover
工程186にて、図51に示すように、酸化物4層1404上のhigh-k誘電絶縁体1 4902が、異方性エッチング技術によって除去され、次いで、複合スタックの頂部層である酸化物4層1404が、MCEPW-1によって覆われたhigh-kキャップ1及びhigh-k誘電絶縁体1 4902にダメージを与えることなくエッチング除去される。それ故に、2つの側面に窒化物4スペーサを持つ複合スタックの上にカナル状の凹部領域が存在し、窒化物4スペーサは、窒化物3層1402の厚さより上の高さを有して、より高くフェンスのように立つが、カナル状の凹部領域に面する方向で露出された上部を持つ。 At step 186, the high-k dielectric insulator 1 4902 on the Oxide 4 layer 1404 is removed by an anisotropic etching technique and then the Oxide 4 layer, the top layer of the composite stack, as shown in FIG. Layer 1404 is etched away without damaging high-k cap 1 and high-k dielectric insulator 1 4902 covered by MCEPW-1. Therefore, there is a canal-like recessed region above the composite stack with nitride 4-spacers on two sides, the nitride 4-spacers having a height above the thickness of the nitride 3-layer 1402, It stands taller like a fence, but has an exposed upper part in the direction facing the canal-shaped recessed area.
工程187にて、図52に示すように、複合スタックより上のよく設計された厚さ分の窒化物3層1402の上部が、等方性エッチング技術によって除去される。同時に、残った窒化物4スペーサの頂面及び窒化物3層1402の頂面が窒化物3層1402及び窒化物4スペーサの両方の水平な平坦面と等しい高さとなるように、窒化物4スペーサの上部も等方性エッチング技術によって除去される。窒化物4スペーサがその上部を失った後に窒化物4スペーサの高さが低下されることを生じさせた等方性エッチング技術により、窒化物4スペーサに面するEH-2電極の上部のシリコン側壁が露出される。 At step 187, the top of the well-designed thickness of nitride tri-layer 1402 above the composite stack is removed by an isotropic etching technique, as shown in FIG. At the same time, the nitride 4-spacer is deposited so that the top surface of the remaining nitride 4-spacer and the top surface of the nitride 3-layer 1402 are level with the horizontal planar surfaces of both the nitride 3-layer 1402 and the nitride 4-spacer. is also removed by an isotropic etching technique. Silicon sidewalls on the top of the EH-2 electrode facing the nitride 4-spacer by an isotropic etching technique which caused the height of the nitride 4-spacer to be lowered after the nitride 4-spacer lost its top. is exposed.
工程188にて、図53に示すように、ワードライン方向に面するEH-2電極(すなわち、高位置化ソース電極EH-2S及び高位置化ドレイン電極EH-2D)の露出シリコン側壁を用いることにより、選択エピタキシャルシリコン成長技術を使用して、窒化物3層1402の上にn+インサイチュドープシリコン材料を横方向に成長させる。word line-1を基準にすると、word line-1の一方側に高位置化ソース電極EH-1+2Sがあり、word line-1の他方側に高位置化ドレイン電極EH-1+2Dがある。成長時間を制御することにより、高位置化ソース電極EH-2Sから横方向成長されたエピタキシャルシリコン(LGS-2Sと呼ぶ)と、高位置化ドレイン電極EH-2Dから横方向成長されたエピタキシャルシリコン(LGS-2Dと呼ぶ)との両方が、word line-1の中心で互いに出会うことは許されず、代わりに、水平空間(又は空き)内によく設計されたギャップが存在する。 At step 188, using the exposed silicon sidewalls of the EH-2 electrodes (ie, the elevated source electrode EH-2S and the elevated drain electrode EH-2D) facing the word line direction, as shown in FIG. laterally grow n+ in-situ doped silicon material over nitride trilayer 1402 using selective epitaxial silicon growth techniques. Taking word line-1 as a reference, there is an elevated source electrode EH-1+2S on one side of word line-1 and an elevated drain electrode EH-1+2D on the other side of word line-1. By controlling the growth time, epitaxial silicon grown laterally from the elevated source electrode EH-2S (referred to as LGS-2S) and epitaxial silicon laterally grown from the elevated drain electrode EH-2D ( LGS-2D) are not allowed to meet each other in the center of word line-1, instead there is a well-designed gap in the horizontal space (or void).
工程189にて、図54に示すように、厚い高品質の窒化物cc層5402を堆積させ、そして、CMP技術を用いて、LGS-2DとLGS-2Sとを完全に分離するようにLGS-2DとLGS-2Sとの間に窒化物ccアイソレーション層(窒化物cc層5402)を残存させて、LGS-2D及びLGS-2Sの両方を露出させる。同時に、MCEPW-1及びhigh-k誘電絶縁体1 4902の両方の上部が、CMP技術又はエッチバックのいずれかによって除去され、残存部分がそれぞれLGS-2D及びLGS-2Sの高さと同じにされる。 At step 189, a thick high quality nitride cc layer 5402 is deposited as shown in FIG. Leave the nitride cc isolation layer (nitride cc layer 5402) between 2D and LGS-2S to expose both LGS-2D and LGS-2S. At the same time, the tops of both MCEPW-1 and high-k Dielectric Insulator 1 4902 are removed either by CMP technique or etchback, leaving the remaining portions to be the same height as LGS-2D and LGS-2S, respectively. .
工程190にて、図55に示すように、MCEPW-1(すなわち、金属層5002)を除去する。 At step 190, MCEPW-1 (ie, metal layer 5002) is removed, as shown in FIG.
工程191にて、図56に示すように、露出したLGS-2D及び露出したLGS-2Sをシード(ストレージ電極摩天楼を成長させるためのシーディングベース(Seeding Base for Growing Storage-Electrode Skyscraper)としてのSBSESなる略語を用いて、それぞれ、SBSES-D及びSBSES-Sと呼ぶ)として用いることによって、どのように完成されるかを以下の説明で示すストレージキャパシタ用のツインタワー状ストレージ電極を作り出す選択エピタキシシリコン成長を実行する(ここでは、LGS-2D-Towerと呼ぶドレイン側の高く隆起された電極と、LGS-2S-Towerと呼ぶソース側の他の高く隆起された電極との、電極の2つのツインタワーがある)。 At step 191, exposed LGS-2D and exposed LGS-2S were seeded (SBSES as Seeding Base for Growing Storage-Electrode Skyscraper) as shown in FIG. SBSES-D and SBSES-S, respectively, using the abbreviations SBSES-D and SBSES-S) to create twin-tower-shaped storage electrodes for storage capacitors, which is shown in the following description of how it is accomplished. Perform growth (here, two twins of electrodes, one highly raised electrode on the drain side, called LGS-2D-Tower, and another raised electrode on the source side, called LGS-2S-Tower). there is a tower).
工程192にて、図57に示すように、薄い酸化物d層5702を熱成長させ、そして、異方性エッチング技術を用いて、LGS-2D-Tower及びLGD-2S-Towerの上の酸化物d層5702を除去し、酸化物dスペーサを形成する。LGS-2D及びLGS-2Sの側縁をそれぞれ露出させるように、等方性エッチング技術を用いて窒化物cc層5402を除去する。 At step 192, a thin oxide d layer 5702 is thermally grown as shown in FIG. Remove d-layer 5702 to form oxide d-spacers. The nitride cc layer 5402 is removed using an isotropic etching technique to expose the side edges of LGS-2D and LGS-2S, respectively.
工程193にて、図58に示すように、選択エピタキシシリコン成長技術を用いて、LGS-2D及びLGS-2Sの双方の露出シリコン領域から、新たに接続されたシリコン層(LGS-2DSと呼ぶ)が形成されるまで、より高濃度のn+インサイチュドープシリコン層を横方向に成長させる。さらに、図58に示すように、やはり選択エピタキシシリコン成長技術を用いて、LGS-2D-Tower及びLGD-2S-Towerの頂面から、より高濃度のn+インサイチュドープシリコン層を垂直方向に成長させる。図58に示すように、(LGS-2DSを含み得る)水平接続領域は、Hキャパシタの一方の垂直突出領域(例えば、高位置化ドレイン電極EH-1+2D)と他方の垂直突出領域(例えば、高位置化ソース電極EH-1+2S)とを接続する。水平接続領域は、各突出領域の中央に結合される必要はなく、より高くても低くてもよい。 At step 193, a new connected silicon layer (called LGS-2DS) is formed from the exposed silicon regions of both LGS-2D and LGS-2S using selective epitaxy silicon growth techniques, as shown in FIG. A higher concentration n+ in-situ doped silicon layer is grown laterally until a is formed. In addition, as shown in FIG. 58, a higher concentration n+ in-situ doped silicon layer is grown vertically from the top surface of the LGS-2D-Tower and LGD-2S-Tower, also using selective epitaxy silicon growth techniques. . As shown in FIG. 58, the horizontal connection regions (which may include LGS-2DS) include one vertical protrusion region (eg, elevated drain electrode EH-1+2D) and the other vertical protrusion region (eg, elevated drain electrode EH-1+2D) of the H capacitor. (positioned source electrode EH-1+2S). The horizontal connecting area need not be joined in the middle of each protruding area, it can be higher or lower.
次いで、工程194にて、図59に示すように、酸化物dスペーサを除去する。工程195にて、図60に示すように、等方性エッチング技術を用いて、high-k誘電絶縁体1 4902を除去し、そして、成長させたツインタワーストレージ電極を取り囲むhigh-k誘電絶縁体2 6002を形成する。 The oxide d-spacers are then removed in step 194, as shown in FIG. At step 195, isotropic etching techniques are used to remove the high-k dielectric insulator 1 4902 and the high-k dielectric insulator surrounding the grown twin tower storage electrodes, as shown in FIG. 2 6002.
工程196にて、図61に示すように、厚い金属層(例えば、タングステン)6102(MCEPW-2)を堆積させ、次いで、金属層6102をエッチバックするか、あるいはCMP技術を用いて金属層6102を研磨して、平面状の表面を生じさせる。これは、固定電圧(例えば、VCCの半分)にバスされる対向電極プレート金属層(すなわち、金属層6102)で外側を完全に囲まれたhigh-k誘電絶縁体2 6002で完全に囲まれたツインタワー状の(ストレージキャパシタの)H形ストレージ電極を有した、新たに発明したHCoTセルを示している。図61に示すように、新しく構築されたストレージキャパシタは、アクセストランジスタAQ1上にしっかりとクランプされたサドルのように、アクセストランジスタAQ1を包囲し、ストレージ電極の十分に拡張された表面領域が、アクセストランジスタAQ1の高位置化ソース電極EH-1Sの底部のHSSから、ストレージキャパシタの信号タワーストレージ電極(STSEC-1と呼ぶ)の頂部まで真っ直ぐ立ち上がり、LGS-2S-Towerの全ての表面領域を取り囲み、そして、LGS-2Sの他の3つの側壁を通って、アクセストランジスタAQ1の高位置化ドレイン電極の底部の酸化物bb層4702の頂部まで下方にLGS-2D-Towerの4つ全ての側壁を横切る。ツインタワーを取り囲む4つの側壁表面の全てが、ほぼ、ストレージキャパシタのストレージキャパシタンスを可能な限り大きくするための、最大に近い誘電領域を生成するために使用される。 At step 196, deposit a thick metal layer (eg, tungsten) 6102 (MCEPW-2) and then etch back the metal layer 6102 or use CMP techniques to remove the metal layer 6102, as shown in FIG. to produce a planar surface. This is completely surrounded by a high-k dielectric insulator 2 6002 which is completely surrounded on the outside by a counter electrode plate metal layer (ie metal layer 6102) which is bussed to a fixed voltage (eg half VCC). Fig. 3 shows a newly invented HCoT cell with twin tower H-shaped storage electrodes (of a storage capacitor). As shown in FIG. 61, the newly constructed storage capacitor surrounds access transistor AQ1 like a saddle tightly clamped over access transistor AQ1, and the sufficiently extended surface area of the storage electrode allows access rising straight from the HSS at the bottom of the elevated source electrode EH-1S of transistor AQ1 to the top of the signal tower storage electrode (referred to as STSEC-1) of the storage capacitor, surrounding the entire surface area of LGS-2S-Tower; and across all four sidewalls of LGS-2D-Tower down through the other three sidewalls of LGS-2S to the top of oxide bb layer 4702 at the bottom of the elevated drain electrode of access transistor AQ1. . Approximately all four sidewall surfaces surrounding the twin towers are used to create a near maximum dielectric area for making the storage capacitance of the storage capacitor as large as possible.
また、ツインタワー状ストレージノードの高さを更に延ばさなければならない場合には、図62から図67までのプロセスを用いてストレージノードの高さを延ばして、ストレージキャパシタのストレージキャパシタンスを更に増加させることができる。さらに、Hキャパシタの2つの突出領域間の接続領域は、図62から図67までのプロセスを数回繰り返した後に複数の水平サブ接続領域を含むことができる。各サブ接続領域が、Hキャパシタの2つの突出領域を接続し得る。 Also, if the height of the twin-tower storage nodes must be increased further, the process of FIGS. can be done. In addition, the connection area between the two protruding areas of the H capacitor can include multiple horizontal sub-connection areas after repeating the process of FIGS. 62 through 67 several times. Each sub-connection region may connect two protruding regions of the H-capacitor.
工程197にて、図62に示すように、MCEPW-2が、ストレージ電極(すなわち、STSEC-1)の高さよりも低い高さまでエッチバックされる。次いで、STSEC-1の上のhigh-k誘電絶縁体2 6002が、異方性エッチング技術によってエッチング除去され、STSEC-1を取り囲むhigh-k誘電絶縁体2 6002のみが保持される。 At step 197, MCEPW-2 is etched back to a height that is less than the height of the storage electrode (ie, STSEC-1), as shown in FIG. The high-k dielectric insulator 2 6002 above STSEC-1 is then etched away by an anisotropic etching technique, leaving only the high-k dielectric insulator 2 6002 surrounding STSEC-1.
工程198にて、図63に示すように、STSEC-1の頂面の露出シリコン材料をシードとすることによって、選択エピタキシャルシリコン成長技術を利用して、ストレージキャパシタのストレージ電極として、より高い高濃度n+インサイチュドープシリコンタワー6301が成長される。次いで、等方性エッチング技術によってhigh-k誘電絶縁体2 6002をエッチングし、そして、露出したn+ドープシリコンストレージ電極からMCEPW-2への如何なる起こり得る電気接続又はリーク機構も許すことなく、より高い高濃度n+インサイチュドープシリコンタワーの全側壁及び頂面を覆うように、high-k誘電絶縁体3 6302を形成する。 At step 198, selective epitaxial silicon growth techniques are used to seed the exposed silicon material on the top surface of STSEC-1 to form a higher concentration as the storage electrode of the storage capacitor, as shown in FIG. An n+ in-situ doped silicon tower 6301 is grown. Then, etch the high-k dielectric insulator 2 6002 by an isotropic etching technique, and without allowing any possible electrical connection or leakage mechanism from the exposed n+ doped silicon storage electrode to MCEPW-2, the higher A high-k dielectric insulator 3 6302 is formed over all sidewalls and top surface of the heavily n+ in-situ doped silicon tower.
工程199にて、図64に示すように、MCEPW-2のエッジ領域を露出させることを除いて、全てのセルアレイ領域を覆うようにフォトレジスト6402を形成する。次いで、工程200にて、図65に示すように、MCEPW-2の露出させたエッジ領域上のhigh-k誘電絶縁体3 6302をエッチング除去する。次いで、工程201にて、図66に示すように、フォトレジスト6402を除去する。 At step 199, photoresist 6402 is formed over all cell array areas except for exposing the edge areas of MCEPW-2, as shown in FIG. Step 200 then etches away the high-k dielectric insulator 3 6302 on the exposed edge regions of MCEPW-2, as shown in FIG. Then, in step 201, the photoresist 6402 is removed as shown in FIG.
工程202にて、図67に示すように、厚い金属(例えば、タングステンW)層6702を堆積及びエッチバックし、金属層6702は、より高いn+インサイチュドープシリコンタワー及びシリコン表面の上の他の谷状領域の全ての側壁を包み込んで平面状の高台となり、これをMCEPW-3と呼ぶ。MCEPW-3と、既存のMCEPW-2とを、それらのエッジ領域を全て接続して足し合わせたものが、例えばVCCの半分などの定電圧レベルにバイアスされる対向電極プレートとしてだけでなく、金属ヒートシンクのようにいっそう良好な放熱を達成することができるとともに、ワードライン及びアクセストランジスタのゲート構造に関してノイズを抑制したりノイズ耐性を向上させたりすることができる(何故なら、電界をいっそう均等に分散及び分布させ、且つキャパシタプレートにわたって遮蔽することができるからである)金属シールドプレートとしても、良好に機能し得る。図67は、新たに発明したHCoTセルを示しており、アクセストランジスタをクランプするそのストレージキャパシタは、H字形のツインタワー状ストレージ電極によって最大化されたキャパシタストレージ面積を有する。図68は、HCoTセルの概略図を示している。 At step 202, a thick metal (e.g., tungsten W) layer 6702 is deposited and etched back, as shown in FIG. It wraps around all the sidewalls of the shaped region to form a planar plateau, which is called MCEPW-3. The MCEPW-3 and the existing MCEPW-2, with all their edge regions connected together, can be used as a counter-electrode plate biased to a constant voltage level, such as half VCC, as well as a metal Better heat dissipation can be achieved like a heat sink, and noise can be suppressed or improved with respect to the wordline and access transistor gate structures (because the electric field is distributed more evenly). and distributed and shielded across the capacitor plates). FIG. 67 shows a newly invented HCoT cell whose storage capacitor clamping access transistor has capacitor storage area maximized by H-shaped twin-tower storage electrodes. FIG. 68 shows a schematic diagram of an HCoT cell.
図69は、HCoTセル(1T1Cセル)の簡略化した上面図を示しており、その底部を下にアクセストランジスタの高位置化ソース電極まで通して接続したツインタワー状キャパシタストレージ電極に焦点を当てている。HCoTセルのセル領域は矩形状の形状であり、Hキャパシタは、同様に矩形状の形状であるキャパシタ外縁を含み、アクセストランジスタは、キャパシタ外縁内に位置する。キャパシタのフットプリントは、隣接するストレージ電極を分けるためにいくらかのアイソレーション公差を必要とすることを除いて、セル面積とほぼ同じ大きさである。これは、本発明者が知る限り、1T1Cセルの平面の面積に対するストレージキャパシタの平面の面積の比についての最も効率的な設計であるはずである。 FIG. 69 shows a simplified top view of an HCoT cell (1T1C cell), focusing on the twin tower capacitor storage electrodes connected at the bottom down to the elevated source electrodes of the access transistors. there is The cell area of the HCoT cell is rectangular in shape, the H capacitor includes a capacitor outer edge that is also rectangular in shape, and the access transistor is located within the capacitor outer edge. The capacitor footprint is about the same size as the cell area, except that some isolation tolerance is required to separate adjacent storage electrodes. As far as the inventors are aware, this should be the most efficient design for the ratio of the planar area of the storage capacitor to the planar area of the 1T1C cell.
要約すると、本発明は、DRAMセルのサイズを小さくするだけでなく、DRAM動作中の信号対雑音比をも高めるDRAMセルの新しいアーキテクチャを提供する。キャパシタがアクセストランジスタの上に位置して大部分がアクセストランジスタを包囲しており、また、DRAMセル内のこれら基本的な微細構造の幾何学構成を配置及び接続する垂直方向及び水平方向の双方でのセルフアライン技術を発明したので、この新HCoTセルアーキテクチャは、最小物理的フィーチャサイズが10ナノメートルより遥かに小さくなっても、少なくとも4-10スクエアユニットのメリットを確保することができる。Hキャパシタの面積は、HCoTセル面積の50%かた70%を占め得る。 In summary, the present invention provides a new architecture for DRAM cells that not only reduces the size of the DRAM cell, but also increases the signal-to-noise ratio during DRAM operation. Capacitors overlie and largely surround the access transistors, and both vertically and horizontally locating and connecting these basic microstructure geometries within the DRAM cell. Invented self-aligned technique, this new HCoT cell architecture can ensure the benefit of at least 4-10 square units even though the minimum physical feature size is much smaller than 10 nanometers. The area of the H capacitor can occupy 50% to 70% of the HCoT cell area.
また、この新HCoTセルアーキテクチャにおけるキャパシタの金属電極は、放熱のための効率的なルートを提供し、それ故に、それに従って動作中のHCoTセルの温度を低くすることができ、そのような低めの温度は、キャパシタからのリーク電流及び熱/動作ノイズの両方を低減させることになる。加えて、金属電極は更に、アクセストランジスタを通り抜けるワードラインを包囲しており、このような包囲されたワードラインと、シリコン表面よりも下に作製されたアンダーグラウンドビットライン(UGBL)との組み合わせは、複数の異なるワードライン/ビットラインの間でのクロスカップリングノイズを効果的に遮蔽することができ、それ故に、伝統的なDRAMセルアレイ動作における厄介なパターン感度問題が劇的に低減され得る。 Also, the metal electrodes of the capacitors in this new HCoT cell architecture provide an efficient route for heat dissipation and therefore the temperature of the HCoT cell during operation can be lowered accordingly. The temperature will reduce both leakage current and thermal/operating noise from the capacitor. In addition, the metal electrode also surrounds the wordlines passing through the access transistors, and the combination of such surrounded wordlines with underground bitlines (UGBLs) fabricated below the silicon surface is , the cross-coupling noise between different wordlines/bitlines can be effectively shielded, thus the troublesome pattern sensitivity problem in traditional DRAM cell array operation can be dramatically reduced.
また、GIDLリークも、よく設計されたトランジスタ構造により低減されることができ、このような低減されたGIDLリークと、より低い動作温度から得られるリークの低減との組み合わせは、信号対雑音比を更に高くし得るとともに、記憶したデータの信頼性に悪影響を及ぼすことなくHCoTセル内で遥かに小さいサイズのキャパシタを使用する可能性をもたらし得る。 GIDL leakage can also be reduced by well-designed transistor structures, and such reduced GIDL leakage, in combination with the reduced leakage resulting from lower operating temperatures, reduces the signal-to-noise ratio to It can be even higher, and can lead to the possibility of using much smaller sized capacitors in the HCoT cell without adversely affecting the reliability of the stored data.
他にも、本発明のシリコン表面よりも下のUGBLは、ビットラインの抵抗率及びキャパシタンスを柔軟に低下させることができ、従って、キャパシタとビットラインとの間の電荷共有期間中の信号感度を改善することができ、従って、新アーキテクチャのHCoTセルの動作速度も同様に高め得る。 Besides, the UGBL below the silicon surface of the present invention can flexibly lower the resistivity and capacitance of the bitline, thus reducing the signal sensitivity during charge sharing between the capacitor and the bitline. can be improved, and thus the operating speed of the HCoT cells of the new architecture can be increased as well.
要約して、本発明のHCoTセルを、図67に対応する図68にて概略的に説明する。最先端のDRAMセル構造とは対照的に、新しいHCoTセル構造は、10ナノメートル未満で4から10スクエアユニット程度のセルサイズを達成するのを助ける以下の特徴を明らかにする:(1)アクセストランジスタを包囲するストレージキャパシタのストレージ電極;(2)アクセストランジスタを包含するとともにセルアレイ全体を覆う対向電極プレート;(3)セルトポグラフィを小さくするHSSよりも下のアンダーグラウンドビットライン;(4)セルリークを最小化するための、チャネルのエッジに対するセルフアラインによる、調整可能コンダクタンスを有する高位置化ソース電極;(5)セルフアラインによるキャパシタタワーを有するサドルのような、高位置化ソースから延びてアクセストランジスタの上にまたがった、セルフアラインによるストレージ電極;(6)殆どのセルフィーチャが、十分な信頼性及び品質を有する実績ある材料及び処理工程でスケーラブルである;(7)開示されたDRAMセルの大部分について(本発明者の知る限り)、セル形状が、L(長さ)×W(幅)としてシリコンダイの平面表面を占有する矩形として非常に効率的に保たれ、このHCoTセルは、異なるメモリセルの隣接するキャパシタの間でストレージ電極のアイソレーションのために幾らかの距離を確保しなければならないことを除いて、このL×Wのランドスケープの上でストレージキャパシタ領域の最大の広がりを持つと考えられる;(8)実施形態にて説明したように、ストレージ電極の高さは、発明したような複数のテクノロジ及び技術を用いることにより、望ましくて良好な直線状のタワー形状で段階的に築き上げることができ;デバイススケーリング要求によって更に縮小されたセル面積において、セルの平面領域に対する、キャパシタの表面積を拡大するために増大するセル高さの比が、効果的に高められる;(9)突出形状で複数のストレージ電極を作り出し、DRAMキャパシタストレージノードとして接続することで、ストレージ領域を拡大することができ、故に、セルの、限られた、縮小された平面表面積内で、大きいキャパシタンスをもたらすことができる。 In summary, the HCoT cell of the present invention is illustrated schematically in FIG. 68, which corresponds to FIG. In contrast to state-of-the-art DRAM cell structures, the new HCoT cell structure reveals the following features that help achieve cell sizes on the order of 4 to 10 square units below 10 nanometers: (1) access; (2) a counter electrode plate that contains the access transistor and covers the entire cell array; (3) an underground bit line below the HSS that reduces cell topography; (4) reduces cell leakage. (5) an elevated source electrode with adjustable conductance, self-aligned to the edge of the channel to minimize; straddling, self-aligned storage electrodes; (6) most cell features are scalable with proven materials and processes with sufficient reliability and quality; (7) majority of the disclosed DRAM cells. (to the best of the inventor's knowledge), the cell shape is very effectively kept as a rectangle occupying the planar surface of the silicon die as L (length) x W (width), and this HCoT cell can be used for different memory With the maximum extent of storage capacitor area on this L×W landscape, except that some distance must be reserved for storage electrode isolation between adjacent capacitors of a cell. (8) As described in the embodiment, the storage electrode height is built up stepwise in a desirably good straight tower shape by using multiple technologies and techniques as invented. in cell areas further reduced by device scaling requirements, the ratio of cell height to planar area of the cell, which increases to expand the surface area of the capacitor, is effectively enhanced; (9) protruding features By creating multiple storage electrodes in and connecting them as DRAM capacitor storage nodes, the storage area can be expanded, thus providing a large capacitance within the limited, reduced planar surface area of the cell. can.
Claims (14)
前記シリコン表面に結合されたトランジスタであり、ゲート構造、第1の導電領域、及び第2の導電領域を有するトランジスタと、
ストレージ電極を有するキャパシタであり、前記ストレージ電極は、前記トランジスタの前記第2の導電領域に電気的に結合され、前記ストレージ電極は、前記キャパシタの下部電極であって、前記トランジスタの前記ゲート構造の2つの側面及び頂面を覆っている、キャパシタと、
を有することを特徴とするメモリセル構造体。 a silicon substrate having a silicon surface;
a transistor coupled to the silicon surface, the transistor having a gate structure, a first conductive region, and a second conductive region;
A capacitor having a storage electrode, said storage electrode electrically coupled to said second conductive region of said transistor , said storage electrode being a lower electrode of said capacitor and of said gate structure of said transistor. a capacitor covering two sides and a top surface ;
A memory cell structure comprising:
前記ストレージ電極の前記第2の突出領域は、前記シリコン表面から上方に延在して前記第2のスペーサに当接し、前記ストレージ電極の前記第1の突出領域は、前記第1のスペーサに当接し、且つ前記シリコン表面上にある分離領域から上方に延在している、
ことを更に特徴とする請求項2に記載のメモリセル構造体。 The transistor further comprises a first spacer and a second spacer, the first spacer overlying the first side of the gate structure and overlying the silicon surface, and the second spacer. overlies a second side of the gate structure and overlies the silicon surface;
The second protruding region of the storage electrode extends upwardly from the silicon surface and abuts the second spacer, and the first protruding region of the storage electrode abuts the first spacer. abutting and extending upwardly from an isolation region on the silicon surface;
3. The memory cell structure of claim 2, further characterized by:
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