チャネルアクセストランジスタおよび積層型蓄積キャパシタを備えた垂直DRAM装置および関連方法
【課題】適当な装置動作に対する十分な静電容量レベルを維持しながら、比較的高密度な集積回路メモリ装置を提供すること。
【解決手段】集積回路メモリ装置は、少なくとも1つの接続線23を内部に有する基板22と、基板22上に形成された複数のメモリセル20と、を含む。各メモリセル20は、接続線23に電気的に接続された、セルアクセストランジスタのための下部ソース/ドレイン領域42と、セルアクセストランジスタのための上部ソース/ドレイン領域44と、下部ソース/ドレイン領域42および上部ソース/ドレイン領域44の間に垂直方向に延在する少なくとも1つのチャネル領域46と、からなるピラー40を含む。更に、上部ソース/ドレイン領域44に隣接する蓄積キャパシタを含み、蓄積キャパシタは第1の電極層56、誘電体層58、第2の電極層60からなる。
【解決手段】集積回路メモリ装置は、少なくとも1つの接続線23を内部に有する基板22と、基板22上に形成された複数のメモリセル20と、を含む。各メモリセル20は、接続線23に電気的に接続された、セルアクセストランジスタのための下部ソース/ドレイン領域42と、セルアクセストランジスタのための上部ソース/ドレイン領域44と、下部ソース/ドレイン領域42および上部ソース/ドレイン領域44の間に垂直方向に延在する少なくとも1つのチャネル領域46と、からなるピラー40を含む。更に、上部ソース/ドレイン領域44に隣接する蓄積キャパシタを含み、蓄積キャパシタは第1の電極層56、誘電体層58、第2の電極層60からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子回路、特に集積回路メモリ装置および関連する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体集積回路の変らず続いている傾向は、回路密度を増大させ、それによって所定の領域においてより多くの回路を提供する、というものである。特に、パーソナルコンピュータ等のメモリ集約的な装置によって、メモリ回路の密度を増大させる必要が更に高まってきた。従って、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)等のメモリチップ上においてメモリセルの数を増大させることにより、チップのサイズを増大させることなくより大量のメモリを提供することが望ましい。一般的なDRAMは、複数の記憶セルを含み、各セルはアクセストランジスタと、アクセストランジスタに接続された蓄積キャパシタとを含んでいる。
【0003】
DRAMセルの密度を増大させる1つの手法は、アクセストランジスタ上にキャパシタを垂直に積層するというものである。その結果が水平面積は小さく、チップ上により多くのメモリセルを含むことができるメモリセルである。更に、例えば、「Method for Forming Compact Memory Cell Using Vertical Devices」と題されたMaに対する米国特許第5,885,864号に開示されているように、垂直チャネルアクセストランジスタを含む積層型構成を使用することにより、各セルのサイズを低減することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
不都合なことに、メモリセルのための領域が低減されると、蓄積キャパシタに利用可能な領域もまた低減する。従って、情報を正確に格納するために利用可能な静電容量もまた低減する可能性がある。上述したMaに対する特許において、比較的小さい領域に十分な静電容量を提供するために、円筒状の積層型蓄積キャパシタが使用されている。不都合なことに、かかる積層型円筒キャパシタと垂直チャネルトランジスタとは、非常に多くの製造上の欠点をもたらす可能性がある。特に、垂直チャネルアクセストランジスタは、制御可能でかつ一貫したチャネルを提供する一方で作成が困難である可能性がある。更に、円筒キャパシタ構造もまた、比較的複雑であり、静電容量を増大させるために上方に規模を拡大することが困難である可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
従って、上述した背景を考慮すると、本発明の目的は、適当な装置動作に対する十分な静電容量レベルを維持しながら、比較的高密度な集積回路メモリ装置を提供することである。
【0006】
本発明の更なる目的は、容易に製造することができるかかるメモリ装置を提供することである。
【0007】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴および利点は、内部に少なくとも1つの接続線を有する基盤と、基板上に複数のメモリセルが形成されている、集積回路メモリ装置によって提供される。各メモリセルは、エピタキシャルシリコンで形成される場合もあるピラーを含む。ピラーは、セルアクセストランジスタのための下部ソース/ドレイン領域を含み、それは基板の少なくとも1つの接続線に電気的に接続されている。また、ピラーは、セルアクセストランジスタのための上部ソース/ドレイン領域と、下部ソース/ドレイン領域と上部ソース/ドレイン領域との間に垂直方向に延在する少なくとも1つのチャネル領域と、を含む。ピラーの形状は、略円筒形または矩形であってよい。
【0008】
更に、各メモリセルは、垂直方向に基板に隣接し横方向にピラーに隣接する、少なくとも1つの下部誘電体層と、垂直方向に少なくとも1つの下部誘電体層の上方に間隔を空けて配置され、横方向にピラーに隣接する、少なくとも1つの上部誘電体層と、を含んでもよい。また、下部および上部誘電体層の間に、セルアクセストランジスタのチャネルのための少なくとも1つのゲートが設けられており、それら誘電体層の間の垂直方向の間隔が、セルアクセストランジスタのゲート長を規定する。垂直チャネルアクセストランジスタの構成により、チャネルの長さの正確な制御が可能となる。各メモリセルには、セルアクセストランジスタの上部ソース/ドレイン領域に隣接して蓄積キャパシタが設けられ、それは電気的に上部ソース/ドレイン領域に接続される。
【0009】
ピラーの上部ソース/ドレイン領域と蓄積キャパシタとの間には、導電性ソース/ドレイン層が形成されてよい。導電性ソース/ドレイン層は、上面部とそこから下方に形成された垂直側壁部とを有している。本発明の有利な特徴は、蓄積キャパシタが上面部に隣接しかつ導電性ソース/ドレイン層の垂直側壁部に隣接して延在することができるため、蓄積キャパシタの領域が増大する、ということである。導電性ソース/ドレイン層は、垂直側壁が比較的大きく作成することができるものであるため、比較的高静電容量を提供するために垂直方向に比較的容易に延在させることが可能である。これは、各セルの水平領域の規模が低減されてもそのようになる。
【0010】
導電性ソース/ドレイン層の垂直側壁部に隣接して、少なくとも1つの誘電体スペーサが提供されてよい。蓄積キャパシタは、ピラーの上部ソース/ドレイン領域に隣接しピラーが電気的に接続されている第1の電極層と、第1の電極層に隣接する誘電体層と、誘電体層に隣接する第2の電極層と、を備えてよい。
【0011】
本発明の他の有利な特徴では、少なくとも1つの接続線に、少なくとも1つの導電線が好ましくは間欠的に接続されてよい。接続線は、ドープされた基板領域によって提供されてよく、ストラッピングは金属であってよく、それによりドープされた基板領域の実行電気抵抗が低減される。
【0012】
本発明の方法の態様は、集積回路メモリ装置を作成する方法である。本方法は、基板内に少なくとも1つの接続線を形成することと、接続線上にピラーを形成することと、を含む。ピラーは、少なくとも1つの接続線に電気的に接続されたセルアクセストランジスタのための下部ソース/ドレイン領域と、セルアクセストランジスタのための上部ソース/ドレイン領域と、下部ソース/ドレイン領域および上部ソース/ドレイン領域の間に垂直方向に延在する少なくとも1つのチャネル領域と、を含む。更に、本方法は、垂直方向に基板に隣接し横方向にピラーに隣接する少なくとも1つの下部誘電体層を形成することと、垂直方向に少なくとも1つの下部誘電体層の上方に間隔を空けて配置され、横方向にピラーに隣接する、少なくとも1つの上部誘電体層を形成することと、を含む。また、下部および上部誘電体層の間に、セルアクセストランジスタの少なくとも1つのチャネルのために少なくとも1つのゲートが形成され、下部および上部誘電体層の間の垂直方向の間隔が、セルアクセストランジスタのゲート長を規定する。更に、セルアクセストランジスタの上部ソース/ドレイン領域に隣接しかつそれに電気的に接続されるキャパシタが形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
ここで、本発明の好ましい実施の形態を示す添付の図面を参照して、以下本発明についてより完全に説明する。しかしながら、本発明は、他の多くの形態で具体化されてよく、本明細書で示されている実施の形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これら実施の形態は、本開示が完全となるように、かつ発明の範囲を当業者に完全に伝えるように、提供される。同様の数字は全体を通して同様の要素を参照し、代替的な実施の形態における同様の要素を示すために、プライムおよびダブルプライム記号が使用されている。
【0014】
図1を参照して、まず本発明による集積回路メモリ装置のメモリセル20について説明する。メモリセル20は、内部に少なくとも1つの接続線23を有する半導体基板22を含む。ピラー40は、少なくとも1つの接続線23に電気的に接続された下部ソース/ドレイン領域42と、上部ソース/ドレイン領域44と、下部ソースドレイン領域42および上部ソース/ドレイン領域44の間に垂直方向に延在する少なくとも1つのチャネル領域46と、を有する。導電性ソース/ドレイン層48が、ピラー40の上部ソース/ドレイン領域44に垂直方向に隣接している。導電性ソース/ドレイン層48は、上面部とそこから下方に形成された垂直側壁部とを有しており、上面と垂直側壁部とに隣接して、少なくとも1つの誘電体スペーサ50が形成されている。
【0015】
少なくとも1つの下部誘電体層には、例示的に、第1の酸化物層24と第1の酸化物層24上の第2の酸化物層26と第2の酸化物層26上の窒化珪素層28とが積層されている。少なくとも1つの下部誘電体層は、垂直方向に基板22に隣接し、横方向にピラー40に隣接している。少なくとも1つの上部誘電体層には、例示的に、第1の窒化珪素層55と第1の窒化珪素層55上の酸化物層36と酸化物層36上の第2の窒化珪素層38とが積層されている。少なくとも1つの上部誘電体層は、垂直方向に少なくとも1つの下部誘電体層の上方にあり、横方向にピラー40に隣接している。
【0016】
少なくとも1つの下部誘電体層と少なくとも1つの上部誘電体層との間に、少なくとも1つのゲートが配置されており、それは例示的に、導電性ゲート層52と、その導電性ゲート層52とピラー40の隣接部分との間のゲート酸化物層51と、を含む。
【0017】
なお、上記構造はメモリセル20のためのセルアクセストランジスタを形成するということが理解されよう。このセルアクセストランジスタは、本発明の譲受人に譲渡され、引用をもってその開示内容すべてが本明細書内に包含されたものとする「Process for Fabricating Vertical Transistors」と題されたHergenrother等に対する米国特許第6,027,975号に開示されている、垂直金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)と同様である。セルアクセストランジスタの構造およびその製作については後述する。しかしながら、この垂直MOSFETおよびその製作に関する更なる詳細は、言及した特許に見ることができる。当然ながら、当業者には、本発明が、米国特許第6,027,975号に開示されている垂直MOSFETの他の実施の形態を包含してよく、本明細書に述べられている1つの実施の形態に限定されるものではない、ということが認められよう。
【0018】
また、メモリセル20は、セルアクセストランジスタの上部ソース/ドレイン領域44に隣接する蓄積キャパシタを含み、セルアクセストランジスタはその蓄積キャパシタに電気的に接続されている。蓄積キャパシタは、上部ソース/ドレイン領域44に隣接する第1の電極層56を含み、それは、導電性ソース/ドレイン層48によって電気的に上部ソース/ドレイン領域44に接続されている。誘電体層58は、第1の電極層56に隣接しており、第2の電極層60は、その誘電体層58に隣接している。この配置により、蓄積キャパシタが垂直に延在することによって領域が拡大する。
【0019】
メモリセル20の製作について、図2ないし図9を参照して説明する。図2に示すように、半導体基板22の一部が変性的にドープされることにより、メモリセル20のための少なくとも1つの接続線23がその中に形成される。ドーピングは、当業者には容易に認められるように、イオン注入または他のドーピング技術によって行われてよい。
【0020】
図3に示すように、当業者には認められるような従来の技術を用いて、基板22および接続線23上に第1の酸化物層24が形成されてよい。そして、例示として、例えば、第1の酸化物層24の上部に第2の酸化物層26を堆積した後、第2の酸化物層26上に窒化珪素層28を堆積または形成することにより、少なくとも1つの下部誘電体層25が形成される。窒化珪素層28上には犠牲ゲート層30が形成されてよい。犠牲ゲート層30は、好ましくは酸化物層である。
【0021】
その後、例示として、例えば、犠牲ゲート層30上に第1の窒化珪素層34、第1の窒化珪素層34上に酸化物層36、および酸化物層36上に第2の窒化珪素層38を堆積または形成することにより、少なくとも1つの上部誘電体層32が形成される。次に、図4に示されているように、窒化珪素層38で開始し下方の接続線23まで達するよう、窓39がエッチングされる。当業者には理解されるように、窓39は、従来のリソグラフィック技術を用いて形成されてよい。そして、図5に示すように、窓39内にエピタキシャルシリコン等の単結晶半導体材料からなるピラー40が形成される。その後、ピラー40は、破線で示される、下部および上部ソース/ドレイン領域42,44それぞれとチャネル領域46とを規定するようにドープされる。ドーピングについては、Hergenrother等に対する上述した特許に更に述べられている。
【0022】
図6に示すように、窒化珪素層38および上部ソース/ドレイン領域44の上部に、導電性ソース/ドレイン層48が形成される。導電性ソース/ドレイン層48は、本技術分野で周知のポリシリコンもしくは他の適切な材料から形成されてよい。そして、図7に示すように、ピラー40の両側に、導電性ソース/ドレイン層48、窒化珪素層38および酸化物層36がパターニングされる。パターニングは、従来からのリソグラフィック技術によって行われる。
【0023】
次に、誘電体スペーサを提供する誘電体層50が形成される。誘電体スペーサ50もまた、窒化珪素であってよい。ドライプラズマエッチ等の異方性エッチング液を使用して、誘電体層50および窒化珪素層34の一部が除去され、それによって犠牲ゲート層30が露出される。犠牲ゲート30はその後、図8に示すように除去することができる。この犠牲ゲート層30は、例えばウェットエッチング(例えば、水性フッ化水素酸)もしくは等方ドライエッチング(例えば、無水フッ化水素酸)等の、エッチングによって除去される。
【0024】
その後、図9に示すように、犠牲ゲート層30が以前占めていた空間において、ピラー40の周囲にゲート酸化物層51が形成される。当然ながら、1つのゲート酸化物層51の代りに、ピラー40に隣接して別々のゲート酸化物層を形成することも可能である。そして、ゲート酸化物層51に隣接し、かつ犠牲ゲート層30が以前占めていた空間に、導電性ゲート層52が形成される。ここでもまた、1つの導電性ゲート層52の代りに別々の導電性ゲート層を形成することも可能である。
【0025】
次に、導電性ゲート層52の上部に、図1に示すように窒化珪素層55が誘電体スペーサ50に接触するよう付加されてよい。その後、誘電体スペーサ50および窒化珪素層55の上に第1の電極層56を堆積することにより、メモリセル20の蓄積キャパシタが形成される。そして、第1の電極層56上に誘電体層58が形成され、誘電体層58上に第2の電極層60が形成されることにより、蓄積キャパシタが完成する。図1は、第1および第2の電極層56,60が金属であることを示しているが、当業者に周知の他の適切な導電性材料でも十分である。
【0026】
誘電体スペーサ50は、導電性ソース/ドレイン層48の上面に向かってテーパ状になるよう、その上端部が概して丸み付けされていることが望ましい。従って、誘電体スペーサ50により、その上に形成される第1の電極層56に平滑な弧が提供され、また蓄積キャパシタのための領域が増大する。また、誘電体スペーサ50は蓄電キャパシタにおいて鋭角が形成されるのを防止するため、蓄電キャパシタが電流漏れを起こさないようにする。しかし、誘電体スペーサ50は、導電性ソース/ドレイン層48の上面に向かって、かつ窒化珪素層55の上部に、完全に延在する必要はない。更に、1つの誘電体スペーサ50の代りに別個の誘電体スペーサを形成することも可能である。
【0027】
蓄積キャパシタの静電容量は、導電性ソース/ドレイン層48の高さを増大するかまたは低減することによって調整することができる。図10に、メモリセル20’の代替的な実施の形態を示す。導電性ソース/ドレイン層48’は、垂直方向に延在されており、その結果第1および第2の電極層56’、60’および蓄積キャパシタの誘電体層58’が対応して延在している。かかる垂直方向の延在は、比較的容易に形成することができ、メモリセル20’の蓄積キャパシタに対し比較的高い静電容量を提供する。メモリセル20’の他の要素は、上述したものと同様であり、ここではこれ以上説明の必要はない。
【0028】
窓39の形状、およびそれに従ってピラー40の形状は、図11に示すように、略円筒状であってもよい。代替的な実施の形態では、図12に示すように、ピラー40”は略矩形状に形成することも可能である。しかしながら、当業者は、ピラー40,40”には、他の形状もまた可能であるということを認めるであろう。
【0029】
本発明によるメモリ装置70を図13に示す。メモリ装置70は、メモリ装置の接続線23上に形成された複数のメモリセル20を含み、それによりメモリアレイが規定されている。接続線23に間欠的に導電線74が接続されることにより、その実効抵抗率が低減される。導電線74は金属であってよいが、他の適切な導電性材料でも十分である。
【0030】
当業者は、上述した説明および関連する図面において示されている教示の利点を知れば、本発明の多くの変更態様および他の実施の形態を思い付くであろう。従って、本発明は、開示された特定の実施の形態に限定されるものではなく、変更態様および実施の形態は添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されている、ということが理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明によるメモリセルの断面図である。
【図2】図1のメモリセルの基板における接続線の形成を示す断面図である。
【図3】犠牲ゲート層と共に図1のメモリセルの上部および下部誘電体層の形成を示す断面図である。
【図4】図3の誘電体層における窓の形成を示す断面図である。
【図5】図1のメモリセルのピラーの形成を示す断面図である。
【図6】図1のメモリセルの導電性ソース/ドレイン層の形成を示す断面図である。
【図7】上部誘電体層および導電性ソース/ドレイン層のパターニングと図1のメモリセルの誘電体スペーサの形成とを示す断面図である。
【図8】図3ないし図7に示す犠牲ゲート層の除去を示す断面図である。
【図9】図1のメモリセルのゲート酸化物および導電性ゲート層の形成を示す断面図である。
【図10】図1のメモリセルの代替的な実施の形態の断面図である。
【図11】犠牲ゲート層の除去後に現れる略円筒状ピラーを有する図1のメモリセルの横断立面図である。
【図12】犠牲ゲート層の除去後に現れる略矩形状ピラーを有する図1のメモリセルの代替的な実施の形態の横断立面図である。
【図13】本発明によるメモリセルを含むメモリ装置の断面図である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子回路、特に集積回路メモリ装置および関連する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体集積回路の変らず続いている傾向は、回路密度を増大させ、それによって所定の領域においてより多くの回路を提供する、というものである。特に、パーソナルコンピュータ等のメモリ集約的な装置によって、メモリ回路の密度を増大させる必要が更に高まってきた。従って、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)等のメモリチップ上においてメモリセルの数を増大させることにより、チップのサイズを増大させることなくより大量のメモリを提供することが望ましい。一般的なDRAMは、複数の記憶セルを含み、各セルはアクセストランジスタと、アクセストランジスタに接続された蓄積キャパシタとを含んでいる。
【0003】
DRAMセルの密度を増大させる1つの手法は、アクセストランジスタ上にキャパシタを垂直に積層するというものである。その結果が水平面積は小さく、チップ上により多くのメモリセルを含むことができるメモリセルである。更に、例えば、「Method for Forming Compact Memory Cell Using Vertical Devices」と題されたMaに対する米国特許第5,885,864号に開示されているように、垂直チャネルアクセストランジスタを含む積層型構成を使用することにより、各セルのサイズを低減することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
不都合なことに、メモリセルのための領域が低減されると、蓄積キャパシタに利用可能な領域もまた低減する。従って、情報を正確に格納するために利用可能な静電容量もまた低減する可能性がある。上述したMaに対する特許において、比較的小さい領域に十分な静電容量を提供するために、円筒状の積層型蓄積キャパシタが使用されている。不都合なことに、かかる積層型円筒キャパシタと垂直チャネルトランジスタとは、非常に多くの製造上の欠点をもたらす可能性がある。特に、垂直チャネルアクセストランジスタは、制御可能でかつ一貫したチャネルを提供する一方で作成が困難である可能性がある。更に、円筒キャパシタ構造もまた、比較的複雑であり、静電容量を増大させるために上方に規模を拡大することが困難である可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
従って、上述した背景を考慮すると、本発明の目的は、適当な装置動作に対する十分な静電容量レベルを維持しながら、比較的高密度な集積回路メモリ装置を提供することである。
【0006】
本発明の更なる目的は、容易に製造することができるかかるメモリ装置を提供することである。
【0007】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴および利点は、内部に少なくとも1つの接続線を有する基盤と、基板上に複数のメモリセルが形成されている、集積回路メモリ装置によって提供される。各メモリセルは、エピタキシャルシリコンで形成される場合もあるピラーを含む。ピラーは、セルアクセストランジスタのための下部ソース/ドレイン領域を含み、それは基板の少なくとも1つの接続線に電気的に接続されている。また、ピラーは、セルアクセストランジスタのための上部ソース/ドレイン領域と、下部ソース/ドレイン領域と上部ソース/ドレイン領域との間に垂直方向に延在する少なくとも1つのチャネル領域と、を含む。ピラーの形状は、略円筒形または矩形であってよい。
【0008】
更に、各メモリセルは、垂直方向に基板に隣接し横方向にピラーに隣接する、少なくとも1つの下部誘電体層と、垂直方向に少なくとも1つの下部誘電体層の上方に間隔を空けて配置され、横方向にピラーに隣接する、少なくとも1つの上部誘電体層と、を含んでもよい。また、下部および上部誘電体層の間に、セルアクセストランジスタのチャネルのための少なくとも1つのゲートが設けられており、それら誘電体層の間の垂直方向の間隔が、セルアクセストランジスタのゲート長を規定する。垂直チャネルアクセストランジスタの構成により、チャネルの長さの正確な制御が可能となる。各メモリセルには、セルアクセストランジスタの上部ソース/ドレイン領域に隣接して蓄積キャパシタが設けられ、それは電気的に上部ソース/ドレイン領域に接続される。
【0009】
ピラーの上部ソース/ドレイン領域と蓄積キャパシタとの間には、導電性ソース/ドレイン層が形成されてよい。導電性ソース/ドレイン層は、上面部とそこから下方に形成された垂直側壁部とを有している。本発明の有利な特徴は、蓄積キャパシタが上面部に隣接しかつ導電性ソース/ドレイン層の垂直側壁部に隣接して延在することができるため、蓄積キャパシタの領域が増大する、ということである。導電性ソース/ドレイン層は、垂直側壁が比較的大きく作成することができるものであるため、比較的高静電容量を提供するために垂直方向に比較的容易に延在させることが可能である。これは、各セルの水平領域の規模が低減されてもそのようになる。
【0010】
導電性ソース/ドレイン層の垂直側壁部に隣接して、少なくとも1つの誘電体スペーサが提供されてよい。蓄積キャパシタは、ピラーの上部ソース/ドレイン領域に隣接しピラーが電気的に接続されている第1の電極層と、第1の電極層に隣接する誘電体層と、誘電体層に隣接する第2の電極層と、を備えてよい。
【0011】
本発明の他の有利な特徴では、少なくとも1つの接続線に、少なくとも1つの導電線が好ましくは間欠的に接続されてよい。接続線は、ドープされた基板領域によって提供されてよく、ストラッピングは金属であってよく、それによりドープされた基板領域の実行電気抵抗が低減される。
【0012】
本発明の方法の態様は、集積回路メモリ装置を作成する方法である。本方法は、基板内に少なくとも1つの接続線を形成することと、接続線上にピラーを形成することと、を含む。ピラーは、少なくとも1つの接続線に電気的に接続されたセルアクセストランジスタのための下部ソース/ドレイン領域と、セルアクセストランジスタのための上部ソース/ドレイン領域と、下部ソース/ドレイン領域および上部ソース/ドレイン領域の間に垂直方向に延在する少なくとも1つのチャネル領域と、を含む。更に、本方法は、垂直方向に基板に隣接し横方向にピラーに隣接する少なくとも1つの下部誘電体層を形成することと、垂直方向に少なくとも1つの下部誘電体層の上方に間隔を空けて配置され、横方向にピラーに隣接する、少なくとも1つの上部誘電体層を形成することと、を含む。また、下部および上部誘電体層の間に、セルアクセストランジスタの少なくとも1つのチャネルのために少なくとも1つのゲートが形成され、下部および上部誘電体層の間の垂直方向の間隔が、セルアクセストランジスタのゲート長を規定する。更に、セルアクセストランジスタの上部ソース/ドレイン領域に隣接しかつそれに電気的に接続されるキャパシタが形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
ここで、本発明の好ましい実施の形態を示す添付の図面を参照して、以下本発明についてより完全に説明する。しかしながら、本発明は、他の多くの形態で具体化されてよく、本明細書で示されている実施の形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これら実施の形態は、本開示が完全となるように、かつ発明の範囲を当業者に完全に伝えるように、提供される。同様の数字は全体を通して同様の要素を参照し、代替的な実施の形態における同様の要素を示すために、プライムおよびダブルプライム記号が使用されている。
【0014】
図1を参照して、まず本発明による集積回路メモリ装置のメモリセル20について説明する。メモリセル20は、内部に少なくとも1つの接続線23を有する半導体基板22を含む。ピラー40は、少なくとも1つの接続線23に電気的に接続された下部ソース/ドレイン領域42と、上部ソース/ドレイン領域44と、下部ソースドレイン領域42および上部ソース/ドレイン領域44の間に垂直方向に延在する少なくとも1つのチャネル領域46と、を有する。導電性ソース/ドレイン層48が、ピラー40の上部ソース/ドレイン領域44に垂直方向に隣接している。導電性ソース/ドレイン層48は、上面部とそこから下方に形成された垂直側壁部とを有しており、上面と垂直側壁部とに隣接して、少なくとも1つの誘電体スペーサ50が形成されている。
【0015】
少なくとも1つの下部誘電体層には、例示的に、第1の酸化物層24と第1の酸化物層24上の第2の酸化物層26と第2の酸化物層26上の窒化珪素層28とが積層されている。少なくとも1つの下部誘電体層は、垂直方向に基板22に隣接し、横方向にピラー40に隣接している。少なくとも1つの上部誘電体層には、例示的に、第1の窒化珪素層55と第1の窒化珪素層55上の酸化物層36と酸化物層36上の第2の窒化珪素層38とが積層されている。少なくとも1つの上部誘電体層は、垂直方向に少なくとも1つの下部誘電体層の上方にあり、横方向にピラー40に隣接している。
【0016】
少なくとも1つの下部誘電体層と少なくとも1つの上部誘電体層との間に、少なくとも1つのゲートが配置されており、それは例示的に、導電性ゲート層52と、その導電性ゲート層52とピラー40の隣接部分との間のゲート酸化物層51と、を含む。
【0017】
なお、上記構造はメモリセル20のためのセルアクセストランジスタを形成するということが理解されよう。このセルアクセストランジスタは、本発明の譲受人に譲渡され、引用をもってその開示内容すべてが本明細書内に包含されたものとする「Process for Fabricating Vertical Transistors」と題されたHergenrother等に対する米国特許第6,027,975号に開示されている、垂直金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)と同様である。セルアクセストランジスタの構造およびその製作については後述する。しかしながら、この垂直MOSFETおよびその製作に関する更なる詳細は、言及した特許に見ることができる。当然ながら、当業者には、本発明が、米国特許第6,027,975号に開示されている垂直MOSFETの他の実施の形態を包含してよく、本明細書に述べられている1つの実施の形態に限定されるものではない、ということが認められよう。
【0018】
また、メモリセル20は、セルアクセストランジスタの上部ソース/ドレイン領域44に隣接する蓄積キャパシタを含み、セルアクセストランジスタはその蓄積キャパシタに電気的に接続されている。蓄積キャパシタは、上部ソース/ドレイン領域44に隣接する第1の電極層56を含み、それは、導電性ソース/ドレイン層48によって電気的に上部ソース/ドレイン領域44に接続されている。誘電体層58は、第1の電極層56に隣接しており、第2の電極層60は、その誘電体層58に隣接している。この配置により、蓄積キャパシタが垂直に延在することによって領域が拡大する。
【0019】
メモリセル20の製作について、図2ないし図9を参照して説明する。図2に示すように、半導体基板22の一部が変性的にドープされることにより、メモリセル20のための少なくとも1つの接続線23がその中に形成される。ドーピングは、当業者には容易に認められるように、イオン注入または他のドーピング技術によって行われてよい。
【0020】
図3に示すように、当業者には認められるような従来の技術を用いて、基板22および接続線23上に第1の酸化物層24が形成されてよい。そして、例示として、例えば、第1の酸化物層24の上部に第2の酸化物層26を堆積した後、第2の酸化物層26上に窒化珪素層28を堆積または形成することにより、少なくとも1つの下部誘電体層25が形成される。窒化珪素層28上には犠牲ゲート層30が形成されてよい。犠牲ゲート層30は、好ましくは酸化物層である。
【0021】
その後、例示として、例えば、犠牲ゲート層30上に第1の窒化珪素層34、第1の窒化珪素層34上に酸化物層36、および酸化物層36上に第2の窒化珪素層38を堆積または形成することにより、少なくとも1つの上部誘電体層32が形成される。次に、図4に示されているように、窒化珪素層38で開始し下方の接続線23まで達するよう、窓39がエッチングされる。当業者には理解されるように、窓39は、従来のリソグラフィック技術を用いて形成されてよい。そして、図5に示すように、窓39内にエピタキシャルシリコン等の単結晶半導体材料からなるピラー40が形成される。その後、ピラー40は、破線で示される、下部および上部ソース/ドレイン領域42,44それぞれとチャネル領域46とを規定するようにドープされる。ドーピングについては、Hergenrother等に対する上述した特許に更に述べられている。
【0022】
図6に示すように、窒化珪素層38および上部ソース/ドレイン領域44の上部に、導電性ソース/ドレイン層48が形成される。導電性ソース/ドレイン層48は、本技術分野で周知のポリシリコンもしくは他の適切な材料から形成されてよい。そして、図7に示すように、ピラー40の両側に、導電性ソース/ドレイン層48、窒化珪素層38および酸化物層36がパターニングされる。パターニングは、従来からのリソグラフィック技術によって行われる。
【0023】
次に、誘電体スペーサを提供する誘電体層50が形成される。誘電体スペーサ50もまた、窒化珪素であってよい。ドライプラズマエッチ等の異方性エッチング液を使用して、誘電体層50および窒化珪素層34の一部が除去され、それによって犠牲ゲート層30が露出される。犠牲ゲート30はその後、図8に示すように除去することができる。この犠牲ゲート層30は、例えばウェットエッチング(例えば、水性フッ化水素酸)もしくは等方ドライエッチング(例えば、無水フッ化水素酸)等の、エッチングによって除去される。
【0024】
その後、図9に示すように、犠牲ゲート層30が以前占めていた空間において、ピラー40の周囲にゲート酸化物層51が形成される。当然ながら、1つのゲート酸化物層51の代りに、ピラー40に隣接して別々のゲート酸化物層を形成することも可能である。そして、ゲート酸化物層51に隣接し、かつ犠牲ゲート層30が以前占めていた空間に、導電性ゲート層52が形成される。ここでもまた、1つの導電性ゲート層52の代りに別々の導電性ゲート層を形成することも可能である。
【0025】
次に、導電性ゲート層52の上部に、図1に示すように窒化珪素層55が誘電体スペーサ50に接触するよう付加されてよい。その後、誘電体スペーサ50および窒化珪素層55の上に第1の電極層56を堆積することにより、メモリセル20の蓄積キャパシタが形成される。そして、第1の電極層56上に誘電体層58が形成され、誘電体層58上に第2の電極層60が形成されることにより、蓄積キャパシタが完成する。図1は、第1および第2の電極層56,60が金属であることを示しているが、当業者に周知の他の適切な導電性材料でも十分である。
【0026】
誘電体スペーサ50は、導電性ソース/ドレイン層48の上面に向かってテーパ状になるよう、その上端部が概して丸み付けされていることが望ましい。従って、誘電体スペーサ50により、その上に形成される第1の電極層56に平滑な弧が提供され、また蓄積キャパシタのための領域が増大する。また、誘電体スペーサ50は蓄電キャパシタにおいて鋭角が形成されるのを防止するため、蓄電キャパシタが電流漏れを起こさないようにする。しかし、誘電体スペーサ50は、導電性ソース/ドレイン層48の上面に向かって、かつ窒化珪素層55の上部に、完全に延在する必要はない。更に、1つの誘電体スペーサ50の代りに別個の誘電体スペーサを形成することも可能である。
【0027】
蓄積キャパシタの静電容量は、導電性ソース/ドレイン層48の高さを増大するかまたは低減することによって調整することができる。図10に、メモリセル20’の代替的な実施の形態を示す。導電性ソース/ドレイン層48’は、垂直方向に延在されており、その結果第1および第2の電極層56’、60’および蓄積キャパシタの誘電体層58’が対応して延在している。かかる垂直方向の延在は、比較的容易に形成することができ、メモリセル20’の蓄積キャパシタに対し比較的高い静電容量を提供する。メモリセル20’の他の要素は、上述したものと同様であり、ここではこれ以上説明の必要はない。
【0028】
窓39の形状、およびそれに従ってピラー40の形状は、図11に示すように、略円筒状であってもよい。代替的な実施の形態では、図12に示すように、ピラー40”は略矩形状に形成することも可能である。しかしながら、当業者は、ピラー40,40”には、他の形状もまた可能であるということを認めるであろう。
【0029】
本発明によるメモリ装置70を図13に示す。メモリ装置70は、メモリ装置の接続線23上に形成された複数のメモリセル20を含み、それによりメモリアレイが規定されている。接続線23に間欠的に導電線74が接続されることにより、その実効抵抗率が低減される。導電線74は金属であってよいが、他の適切な導電性材料でも十分である。
【0030】
当業者は、上述した説明および関連する図面において示されている教示の利点を知れば、本発明の多くの変更態様および他の実施の形態を思い付くであろう。従って、本発明は、開示された特定の実施の形態に限定されるものではなく、変更態様および実施の形態は添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されている、ということが理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明によるメモリセルの断面図である。
【図2】図1のメモリセルの基板における接続線の形成を示す断面図である。
【図3】犠牲ゲート層と共に図1のメモリセルの上部および下部誘電体層の形成を示す断面図である。
【図4】図3の誘電体層における窓の形成を示す断面図である。
【図5】図1のメモリセルのピラーの形成を示す断面図である。
【図6】図1のメモリセルの導電性ソース/ドレイン層の形成を示す断面図である。
【図7】上部誘電体層および導電性ソース/ドレイン層のパターニングと図1のメモリセルの誘電体スペーサの形成とを示す断面図である。
【図8】図3ないし図7に示す犠牲ゲート層の除去を示す断面図である。
【図9】図1のメモリセルのゲート酸化物および導電性ゲート層の形成を示す断面図である。
【図10】図1のメモリセルの代替的な実施の形態の断面図である。
【図11】犠牲ゲート層の除去後に現れる略円筒状ピラーを有する図1のメモリセルの横断立面図である。
【図12】犠牲ゲート層の除去後に現れる略矩形状ピラーを有する図1のメモリセルの代替的な実施の形態の横断立面図である。
【図13】本発明によるメモリセルを含むメモリ装置の断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
集積回路メモリ装置であって、
基板と、
セルアクセストランジスタと、
蓄積キャパシタを含み、
前記セルアクセストランジスタが、
前記基板の長さ方向に少なくとも一部沿って延伸する接続線と、
前記接続線に電気的に接続された導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域と、
前記導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域上に渡って配置され、チャネル領域を規定する導電的にドープされた上部ソース/ドレイン領域と、ここで、前記導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域、前記チャネル領域及び前記導電的にドープされた上部ソース/ドレイン領域はトランジスタピラーを形成し、
前記チャネル領域に近接する前記トランジスタピラーの表面上に配置されたゲート誘電体層及び導電ゲート層を含むゲートと、
前記上部ソース/ドレイン領域上に渡って配置され直接接触する導電性ソース/ドレイン層と、ここで、前記導電性ソース/ドレイン層は平面上部表面を有し、
前記導電性ソース/ドレイン層に沿い、その側面と接触し、その下部に配置された誘電体スペーサを含み、ここで、前記導電性ソース/ドレイン層の平面上部表面と前記誘電体スペーサの上部表面は共平面であり、
前記蓄積キャパシタが前記導電性ソース/ドレイン層と電気的に接続し、前記蓄積キャパシタはさらに前記導電性ソース/ドレイン層の前記平面上部表面上に渡って配置される第1の部分と、前記誘電体スペーサに完全に沿って延伸し直接接触する第2の部分を有する
ことを特徴とする集積回路メモリ装置。
【請求項2】
前記蓄積キャパシタは、
前記導電性ソース/ドレイン層の前記平面上部表面に隣接し、それに電気的に接続されている、第1の電極層と、
該第1の電極層に隣接する誘電体層と、
該誘電体層に隣接する第2の電極層と、
を含む請求項1記載の集積回路メモリ装置。
【請求項3】
垂直方向に前記基板に隣接し横方向に前記ピラーに隣接する、少なくとも1つの下部誘電体層と、
垂直方向に該少なくとも1つの下部誘電体層の上方に間隔を空けて配置され、横方向に前記ピラーに隣接する、少なくとも1つの上部誘電体層とを含み、
前記ゲートは前記少なくとも一つの下部誘電体層と前記上部誘電体層の間にあることを特徴とする請求項1記載の集積回路メモリ装置。
【請求項4】
第2のチャネル領域に近接する前記ピラーの対抗する表面上に配置された第2のゲートをさらに含むことを特徴とする請求項3記載の集積回路メモリ装置。
【請求項5】
前記少なくとも一つの上部誘電体層が、前記ゲート上の酸化物層及び前記酸化物層上の窒化物層を含むことを特徴とする請求項4記載の集積回路メモリ装置。
【請求項6】
集積回路メモリ装置を製造する方法であって、
セルアクセストランジスタを形成する工程と、ここで、前記セルアクセストランジスタは、
基板の長さ方向に少なくとも一部沿って延伸する接続線を形成し、
前記接続線に電気的に接続された導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域を形成し、
前記導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域上に渡って配置され、チャネル領域を規定する導電的にドープされた上部ソース/ドレイン領域を形成し、ここで、前記導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域、前記チャネル領域及び前記導電的にドープされた上部ソース/ドレイン領域はトランジスタピラーを形成し、
前記チャネル領域に近接する前記トランジスタピラーの表面上に配置されたゲート誘電体層及び導電ゲート層を含むゲートを形成し、
前記上部ソース/ドレイン領域上に渡って配置され直接接触する導電性ソース/ドレイン層を形成し、ここで、前記導電性ソース/ドレイン層は平面上部表面を有し、
前記導電性ソース/ドレイン層に沿い、その側面と接触し、その下部に配置された誘電体スペーサを形成する工程を含み、ここで、前記導電性ソース/ドレイン層の平面上部表面と前記誘電体スペーサの上部表面は共平面であり、
前記蓄積キャパシタを前記導電性ソース/ドレイン層と電気的に接続する工程を含み、前記蓄積キャパシタはさらに前記導電性ソース/ドレイン層の前記平面上部表面上に渡って配置される第1の部分と、前記誘電体スペーサに完全に沿って延伸し直接接触する第2の部分を有する
ことを特徴とする集積回路メモリ装置の製造方法。
【請求項7】
前記蓄積キャパシタは、
前記導電性ソース/ドレイン層の前記平面上部表面に隣接し、それに電気的に接続されている、第1の電極層と、
該第1の電極層に隣接する誘電体層と、
該誘電体層に隣接する第2の電極層と、
を含む請求項6記載の集積回路メモリ装置の製造方法。
【請求項8】
垂直方向に前記基板に隣接し横方向に前記ピラーに隣接する、少なくとも1つの下部誘電体層と、
垂直方向に該少なくとも1つの下部誘電体層の上方に間隔を空けて配置され、横方向に前記ピラーに隣接する、少なくとも1つの上部誘電体層とを含み、
前記ゲートは前記少なくとも一つの下部誘電体層と前記上部誘電体層の間にあることを特徴とする請求項6記載の集積回路メモリ装置の製造方法。
【請求項9】
第2のチャネル領域に近接する前記ピラーの対抗する表面上に配置された第2のゲートをさらに含むことを特徴とする請求項8記載の集積回路メモリ装置の製造方法。
【請求項10】
前記少なくとも一つの上部誘電体層が、前記ゲート上の酸化物層及び前記酸化物層上の窒化物層を含むことを特徴とする請求項8記載の集積回路メモリ装置の製造方法。
【請求項1】
集積回路メモリ装置であって、
基板と、
セルアクセストランジスタと、
蓄積キャパシタを含み、
前記セルアクセストランジスタが、
前記基板の長さ方向に少なくとも一部沿って延伸する接続線と、
前記接続線に電気的に接続された導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域と、
前記導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域上に渡って配置され、チャネル領域を規定する導電的にドープされた上部ソース/ドレイン領域と、ここで、前記導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域、前記チャネル領域及び前記導電的にドープされた上部ソース/ドレイン領域はトランジスタピラーを形成し、
前記チャネル領域に近接する前記トランジスタピラーの表面上に配置されたゲート誘電体層及び導電ゲート層を含むゲートと、
前記上部ソース/ドレイン領域上に渡って配置され直接接触する導電性ソース/ドレイン層と、ここで、前記導電性ソース/ドレイン層は平面上部表面を有し、
前記導電性ソース/ドレイン層に沿い、その側面と接触し、その下部に配置された誘電体スペーサを含み、ここで、前記導電性ソース/ドレイン層の平面上部表面と前記誘電体スペーサの上部表面は共平面であり、
前記蓄積キャパシタが前記導電性ソース/ドレイン層と電気的に接続し、前記蓄積キャパシタはさらに前記導電性ソース/ドレイン層の前記平面上部表面上に渡って配置される第1の部分と、前記誘電体スペーサに完全に沿って延伸し直接接触する第2の部分を有する
ことを特徴とする集積回路メモリ装置。
【請求項2】
前記蓄積キャパシタは、
前記導電性ソース/ドレイン層の前記平面上部表面に隣接し、それに電気的に接続されている、第1の電極層と、
該第1の電極層に隣接する誘電体層と、
該誘電体層に隣接する第2の電極層と、
を含む請求項1記載の集積回路メモリ装置。
【請求項3】
垂直方向に前記基板に隣接し横方向に前記ピラーに隣接する、少なくとも1つの下部誘電体層と、
垂直方向に該少なくとも1つの下部誘電体層の上方に間隔を空けて配置され、横方向に前記ピラーに隣接する、少なくとも1つの上部誘電体層とを含み、
前記ゲートは前記少なくとも一つの下部誘電体層と前記上部誘電体層の間にあることを特徴とする請求項1記載の集積回路メモリ装置。
【請求項4】
第2のチャネル領域に近接する前記ピラーの対抗する表面上に配置された第2のゲートをさらに含むことを特徴とする請求項3記載の集積回路メモリ装置。
【請求項5】
前記少なくとも一つの上部誘電体層が、前記ゲート上の酸化物層及び前記酸化物層上の窒化物層を含むことを特徴とする請求項4記載の集積回路メモリ装置。
【請求項6】
集積回路メモリ装置を製造する方法であって、
セルアクセストランジスタを形成する工程と、ここで、前記セルアクセストランジスタは、
基板の長さ方向に少なくとも一部沿って延伸する接続線を形成し、
前記接続線に電気的に接続された導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域を形成し、
前記導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域上に渡って配置され、チャネル領域を規定する導電的にドープされた上部ソース/ドレイン領域を形成し、ここで、前記導電的にドープされた下部ソース/ドレイン領域、前記チャネル領域及び前記導電的にドープされた上部ソース/ドレイン領域はトランジスタピラーを形成し、
前記チャネル領域に近接する前記トランジスタピラーの表面上に配置されたゲート誘電体層及び導電ゲート層を含むゲートを形成し、
前記上部ソース/ドレイン領域上に渡って配置され直接接触する導電性ソース/ドレイン層を形成し、ここで、前記導電性ソース/ドレイン層は平面上部表面を有し、
前記導電性ソース/ドレイン層に沿い、その側面と接触し、その下部に配置された誘電体スペーサを形成する工程を含み、ここで、前記導電性ソース/ドレイン層の平面上部表面と前記誘電体スペーサの上部表面は共平面であり、
前記蓄積キャパシタを前記導電性ソース/ドレイン層と電気的に接続する工程を含み、前記蓄積キャパシタはさらに前記導電性ソース/ドレイン層の前記平面上部表面上に渡って配置される第1の部分と、前記誘電体スペーサに完全に沿って延伸し直接接触する第2の部分を有する
ことを特徴とする集積回路メモリ装置の製造方法。
【請求項7】
前記蓄積キャパシタは、
前記導電性ソース/ドレイン層の前記平面上部表面に隣接し、それに電気的に接続されている、第1の電極層と、
該第1の電極層に隣接する誘電体層と、
該誘電体層に隣接する第2の電極層と、
を含む請求項6記載の集積回路メモリ装置の製造方法。
【請求項8】
垂直方向に前記基板に隣接し横方向に前記ピラーに隣接する、少なくとも1つの下部誘電体層と、
垂直方向に該少なくとも1つの下部誘電体層の上方に間隔を空けて配置され、横方向に前記ピラーに隣接する、少なくとも1つの上部誘電体層とを含み、
前記ゲートは前記少なくとも一つの下部誘電体層と前記上部誘電体層の間にあることを特徴とする請求項6記載の集積回路メモリ装置の製造方法。
【請求項9】
第2のチャネル領域に近接する前記ピラーの対抗する表面上に配置された第2のゲートをさらに含むことを特徴とする請求項8記載の集積回路メモリ装置の製造方法。
【請求項10】
前記少なくとも一つの上部誘電体層が、前記ゲート上の酸化物層及び前記酸化物層上の窒化物層を含むことを特徴とする請求項8記載の集積回路メモリ装置の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2008−47933(P2008−47933A)
【公開日】平成20年2月28日(2008.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−241699(P2007−241699)
【出願日】平成19年9月19日(2007.9.19)
【分割の表示】特願2001−122417(P2001−122417)の分割
【原出願日】平成13年4月20日(2001.4.20)
【出願人】(301030605)アギア システムズ ガーディアン コーポレーション (15)
【氏名又は名称原語表記】Agere Systems Guardian Corporation
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年2月28日(2008.2.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年9月19日(2007.9.19)
【分割の表示】特願2001−122417(P2001−122417)の分割
【原出願日】平成13年4月20日(2001.4.20)
【出願人】(301030605)アギア システムズ ガーディアン コーポレーション (15)
【氏名又は名称原語表記】Agere Systems Guardian Corporation
【Fターム(参考)】
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