KR100888123B1 - Memory circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메모리 회로를 포함한다. 일실시예에서, 메모리 회로는 다수의 메모리 셀 커패시터들을 포함하는 메모리 어레이를 포함한다. 각각의 커패시터는 기억 노드 전극, 커패시터 유전 영역, 그리고 셀 전극을 포함한다. 셀 전극은 메모리 어레이 내의 다수의 메모리 셀 커패시터들 사이, 또는 그 일부분 사이에서 공유된다. 메모리 어레이 내의 셀 전극은 텅스텐 원소, 텅스텐 합금, 텅스텐 실리사이드, 또는 텅스텐 나이트라이드 중 한가지 이상을 포함하는 전도성 금속층을 포함한다. 전도성 금속층 위에 폴리실리콘이 수용된다. 다수의 메모리 셀 커패시터의, 또는 그 일부분의 기억 노드 전극 위에 전도성 금속층과 폴리실리콘이 수용되다. 그외 다른 실시예 및 양태들도 가능하다. The present invention includes a memory circuit. In one embodiment, the memory circuit includes a memory array including a plurality of memory cell capacitors. Each capacitor includes a memory node electrode, a capacitor dielectric region, and a cell electrode. The cell electrode is shared between, or a portion of, a plurality of memory cell capacitors in the memory array. The cell electrode in the memory array includes a conductive metal layer comprising one or more of tungsten element, tungsten alloy, tungsten silicide, or tungsten nitride. Polysilicon is received over the conductive metal layer. A conductive metal layer and polysilicon are accommodated on the memory node electrodes of, or a portion of, a plurality of memory cell capacitors. Other embodiments and aspects are possible.
Description
본 발명은 메모리 회로에 관한 발명이다. The present invention relates to a memory circuit.
메모리 집적 회로의 종류에는 여러가지가 있다. 이러한 회로들 중 일부는 메모리 어레이 내에 다수의 메모리 셀 커패시터들을 수용하고 있다. 각각의 커패시터는 기억 노드 전극, 셀 전극, 그리고 이 둘 사이에 커패시터 유전체 영역을 포함한다. 더우기 일부 메모리 회로에서는 셀 전극이 메모리 어레이 내 커패시터들 사이에서 공유된다. 한가지 예로서, 이러한 기존 타입의 메모리 회로로 DRAM을 들 수 있다. 이에 관계없이, 제작되는 메모리 셀 커패시터들은 다양한 형태를 취할 수 있으며, 가령, 적층형, 트렌치형, 평면형 등의 형태를 취할 수 있다. 또한, 컨테이너형이나 컵형 형태로 커패시터 기억 노드들을 가질 수 있다. There are many kinds of memory integrated circuits. Some of these circuits house multiple memory cell capacitors in a memory array. Each capacitor includes a memory node electrode, a cell electrode, and a capacitor dielectric region between the two. Furthermore, in some memory circuits, cell electrodes are shared between capacitors in the memory array. One example is a DRAM of this conventional type of memory circuit. Irrespective of this, fabricated memory cell capacitors may take various forms, for example, stacked, trenched, planar, or the like. It may also have capacitor storage nodes in the form of a container or cup.
기존의 메모리 셀 커패시터 구조는 티타늄 나이트라이드의 기억 노드 전극을 형성하며, 이때 커패시터 유전 영역은 알루미늄 옥사이드와 하프늄 옥사이드 중 한개 또는 이들의 조합을 포함한다. 나머지 셀 전극은 세가지 물질로 형성되는 데, 구체적으로 말하자면, 커패시터 유전 영역에 수용되는 티타늄 나이트라이드층, 티타늄 나이트라이드에 수용되는 전도성-도핑된 폴리실리콘, 그리고 전도성-도핑된 폴리실리콘에 수용되는 텅스텐 실리사이드로 형성되는 것이다. 티타늄 나이트라이 드는 컨테이너 구멍 내까지 이르는 증착 과정의 높은 스텝 카버리지(step coverage)로 인해 이용되며, 도핑된 실리케이트 글래스에 대해 우수한 접착력 및 장벽층을 제공할 수 있다. 상기 실리케이트 글래스 내에 기억 노드 컨테이너 구멍들이 형성되는 것이 일반적이다. 증착 중에 폴리실리콘 역시 우수한 순응성 스텝 카버리지를 제공하며, 산화 장벽층으로도 기능한다. 더우기, 메모리 어레이 주변 회로의 다른 전도 성분들이나 전도 성분들의 일부분을 제작하는 데 전도성 셀 전극층이 사용되는 것이 일반적이다. 이러한 성분들의 폴리실리콘은 메모리 어레이 주변의 회로 내 이와같은 전도성 물질들에 대한 접촉부를 에칭하기 위해 우수한 에칭 정지 기능을 제공한다. 텅스텐 실리사이드는 전도성-도핑된 폴리실리콘에 비해 우수한 전기 전도도로 인해 폴리실리콘에 비해 우월하게 사용된다. 텅스텐 실리사이드는 물리적 기상 증착되는 것이 일반적이다. Conventional memory cell capacitor structures form memory node electrodes of titanium nitride, where the capacitor dielectric region comprises one or a combination of aluminum oxide and hafnium oxide. The remaining cell electrodes are formed of three materials, specifically, a titanium nitride layer contained in the capacitor dielectric region, a conductive-doped polysilicon contained in the titanium nitride, and a tungsten contained in the conductive-doped polysilicon. It is formed of silicide. Titanium nitride is used due to the high step coverage of the deposition process leading up to the container openings and can provide excellent adhesion and barrier layers to the doped silicate glass. It is common for memory node container holes to be formed in the silicate glass. Polysilicon also provides excellent compliant step coverage during deposition and also acts as an oxide barrier layer. Moreover, it is common for conductive cell electrode layers to be used to fabricate other conductive components or portions of conductive components in a circuit around a memory array. Polysilicon of these components provides a good etch stop function for etching contacts to such conductive materials in the circuits around the memory array. Tungsten silicide is used superior to polysilicon because of its excellent electrical conductivity compared to conductive-doped polysilicon. Tungsten silicides are typically physical vapor deposited.
전형적인 공지 기술의 메모리 셀 커패시터 구조는 커패시터 유전 영역 위에 모든 트렌치들을 라인으로 형성하는 연속 층 형태로 셀 전극의 티타늄 나이트라이드를 형성한다. 전도성-도핑된 폴리실리콘층이 그후 컨테이너의 나머지 공간을 완전히 채우고, 어레이의 모든 컨테이너들과 상호연결된다. 텅스텐 실리사이드층이 그 위에 수용되며, 따라서, 컨테이너 내에는 형성되지 않는다. 이 셀 플레이트 층에 대한 한개 이상의 전도성 접촉부들이 메모리 어레이의 외부에 만들어져, 어레이 전체에 대해 공통 전위로 셀 전극을 제공한다. A typical known memory cell capacitor structure forms titanium nitride of the cell electrode in the form of a continuous layer that forms all the trenches in a line over the capacitor dielectric region. The conductive-doped polysilicon layer then completely fills the remaining space of the container and is interconnected with all the containers of the array. A tungsten silicide layer is received thereon and thus is not formed in the container. One or more conductive contacts for this cell plate layer are made outside of the memory array, providing a cell electrode at a common potential across the array.
알루미늄/하프늄 옥사이드를 이용할 경우, 기판이 노출되는 온도를 제한하는 경향이 있었다. 구체적으로 언급하자면, 전형적인 최고 온도 제한점은 섭씨 700도 이다. 보로포스포실리케이트 글래스(BPSG)가 전형적인 인터레이어/인터레벨 유전체로서, 알루미늄 옥사이드나 하느늄 옥사이드의 증착 전후로 증착되는 것이 일반적이다. BPSG는 증착후 통상적으로 고속 열 처리되며, 노(furnace)에서 어닐링처리된다. 이는 통상적으로 섭씨 800도 이상에서 이루어진다. 이러한 고온 처리는 폴리실리콘 내의 전도도 개선 불순물 도펀트들을 활성화시키며, 이에 따라, 도핑된 폴리실리콘의 전기전도도가 증가한다. 그러나, 알루미늄 옥사이드나 하프늄 옥사이드의 증착 후 현재의 섭씨 700도 온도 제한으로 인해, BPSG는 노 어닐링이나 급속 열처리 노출없이 증착된다. 이에 따라, 폴리실리콘의 도펀트 활성화 정도가 요망 수준에 도달하지 못하며, 결국, 폴리실리콘의 저항이 요망치보다 높게 된다. When using aluminum / hafnium oxide, there was a tendency to limit the temperature at which the substrate is exposed. Specifically, the typical maximum temperature limit is 700 degrees Celsius. Borophosphosilicate glass (BPSG) is a typical interlayer / interlevel dielectric, typically deposited before or after deposition of aluminum oxide or hanium oxide. The BPSG is typically heat treated after deposition and annealed in a furnace. This is typically done at 800 degrees Celsius or more. This high temperature treatment activates the conductivity improving impurity dopants in the polysilicon, thereby increasing the electrical conductivity of the doped polysilicon. However, due to the current 700 degree Celsius temperature limit after deposition of aluminum oxide or hafnium oxide, BPSG is deposited without furnace annealing or rapid thermal annealing. Accordingly, the degree of dopant activation of the polysilicon does not reach the desired level, and eventually the resistance of the polysilicon is higher than the desired value.
본 발명은 메모리 회로를 포함한다. 일실시예에서, 메모리 회로는 다수의 메모리 셀 커패시터들을 포함하는 메모리 어레이를 포함한다. 각각의 커패시터는 기억 노드 전극, 커패시터 유전 영역, 그리고 셀 전극을 포함한다. 셀 전극은 메모리 어레이 내의 다수의 메모리 셀 커패시터들 사이, 또는 그 일부분 사이에서 공유된다. 메모리 어레이 내의 셀 전극은 텅스텐 원소, 텅스텐 합금, 텅스텐 실리사이드, 또는 텅스텐 나이트라이드 중 한가지 이상을 포함하는 전도성 금속층을 포함한다. 전도성 금속층 위에 폴리실리콘이 수용된다. 다수의 메모리 셀 커패시터의, 또는 그 일부분의 기억 노드 전극 위에 전도성 금속층과 폴리실리콘이 수용되다. The present invention includes a memory circuit. In one embodiment, the memory circuit includes a memory array including a plurality of memory cell capacitors. Each capacitor includes a memory node electrode, a capacitor dielectric region, and a cell electrode. The cell electrode is shared between, or a portion of, a plurality of memory cell capacitors in the memory array. The cell electrode in the memory array includes a conductive metal layer comprising one or more of tungsten element, tungsten alloy, tungsten silicide, or tungsten nitride. Polysilicon is received over the conductive metal layer. A conductive metal layer and polysilicon are accommodated on the memory node electrodes of, or a portion of, a plurality of memory cell capacitors.
그외 다른 실시예 및 양태들도 가능하다. Other embodiments and aspects are possible.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 일부분의 평면도.1 is a plan view of a portion of a semiconductor wafer in accordance with the present invention.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 취한 단면도.2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG.
도 3은 도 2에 도시된 도면의 대안의 실시예 도면.3 is an alternative embodiment view of the figure shown in FIG. 2;
DRAM 회로같은 선호 실시예의 메모리 회로가 도 1 및 도 2를 참고하여 설명된다. 이때, 반도체 기판(10)이 도시된다. 기판(10)은 벌크 단결정 실리콘(12)을 포함하며, 그 안에는 트렌치 절연 영역(14)들이 형성된다. 물론, 대안의 반도체 기판들(가령, semiconductor-on-insulator, 기존 또는 미래형 기판, 등등)이 고려될 수 있다. A preferred embodiment memory circuit, such as a DRAM circuit, is described with reference to FIGS. At this time, the
예시되는 메모리 회로는 DRAM 회로의 두개의 메모리 셀을 나타내며, 특히, 매립형 디지트라인 DRAM 회로를 나타낸다. 그러나, 다수의 메모리 셀 커패시터들을 포함하는 메모리 어레이를 포함한다면, 기존의 것이나 미래형의 것이든지에 상관없이 임의의 메모리 회로를 고려할 수 있다. 기판(10)은 다수의 커패시터들을 포함하는 메모리 어레이(15)의 일부분을 도시한다. 이때, 두개의 커패시터(16, 18)이 도시된다. 한 쌍의 워드라인(20, 22)이 반도체 물질(12) 내에 수용되는 것으로 도시된다. 예를 들어, 이는 게이트 유전층(24), 그 위에 수용된 전도성-도핑된 폴리실리콘층(26), 그 위에 수용된, 전도성이 더 큰, 내화 금속 또는 내화 금속 실리사이드층(28), 그리고 그 위에 수용된 절연 캡(30)(즉, 실리콘 나이트라이드)을 포함한다. 이방성으로 에칭된 측벽 스페이서(32)들이 워드라인(20, 22)의 측벽들을 절연시키는 것으로 도시된다. 전도성 확산 영역(34, 36, 38)들이 반도체 물질(즉, 벌크 단결정 실리콘 기판)(12) 내에 제공된다. 확산 영역(36)은 워드라인(20, 22) 사이 에 수용되어, 두 메모리 셀에 대한 공유 비트 노드/정션을 구성한다. 확산 영역(34, 38)은 워드라인(20, 22)의 측방으로 바깥쪽에 수용되며, 두 메모리 셀에 대한 기억 노드 정션들을 구성한다. The illustrated memory circuit represents two memory cells of a DRAM circuit, in particular a buried digitline DRAM circuit. However, if a memory array including a plurality of memory cell capacitors is included, any memory circuit can be considered, whether existing or future.
한개 이상의 절연 물질(40)들이 기판(12) 위에 형성된다(워드라인(20, 22) 포함). 일례의 선호 물질은 실리콘 다이옥사이드로서, 가장 바람직한 것은 BPSG나 PSG같은 절연 실리케이트 글래스이다. 도시되는 예에서, 물질(40)은 한가지 물질일 수도 있고 여러가지 물질일 수도 있는 데, 여러 단계로 증착되는 것이 일반적이다. 물질(40) 내에 전도성 접촉부나 플러그(42, 43, 44)들이 수용되며, 확산 영역(34, 36, 38)으로 뻗어간다. 이는 전도성-도핑된 폴리실리콘, 티타늄 나이트라이드, 그리고 티타늄 실리사이드같은 한개 이상의 전도성 물질들을 포함할 수 있다. 플러그(42, 43, 44) 물질이 서로 같은 것일 수도 있고, 다를 수도 있다. 예를 들어, 도핑되지 않은 실리콘 다이옥사이드를 증착한 후 BPSG를 증착한 다음에 플러그(42, 43, 44)가 접촉부 구멍 내에 형성될 수 있다. 도 1과 도 2는 일례의 메모리 회로에 대해 매립된 디지트라인(46)을 또한 도시한다. One or more
개별 커패시터(16, 18)는 기억 노드 전극(48), 커패시터 유전 영역(50), 그리고 셀 전극(52)을 포함하는 것으로 도시된다. 셀 전극(52)은 메모리 어레이 내에 다수의 메모리 셀 커패시터들 사이에서, 또는 그 일부분 사이에서 공유된다. 도 2는 메모리 어레이(15) 내에서 메모리 셀 커패시터(16, 18)에 의해 셀 전극(52)이 공유되는 모습을 도시하고 있다.
일례의 선호 기억 노드 전극 물질은 티타늄 나이트라이드같은 전도성 금속 나이트라이드이다. 이러한 전극은 일례의 전도성 금속 나이트라이드를 포함하거나, 이를 주성분으로 포함하거나, 금속 나이트라이드만으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 대안의 전도성 금속 나이트라이드는 텅스텐 나이트라이드, 티타늄 보론 나이트라이드, 그리고 탄탈륨 나이트라이드를 포함한다. 기억 노드(48)에 대한 일례의 선호 두께 범위는 50 ~ 100 옹스트롬이다. 선호 실시예에서, 기억 노드 전극(48)은 컨테이너 형태를 취한다. 추가적으로 한가지 선호 실시예에서, 이러한 컨테이너형 기억 노드 전극들은 물질(40)같은 절연 실리케이트 글래스 내에 형성되는 컨테이너 구멍 내에 수용된다. One preferred memory node electrode material is a conductive metal nitride, such as titanium nitride. Such electrodes may comprise, for example, conductive metal nitrides, or comprise them as a main component, or consist only of metal nitrides. For example, alternative conductive metal nitrides include tungsten nitride, titanium boron nitride, and tantalum nitride. One preferred thickness range for
일레의 선호 커패시터 유전 영역(50)은 알루미늄 옥사이드와 하프늄 옥사이드 중 한가지 이상을 포함한다. 예를 들어, 추가적인 선호 실시예는 탄탈륨 옥사이드, 탄탈레이트, 바륨 스트론튬 티타네이트같은 티타네이트, 그리고 옥사이드-나이트라이드-옥사이드(ONO) 물질을 포함한다. Ele's preferred
선호 실시예에서, 셀 전극(52)은 전도성 금속 나이트라이드층(54)과 전도성 금속층(56)을 포함한다. 전도성 금속층(56)은 텅스텐 원소, 텅스텐 합금, 텅스텐 실리사이드, 그리고 텅스텐 나이트라이드 중 한가지 이상을 포함한다. 전도성 금속층은 전도성 금속 나이트라이드층(54)과 다른 조성을 가진다. 일례의 텅스텐 합금은 티타늄-텅스텐이다. 도시되는 예에서, 전도성 금속층(56)은 전도성 금속 나이트라이드층(54) 위에 수용된다. 그러나, 일부 실시예의 경우, 전도성 금속 나이트라이드층(54)이 전도성 금속층 위에 수용되기도 한다. In a preferred embodiment,
일례의 선호 전도성 금속 나이트라이드층들은 선호되는 기억 노드 물질과 연 계하여 앞서 설명한 바와 같다. 전도성 금속 나이트라이드층(54)의 선호되는 두께 범위는 100 ~ 300 옹스트롬이며, 특정 선호 예에서 200 옹스트롬 두께가 가장 선호된다. Exemplary preferred conductive metal nitride layers are as described above in connection with preferred memory node materials. The preferred thickness range of conductive
전도성 금속층(56)은 다수의 메모리 셀 커패시터의 기억 노드 전극(48)들 각각 위에 수용될 수 있다. 대안으로, 전도성 금속층(56)이 커패시터(16, 18)의 기억 노드 전극(48)들 각각의 일부분 위에만 수용되기도 한다. 예를 들어, 전도성 금속층(56)이, 도시된 컨테이너 형태의 바닥 부분에서 기억 노드(48)의 중앙 부분(60) 위에 수용되지 않는 것으로 도시된다. 추가적으로 선호되는 것이 있다면, 전도성 금속 나이트라이드층(54)이, 다수의 메모리 셀 커패시터의, 또는 그 일부분의, 기억 노드 전극(48) 각각 위에 수용되는 것이다. 이때, 층(54)은 커패시터(16, 18)의 기억 노드 전극(48) 위에 수용되는 것으로 도시된다. 전도성 금속층(56)의 일례의 선호 두께 범위는 100~1000 옹스트롬이다. The
도시되는 선호 실시예에서, 폴리실리콘(62)이 전도성 금속 나이트라이드층(54)과 전도성 금속층(56) 위에 수용된다. 이때, 전도성 금속 나이트라이드층(54), 전도성 금속층(56), 그리고 폴리실리콘(62)이 메모리 셀 커패시터(16, 18)의 기억 노드 전극(48)들 위에 수용된다. 추가적으로 한가지 선호 실시예에서, 전도성 금속층(56)이 전도성 금속 나이트라이드층(54) 위에 수용될 때, 폴리실리콘(62)이 전도성 금속층(56)의 텅스텐 원소, 텅스텐 합금, 텅스텐 실리사이드, 또는 텅스텐 나이트라이드 중 한가지 위에 수용된다. 추가적으로, 도시되는 실시예에서, 특히 전도성 금속층(56)이 기억 노드 전극(48)들의 각각의 일부분 위에만 수용 될 때, 폴리실리콘(62)이 전도성 금속 나이트라이드층(54) 위에 수용된다. 전도성 금속층(56)이 다수의 메모리 셀 커패시터의 기억 노드 전극(48)들 각각 위에 수용될 경우, 폴리실리콘(62)은 전도성 금속 나이트라이드층이나 전도성 금속층 중 한가지 위에만 수용될 수 있다. 폴리실리콘(62)의 일례의 선호 두께 범위는 50~600 옹스트롬이며, 도시되는 기억 노드 컨테이너 형태들의 나머지 공간을 채우는 것이 바람직하다. 도시되는 실시예에서, 폴리실리콘(62)은 도 2에 도시되는 바와 같이, 메모리 어레이(15) 내에서 전도성 금속 나이트라이드층(54)과 측방으로 똑같이 뻗어가는 것(laterally co-extensive)이 바람직하다. In the preferred embodiment shown,
폴리실리콘(62)은 전도도 개선 불순물로 전도성-도핑될 수 있다. 가령, 폴리실리콘(62)이 셀 전극의 전기 전도부를 포함할 수 있다. 대안으로, 폴리실리콘이, 셀 전극의 전도부를 포함하도록, 폴리실리콘을 효과적으로 전도성을 띄도록 하기에 불충분한 전도도 개선 불순물로 도핑될 수 있으며, 일실시예에서는 전도도-개선 불순물로 전도성-도핑되지 않을 수도 있다.
본 발명은 전도성 금속 나이트라이드층(54)의 존재 여부에 관계없이, (각 개별 기억 노드 전극 위에 수용되는 지 여부에 상관없이) 전도성 금속층(56) 위에 수용되는 폴리실리콘을 또한 고려한다. 그러나, 이러한 전도성 금속 나이트라이드층(54)이 존재하며, 전도성 금속층(56)이 층(54) 위에 수용되는 도 2의 실시예가 선호된다. The present invention also contemplates polysilicon received on conductive metal layer 56 (whether or not it is housed on each individual memory node electrode), whether or not conductive
추가적인 예로서, 본 발명은 텅스텐 원소, 텅스텐 합금, 텅스텐 실리사이드, 그리고 텅스텐 나이트라이드 중 두가지 이상을 포함하는 전도성 금속층을 고려한 다. 물론 두가지, 세가지, 네가지 등등도 해당된다. 예를 들어, 도 3은 대안의 반도체 웨이퍼(10a)를 도시한다. 도 3은 두개의 층(55, 57)으로 구성되는 전도성 금속층(56a)을 포함하는 셀 전극(52a)을 도시한다. 이때, 전도성 금속층(56a)은 텅스텐 원소, 텅스텐 합금, 텅스텐 실리사이드, 그리고 텅스텐 나이트라이드 중 두가지 이상을 포함한다. 다른 선호되는 예들은 앞서 언급한 바와 같고, 이러한 층들이 세개 또는 네개도 사용될 수 있다. As a further example, the present invention contemplates a conductive metal layer comprising two or more of tungsten element, tungsten alloy, tungsten silicide, and tungsten nitride. Of course, two, three, four, and so on. For example, FIG. 3 shows an alternative semiconductor wafer 10a. 3 shows a cell electrode 52a comprising a conductive metal layer 56a composed of two
공지 기술과 본원에서의 폴리실리콘의 활용은 유전체 누출을 감소시키는 것으로 알려져 있고, 폴리실리콘은 커패시터 형성에 이은 공정 중 티타늄 나이트라이드와 텅스텐 실리사이드의 산화를 차단하고 응력 버퍼로 기능한다고 판단된다. The use of known techniques and polysilicon herein is known to reduce dielectric leakage, and polysilicon is believed to act as a stress buffer and block the oxidation of titanium nitride and tungsten silicide during the capacitor formation process.
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