JP7586587B2 - Memory Cell Structure - Google Patents
Memory Cell Structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP7586587B2 JP7586587B2 JP2023136061A JP2023136061A JP7586587B2 JP 7586587 B2 JP7586587 B2 JP 7586587B2 JP 2023136061 A JP2023136061 A JP 2023136061A JP 2023136061 A JP2023136061 A JP 2023136061A JP 7586587 B2 JP7586587 B2 JP 7586587B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- oxide
- nitride
- transistor
- region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 110
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 110
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 109
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 108
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 73
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 68
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 10
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 140
- 238000000034 method Methods 0.000 description 84
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 47
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 47
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 46
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 40
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 39
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 38
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 36
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 19
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 238000013461 design Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 10
- 102000008221 Superoxide Dismutase-1 Human genes 0.000 description 8
- 108010021188 Superoxide Dismutase-1 Proteins 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100031629 COP9 signalosome complex subunit 1 Human genes 0.000 description 1
- 102100027648 COP9 signalosome complex subunit 3 Human genes 0.000 description 1
- 101000741048 Homo sapiens Alpha-S1-casein Proteins 0.000 description 1
- 101000940485 Homo sapiens COP9 signalosome complex subunit 1 Proteins 0.000 description 1
- 101000726002 Homo sapiens COP9 signalosome complex subunit 3 Proteins 0.000 description 1
- 101000793859 Homo sapiens Kappa-casein Proteins 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101000956368 Trittame loki CRISP/Allergen/PR-1 Proteins 0.000 description 1
- FRIKWZARTBPWBN-UHFFFAOYSA-N [Si].O=[Si]=O Chemical compound [Si].O=[Si]=O FRIKWZARTBPWBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- AYTVLULEEPNWAX-UHFFFAOYSA-N cesium;azide Chemical compound [Cs+].[N-]=[N+]=[N-] AYTVLULEEPNWAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
本発明は、メモリセル構造に関し、特に、より密な構造、より小さな面積、より低いリーク電流、より高いキャパシタンスなどを持つメモリセル構造に関する。 The present invention relates to a memory cell structure, and in particular to a memory cell structure having a denser structure, a smaller area, a lower leakage current, a higher capacitance, etc.
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 the DRAM (Dynamic Random Access Memory) with 1T1C memory cells, which not only offers the best cost-performance capabilities as main memory and/or buffer memory for computing and communication applications, but also serves as the best driver of technology scaling down to maintain Moore's Law by shrinking the minimum feature size on silicon from a few micrometers to around 20 nanometers. Recently, logic technology, which continues to use embedded SRAM (Static Random Access Memory) as a scaling down driver, has made a claim to bring the achievement of the leading edge technology node near 5 nanometers to manufacturing. In comparison, the best claim of the technology node of DRAM is still above 10-12 nanometers. The main problem is that the structure of 1T1C memory cells is very difficult to scale further, even with very challenging design rules, scaled access transistor (i.e. 1T) design, and the use of three-dimensional storage capacitors (i.e. 1C), such as stacked capacitors or very deep trench capacitors on parts of the access transistor and isolation region.
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。 Difficulties with 1T1C memory cells are well known issues with huge funding and R&D investments in technology, design and equipment, but they are detailed here. Some examples of difficulties are: (1) the structure of the access transistor suffers from unavoidable and more serious current leakage problems that degrade the 1T1C memory cell storage function, for example shortening the DRAM refresh time; (2) the complexity of placing the word lines, bit lines and storage capacitors on those geometric and topographic structures, as well as the connections to the gate, source and drain of the access transistor, becomes even worse due to scaling down; (3) trench capacitors suffer from excessive aspect ratios of depth to opening size, and are almost stuck at the 14 nm node; (4) stacked capacitors suffer from topography degradation, and there is almost no space for contact space between the storage capacitor and the source of the access transistor after twisting the active area from 20 degrees to over 50 degrees. Furthermore, the space allowed for the bit line contact to the drain of the access transistor is becoming much smaller, yet we still have to struggle to maintain self-alignment, (5) the worsening leakage current problem will require us to continue to increase the height of the capacitor to increase capacitance and have a larger capacitance area unless we can find a much higher-k dielectric insulator material for the storage capacitance, (6) without a technology breakthrough to solve the above problems, it will become increasingly difficult to meet all of the increasing demands for better reliability, quality and resilience of DRAM chips that increasingly demand higher density/capacity and performance, etc.
本発明は、1T-1Cメモリセル構造を実装するためのプロセスを用いて、新しいHCoT(アクセストランジスタ(すなわち、1T)をクランプするために真上に配置されたH形キャパシタ(すなわち、1C))を提供する。 The present invention provides a new HCoT (H-shaped capacitor (i.e., 1C) placed directly above the access transistor (i.e., 1T) to clamp it) using a process to implement a 1T-1C memory cell structure.
本発明の一実施形態はメモリセル構造を提供する。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。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。 One embodiment of the present invention provides a memory cell structure. The memory cell structure includes a silicon substrate, a transistor, and a capacitor. The silicon substrate has a silicon surface. The transistor is coupled to the silicon surface, the transistor including a gate structure, a first conductive region, and a second conductive region. The 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 periphery 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 present invention, the storage electrode has an outer periphery, and the transistor is disposed within the outer periphery.
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 covering 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 bit line electrically coupled to the first conductive region of the transistor, the bit line being located 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 bit line electrically coupled to the first conductive region of the transistor through a bridge contact, the bridge contact being located below the silicon surface, a first sidewall of the bridge contact being aligned with an edge of the bit line, the bridge contact having an upper portion and a lower portion, the upper portion of the bridge contact abutting the silicon substrate and the lower portion of the bridge contact being spaced from the silicon substrate by a first isolation 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 present invention, the capacitor includes a first protruding region, a second protruding region, and a connection region, the connection region being above a gate structure of a transistor and connecting the first protruding region and the second protruding region, and confining the transistor with 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 covering a first side of the gate structure and located above the silicon surface, and a second spacer covering a second side of the gate structure and located above the silicon surface, a second protruding region of the capacitor extends upward from the silicon surface and abuts the second spacer, and a first protruding region of the capacitor abuts the first spacer and extends upward from an isolation region on the silicon surface.
本発明の他の一実施形態はメモリセル構造を提供する。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。 Another embodiment of the present invention provides a memory cell structure. The memory cell structure includes a silicon substrate, a transistor, and a capacitor. The silicon substrate has a silicon surface. The transistor is coupled to the silicon surface, the transistor including a gate structure, a first conductive region, and a second conductive region. The 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, the capacitor includes a storage electrode including a first protruding region, a second protruding region, and a connection region vertically stacked on a top surface of the transistor to connect the first protruding region and the second protruding region, the second protruding region connecting to a 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 present invention, the transistor is clamped by 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 present invention, the memory cell structure further includes a counter electrode, a plurality of first transistors, and a plurality of first storage electrodes respectively corresponding to the plurality of first transistors, the counter electrode covering the plurality of first transistors and the plurality of first storage electrodes, and the counter electrode being coupled to a 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 bit line electrically coupled to the first conductive region of the transistor, the bit line being located below the silicon surface and electrically coupled to the first conductive region of the transistor via 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 located below the silicon surface and a first sidewall of the bridge contact is aligned with an 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 present invention, the bridge contact includes an upper portion and a lower portion, the upper portion of the bridge contact abutting the silicon substrate and the lower portion of the bridge contact being 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 covering a first side of the gate structure and located above the silicon surface, and the second spacer covering a second side of the gate structure and located above the silicon surface. A second protruding region of the storage electrode extends upward from the silicon surface and abuts the second spacer, and a first protruding region of the storage electrode abuts the second spacer and extends upward from an isolation region on the silicon surface.
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 protruding region is rectangular in shape and the top surface of the second protruding region is another rectangular in shape.
本発明の他の一実施形態は、セル領域と該セル領域内の内側領域とを含むメモリセル構造を提供する。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。 Another embodiment of the present invention provides a memory cell structure including a cell region and an inner region within the cell region. The memory cell structure includes a transistor and a capacitor. The transistor is within the inner region. The capacitor is within the cell region, the capacitor including a plurality of protruding regions and a connection region, the connection region being above 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 regions are rectangular in shape and the top surface of one protruding region is another rectangular in shape.
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, and a first of the plurality of protruding regions extends upward and downward from a 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 connects to a second conductive region of the transistor.
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 present invention, the multiple protruding regions confine the transistor.
本発明の他の一実施形態はメモリセル構造を提供する。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、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。 Another embodiment of the present invention provides a memory cell structure. The memory cell structure includes a silicon substrate, a transistor, and a capacitor. The silicon substrate has a silicon surface. The transistor is coupled to the silicon surface and includes a gate structure, a cap isolation layer over the gate structure, a first conductive region, and a second conductive region. The capacitor is electrically coupled to the second conductive region of the transistor, the capacitor overlies the transistor, and has a capacitor periphery 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 outer edge of the capacitor.
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 present invention, the capacitor further includes a storage electrode, the storage electrode including a first protruding region, a second protruding region, and a connection region on the cap isolation layer connecting the first protruding region and the second protruding region, the first protruding region and the second protruding region extending upward and downward from a 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 invention, the first protruding region extends upward from the top surface of the cap isolation layer to a position higher than the connection region, and extends downward from the top surface of the cap isolation layer 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 location higher than the connection region, and extends downward from the top surface of the cap isolation layer to the silicon surface.
本発明の他の一実施形態はメモリセル構造を提供する。当該メモリセル構造は、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。 Another embodiment of the present invention provides a memory cell structure. The memory cell structure includes a counter electrode, a plurality of first transistors, and a plurality of first storage electrodes. The plurality of first storage electrodes correspond to the plurality of first transistors, respectively, and a counter electrode covers the plurality of first transistors and the plurality of first storage electrodes, and the counter electrode is coupled to a first voltage source.
本発明のこれら及び他の目的は、様々な図及び図面に例示される好適実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後に当業者には疑いなく明らかになる。 These and other objects of the present invention will no doubt become obvious to those skilled in the art after reading the following detailed description of the preferred embodiment that is illustrated in the various figures and drawings.
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 Figures 1A-1F, Figure 1A is a flow chart 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, a p-type silicon substrate), define the active area of the DRAM cell array and form a shallow trench isolation (STI).
Step 20: Form asymmetric spacers along the sidewalls of the active area.
Step 25: Form underground conductive lines (eg, bitlines, etc.) between the asymmetric spacers and below 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: Define the drain regions (ie, first conductive regions) and source regions (ie, second conductive regions) of the access transistors of the DRAM cell array.
Step 40: Form a connection between the underground bit line and the drain region of the access transistor.
Step 45: Form the 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 Figures 1B and 2. Step 15 may include:
Step 102: Deposit a pad oxide layer 204 and a pad nitride layer 206 on a horizontal silicon surface (hereinafter "HSS") 208 of a substrate.
Step 104: Defining the active areas of the DRAM cell array, and removing portions of the substrate material (eg, silicon material) corresponding to the horizontal silicon surfaces 208 outside the active areas to create trenches 210.
Step 106: Deposit an oxide layer 214 in the trench 210 and etch back the oxide layer 214 to form a shallow trench isolation (STI) below the 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 Figure 1C and Figures 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 trench 210 and planarized by chemical mechanical polishing (CMP) techniques (FIG. 3).
Step 112: A photoresist layer 306 is deposited over the SOD 304 and the pad nitride layer 206 (FIG. 3).
Step 114: The top edge nitride 1 spacers and SOD 304 not covered by 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, for example 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 Figures ID and 6-10. Step 25 may include:
Step 118: A metal layer 602 is deposited in the trench 210 and planarized by CMP techniques (FIG. 6).
Step 120: A photoresist layer 702 is deposited and patterned (Figure 7).
Step 122: The metal layer 602 corresponding to the edges of the active areas is etched to form a plurality of conductive lines (FIG. 8).
Step 124: The photoresist layer 702 is removed and the metal layer 602 (the conductive lines) is etched back to form underground bit lines (UGBLs) 902 or underground conductive lines (FIG. 9).
Step 126: Oxide 2 layer 1002 is deposited in trench 210 and planarized by CMP techniques (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 Figure 1E and Figures 11-15. Step 30 may include:
Step 128: A thick oxide 3 layer 1102, a thick nitride 2 layer 1104, and a patterned photoresist layer 1106 are deposited, and then unwanted portions of the oxide 3 layer 1102 and nitride 2 layer 1104 are etched or removed (FIG. 11).
Step 130: The patterned photoresist layer 1106, the pad nitride layer 206, and the pad oxide layer 204 may be removed to reveal the HSS (FIG. 12).
Step 132: The exposed HSS is etched to create a U-shaped recess, a high-k insulator layer 1304 is formed, and a gate material 1306 (such as tungsten) is deposited and then etched back to form the word line and gate structures of the access transistors (FIG. 13). Such access transistors may be referred to as U-transistors.
Step 134: Deposit nitride 3 layer 1402 and then etch back, followed by deposit oxide 4 layer 1404 and then etch back or planarize oxide 4 layer 1404 (Figure 14).
Step 136: Etch away nitride 2 layer 1104 and oxide 3 layer 1102 (Figure 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 Figure 1F and Figures 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 (Figure 16).
Step 142: Deposit spin-on dielectric (SOD) 1702 followed by CMP, etch the top of polysilicon 1 layer 1606, and deposit cap oxide 1 layer 1704 followed by CMP (FIG. 17).
Step 144: Remove SOD 1702 and then deposit nitride 5 layer 1802 (Figure 18).
Step 146: Deposit SOD 1902, then CMP, deposit photoresist 1904, then etch back the unwanted SOD 1902 (FIG. 19).
Step 148: Etch away the exposed nitride 5 layer 1802, pad oxide layer 204, and silicon material corresponding to HSS-1/3 to create hole 1/3 (FIG. 20).
Step 150: Remove photoresist 1904 and thermally grow oxide 7 layer 2102 (Figure 21).
Step 152: Deposit another SOD layer 2202 on the oxide 7 layer 2102, then etch back the another SOD layer 2202 (Figure 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 excavate and remove silicon material corresponding to HSS-1/2 to create hole 1/2 (FIG. 23).
Step 156: The photoresist 2302 is removed and an oxide 8 layer 2402 is thermally grown (FIGS. 24 and 25).
Step 158: Remove bottom nitride 1 spacers to reveal the underground bitline sidewalls and remove nitride 5 layer 1802 (FIGS. 26 and 27).
Step 160: Deposit a metal layer 2802 into 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 the silicon material corresponding to hole 1/2 (FIG. 31).
Step 166: Based on the exposed silicon material, an n+ in-situ doped silicon layer 3202 is grown laterally to contact the drain region and the tungsten plug (FIG. 32).
Step 168: Thermally grow Oxide 9 layer 3302 on n+ in-situ doped silicon layer 3202 (Figure 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 Figure 1H and Figures 34-42. Step 45 may include:
Step 170: Etch back oxide 9 layer 3302 and deposit and etch back polysilicon a layer 3402 (FIG. 34).
Step 171: Remove the nitride 6 spacers and deposit and etch back polysilicon b layer 3502 (FIG. 35).
Step 172: Remove all SOD and Nitride 5 layers 1802 (Figure 36).
Step 173: Deposit and etch back metal layer (e.g., 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 techniques (FIG. 40).
Step 176: Etch away the oxide 5 spacers and thermally grow and etch oxide a layer 4102 (Fig. 41).
Step 177: By using the exposed silicon surfaces of the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D, the elevated source electrode EH-2S and the elevated drain electrode EH-2D are grown (FIG. 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 43-67. Step 50 may include:
Step 178: Deposit and etch back SOD-1 layer 4302 (Figure 43).
Step 179: Etch away the W buffer wall (WBW) (FIG. 44).
Step 180: Deposit and etch nitride a-layer 4502 (Figure 45).
Step 181: The polysilicon a layer 3402 and the polysilicon b layer 3502 are removed, and a part of the bottom of the elevated drain electrode EH-1D is etched by using an isotropic etching technique (FIG. 46).
Step 182: Thermally grow oxide bb layer 4702 (Figure 47).
Step 183: Remove the nitride spacers and SOD-1 layer 4302 by using isotropic etching techniques (FIG. 48).
Step 184: Form high-k dielectric insulator 1 layer 4902 (Figure 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: Grow n+ in-situ doped silicon material laterally on top of nitride 3 layer 1402 by using the exposed silicon sidewalls of the EH-2 electrode (FIG. 53).
Step 189: Deposit nitride cc layer 5402 (Figure 54).
Step 190: Remove MCEPW-1 (Figure 55).
Step 191: Perform selective epitaxy silicon growth using the exposed LGS-2D and exposed LGS-2S as seeds to create twin tower storage electrodes (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 more heavily n+ in-situ doped silicon layer laterally and vertically from the exposed silicon areas of both the LGS-2D and LGS-2S by using selective epitaxy silicon growth techniques (FIG. 58).
Step 194: Remove the oxide d-spacers (Fig. 59).
Step 195: Remove high-k dielectric insulator 1 4902 and form high-k dielectric insulator 2 6002 (Figure 60).
Step 196: Deposit a metal layer (eg, tungsten) 6102 and then polish the metal layer 6102 using CMP techniques (FIG. 61).
Step 197: Etch back the MCEPW-2 and then etch away the high-k dielectric insulator 2 6002 on top of the STSEC-1 (FIG. 62).
Step 198: Grow larger heavily n+ in-situ doped silicon towers 6301, etch high-k dielectric insulator 2 6002, and form high-k dielectric insulator 3 6302 (Figure 63).
Step 199: A photoresist 6402 is formed (FIG. 64).
Step 200: Etch away the high-k dielectric insulator 3 6302 on the exposed edge areas of the MCEPW-2 (FIG. 65).
Step 201: Remove the photoresist 6402 (Figure 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 (such as those shown in FIG. 6 for the underground bit lines and in FIG. 13 for the word lines, electrodes, and/or counter electrodes of the capacitor) can be tungsten, but due to the susceptibility of tungsten materials to oxides or oxidation processes, it is better to cover the tungsten layer with another TiN layer or suitable layer. This invention does not describe a detailed protection process for the tungsten layer, but assumes that the metal layer including the tungsten layer is well treated to avoid oxidation directly above it. Of course, there are several suitable metal layers that are suitable for use in the underground bit lines and word lines, and are not limited to a specific type of metal material that is not suitable for insertion into the integration process.
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 above-mentioned manufacturing method is as follows. Starting with a p-type silicon wafer (i.e., a p-type substrate 202), in step 102, as shown in FIG. 2(a), a pad oxide layer 204 is formed on a horizontal surface 208 (i.e., when the substrate is a silicon substrate, it is called a horizontal silicon surface (HSS) or an original silicon surface (OSS), and hereinafter, the horizontal silicon surface or HSS is used as an example), and then a pad nitride layer 206 is deposited on 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。 In step 104, the active areas of the DRAM cell array can be defined by photolithography mask techniques, and as shown in FIG. 2(a), the active areas of the DRAM cell array correspond to the pad oxide layer 204 and the pad nitride layer 206, and the horizontal silicon surfaces 208 outside the active area pattern are exposed accordingly. With the horizontal silicon surfaces 208 outside the active area pattern exposed, the portions of the silicon material corresponding to the horizontal silicon surfaces 208 outside the active area pattern can be removed by anisotropic etching techniques to create trenches (or canals) 210, for example, the trenches 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。 In step 106, an oxide layer 214 is deposited to completely fill the trench 210, and then the oxide layer 214 is etched back so that the STI inside the trench 210 is formed below the HSS. Also, FIG. 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). Furthermore, 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 about 200 nm deep below the HSS when the trench 210 is 250 nm deep below the HSS.
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。 In step 108, a nitride 1 layer is deposited and etched back by anisotropic etching to create nitride 1 spacers along both edges (i.e., top and bottom edges) of the trench 210, as shown in FIG. 3(a). In step 110, an SOD 304 is deposited in the trench 210 over the STI to fill the trench 210, as shown in FIG. 3(a). The SOD 304 is then planarized by a CMP technique to make the top surface of the SOD 304 flush 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, as shown in FIG. 3(a), the bottom edge nitride 1 spacer along the bottom edge of the trench 210 is protected by the photoresist layer 306 by utilizing a photolithography mask technique, and the top edge nitride 1 spacer along the top edge of the trench 210 is not protected. That is, after the photoresist layer 306 is deposited on the SOD 304 and the pad nitride layer 206, the portion of the photoresist layer 306 above the top edge nitride 1 spacer is removed, but the portion of the photoresist layer 306 above the bottom edge nitride 1 spacer is retained, so that the bottom edge nitride 1 spacer can be protected and the top edge nitride 1 spacer can be removed later. Also, FIG. 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). In step 114, as shown in FIG. 4, the top edge nitride 1 spacers and SOD 304 that are not covered by the photoresist layer 306 are etched away by an etching process.
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。 In step 116, as shown in FIG. 5, both the photoresist layer 306 and the SOD 304 are stripped, where the SOD 304 has a much higher etch rate than the thermal oxide and some of the deposited oxide. 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 on the pad nitride layer 206, and the 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 edge nitride 1 spacer and oxide 1 spacer) on the two symmetric edges (top and bottom edges) of the trench 210, respectively. For example, the thickness of the oxide 1 spacer is 4 nm, and the thickness of the bottom edge nitride 1 spacer is 3 nm. In other words, an asymmetric spacer is formed along the sidewall of the active area. The structure of the asymmetric spacer (shown in FIG. 5) and the associated process described above are the key inventions of the present invention and are referred to as asymmetric spacers on two symmetrical edges of a trench or 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。 In step 118, as shown in FIG. 6, a metal layer 602 (or a conductive material that needs to withstand subsequent processing conditions) is deposited to completely fill the trench 210 and is then planarized by CMP techniques to make the top surface of the metal layer 602 flush with the top surface of the pad nitride layer 206 (as shown in FIG. 6). Also, in one embodiment of the present invention, the metal layer 602 can 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。 In step 120, a photoresist layer 702 is deposited, covering both the bottom nitride 1 spacer and the oxide 1 spacer, but exposing two edges of the bottom nitride 1 spacer and the oxide 1 spacer that correspond to the edges of the active areas, as shown in FIG. 7.
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。 In step 122, as shown in FIG. 8, the metal layer 602 corresponding to the edges of the active areas is etched until the tops of the oxide 1/STI layer 504 are exposed, separating the conductive lines (i.e., the metal layer 602).
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。 In step 124, as shown in FIG. 9(a), after the photoresist layer 702 is removed, the metal layer 602 is etched back to a reasonable thickness inside the trench 210 to form a conductive line or underground bit line (UGBL) 902, where the top surface of the underground bit line 902 is far below the HSS (e.g., the thickness of the underground bit line 902 is about 40 nm). Also, as shown in FIG. 9(a), the underground bit line 902 is above the STI, and both side walls of the underground bit line 902 are bounded by asymmetric spacers, i.e., bottom edge nitride 1 spacer and oxide 1 spacer, respectively. Also, 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。 In step 126, as shown in FIG. 10 (cross-sectional view along the Y direction shown in FIG. 9(b)), the oxide 2 layer 1002 (called CVD-STI-oxide2) needs to be thick enough to fill the trench 210 above the underground bitline 902, and then the oxide 2 layer 1002 is polished to ensure that it is flush with the top surface of the pad nitride layer 206, covering both the bottom edge nitride 1 spacer and the oxide 1 spacer. As shown in FIG. 10, step 126 can embed and bound the underground bitline 902 (i.e., interconnect line) with all the insulator (i.e., isolation region) inside the trench 210 (and later, the underground bitline 902 will be connected to the drain of the access transistor of the DRAM cell array), which is called the underground bitline surrounded by insulator (UGBL). The UGBL is another important 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 shows how to form both the access transistors and the word lines of a DRAM cell (1T1C cell) array, where the word lines simultaneously connect all associated gate structures of the access transistors in a self-aligned manner, so that both the gate structures and the word lines are connected as a single piece of metal, e.g. 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。 In step 128, as shown in FIG. 11(a), first, a thick oxide 3 layer 1102, a thick nitride 2 layer 1104, and a patterned photoresist 1106 are deposited. Then, by using etching techniques, the unnecessary portions of the oxide 3 layer 1102 and the nitride 2 layer 1104 are removed. The transistor/word line pattern is defined by the composite layer of oxide 3 layer 1102 and nitride 2 layer 1104, which is composed of multiple stripes in a direction perpendicular to the direction of the active areas. Thus, as shown in FIG. 11(a) and FIG. 11(b), longitudinal (Y-direction) stripes (oxide 3 layer 1102 and nitride 2 layer 1104) defining the access transistors and word lines are formed, and the active areas 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 reveals a woven checkerboard pattern with longitudinal stripes of oxide 3 layer 1102 and nitride 2 layer 1104 on top of pad nitride layer 206 and pad oxide layer 204, with both active areas and STI in the horizontal direction (i.e., X direction as shown in FIG. 11(b)). The active areas allow the access transistors to be fabricated by a kind of self-aligned technique. Such a checkerboard woven proposal to create a self-aligned structure in which the gate structure of the access transistor and the word line are fabricated in one processing step is another key 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。 In 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 preserved, as shown in FIG. 12(a), and then both the photoresist layer 1106 and the pad oxide layer 204 are removed, as shown in FIG. 12(b). As a result, horizontal silicon surfaces 208 (i.e., HSS) are exposed at the cross-point squares (shown in FIG. 12(b)) that correspond 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)。 In step 132, as shown in FIG. 13, the exposed HSS at the cross point square position is etched by anisotropic etching technique to form a recess (e.g., U-shaped, etc.), where the U-shaped 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 the HSS. Since this U-shaped recess of the access transistor is exposed, the channel doping design can be achieved by some well-designed boron (p-type dopant) concentration to dope the U-shaped channel 1302 of the U-shaped recess for the desired threshold voltage of the access transistor after the subsequent high-k metal gate structure formation. A suitable high-k insulator layer 1304 is formed as the gate dielectric layer of the access transistor, and the top surface of the two edges of the high-k insulator layer 1304 is higher than the HSS. Then, select a suitable gate material 1306 that is suitable for the wordline conductance and can achieve the targeted work function performance of the access transistor to have a lower threshold voltage (the goal in selecting a suitable gate material 1306 is to lower the boosted wordline voltage level as low as possible, but provide enough device drive to support faster charge transfer for signal sensing while completing the restoration of a sufficient amount of charge in the capacitor).
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。 The gate material 1306 is thick enough to fill the U-shaped recess (shown in FIG. 13) between two adjacent longitudinal stripes (oxide 3 layer 1102 and nitride 2 layer 1104). The gate material 1306 is then etched back to result in a longitudinal (Y-direction) word line sandwiched between two adjacent longitudinal stripes (oxide 3 layer 1102 and nitride 2 layer 1104). For example, the gate material 1306 can be tungsten (W) which forms a high-k metal gate structure that, with suitable channel doping concentration, allows for the design of a lower threshold voltage, which is desirable for the access transistor.
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) is different from the recessed transistor commonly used in state-of-the-art buried wordline designs. The U-transistor has its body bounded on both sides by CVD-STI-oxide2 along the Y direction (i.e., channel width direction), and its channel length includes the depth of one edge of the U-shaped channel 1302 on the side corresponding to the drain of the U-transistor, the length of the bottom surface 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), the total channel length of the U-transistor is about 127 nm. In contrast, the channel length of the recessed transistor must depend more 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.
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 can be 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. Furthermore, as will be described later on how to complete the drain and source of the U-transistor, the dopant concentration profile of each of the drain and source of the U-transistor is much more controllable, with smaller variations in device design parameters as will be more clearly demonstrated, since the HSS is fixed. Furthermore, the simultaneous formation of the gate structure and word line of the U-transistor in the longitudinal direction by self-alignment between two adjacent longitudinal stripes (oxide 3 layer 1102 and nitride 2 layer 1104) ensures that the word line is not below the HSS, which presents significantly different design and performance parameters than the commonly used buried word line. In addition, the height of the word line (i.e., gate material 1306) is designed to be lower than the height of the composite layer (composed of oxide 3 layer 1102 and nitride 2 layer 1104) by using an etch-back technique (shown in FIG. 13). The structural design of the gate structure of the U-transistor, which is self-aligned to the word line, is another important 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。 14, a nitride 3 layer 1402 (i.e., a dielectric cap) is deposited, followed by an oxide 4 layer 1404, where the nitride 3 layer 1402 and the oxide 4 layer 1404 are stacked with a combined thickness large enough to fill the space between two adjacent longitudinal stripes (oxide 3 layer 1102 and nitride 2 layer 1104). The oxide 4 layer 1404 and the nitride 3 layer 1402 are then etched back (or polished back) to be flush with the top surface of the nitride 2 layer 1104 to form a composite stack of the oxide 4 layer 1404 and the nitride 3 layer 1402 directly above the word line (i.e., the gate material 1306).
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, as shown in FIG. 15, the nitride 2 layer 1104 is etched away by anisotropic etching techniques, leaving the oxide 4 layer 1404/nitride 3 layer 1402 over the word lines. The oxide 3 layer 1102 is then also etched away by anisotropic etching, exposing the pad nitride layer 206. The gate structure (e.g., oxide 4 layer 1404/nitride 3 layer 1402/gate material 1306, etc.) is achieved for both the gate of the U transistor and the word line in the longitudinal direction (i.e., Y direction) within the U-shaped recess.
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。 In step 138, as shown in FIG. 16, the pad nitride layer 206 is removed everywhere, leaving the pad oxide layer 204. The CVD-STI-oxide2 (i.e., oxide2 layer 1002) is etched back to be flush with the top surface of the 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。 In step 140, as shown in FIG. 16, a nitride 4 layer 1602 is deposited and etched by anisotropic etching techniques to create nitride 4 spacers with a well-designed preferred thickness. Next, an oxide 5 layer 1604 is deposited and etched by anisotropic etching techniques to create oxide 5 spacers. Then, a polysilicon 1 layer 1606 (intrinsic and undoped) is deposited over the entire surface and etched by anisotropic etching techniques to create polysilicon 1 spacers, making the polysilicon 1 spacers surround the word lines (e.g., word 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 surrounded along the gate structure (e.g., oxide 4 layer 1404/nitride 3 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 Figures 16 and 17, for convenience and clarity in describing a DRAM cell array having word lines and bit lines, the word line located in the center is labeled word line-1 (corresponding to access transistor AQ1), the word line adjacent to the left of word line-1 is labeled word line-2 (corresponding to access transistor AQ2 adjacent to the left of access transistor AQ1), and the drain regions (drain-1 and drain-2) between word line-1 and word line-2, still covered by pad oxide layer 204, are 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), and the source regions (source-1 and source-3) between word line-1 and word line-3, still covered by pad oxide layer 204, 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。 In step 142, as shown in FIG. 17, SOD 1702 is deposited to a thickness sufficient to fill the gaps between the wordlines (corresponding to the drain and source regions), and then the SOD 1702 is polished by CMP to a level flush with the top surface of the oxide 4 layer 1404. Then, a portion of the upper portion of the polysilicon 1 layer 1606 is etched by anisotropic etching. Then, cap oxide 1 layer 1704 is deposited to fill the gaps above the polysilicon 1 spacers, and then planarized by CMP 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。 In step 144, as shown in FIG. 18, the SOD 1702 is etched away, where the SOD 1702 has a much higher etch rate than the etch rate of the deposited or thermally grown oxide layers, which are well preserved. Then, a nitride 5 layer 1802 is deposited over the entire surface, as shown in FIG. 18.
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。 In step 146, as shown in FIG. 19, SOD 1902 is deposited to a thickness sufficient to fill the gaps between all the wordlines, and then the SOD 1902 is polished to a level planar with the top surface of the nitride 5 layer 1802. Photoresist 1904 is then deposited on the planar surface to cover the areas reserved for the drain regions (i.e., drain-1 and drain-2) and expose the areas reserved for the source regions (i.e., source-1 and source-3). The SOD 1902 corresponding to the areas reserved for the source regions is then removed by using the nitride 5 layer 1802 surrounding all the wordlines as a self-aligned mask. Once the desired pattern has been transferred to the SOD 1902, all the unnecessary photoresist is removed, and thus the SOD 1902 is planarized, as shown in FIG. 19.
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。 In step 148, the nitride 5 layer 1802 and pad oxide layer 204 exposed in the center of the source region between the two word lines (word line-1 and word line-3) are etched away to expose the HSS, as shown in FIG. 20. The exposed HSS is located between source-1 of access transistor AQ1 and source-3 of access transistor AQ3, so the exposed HSS between source-1 and source-3 can be called HSS-1/3. As shown in FIG. 20, the HSS-1/2 between word line1 and word line2 will be used as the location for drain-1 (i.e., the drain of access transistor AQ1) and drain-2 (i.e., the drain of access transistor AQ2) and also to vertically connect access transistors AQ1, AQ2 to the UGBL. Furthermore, on the other right side of word line-1, HSS-1/3 between word line-1 and word line-3 will be used for source-1 (i.e., the source of access transistor AQ1) and source-3 (i.e., the source of access transistor AQ3), but source-1 and source-3 are separate and cannot be connected. This is because source-1 and source-3 will later be connected to additional cell storage nodes CSN1 and 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。 In addition, to summarize, although this photolithography mask technique is used to cover HSS-1/2, the mask utilized by this photolithography mask technique is not a critical mask, and its function is only to allow processing HSS-1/3 separately from processing on HSS-1/2. As mentioned above, SOD 1902 is deposited with a thickness sufficient to create a smooth surface topology, and then photoresist 1904 is deposited to act as a mask material that protects SOD 1902 covering the drain region but exposes the source region. Also, the reason for using SOD is that SOD has a very high etch rate, so it is removed without damaging other materials present, and SOD is resistant to thermal processes other than photoresist.
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 below the HSS-1/3 (corresponding to the center of the source region) is excavated by anisotropic etching techniques to create a hole-1/3 surrounded by bottom edge nitride-1 and oxide-1 spacers on two opposing sides (not shown in FIG. 20) and by silicon substrate 202 on the other two opposing sides.
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。 21, the photoresist 1904 is then removed and an oxide-7 layer 2102 is thermally grown to fill the hole 1/3. The oxide-7 layer 2102 is partially grown on the cap oxide-1 layer 1704 and not elsewhere due to the lack of oxide growth on the nitride-5 layer 1802. The oxide-7 layer 2102 filling the hole 1/3 is called the oxide-7 plug, which has a smooth surface that is 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。 In step 152, as shown in FIG. 22, another SOD layer 2202 is deposited, the other SOD layer 2202 being thick enough to fill the void above the oxide 7 layer 2102 in the hole-1/3, and the top material of the other SOD layer 2202 is removed by CMP techniques until the top surface of the other 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。 In step 154, as shown in FIG. 23, photoresist 2302 is deposited to cover the areas corresponding to the source regions and expose the areas reserved for the drain regions. The mask used in step 154 is not a critical mask, and its function is only to allow processing of HSS-1/2 separately from the processing above HSS-1/3. The exposed SOD 1902, exposed nitride 5 layer 1802, and the exposed pad oxide layer 204 below are then removed to expose the HSS (i.e., 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, on a third side by a bottom edge nitride 1 spacer, and on a fourth side by an oxide 1 spacer. 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。 24, the photoresist 2302 is removed and an oxide 8 layer 2402 is thermally grown to produce an oxide 8 spacer that covers three of the four sidewalls of the hole 1/2 and the bottom of the hole 1/2, except for the third sidewall covered by the bottom nitride 1 spacer. Furthermore, the oxide 8 layer 2402 is partially grown on the cap oxide 1 layer 1704. FIG. 25 shows a cross-sectional view of the DRAM cell array along the Y2 direction that runs perpendicular to the X direction along the center of the hole 1/2, and as shown in FIG. 25, the active area is sandwiched by the CVD-STI-oxide 2, the bit line (UGBL), the oxide 1 spacer, and the bottom 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, as shown in Figures 26 and 27, the bottom edge nitride 1 spacer on the third sidewall in hole 1/2 is removed by an isotropic etching technique while simultaneously removing the nitride 5 layer 1802 (as shown in Figure 27, since the bottom edge nitride 1 spacer is very thin, this isotropic etching technique should not damage other structures above the HSS and should not remove the oxide 8 layer 2402 in hole 1/2).
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。 In step 160, as shown in FIG. 28, a metal layer (e.g., tungsten) 2802 is deposited thick enough to fill hole 1/2, and then all metal layer 2802 above the HSS is etched back by an isotropic 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 a nitride 6 spacer surrounding the polysilicon 1 spacer corresponding to the reserved drain region.
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。 In step 162, a portion of the top of the tungsten plug under the HSS is etched back as shown in FIG. 29. The tungsten plug is connected to the UGBL from the sidewall of the tungsten plug to the sidewall of the UGBL in the hole 1/2 as shown in FIG. 30.
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。 In step 164, as shown in FIG. 31, the top portion of the oxide 8 layer 2402 is removed by a well-designed amount through anisotropic etching techniques, resulting in oxide 8 spacers having a height less than that of the tungsten plugs. A portion of the cap oxide 1 layer 1704 may be etched as well, as shown in FIG. 31.
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。 In step 166, as shown in FIG. 32, by utilizing selective epitaxy silicon growth (SEG) technique, an n+ in-situ doped silicon layer 3202 is grown laterally from the two exposed silicon edges (adjacent to and above the oxide 8 layer 2402 and the tungsten plug), thus resulting in necklace-shaped conductive n+ silicon drains (referred to as n+ silicon drain collars) that connect to the HSS on both sides of the hole 1/2 as drain-1 and drain-2 of the access transistors AQ1, AQ2, respectively, and also as a conductive bridge (i.e., bridge contact) between the UGBL and the access transistors AQ1, AQ2.
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。 In step 168, as shown in FIG. 33, an oxide-9 layer 3302 with a well-designed thickness is thermally grown locally on the n+ silicon drain collar to be the cap of HSS-1/2 (and such oxide-9 layer 3302 may cover the cap oxide-1 layer 1704). The above connection method, which creates the underline bridge contact between UGBL and drain-1 (drain-2), is another important invention of this invention, where drain-1 and drain-2 are oxide-capped n+ drains.
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。 In step 170, as shown in FIG. 34, a portion of the oxide 9 layer 3302 covering the n+ silicon drain collar may be etched back to a thickness that is the height of the pad oxide 204, and the oxide 9 layer 3302 covering the cap oxide 1 layer 1704 is etched away. A thick intrinsic polysilicon a layer 3402 is then deposited in the 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。 In step 171, the nitride 6 spacers (nitride 6 layer 2804) are removed by an isotropic etching technique, as shown in FIG. 35. An intrinsic polysilicon b layer 3502 is deposited and then etched back using an anisotropic etching technique to leave a void-filling residue immediately adjacent to the polysilicon a layer 3402 and to form approximately the same thickness in both the polysilicon a layer 3402 and the polysilicon b layer 3502.
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。 In step 172, as shown in FIG. 36, all SOD (i.e., SOD layer 1902 and another SOD layer 2202) are removed and nitride 5 layer 1802 is removed by isotropic etching techniques. FIG. 37 also shows a top view of the HCoT cell array structure up to this stage, particularly the geometry of the word lines (word line-1, word line-2, word line-3), underground bit lines (UGBL), source regions (source-1 and source-3) of access transistors AQ1, AQ3, and drain regions (drain-1 and drain-2) of access transistors AQ1, AQ2.
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。 In step 173, as shown in FIG. 38, a metal layer (e.g., tungsten) 3802 is deposited and a portion of the metal layer 3802 is etched back to form a W-Buffer-Wall (WBW).
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。 In step 174, as shown in FIG. 39, the cap oxide 1 layer 1704 on top of the polysilicon 1 spacers is removed. The polysilicon 1 spacers are then etched away, and the pad oxide layer 204 underneath the polysilicon 1 spacers is also removed, thus exposing the HSS corresponding to the source and drain regions (referred to as seed HSS regions for source and drain regions, SHAR), respectively.
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。 In step 175, both the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D are vertically grown on the HSS using selective epitaxy silicon growth technique by using the exposed HSS (SHAR) as a seed, as shown in FIG. 40. The elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D can be pure silicon material instead of polycrystalline or amorphous silicon material, since they are grown gradually and well by using the exposed HSS (SHAR) as a seed. Both the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D are surrounded by 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, the CVD-STI-oxide2 cannot provide a seed function for selective epitaxial silicon to grow on, so this selective epitaxial silicon growth should stop at the edge of the CVD-STI-oxide2, resulting in some laterally overgrown pure silicon material that may not cause adjacent electrodes to connect. Furthermore, after the elevated source electrode EH-1S and the elevated drain electrode EH-1D are grown, an optional RTA (rapid temperature annealing) step can be used to form an NLDD (n+ lightly doped drain) 4012 under the elevated source electrode EH-1S or the elevated drain electrode EH-1D so that the elevated source electrode EH-1S or the elevated drain electrode EH-1D has a better electrical connection to the channel region of the transistor.
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。 The new process design to achieve elevated source electrode EH-1S and elevated drain electrode EH-1D is described as follows: (1) By using SHAR as a seed to grow elevated source electrode EH-1S and elevated drain electrode EH-1D by selective epitaxy silicon growth technique, the key is to design suitable in-situ n-type doping concentration during silicon growth and use rapid temperature annealing process to achieve suitable interface conductance of the channel region of the access transistor (which includes the conductance of silicon surface directly under the gate dielectric, HSS under nitride4/oxide5 spacer, and elevated source electrode EH-1S or elevated drain electrode EH-1D, respectively) and achieve lower leakage current, especially for gate-induced drain leakage (GIDL), drain-induced barrier lowering (DIBL), subthreshold leakage due to short channel effect, and junction leakage.
(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 grown to a specified height that is lower than the height of the final EH-1+2 electrode (i.e., the elevated source electrode EH-1+2S and the elevated drain electrode EH-1+2D). In step 176, as shown in FIG. 41, the oxide 5 spacer is first etched by an isotropic etching technique to leave a seam between the nitride 4 spacer and the elevated drain electrode EH-1D (and between the nitride 4 spacer and the elevated source electrode EH-1S). Then, an oxide a layer 4102 is thermally grown (referred to as an oxide a cap layer) to cover the elevated drain electrode EH-1D (or the elevated source electrode EH-1S) on three sidewalls and its top surface except for the last fourth sidewall bounded by the WBW. The purpose of performing the careful stepwise 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, thereby achieving a high quality oxide-silicon interface on the top surface of the source electrode EH-1S (or the top surface of the drain electrode EH-1D) (though there is a suspicion that the selective epitaxy silicon growth process may instead result in amorphous or low quality silicon material, which may degrade the quality of the silicon source electrode, causing reduced carrier mobility that cannot provide sufficient on-current when the access transistor is turned on, or additional defect amounts that may increase leakage when the access transistor is turned off). The cap portion of the oxide a layer 4102 is then etched by anisotropic etching techniques, leaving the oxide a layer 4102 present between the nitride 4 spacer and the source electrode EH-1S (or between the nitride 4 spacer and the drain electrode EH-1D).
(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) In step 177, as shown in FIG. 42, a second selective epitaxial silicon growth is performed by using the exposed silicon surfaces of the source electrode EH-1S and the drain electrode EH-1D as high-quality silicon seeds to grow the elevated source electrode EH-2S and the elevated drain electrode EH-2D, respectively. During the second selective epitaxial silicon growth, a well-designed higher in-situ n+ doping concentration can be achieved in the elevated source electrode EH-2S and the elevated drain electrode EH-2D in preparation for a low-resistance connection between the elevated source electrode EH-2S (or the elevated drain electrode EH-2D) and the storage electrode of a stacked storage capacitor (SSC) to be fabricated later. The combination of the elevated source electrode EH-1S and the elevated source electrode EH-2S is called the elevated source electrode EH-1+2S (similarly, the combination of the elevated drain electrode EH-1D and the elevated drain electrode EH-2D is called the elevated drain electrode EH-1+2D). Furthermore, taking the elevated source electrode EH-1+2S as an example, as shown in FIG. 42, the upper part of the elevated source electrode EH-1+2S, i.e., the elevated source electrode EH-2S, has a high-quality n+ doped silicon material that directly abuts the nitride 4 spacer on one sidewall, the opposite sidewall abuts the WBW, and the other two sidewalls are widely open in the Y direction along the longitudinal word line. The height of the elevated source electrode EH-1+2S (the height of the elevated drain electrode EH-1+2D) is often designed to be lower 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。 In step 178, as shown in FIG. 43, a thick SOD-1 layer 4302 is deposited on the surfaces of the elevated drain electrode EH-2D and the elevated source electrode EH-2S, respectively, and the SOD-1 layer 4302 is etched 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。 In step 179, the WBW is etched away over the entire wafer surface, as shown in FIG. 44.
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)。 In step 180, as shown in FIG. 45, a nitride a layer 4502 is deposited and etched by using anisotropic etching technique to form nitride a spacers surrounding all sidewalls of the elevated source electrode EH-1+2S and the elevated drain electrode EH-1+2D, respectively. The difference is that the nitride a spacers surrounding the elevated source electrode EH-1+2S (elevated drain electrode EH-1+2D) stand on the polysilicon a layer 3402 and polysilicon b layer 3502 acting like a mattress layer (but there is no such polysilicon a layer 3402 and polysilicon b layer 3502 acting like a mattress layer on the sides of the elevated source electrode EH-1+2S (elevated drain electrode EH-1+2D)).
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。 46, in step 181, first, the polysilicon a layer 3402 is removed using an anisotropic silicon etching technique (at this time, the remaining silicon regions such as the elevated drain electrode EH-2D and the elevated source electrode EH-2S are sufficiently protected by the SOD-1 layer 4302 and the nitride a spacer, respectively). Next, the polysilicon b layer 3502 and a part of the bottom of the elevated drain electrode EH-1D are etched away using an isotropic etching technique due to the seam (or void) caused by the buffer space due to the thickness occupied by the removed polysilicon a layer 3402 and polysilicon b layer 3502. Please 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 force, and (2) the nitride a spacers are not completely suspended on air because the nitride a spacers surround the EH-1+2 electrodes with their feet standing on the CVD-STI-oxide2 (i.e., oxide 2 layer 1002) and with strong adhesion of the nitride a spacers by chemical bonding. The end result of creating this novel process design is to make the HSS under the elevated drain electrode EH-1D exposed.
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。 In step 182, as shown in FIG. 47, a thermal oxidation process is performed to grow a high quality oxide bb layer 4702 on the exposed HSS surface shown in FIG. 46 by a thermal chemical reaction between silicon and silicon dioxide, thus providing oxide isolation that sufficiently isolates the drain region from the bottom of the EH-1+2D electrode that it 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。 In step 183, as shown in FIG. 48, an isotropic etching technique is used to remove the nitride a-spacers and SOD-1 layer 4302 associated with the EH-1+2 electrodes (i.e., the elevated source electrode EH-1+2S and the elevated drain electrode EH-1+2D). Then, in step 184, a high-k dielectric insulator 1 layer 4902 is formed as shown in FIG. 49.
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。 In step 185, as shown in FIG. 50, a thick metal layer (e.g., tungsten, etc.) 5002 is deposited and etched back to leave its remnants well designed to provide a height slightly higher than the EH-1+2 electrodes (i.e., elevated source electrode EH-1+2S and elevated drain electrode EH-1+2D) but similar to the height of the nitride-4 spacers. The metal layer 5002 that extends 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 electrodes, but may also cover the oxide-4 layer 1404 and the top surface of the nitride-4 spacers of the composite stack.
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。 In step 186, as shown in FIG. 51, the high-k dielectric insulator 1 4902 on the oxide 4 layer 1404 is removed by anisotropic etching techniques, and then the top layer of the composite stack, the oxide 4 layer 1404, is etched away without damaging the high-k cap 1 covered by MCEPW-1 and the high-k dielectric insulator 1 4902. Hence, there is a canal-like recessed area on top of the composite stack with the nitride 4 spacers on two sides, which stand like a taller fence with a height above the thickness of the nitride 3 layer 1402, but with an exposed top facing the canal-like 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。 In step 187, as shown in FIG. 52, the top of the nitride-3 layer 1402 above the composite stack is removed by an isotropic etching technique for a well-designed thickness. At the same time, the top of the nitride-4 spacer is also removed by an isotropic etching technique so that the top surface of the remaining nitride-4 spacer and the top surface of the nitride-3 layer 1402 are at the same height as the horizontal flat surface of both the nitride-3 layer 1402 and the nitride-4 spacer. The isotropic etching technique, which caused the height of the nitride-4 spacer to be reduced after the nitride-4 spacer loses its top portion, exposes the upper silicon sidewall of the EH-2 electrode facing the nitride-4 spacer.
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。 In step 188, as shown in Figure 53, a selective epitaxial silicon growth technique is used to grow n+ in-situ doped silicon material laterally on top of the nitride 3 layer 1402 by using the exposed silicon sidewalls of the EH-2 electrodes (i.e., elevated source electrode EH-2S and elevated drain electrode EH-2D) facing the word line direction. With word line-1 as the reference, there is an elevated source electrode EH-1+2S on one side of word line-1, and there is an elevated drain electrode EH-1+2D on the other side of word line-1. By controlling the growth time, both the epitaxial silicon grown laterally from the elevated source electrode EH-2S (called LGS-2S) and the epitaxial silicon grown laterally from the elevated drain electrode EH-2D (called LGS-2D) are not allowed to meet each other in the center of word line-1, but instead there is a well-designed gap in the horizontal space (or vacancy).
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。 In step 189, as shown in FIG. 54, a thick high quality nitride cc layer 5402 is deposited, and then CMP technique is used to expose both LGS-2D and LGS-2S, leaving a nitride cc isolation layer (nitride cc layer 5402) between LGS-2D and LGS-2S to completely isolate them. At the same time, the tops of both MCEPW-1 and high-k dielectric insulator 1 4902 are removed by either CMP technique or etch-back, leaving the remaining parts at 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。 In step 190, MCEPW-1 (i.e., metal layer 5002) is removed, as shown in FIG. 55.
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)。 In step 191, as shown in FIG. 56, by using the exposed LGS-2D and exposed LGS-2S as seeds (referred to as SBSES-D and SBSES-S, respectively, with the abbreviation SBSES as Seeding Base for Growing Storage-Electrode Skyscraper), selective epitaxy silicon growth is performed to create twin-tower storage electrodes for the storage capacitor, as shown in the following description how they are completed (here there are two twin towers of electrodes, one elevated electrode on the drain side called LGS-2D-Tower and the other elevated electrode on the source side called LGS-2S-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。 In step 192, as shown in FIG. 57, a thin oxide d layer 5702 is thermally grown and then anisotropic etching techniques are used to remove the oxide d layer 5702 on the LGS-2D-Tower and LGD-2S-Tower to form oxide d spacers. An isotropic etching technique is used to remove the nitride cc layer 5402 to expose the side edges of the 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。 In step 193, as shown in FIG. 58, a more highly n+ in-situ doped silicon layer is grown laterally from the exposed silicon regions of both LGS-2D and LGS-2S using selective epitaxy silicon growth techniques until a new connected silicon layer (called LGS-2DS) is formed. Furthermore, as shown in FIG. 58, a more highly n+ in-situ doped silicon layer is grown vertically from the top surfaces of the LGS-2D-Tower and LGD-2S-Tower, also using selective epitaxy silicon growth techniques. As shown in FIG. 58, a horizontal connection region (which may include LGS-2DS) connects one vertical protruding region (e.g., elevated drain electrode EH-1+2D) to the other vertical protruding region (e.g., elevated source electrode EH-1+2S) of the H-capacitor. The horizontal connection region does not need to be coupled to the center of each protruding region, but 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。 Then, in step 194, the oxide d-spacers are removed as shown in FIG. 59. In step 195, an isotropic etching technique is used to remove the high-k dielectric insulator 1 4902 and form the high-k dielectric insulator 2 6002 surrounding the grown twin tower storage electrodes as shown in FIG. 60.
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。 In step 196, a thick metal layer (e.g., tungsten) 6102 (MCEPW-2) is deposited and then etched back or polished using CMP techniques to produce a planar surface, as shown in Figure 61. This shows the newly invented HCoT cell with a twin tower H-shaped (storage capacitor) storage electrode completely surrounded by high-k dielectric insulator 2 6002, which is completely surrounded on the outside by a counter electrode plate metal layer (i.e., metal layer 6102) that is bussed to a fixed voltage (e.g., half VCC). As shown in FIG. 61, the newly constructed storage capacitor surrounds the access transistor AQ1 like a saddle tightly clamped on the access transistor AQ1, with the fully extended surface area of the storage electrode rising straight up from the HSS at the bottom of the elevated source electrode EH-1S of the access transistor AQ1 to the top of the signal tower storage electrode (called STSEC-1) of the storage capacitor, surrounding the entire surface area of the LGS-2S-Tower, and then crossing all four sidewalls of the LGS-2D-Tower down through the other three sidewalls of the LGS-2S to the top of the oxide bb layer 4702 at the bottom of the elevated drain electrode of the access transistor AQ1. Nearly all four sidewall surfaces surrounding the twin towers are used to create a near maximum dielectric area to maximize the storage capacitance of the storage capacitor as much 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。 In addition, if the height of the twin-tower storage node needs to be further extended, the process from FIG. 62 to FIG. 67 can be used to extend the height of the storage node to further increase the storage capacitance of the storage capacitor. Furthermore, the connection region between the two protruding regions of the H capacitor can include multiple horizontal sub-connection regions after repeating the process from FIG. 62 to FIG. 67 several times. Each sub-connection region can 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。 In step 197, as shown in FIG. 62, the MCEPW-2 is etched back to a height that is lower than the height of the storage electrode (i.e., STSEC-1). The high-k dielectric insulator 2 6002 on top of the STSEC-1 is then etched away by anisotropic etching techniques, retaining only the high-k dielectric insulator 2 6002 surrounding the 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。 In step 198, as shown in FIG. 63, a higher highly n+ in-situ doped silicon tower 6301 is grown as the storage electrode of the storage capacitor using selective epitaxial silicon growth technique by using the exposed silicon material on the top surface of STSEC-1 as a seed. Then, the high-k dielectric insulator 2 6002 is etched by isotropic etching technique, and a high-k dielectric insulator 3 6302 is formed to cover the entire sidewall and top surface of the higher highly n+ in-situ doped silicon tower without allowing any possible electrical connection or leakage mechanism from the exposed n+ doped silicon storage electrode to MCEPW-2.
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。 In step 199, photoresist 6402 is formed to cover all cell array areas except for exposing edge regions of MCEPW-2, as shown in FIG. 64. Then, in step 200, the high-k dielectric insulator 3 6302 on the exposed edge regions of MCEPW-2 is etched away, as shown in FIG. 65. Then, in step 201, the photoresist 6402 is removed, as shown in FIG. 66.
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。 In step 202, as shown in FIG. 67, a thick metal (e.g., tungsten W) layer 6702 is deposited and etched back, which wraps around all the sidewalls of the higher n+ in-situ doped silicon towers and other valley regions above the silicon surface to form a planar plateau, which we call MCEPW-3. The sum of MCEPW-3 and the existing MCEPW-2 with all their edge regions connected together can function well not only as a counter electrode plate biased to a constant voltage level, e.g., half VCC, but also as a metal shield plate that can achieve better heat dissipation like a metal heat sink and can suppress noise or improve noise immunity for the wordline and access transistor gate structures (because the electric field can be more evenly distributed and distributed and shielded across the capacitor plate). FIG. 67 shows the newly invented HCoT cell, whose storage capacitor that clamps the access transistor has a maximized capacitor storage area with an H-shaped twin tower storage electrode. Figure 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。 Figure 69 shows a simplified top view of an HCoT cell (1T1C cell), focusing on the twin tower capacitor storage electrodes connected through their bottoms down to the elevated source electrodes of the access transistors. The cell area of the HCoT cell is rectangular in shape, the H-capacitor includes the capacitor periphery that is also rectangular in shape, and the access transistors are located within the capacitor periphery. The capacitor footprint is approximately the same size as the cell area, except that some isolation tolerance is required to separate adjacent storage electrodes. This should be the most efficient design for the ratio of storage capacitor planar area to 1T1C cell planar area that the inventors are aware of.
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 of DRAM cells that not only reduces the size of the DRAM cells but also enhances the signal-to-noise ratio during DRAM operation. Because the capacitor is located above and mostly surrounds the access transistors, and because we have invented both vertical and horizontal self-aligning techniques to place and connect these basic microstructure geometries in the DRAM cell, the new HCoT cell architecture can ensure at least 4-10 square units of advantage even when 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, which reduces both the leakage current from the capacitor and the thermal/operational noise. In addition, the metal electrodes also surround the word lines passing through the access transistors, and the combination of such surrounded word lines and underground bit lines (UGBLs) fabricated below the silicon surface can effectively shield the cross-coupling noise between different word lines/bit lines, and therefore 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, combined with the reduced leakage resulting from lower operating temperatures, can lead to even higher signal-to-noise ratios and the possibility of using much smaller sized capacitors in HCoT cells 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。 In addition, the UGBL below the silicon surface of the present invention can flexibly reduce the resistivity and capacitance of the bit line, thus improving the signal sensitivity during charge sharing between the capacitor and the bit line, and thus increasing the operating speed of the HCoT cell of the new architecture 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 diagrammatically in FIG. 68, which corresponds to FIG. 67. In contrast to state-of-the-art DRAM cell structures, the new HCoT cell structure demonstrates the following features that help achieve cell sizes on the order of 4 to 10 sq. units at less than 10 nanometers: (1) storage electrode of the storage capacitor surrounding the access transistor; (2) counter electrode plate containing the access transistor and covering the entire cell array; (3) underground bit lines below the HSS to reduce cell topography; (4) elevated source electrode with tunable conductance self-aligned to the edge of the channel to minimize cell leakage; (5) self-aligned storage electrode extending from the elevated source as a saddle with self-aligned capacitor tower and straddling the access transistor; (6) most cell features are scalable with proven materials and process steps with sufficient reliability and quality; (7) for most of the disclosed DRAM cells (to the best of the inventors' knowledge), the cell geometry is L (length) x 10 sq. units; Very efficiently kept as a rectangle occupying the planar surface of the silicon die as W (width), the HCoT cell is considered to have the largest 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 different memory cells; (8) As described in the embodiment, the height of the storage electrode can be built up stepwise in a desirable and good linear tower shape by using multiple technologies and techniques as invented; With the cell area further reduced by device scaling requirements, the ratio of cell height to the planar area of the cell is effectively increased to increase the surface area of the capacitor; (9) By creating multiple storage electrodes in a protruding shape and connecting them as DRAM capacitor storage nodes, the storage area can be expanded, thus providing a large capacitance within the limited and reduced planar surface area of the cell.
実施形態を参照して本発明を図示して説明したが、理解されるべきことには、本発明は、開示された実施形態に限定されず、対照的に、添付の請求項の精神及び範囲に含まれる様々な変更及び均等な構成に及びことが意図される。 While the invention has been illustrated and described with reference to embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements within the spirit and scope of the appended claims.
Claims (7)
前記オリジナル半導体表面に結合されたトランジスタであり、当該トランジスタは、ゲート構造、第1の導電領域、及び第2の導電領域を有し、前記ゲート構造はゲート導電領域を有する、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、当該キャパシタは前記トランジスタの上にあり、前記ストレージ電極が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ており、前記ストレージ電極は、当該キャパシタの下部電極であり、且つ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、
を有し、
前記ストレージ電極はエピタキシャルシリコン層を有する、
メモリセル構造体。 a semiconductor substrate having an original semiconductor surface;
a transistor coupled to the original semiconductor surface, the transistor having a gate structure, a first conductive region, and a second conductive region, the gate structure having a gate conductive region ;
a capacitor having a storage electrode, the capacitor overlying the transistor, the storage electrode being electrically coupled to the second conductive region of the transistor , the storage electrode being a bottom electrode of the capacitor and covering two side surfaces and a top surface of the gate structure of the transistor ;
having
the storage electrode comprises an epitaxial silicon layer ;
A memory cell structure.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023136061A JP7586587B2 (en) | 2021-12-03 | 2023-08-24 | Memory Cell Structure |
| JP2024094242A JP2024107293A (en) | 2021-12-03 | 2024-06-11 | Memory Cell Structure |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021197329A JP7339319B2 (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | memory cell structure |
| JP2023136061A JP7586587B2 (en) | 2021-12-03 | 2023-08-24 | Memory Cell Structure |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021197329A Division JP7339319B2 (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | memory cell structure |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024094242A Division JP2024107293A (en) | 2021-12-03 | 2024-06-11 | Memory Cell Structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023153349A JP2023153349A (en) | 2023-10-17 |
| JP7586587B2 true JP7586587B2 (en) | 2024-11-19 |
Family
ID=86728926
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021197329A Active JP7339319B2 (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | memory cell structure |
| JP2023136061A Active JP7586587B2 (en) | 2021-12-03 | 2023-08-24 | Memory Cell Structure |
| JP2024094242A Pending JP2024107293A (en) | 2021-12-03 | 2024-06-11 | Memory Cell Structure |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021197329A Active JP7339319B2 (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | memory cell structure |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024094242A Pending JP2024107293A (en) | 2021-12-03 | 2024-06-11 | Memory Cell Structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (3) | JP7339319B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11825645B2 (en) | 2020-06-04 | 2023-11-21 | Etron Technology, Inc. | Memory cell structure |
| JP7339319B2 (en) * | 2021-12-03 | 2023-09-05 | ▲ゆ▼創科技股▲ふん▼有限公司 | memory cell structure |
| CN119724287A (en) * | 2024-11-15 | 2025-03-28 | 新存科技(武汉)有限责任公司 | Memory |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210358918A1 (en) | 2020-05-13 | 2021-11-18 | Etron Technology, Inc. | Memory cell structure with capacitor over transistor |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW222710B (en) * | 1991-09-07 | 1994-04-21 | Samsung Electronics Co Ltd | |
| JPH06338592A (en) * | 1993-05-31 | 1994-12-06 | Toshiba Corp | Semiconductor memory device and manufacture thereof |
| JPH08125034A (en) * | 1993-12-03 | 1996-05-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor memory device |
| JP3597328B2 (en) * | 1995-12-08 | 2004-12-08 | 株式会社ルネサステクノロジ | Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device |
| US6180453B1 (en) * | 1998-12-21 | 2001-01-30 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Method to fabricate a DRAM cell with an area equal to five times the minimum used feature, squared |
| JP2012079981A (en) * | 2010-10-04 | 2012-04-19 | Elpida Memory Inc | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP7339319B2 (en) * | 2021-12-03 | 2023-09-05 | ▲ゆ▼創科技股▲ふん▼有限公司 | memory cell structure |
-
2021
- 2021-12-03 JP JP2021197329A patent/JP7339319B2/en active Active
-
2023
- 2023-08-24 JP JP2023136061A patent/JP7586587B2/en active Active
-
2024
- 2024-06-11 JP JP2024094242A patent/JP2024107293A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210358918A1 (en) | 2020-05-13 | 2021-11-18 | Etron Technology, Inc. | Memory cell structure with capacitor over transistor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023153349A (en) | 2023-10-17 |
| JP7339319B2 (en) | 2023-09-05 |
| JP2023083141A (en) | 2023-06-15 |
| JP2024107293A (en) | 2024-08-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8624350B2 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
| JP7586587B2 (en) | Memory Cell Structure | |
| KR102596378B1 (en) | Semiconductor device structure | |
| KR102680590B1 (en) | memory cell structure | |
| KR100979240B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| CN113675199B (en) | Memory cell structure with capacitance over transistor | |
| US8796092B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device with first and second gates over buried bit line | |
| KR102901826B1 (en) | memory cell structure | |
| TWI903329B (en) | Memory cell structure and manufacturing method thereof | |
| KR102863911B1 (en) | Semiconductor device structure with vertical transistor over underground bit line | |
| US20250149375A1 (en) | Semiconductor device structure with vertical transistor over underground bit line | |
| EP4191671A1 (en) | Memory cell structure | |
| TWI903998B (en) | Semiconductor device structure with vertical transistor over underground bit line | |
| US20240153540A1 (en) | Semiconductor device structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230824 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240618 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240911 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241008 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241101 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7586587 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |