(57)【要約】本発明は、基板（４０１）内に形成されたトレンチの壁に沿っており、かつ、トレンチ内の第１と第２の誘電体（１０４、４０５、４０９）によってトレンチ内で両側を電気的に絶縁された外側トレンチ電極（２０２、４０６）と；外側トレンチ電極（２０２、４０６）に対する対向電極としての役割をし、かつ、第２の誘電体（１０４、４０９）によって絶縁されている内側トレンチ電極（２０１、４１０）と；トレンチの外の第１の誘電体（１０４、４０５）によって絶縁され、かつ、外部トレンチ電極（２０２、４０６）に対する対向電極としての役割をする基板電極（２０１、４０５）と、を有し、上部トレンチ領域中で内側トレンチ電極に接続される、電荷蓄積のための電極配置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）基板（４０１）中に形成されたトレンチの壁に沿って形成され、かつ、該トレンチ内で第１と第２との誘電体（１０４、４０５、４０９）によって両側を絶縁された外側トレンチ電極（２０２、４０６）と、
ｂ）該トレンチ内で第２の誘電体（１０４、４０９）によって絶縁され、かつ、外側トレンチ電極（２０１、４０６）への対向電極として働く内側トレンチ電極（２０１、４１０）と、
ｃ）該トレンチの外側で第１の誘電体（１０４、４０５）によって絶縁され、外側トレンチ電極に対する対向電極として働き、かつ、該トレンチの上部領域で内側トレンチ電極（２０１、４１０）に接続する基板電極（２０１、４０３）と、
を有する電荷蓄積用の電極配置。
【請求項２】
第１誘電体と第２誘電体と（４０５、４０９）はトレンチ内で一定の厚さである、請求項１に記載の電荷蓄積用の電極配置。
【請求項３】
内側トレンチ電極（４１０）及び／或いは外側トレンチ電極（４０６）はドープされた多結晶シリコンからなる請求項１又は２に記載の電荷蓄積用の電極配置。
【請求項４】
内側トレンチ電極（４１０）及び／或いは外側トレンチ電極（４０６）は金属からなる請求項１、２に記載の電荷蓄積用の電極配置。
【請求項５】
内側トレンチ電極（４１０）及び／或いは外側トレンチ電極（４０６）は金属の窒化物からなる請求項１又は２に記載の電荷蓄積用の電極配置。
【請求項６】
ａ）基板（４０１）内に、隣接するトレンチを形成する工程と、
ｂ）下部トレンチ領域内に基板電極（４０３）を形成する工程と、
ｃ）上部トレンチ領域内に酸化物の枠（カラー）層（４０４）を形成する工程と、
ｄ）第１の誘電体（４０５）を形成する工程と、
ｅ）第１の誘電体（４０５）の上の外側トレンチ電極（４０６）に対応する第１の電極層を形成する工程と、
ｆ）隣接する一対のトレンチの間の中央領域中の基板電極（４０３）上の、第１の電極層（４０６）、第１の誘電体（４０５）、酸化物枠（カラー）層（４０４）、および、基板（４０１）を除去する工程と、
ｇ）第２の誘電体（４０９）を形成する工程と、
ｈ）トレンチ内に内側トレンチ電極（４１０）に対応する第２の電極層を導入する工程と、
ｉ）隣接する一対のトレンチの間の第２の電極の間に電気接続を形成する工程と、
からなる電荷蓄積のための請求項１乃至５のいずれかに記載の電極配列を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷蓄積のための電極配置およびその製造法に関し、ＤＲＡＭに使用する電極配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５，９８５，７２９号は、トレンチ内に形成された、下部トレンチ領域中の基板電極と接続した、電極プラグを有する、電荷蓄積のための電極配置を開示している。トレンチ内に、誘電体によって絶縁された折り曲がった対向電極が形成されている。
【０００３】
ＤＲＡＭの場合は蓄積キャパシタと選択トランジスタとからなり、蓄積電極をＤＲＡＭ中の回路配置のビット線に接続する、１−トランジスタセルが使用される。
【０００４】
集積密度の増大に伴って、例えばＤＲＡＭに使用される構成要素のサイズが小さくなる。従って、１−トランジスタセルのサイズも縮小させる必要がある。セルサイズを縮小させると、キャパシタのサイズも縮小し、その結果、蓄積される電荷も減少する。
【０００５】
従来の蓄積キャパシタは、特にトレンチキャパシタとして形成される。即ちトレンチは、基板層中にエッチングされて、誘電体と、例えばドープされたシリコン等の蓄積電極が形成される。使用される対向電極は、例えばドープされたシリコン基板（埋め込み板）である。
【０００６】
図３は従来技術によるトレンチキャパシタを示す。この場合、トレンチ状の基板電極３０１は基板接続素子１０７に接続される。充填電極３０２は選択トランジスタ１０５のドレイン端子に接続される。選択トランジスタ１０５のソース端子は電極接続素子１０６に接続される。選択トランジスタ１０５は選択トランジスタ１０５のゲート端子によって駆動し、充填電極３０２をビット線（不図示）に接続し得る。
【０００７】
図３に示す例において、充填電極３０２は正極を有するので、陽電荷ユニット２０４が充填電極３０２に局在する。従って、陰電荷ユニット２０３は基板電極３０１に形成される。従って、全蓄積可能電荷は誘電体１０４の厚さ、表面積および材料の誘電定数に依存する。
【０００８】
蓄積容量を増やすために、一般的には誘電体の厚さを減らす。漏れ電流を避けるために、誘電体の厚さを任意に減らすことはできない。蓄積容量は、蓄積キャパシタの電極配置の表面積を変化させることによって変化させ得る。
【０００９】
従って、従来の電極配置の問題点は、ＲＡＭのフィーチャサイズを縮小する際には、キャパシタ表面、その結果、蓄積キャパシタの容量が減少してしまうことである。
【特許文献１】
米国特許第５，９８５，７２９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、蓄積キャパシタの活性表面積のサイズを増大させるべく設計された、電荷蓄積のための電極配置を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、請求項１の電荷蓄積のための電極配置と、請求項６の方法とによって達成される。
【００１２】
従って、本発明による電極配置は、ＤＲＡＭ中の蓄積キャパシタの活性表面積が増大するという利点を有する。
【００１３】
本発明による電極配置と電極配置を形成する方法の更なる利点は、ＤＲＡＭ中の蓄積キャパシタの容量を減少させずにフィーチャサイズを小型化し得ることである。
【発明の効果】
【００１４】
更に、本発明による電極配置と電荷蓄積のための電極配置を形成する方法の利点は、誘電体の厚さを減らす必要がないことであり、したがって, 漏れ電流密度の増加を回避し得ることである。
【００１５】
本発明の本質は蓄積電極を折り曲げた、電荷蓄積のための電極配置であり、それによって、蓄積される電荷は大幅に増加する。
【００１６】
従属請求項は本発明の対応する項目の改良である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施例を図示し、より詳細に説明する。
【００１８】
図１に示した電極配置の外観において、面状基板１０１と基板層１０２とを示す。蓄積キャパシタを形成するために，基板層１０２中に孔をエッチングして、誘電体１０４と蓄積電極１０３とで充填する。
【００１９】
蓄積電極１０３への対向電極が、例えばドーピングされた多結晶シリコンからなる、基板１０１によって形成される。蓄積電極１０３は選択トランジスタ１０５のドレイン端子に接続される。選択トランジスタ１０５のソース端子は電極接続素子１０６に接続される。基板１０１は基板接続素子１０７に接続される。これにより、蓄積キャパシタとして設計されたメモリセルが、選択トランジスタ１０５のゲート端子によって駆動されることが可能になる。
【００２０】
本発明が基にしている問題点を図１の電極配置を参照して説明する。
【００２１】
将来の技術開発のために蓄積密度を更に増大させるべく、マイクロ技術によって作製される配置のフィーチャサイズは減少し続け、蓄積キャパシタの活性表面積は減少する。それに伴う蓄積電荷の減少を補償するために、蓄積キャパシタの容量を増加させる必要がある。
【００２２】
これは例えば、誘電体１０４厚を減らすことによって達成し得る。しかしながら、誘電体１０４厚を減らすことは漏れ電流の指数関数的増加につながり、メモリセルに蓄積される情報の損失につながる。
【００２３】
図２は、本発明の実施例による、曲がった蓄積電極２０１（基板電極、内側トレンチ電極）、および中間電極２０２（外側トレンチ電極）を有する蓄積キャパシタを示す。
【００２４】
本発明による、図１に示した蓄積キャパシタのプレーナ配置は、電極の幾何学的配置として平面状から逸脱した形状を選択ことによって変化し得る。
【００２５】
図２に示した断面図は、電荷蓄積のための電極配置において、折り曲げた蓄積電極２０１が示されている。折り曲げた蓄積電極２０１への対向電極は、選択トランジスタ１０５のドレイン端子に接続された、対応する形状の中間電極２０２によって形成される。選択電極１０５のソース端子は、電極接続素子１０６に接続され、折り曲げた蓄積電極は基板接続素子１０７に接続される。蓄積キャパシタとして設計されたメモリセルは、選択トランジスタ１０５のゲート端子によって駆動され得る。
【００２６】
図２に示される実施例において、中間電極２０２に正電位があるので、正電荷ユニットはそこにあり、一方、折り曲げた蓄積電極に負電位があるので、負の電荷ユニット２０３がそこにある。
【００２７】
図２に示されるように、負の電荷ユニットと正の電荷ユニットとによって蓄積された全電荷は、図３に示した従来のトレンチ蓄積キャパシタ配置に較べて約２倍になる。従って、本発明による電極配置の実施例において、蓄積キャパシタの活性表面積が増加するので、蓄積キャパシタの容量を維持したまま、より小さなフィーチャサイズを実現し得る。
【００２８】
本発明による電極配列の実施例においては、誘電体を薄くする必要はなく、従って漏れ電流密度が増加することはない。本発明の実施例において、誘電体の厚みは代表的には５ｎｍで、中間電極の厚みは１０〜２０ｎｍである。例えば、中間電極はドープされた多結晶シリコンか金属からなる。従って、直径が９０ｎｍの「トレンチキャパシタ」電極配列は、中間電極２０２と２つの誘電体層１０４との成膜後、直径約３０〜５０ｎｍの充填領域になる。
【００２９】
図４ａ〜４ｉに示された工程を詳細に説明する。図４ａ〜４ｉは、電荷蓄積のための本発明による電極配置の作製工程を示す断面図である。これらの図は、電荷蓄積のための本発明による電極配置を作製する方法を構成する、各作製工程を示す。
【００３０】
図４ａは、基板材料中に垂直にエッチングされた、相互に隣接する２つのトレンチのＤＴを示す（ＤＴエッチング＝深いトレンチエッチング）。基板材料４０１は第１の窒化物層４０２でカバーされている。図４ａ〜４ｉは、メモリセルを形成する２つの隣接する蓄積キャパシタを通る断面図である。
【００３１】
次に、図４ｂに示すように、電極板４０３は「埋め込み板」ドーピングによる電極表面として形成される。具体的には、Ａｓガラスやガス相ドーピングからの外部拡散によって形成される。
【００３２】
酸化物枠（カラー）層４０４が、第１の窒化物層４０２と電極板４０３との間の、トレンチの内壁に形成される。別法として、この酸化物枠（カラー）層は埋め込み形状でも集積化されるので、カバーされていない酸化物層はトレンチの内壁と同一平面になる。
【００３３】
図４ｃで説明する次の作製工程で、第１の誘電体層４０５はトレンチの内表面に形成され、蓄積キャパシタとして形成される電極配置用の誘電体として働く。
【００３４】
更に、例えば多結晶シリコンや金属からなる電極層４０６が成膜される。
【００３５】
図４ｄに示すように、次の作製工程では、マスク層４０７を形成する際にリソグラフィマスクを使用する。マスク層４０７は、２つのトレンチの間の中央部から離れた全部分をマスクする。図４ｄのマスキングしない領域はマスク層４０７間の中央部のカバーされない領域である。更に、図４ｄから、有機ＡＲＣ（非反射コーティング）層４０８がトレンチ中に導入される。
【００３６】
最後に、図４ｄに示すように、非反射コーティング４０８が開かれ、２つのトレンチ間の中央領域にある電極層４０６、誘電体層４０５、および枠（カラー）層４０４のエッチングが可能になる。適当ならば、誘電体層４０５のカバーを外すために中央領域で電極層４０６も化学エッチングされる。従って、図４ｅに示されるように、誘電体層４０５は電極の上に成膜される。
【００３７】
最後に、図４ｆに示される工程において、有機ＡＲＣの除去後、第２の誘電体層４０９が成膜される。この第２の誘電体層４０９はすべての露出されている表面をカバーする。
【００３８】
次に、図４ｇに示すように、充填電極層４１０が図示された２つのトレンチ中に形成され、エッチングされる。充填電極層４１０は電極板４０３と電極層４０６に加えて第３の電極層として使用される。
【００３９】
次の作製工程において、図４ｈに示すように、充填電極層４１０上の充填トレンチや第２の誘電体層４０９の上に、第２の酸化物層４１１が成膜され、エッチングされる。第２の酸化物層は，例えばＨＤＰ（高密度プラズマ）技術によって成膜されてもよい。
【００４０】
図４ｈに示されるように、２つのトレンチ上の中央領域で開口された第２の窒化物層はマスクとして成膜される。
【００４１】
最後に、図４ｉに示す最後の作製工程で、第２の酸化物層４１１は、マスクされていない領域ではドライ化学的方法で除去され、電極板４０３は第２の誘電体層４０９から離れて、ＨＤＰ成膜のような充填電極層４１０（多結晶シリコン）の成膜が可能になる。
【００４２】
格子欠陥の伝播を回避するために、多結晶シリコンの成膜の前に、薄い（約１ｎｍ）窒化物層の成膜が行われる場合もある。
【００４３】
このようにして、充填電極層４１０で充填された２つのトレンチは第２の酸化物層４１１の下で電気的に接続される。その結果、その構造は最終的にＨＤＰ酸化物で充填される。
【００４４】
その結果、電荷蓄積のための電極配置は図２で模式的に示される。
【００４５】
電極配置、基板および端子を実施例によって純粋に示したが、サイズやサイズ比は限定されない。
【００４６】
好ましい実施例に基いて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、多くの方法で改変されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の理論を示すためのプレーナ型蓄積キャパシタ配置図。
【図２】本発明の一実施例による、折り曲がった蓄積電極と中間電極とを有する蓄積キャパシタの図。
【図３】従来の蓄積キャパシタを示す図。
【図４ａ】電荷蓄積のための、本発明による電極配置を作製する工程を示す断面図。
【図４ｂ】電荷蓄積のための、本発明による電極配置を作製する工程を示す断面図。
【図４ｃ】電荷蓄積のための、本発明による電極配置を作製する工程を示す断面図。
【図４ｄ】電荷蓄積のための、本発明による電極配置を作製する工程を示す断面図。
【図４ｅ】電荷蓄積のための、本発明による電極配置を作製する工程を示す断面図。
【図４ｆ】電荷蓄積のための、本発明による電極配置を作製する工程を示す断面図。
【図４ｇ】電荷蓄積のための、本発明による電極配置を作製する工程を示す断面図。
【図４ｈ】電荷蓄積のための、本発明による電極配置を作製する工程を示す断面図。
【図４ｉ】電荷蓄積のための、本発明による電極配置を作製する工程を示す断面図。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004527111.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月2日(2003.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）基板（４０１）中に形成されたトレンチの壁に沿って形成され、かつ、該トレンチ内で第１と第２との誘電体（４０５、４０９）によって両側を電気絶縁された外側トレンチ電極（４０６）と、
ｂ）該トレンチ内で第２の誘電体（４０９）によって絶縁され、かつ、該外側トレンチ電極（４０６）への対向電極として働く内側トレンチ電極（４１０）と、
ｃ）該トレンチの外側で第１の誘電体（４０５）によって絶縁され、外側トレンチ電極に対する対向電極として働き、かつ、該トレンチの上部領域で内側トレンチ電極（４１０）に接続する基板電極（４０３）と、
を有する電荷蓄積用の電極配置を作製するための方法であって、該方法は、
ａ）基板（４０１）内に、隣接するトレンチを形成する工程と、
ｂ）下部トレンチ領域内に基板電極（４０３）を形成する工程と、
ｃ）上部トレンチ領域内に酸化物の枠（カラー）層（４０４）を形成する工程と、
ｄ）第１の誘電体（４０５）を形成する工程と、
ｅ）第１の誘電体（４０５）の上の外側トレンチ電極（４０６）に対応する第１の電極層を形成する工程と、
ｆ）隣接する一対のトレンチの間の中央領域中の基板電極（４０３）上の、第１の電極層（４０６）、第１の誘電体（４０５）、酸化物枠（カラー）層（４０４）、および、基板（４０１）を除去する工程と、
ｇ）第２の誘電体（４０９）を形成する工程と、
ｈ）トレンチ内に内側トレンチ電極（４１０）に対応する第２の電極層を導入する工程と、
ｉ）隣接する一対のトレンチの間の第２の電極の間に電気接続を形成する工程と、
からなる方法。
【請求項２】
第１誘電体と第２誘電体と（４０５、４０９）は一定の厚さでトレンチ内に形成される請求項１に記載の電荷蓄積用の電極配置の形成方法。
【請求項３】
内側トレンチ電極（４１０）及び／或いは外側トレンチ電極（４０６）はドープされた
多結晶シリコンからなる請求項１又は２に記載の電荷蓄積用の電極配置の形成方法。  
【請求項４】
内側トレンチ電極（４１０）及び／或いは外側トレンチ電極（４０６）は金属からなる請求項１又は２に記載の電荷蓄積用の電極配置の形成方法。
【請求項５】
内側トレンチ電極（４１０）及び／或いは外側トレンチ電極（４０６）は金属の窒化物からなる請求項１又は２に記載の電荷蓄積用の電極配置の形成方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、基板中に形成されたトレンチの壁に沿って形成され、かつ、トレンチ内で第１と第２との誘電体によって両側を電気絶縁された外側トレンチ電極（４０６）と；トレンチ内で第２の誘電体によって絶縁され、かつ、外側トレンチ電極への対向電極として働く内側トレンチ電極と；トレンチの外側で第１の誘電体（４０５）によって絶縁され、外側トレンチ電極に対する対向電極として働き、かつ、トレンチの上部領域で内側トレンチ電極に接続する基板電極と、を有する電荷蓄積用の電極配置を形成するための方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
このタイプの電極配置は、日本特許抄録０１０巻、第２２１号（Ｅ−４２４）、１９８６年８月２日（１９８６−０８−０２）、および、日本特許第６１−０５６４４５Ａ号（Ｔｏｓｈｉｂａ  Ｃｏｒｐ）、１９８６年３月２２日（１９８６−０３−２２）で知られている。
米国特許第５，９８５，７２９号は、トレンチ内に形成された、下部トレンチ領域中の基板電極と接続した、電極プラグを有する、電荷蓄積のための電極配置を開示している。トレンチ内に、誘電体によって絶縁された折り曲がった対向電極が形成されている。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
従って、蓄積キャパシタの活性表面積のサイズを増大させるべく設計された、電荷蓄積のための電極配置を形成する方法を提供することが本発明の目的である。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この目的は、請求項１の方法によって達成される。




【国際調査報告】
2004527111.tif 000034
2004527111.tif 000035
2004527111.tif 000036
2004527111.tif 000037
2004527111.tif 000038
2004527111.tif 000039