TW477063B - Memory-cells arrangement - Google Patents

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477063 A7 ____B7 __ 五、發明說明（< ) 本發明係關於一種記憶體配置，特別是一種具有記 憶胞陣列之動態記憶體配置，其由許多記憶胞所構 成，各記憶胞分別具有至少一個選擇電晶體及一個記 憶電容器且可藉由字元線及位元線來控制。 動態記憶體配置通常包含許多記憶胞。每一記憶胞 包含至少一個選擇電晶體及一個記憶電容器。這些記 憶胞通常配置成列和行，其中使用許多位元線和字元 線，以使適當地指出各別之記憶胞。在傳統之記憶體 配置中，可藉由位元線和字元線之選取而在讀出或寫 入時選取記憶胞。字元線用來控制該選擇電晶體，使 選擇電晶體可將記憶電容器導電性地與位元線相連 接。以此種方式可經由位元線使電荷儲存在記憶電容 器中或由記憶電容器中讀出電荷。 爲了讀出此種儲存於記憶電容器中之電荷，則通常 使用放大器。這些放大器通常配置在位元線之末端。 由於在讀出所選取之記憶電容器時只有很小之電流流 動，則放大器通常是與一對（pair)位元線相連接。其中 一條位元線用作另一條位元線之參考線，使放大器可 由此二條位元線之間之差異而得知此種儲存在所選取 之記憶電容器中之電荷。位元線中之一通常是設定在 高電位而另一條位元線是在低電位。這因此稱爲互補 式位元線。位元線通常是在金屬平面中延伸，藉由接 觸孔而形成此種至選擇電晶體之擴散區所需之連接。 動態記憶體配置之技術硏發費用之大部份是用在記 憶電容器之產生。爲了在讀出此記憶電容器時形成一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477063 A7 _____B7__ 五、發明說明（> ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 種足夠大之信號，則記憶電容器之電容至少應有 3 5 fF。同時由於記憶電容器之橫向尺寸通常較小，則 通常必須產生更複雜之3維度之結構，以便有足夠之 電容器面積可供使用。 一般所使用之實施形式是所謂堆疊式電容器，其可 以一序列不同之特徵來形成，例如，皇冠式堆疊電容 器或粗矽（半球形微粒）堆疊電容器。但這些特徵都 是表示：其配置於矽基板和選擇電晶體上方。堆疊電 容器因此位於此記憶體配置之一種區域中，此種區域 中亦配置位元線。特別是當使用一對位元線時，則可 配置這些位元線及記憶電容器，使每一記億胞使用儘 可能少之面積且同時使記憶胞之生產成本下降。 依據本發明，上述課題是依據申請專利範圍第1項 之記憶體配置來達成。本發明其它有利之實施形式、 特性及外觀敘述在申請專利範圍各附屬項、說明書及 附圖中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之記憶體配置設有許多記憶胞，其分別具有 至少一個選擇電晶體及一個堆疊電容器且可藉由字元 線和位元線來控制。本發明之記憶體配置之特徵是： a) 第一導電層， b) 第二導電層，其藉由隔離層而與第一導電層相隔 開， Ο就一預定數目之記憶胞而言，至少設置一條第一 位元線，其一部份是在第一導電層中延伸且在該處與 記憶胞之至少一部份相連接，第一位元線之一部份是 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477063 A7 ___B7__ 五、發明說明（4 ) 在第二導電層中延伸， d)記憶胞之堆疊電容器配置在第一和第二導電層之 間。 本發明之記憶體配置所具有之優點是：由於堆疊電 容器在第一和第二導電層之間，則接觸孔（其使第一 導電層可與選擇電晶體相連接）之縱橫比（Aspect ratio)以及所謂〃插栓（plugs)〃（其使記憶電容器可與 選擇電晶體相連接）之縱橫比都可保持很小。此外， 藉由使用二個導電層（例如，二個金屬平面），則可達 成位元線槪念，其在位元線有較大之雜訊時能可靠地 讀出此堆疊電容器中所儲存之電荷。此外，藉由本發 明之記憶體配置可實現一種記憶胞，其橫向範圍小於 或等於7F2。此F(FeatUreSize)是表示以所使用之製造 技術所可產生之最小之結構寬度。 依據較佳之實施形式，就預定數目之記憶胞而言須 設置一條第二位元線，其一部份是在第一導電層中延 伸且在該·處與記憶胞之至少一部份相連接，第二位元 線之一部份是在第二導電層中延伸。若在讀出記憶胞 時這些位元線是互補時，則這樣是特別有利的° 此外，若位元線是與放大器相連接時，則這樣是較 佳的，此放大器讀出此種儲存在記憶胞中之電荷。 依據其它較佳之實施形式，則第一位元線之此一部 份（其在第一導電層中延伸）以及另一部份（其在第 二導電層中延伸）經由至少一個第一接觸區（穿越隔 離層）而互相連接。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ml"裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 477063 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明u ) 若第二位元線之此部份（其在第一導電層中延伸） 及第二位元線之另一部份（其在第二導電層中延伸） 經由至少一個第二接觸區（穿越隔離層）而互相連接’ 則這樣亦是較佳的。若第一和第二接觸區配置成使第 一和第二位元線之電容對於放大器而言是相同的，貝1J 這樣是特別有利的。 依據其它較佳之實施形式’第一及/或第二接觸區 配置於主動區上方。這樣所具有之優點是：這些接觸 區不需額外之面積。所可達成之記憶體密度因此可提 高。 若第一及/或第二接觸區與一種接觸孔相重疊而配 屬於一個記憶胞，則這樣是特別良好的。此外，若第 一及/或第二接觸區中第一導電層具有一種擴大區， 則這樣是較好的。 依據其較佳之實施形式，記憶胞以一種介於1 〇 °和 60 °之間之角度（特別是介於20 °和40 °之間）相對 於第一及/或第二位元線而對準。 此外，若各記憶胞之橫向範圍小於或等於7F2，則 這樣是較佳的。 本發明以下將依據圖式來詳述。圖式簡單說明： 第1圖本發明第一實施例之記憶體配置。 第2圖本發明記憶體配目之俯視圖。 第3圖沿著一列記憶胞之位元線之外形。 第4圖本發明另一實施形式中沿著一列記憶胞之位 元線之外形。 -6 - "^氏張尺度適Θ中國國家標準（CNS)A4規格（210>< 297公爱了 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝 • ϋ ϋ ----訂---------^ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477063 A7 B7____ 五、發明說明（f ) 第5圖本發明第4圖之記憶體配置之俯視圖。 第6圖本發明第4圖之記憶體配置之切面圖。 第7圖本發明之第6圖所示實施形式之一種變化形 式。 第1圖是本發明第一實施形式之記憶體配置。製備 一種具有擴散區2之半導體基板1(通常是矽）。這些 擴散區2與閘極電極3 —起形成該選擇電晶體5。本 例子中，二個記憶胞之選擇電晶體5共同使用一個擴 散區2，以便使記憶胞之空間需求保持儘可能小。許 多閘極電極3在垂直於此圖面之方向中經由字元線而 在電性上互相連接。爲了使不同之字元線或閘極電極 3在電性上互相隔開，則各字元線（閘極電極3 )須由 絕緣材料4 (例如，二氧化矽）所圍繞。 爲了可在記憶胞之擴散區2和位元線之間形成一種 導電性連接’則須在絕緣材料4中設置一些接觸孔 1 5，接觸孔1 5中以導電材料（例如，摻雜之矽或鎢） 塡入。然後在絕緣材料4上產生第一導電層1 4(例如， 鋁層）以便產生位元線之一部份。然後對第一導電層 1 4進行結構化以形成位元線。須配置這些位元線，使 其經由接觸孔1 5而與選擇電晶體5之擴散區2相連 接。爲了隔開不同之位元線，則須設置一種隔離層， 其在第1圖中以參考符號6表示。 在絕緣材料6上配置各堆疊電容器，其是由第一電 極7、非導電性介電材料或鐵電質材料8以及第二電 極9所構成。每一記憶胞之選擇電晶體5分別經由一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公g ) --------I I IAV ^ · I------^ , I------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 477063 A7 B7 五、發明說明u ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 種所謂〃插栓〃 1 〇而導電性地與堆疊電容器之第一電 極7相連接。插栓1 0通常是由摻雜之多晶矽所構成。 現在施加一種隔離層1 2於上部電極9上。例如，可使 用S i 0 2層作爲隔離層，其是以c V D方法沈積而成。 爲了產生位元線之其它部份，然後在絕緣材料i 2 上產生弟一導電層16 (其例如是一種銘層）。然後對 弟一導電層1 6進行結構化，以便又形成位元線。 第2圖是本發明記憶體配置之俯視圖。第2圖顯示 8個記憶胞，其中各堆疊電容器只顯示下部電極7。各 記憶胞經由各接觸孔1 5而與位元線B L < 0 >和B L < 1 > 相連接。各條位元線BL<0>和BL<1>在第2圖中由上 向下延伸。第2圖中只顯示位元線BL<〇4D BL<1>2 一部份，其在第一導電層14中是在堆疊電容器之下部 電極7下方延伸。與所示之位元線81^<0>或BL<1>互 補之位元線直接在位元線BL<0>和BL<1>上方（即， 圖面之上方，未顯示）延伸。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 控制各記憶胞之選擇電晶體所用之字元線WL<〇> 至WL<4>垂直於位元線BL<〇4D BL<1>而延伸。如第 2圖所示，各記憶胞是以大約3 0 °之角度而對準位元 線BLUD BL<1〉。由於記憶胞此種對準方式，則記 憶胞可較緊密地配置著，這樣在給定之晶片面積時即 可使記憶體電容値增大。第2圖中央之陰影區顯示以 此種方式所產生之7F2單元。 現在若只有位元線BL<0：^a BL<1>在第一導電層14 中延伸，而與它們互補之位元線是在上方之導電層1 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477063 A7 一 _J7 五、發明說明（7 ) 中延伸，則所造成之結果是：位元線BL<0^D BL<1> 及其互補位元線之電容及電阻即可大大地不同。這樣 又會使放大器之測量受到不利之影響。 爲了避免上述現象，則位元線BL<〇4〔 ：^<1>以及 相對應之互補位元線bBL<〇4Q bBL<l>不但在下方之 導電層中延伸而且亦在上方之導電層中延伸。這將在 第3圖之例子中詳述。位元線61^<1>在下方之導電層 中由圖面之左側延伸至線23。在線23和線24之間製 備一種接觸區，以便使位元線BL<1>可與上方之導電 層相連接。位元線BL<1>在上方之導電層（金屬平面） 中由線24延伸至線27。 互補之位元線581^<1>在上方之導電層（金屬平面） 中由圖面之左側延伸至線23。在線23和線24之間製 備另一接觸區，其使位元線匕31^<1>可與下方之導電 層（金屬平面）相連接。位元線bBL<l>在下方之導 電層（金屬平面）中在線2 4和線2 7之間延伸。位元 線BL<1>_ bBL<l>分別與記憶胞相連接，這些位元 線在下方之導電層（金屬平面）中延伸。以此種方式 可確保：此二條位元線BL<1^D bBL<l>之電容和電 阻是同樣大的。 位元線BL<〇4D bBL<0>(其顯示在第3圖之下部 中）以類似之方式來形成。此二條位元線61^<0>和 bBL<0>2轉換是在是線25和線26之間進行。位元線 BL<1：^D bBL<l>以及BL<0>和bBL<0>之右端分別配 置一種放大器SA (感測放大器），其可記錄此種由記 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂—------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 477〇63 A7 B7 $、發明說明（ί ) 憶胞所讀出之電荷，如第3圖所示，在本發明之此種 實施形式中對上方之導電層和下方導電層之間的各接 觸區而言在線24和25、26和27、27和28之間設有 特定區。在這些特定區中不設置記憶胞。 爲了進一步提高此記憶體密度，第4圖顯示本發明 之另一實施形式。位元線BL<〇4D BL<1〉以及相對應 之互補位元BL<〇ea BL<1>亦在下方之導電層和上方 之導電層中延伸。但和第3圖所示實施形式不同的 是：現在這些接觸區（其使上方和下方之導電層互相 連接）直接製備在主動區（即，記憶胞之區域中）之 上方。因此，這些區域（其中各接觸區只設置在上方 和下方之導電層之間）即可不需要。 第5圖是本發明第4圖之記憶體配置之俯視圖。第 5圖顯示一列記憶胞，其中堆疊電容器只顯示下部電 極7。記憶胞經由接觸孔15而與位元線BL<0>、BL<1> 和 BL<2>相連接。位元線 BL<0>、BL<141] BL<2>^E 第5圖中由上向下延伸。相較於第2圖而言，第5圖 中亦顯示這些與位元線BL<0>、BL<1>和BL<2>互補 之位元線 bBL<0>、bBL<l>、bBL<2> 〇 控制記憶胞之選擇電晶體所用之字元線爲了淸楚之 故在第5圖中未顯示。如第5圖所示，記憶胞是以大 約30 °之角度而對準各條位元線BL<〇>、BL<1>和 BL<2> 〇由於記憶胞之此種對準作用，則記憶胞可較 緊密地配置著，這樣可在給定之晶片面積中使記憶體 電容增大。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂--- 經濟部智慧財1·局員工消費合作社印製 477063 A7 _____B7_ 五、發明說明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 須選取位元線BL<0>、BL<HD BL<2>或互補位元 線bBL<0>、乜8乙<1>和bBL<2>之在第5圖中可看到之 部份，使位元線81^<1>和bBL<l>可設有二個接觸區 17A和17B(請參閱第6圖），位元線BL<14[1 bBL<l> 因此可在上方和下方之導電層之間變換位置。在第5 圖之下部邊緣處，此位元線BL<1>是在上方之導電層 中延伸。在上方之導電層中，位元線61^<1>在右側由 接觸區17A旁經過而延伸且然後觸及此接觸區17B。 此位元線BL<1>經由接觸區17B而延伸至下方之導電 層，其在此位置經由接觸孔而與二個記憶胞相連接。 在接觸區1 7B之後此位元線BL<1>在下方之導電層中 延伸直至第5圖之上方邊緣爲止。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在第5圖之上部邊緣處此種與位元線BL<1>互補之 位元線bBL<l>在上方之導電層中延伸。在上方之導 電層中位元線匕81^<1>在左側由接觸區17B旁經過而 延伸且然後觸及此接觸區17A。此位元線bBL<l\，由 接觸區1 7 A而延伸至下方之導電層，其在此位置經由 接觸孔而與二個記憶胞相連接。在接觸區1 7 A之後此 位元線581^<1>在下方之導電層中延伸直至第5圖之 下方邊緣爲止。 若接觸區1 7A、1 7B和接觸孔1 5在俯視圖中重疊地 配置著，則這樣是較佳的。以此種方式可製成很小之 記憶胞。 第6圖是接觸區17A之周圍之切面圖。第6圖所示 之情況不同於第1圖所示者之處是：第6圖中在上方 -11 - 冢紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮) "" 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477063 A7 B7 五、發明說明（I。） 之導電層16和下方之導電層14之間配置一個接觸區 17A。第6圖中所顯示之其它元件對應於第1圖中所 示之元件，因此不再詳述。 爲了可靠地達成：在記億體配置之製程中存在一些 對準上之誤差時在上方和下方之導電層之間可靠地形 成一種接觸區，則下方之導電層1 4須較寬地形成在接 觸區17中。這由第5圖中可淸楚看出。 若下方之導電層不是以較寬之方式配置在接觸區 1 7 A本身中，則亦可另外設置一個登陸墊1 8。此登陸 墊例如可由下部電極7之材料或上部電極9之材料所 製成。 本發明之記憶體配置所具有之優點是：由於第一和 第二導電層之間配置各堆疊電容器，則接觸孔1 5 (其 使第一導電層1 4可與選擇電晶體5相連接）之縱橫比 以及所謂〃插栓〃 1 0 (其使記憶電容器可與選擇電晶 體5相連接）之縱橫比都可保持較小。此外’發展之 位元線槪念可在很小之記憶胞中實現° 符號說明 1…砂基板 2…擴散區 3…聞極電極 4…S i 0 2層 5…選擇電晶體 6…S i 0 2層 7…下部電極 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ·I------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 477063 A7 B7 五、發明說明（"） 質電介 \質電鐵 8 極電 KH 咅上 9 ο 2 4 6 插si鋁接鋁 A B 7 7 8 3 1 2 登 8 2 检ο 層觸層妾妾陸 二 ΓΤΤ · IX ί ϊ Γ1Γ II r3J *、< I 區區 層 孔 觸觸？!線 裝--------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 477063^ 經濟部智^財次^;:只工消費合作社印製 α\8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 第89 1 2088 1號「記憶體配置」專利案 (90年4月修正） 六、申請專利範圍： 1. 一種記憶體配置，其具有許多記憶胞，這些記憶胞分 別具有至少一個選擇電晶體（5)及一個堆疊電容器且可 經由字元線和位元線而被控制，其特徵爲： a) 第一導電層（14)， b) 第二導電層（16)，其藉由隔離層（12)而與第一導層 (14)相隔開， c) 就一預定數目之記憶胞而言，至少設置第一位元 線（BL<0>，BL<1>，BL<2>)，其一部份是在第一導電 層（1 4)中延伸且在該處與記憶胞之至少一部份相連 接，第一位元線之一部份是在第二導電層（16)中延伸’ d) 記憶胞之堆疊電容器（7,8，9)配置在第一和第二導 電層之間。 2. 如申請專利範圍第1項之記憶體配置，其中就一預定 數目之記憶胞而言，設有第二位元線（bBL<0> ’ bBL<l>，bBL<2>)，其一部份是在第一導電層（14)中延 伸且在該處與記憶胞之至少一部份相連接，第二位元 線之一部份是在第二導電層（16)中延伸。 3. 如申請專利範圍第2項之記憶體配置，其中在讀出各 記憶胞時第一位元線（BL<0>，BL<1>，BL<2>)和第二 位元線（bBL<0>，bBL<l>，bBL<2>)是互補的。 4·如申請專利範圍第2或第3項之記憶體配置，其中這 本纸:¾尺度適用中國國家標輋（CNS ) Λ4規格（21 OX 297公釐） 477063 A8 B8 C8 D8 Μ濟部智总財.-Ϊ,,ΤΗ(工消費合作社印製 4、中請專利範圍 些位元線（BL<0〉’ BL<1〉，BL<2>，bBL<0>，bBLcl〉， bBL<2〉）是與放大器（SA)相連接，此放大器（SA)讀出此 種儲存在記憶胞之一之中之電荷。 5. 如申請專利範圍第1項之記憶體配置，其中第一位元 線（BL<0>，BL<1>，BL<2>)之在第二導電層（16)中延伸 之此部份經由至少第一接觸區（17B)(經由隔離層（12)) 而互相連接。 6. 如申請專利範圍第1或第2項之記憶體配置，其中第 二位元線（bBL<0>，bBL<l>，bBL<2>)是之在第一導電 層（14)中延伸之此部份以及第二位元線（bBL<0>， bBL<l>，bBL<2>)之在第二導電層（16)中延伸之此部份 經由至少第二接觸區（17A)(經由隔離層（12)而互相連 接。 7. 如申請專利範圍第6項之記憶體配置，其中須配置第 一和第二接觸區（17A，17B)，使得對此放大器（SA)而言 第一和第二位元線之電容是相同的。 8·如申請專利範圍第5項之記憶體配置，其中第一及/ 或第二接觸區（17A，17B)配置於主動區上方。 9. 如申請專利範圍第6項之記憶體配置，其中第一及/ 或第二接觸區（17A，17B)配置於主動區上方。 10. 如申請專利範圍第8項之記憶體配置，其中第一及/ 或第二接觸區（17A,17B)互相與接觸孔（15)重疊地配置 於記憶胞。 11·如申請專利範圍第8或第10項之記憶體配置，其中在 -2- 度適用中國國家標鼕（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫 本» 裝 、1Τ 線 477063 ABCD 經濟部智总財只工消費合作社印製

   、申請專利範圍 第一及/或第二接觸區（17A,17B)和第一導電層（14)之 間配置一種登陸墊（18)。 12.如申請專利範圍第5項之記憶體配置，其中在第一及 /或第一接觸區（17A,17B)中第一導電層（14)具有一種 擴大區。 13·如申請專利範圍第6項之記憶體配置，其中在第一及 /或第二接觸區（17 A,17B)中第一導電層（14)具有一種 擴大區。 14·如申請專利範圍第1或第2項之記憶體配置，其中這 些記憶胞以10°和60°之間之角度相對於第一及/或 第二位元線（BL<0>，BL<1>，BL<2>，bBL<0>，bBL<l>， bBL<2>)而對準。 如申請專利範圍第1 4項之記憶體配置，其中這些記憶 胞以20°和40°之間之角度相對於第一及/或第二位 兀線（BL<0>，BL<1>，BL<2>，bBL<0>，bBL<l>，bBL<2>) 而對準。 16.如申請專利範圍第1或第2項之記憶體配置，其中這 些記憶胞是以橫向範圍小於或等於7F2之形式而構成。 木紙張尺度適用中國國家標嗥（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 ιέ 之 意 事 項 存 訂 線