DE102006040238A1 - Transistor arrangement for selecting one memory cell from multiple memory cells in substrate, has memory cell, and one wordline forms in one wordline trench of multiple gate electrodes at side panel of active areas of two adjacent set - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Transistor, eine Speicherzellenanordnung und ein Verfahren zum Herstellen und Betreiben eines Speicherelements mit mindestens einer Speicherzelle, insbesondere einer resistiv schaltenden, beispielsweise einer Phasenwechselspeicherzelle, und ein Speicherelement.The The invention relates to a transistor, a memory cell arrangement and a method of manufacturing and operating a memory element with at least one memory cell, in particular a resistive switching, for example, a phase change memory cell, and a memory element.
Konventionelle Speicherelemente, insbesondere Halbleiterspeicherelemente, können unterteilt werden in eine erste Gruppe von sogenannten funktionalen Speicherelementen, beispielsweise PLAs, PALs, usw. und eine zweite Gruppe sogenannter Tabellenspeicherelemente, beispielsweise ROM-Elemente, wie zum Beispiel PROMs, EPROMs, EEPROMs, Flashspeicher usw. Weiterhin gibt es eine dritte Gruppe sogenannter RAM-Elemente, wie zum Beispiel DRAMs und SRAMs.conventional Memory elements, in particular semiconductor memory elements, can be subdivided into a first group of so-called functional memory elements, For example, PLAs, PALs, etc. and a second group of so-called Table storage elements, for example ROM elements, such as PROMs, EPROMs, EEPROMs, flash memory, etc. There is also a third group so-called RAM elements, such as DRAMs and SRAMs.
In jüngerer Zeit sind sogenannte resistiv oder resistiv schaltende Speicherelemente bekannt geworden, beispielsweise sogenannte Phasenwechselspeicher (PCMs) oder Brückenleiterspeicher (conducting bridge = CB) Speicher oder magnetoresistive Speicher (MRAM) oder resistives RAM (RRAM).In younger Time are so-called resistive or resistively switching memory elements become known, for example, so-called phase change memory (PCMs) or bridge conductor memory (conducting bridge = CB) memory or magnetoresistive memory (MRAM) or resistive RAM (RRAM).
In einer resistiv oder resistiv schaltenden Speicherzelle kann ein aktives oder aktiv schaltendes Material, welches üblicherweise zwischen zwei entsprechenden Elektroden, d.h. einer Anode und einer Kathode positioniert ist, zwischen ei nem leitenden und einem weniger leitenden Zustand durch einen geeigneten Schaltprozess umgeschaltet werden. Dem leitenden Zustand kann eine logische 1 und dem weniger leitenden Zustand kann eine logische 0 zugeordnet werden, oder umgekehrt, was einer logischen Anordnung eines Bits entspricht.In a resistive or resistive switching memory cell may be active or active switching material, which is usually between two corresponding electrodes, i. an anode and a Cathode is positioned, between a nem conductive and a less conductive state switched by a suitable switching process become. The conductive state can be a logical 1 and less conductive state can be assigned a logical 0, or vice versa, which corresponds to a logical arrangement of a bit.
Für Phasenwechselspeicher (PCRAMs) kann beispielsweise ein geeignetes Chalcogenidegemisch, z.B. Ge-Sb-Te (GST) oder ein IN-SB-TE-Gemisch als schaltaktives Material genutzt werden, welches zwischen zwei entsprechenden Elektroden positioniert ist. Dieses schaltaktive, also beispielsweise das chalgonide Material kann zwischen einem amorphen und einem kristallinen Zustand umgeschaltet werden, wobei der amorphe Zustand vergleichsweise gering leitend ist und dem eine logische 0 zugeordnet werden kann, und der kristalline Zustand der vergleichsweise gut leitende Zustand ist, dem entsprechend eine logische 1 zugeordnet werden kann. Im folgenden wird dieses Material als schaltaktives Material bezeichnet.For phase change memory (PCRAMs), for example, a suitable chalcogenide mixture, e.g. Ge-Sb-Te (GST) or an IN-SB-TE mixture as a switching active Material to be used, which is between two corresponding electrodes is positioned. This switching active, so for example the chalgonide Material can be between an amorphous and a crystalline state be switched, the amorphous state comparatively low is conductive and to which a logical 0 can be assigned, and the crystalline state of the comparatively well-conductive state is, to which a logical 1 can be assigned accordingly. in the Following this material is referred to as a switching active material.
Um einen Wechsel von dem amorphen, also dem vergleichsweise schwach leitenden Zustand des schaltaktiven Materials, zu dem kristallinen, also dem vergleichsweise gut leitenden Zustand herbeizuführen, muss das Material erhitzt werden. Zu diesem Zweck wird ein erhitzender Stromimpuls durch das Material geleitet, der das schaltaktive Material über seine Kristallisationstemperatur hinaus erhitzt und damit den Widerstand verringert. Auf diese Weise kann die Speicherzelle in einen ersten logischen Zustand gesetzt werden. Umgekehrt kann das schaltaktive Material durch Anlegen eines relativ hohen Stromes an die Zelle erhitzt werden, was ein Schmelzen des schaltaktiven Materials bewirkt und durch anschließendes Abschrecken kann das Material in einen amorphen, d.h. einen relativ schwach leitenden Zustand gebracht werden, dem ein zweiter logischer Zustand zugeordnet werden kann, sodass der erste logische Zustand zurückgesetzt wird.Around a change from the amorphous, so the comparatively weak conductive state of the switching active material, to the crystalline, So bring about the comparatively well-conductive state, must the material will be heated. For this purpose, a heated Current pulse passed through the material, which is the switching active material on his Crystallization temperature also heated and thus the resistance reduced. In this way, the memory cell in a first logical state are set. Conversely, the switching active Material by applying a relatively high current to the cell are heated, causing a melting of the switching active material and by subsequent quenching For example, the material can be transformed into an amorphous, i. a relatively weak one be brought to a conductive state, the second logical state can be assigned so that the first logical state is reset becomes.
Für PCRAM-Zellen
sind verschiedene Vorschläge
gemacht worden, beispielsweise von
Aus Kostengründen ist eine kleine Zellengröße notwendig, die eine hohe Dichte von Speicherzellen in einem Speicherelement ermöglicht.Out cost reasons a small cell size is necessary the high density of memory cells in a memory element allows.
Ein Nachteil der vorgeschlagenen Speicherzellen ist die Verwendung planarer array Transistoren oder Transistoren mit einem Source/Drain-Kontakt in derselben horizontalen Ebene, beispielsweise FinFETs. Eine solche Bauweise verhindert aus geometrischen Gründen das Schrumpfen der Zelle unter eine Größe von 6F2, da die Größe einer Zelle die Fläche umfasst, die für den Transistor zum Auswählen der Zelle benötigt wird.One Disadvantage of the proposed memory cells is the use of planar array transistors or transistors with a source / drain contact in the same horizontal plane, for example FinFETs. Such Construction prevents geometric shrinkage of the cell under a size of 6F2, because the size of a Cell the area includes that for the transistor for selecting the Cell needed becomes.
Die
Es ist damit ein Ziel dieser Erfindung, ein neues Design eines Auswahltransistors für ein Speicherelement mit einer Vielzahl an Speicherzellen vorzuschlagen, insbesondere Phasenwechselspeicherzellen, und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen der Transistoren, wobei die oben genannten Probleme vermieden werden.It Thus, it is an object of this invention to provide a new design of a selection transistor for a To propose memory element with a multiplicity of memory cells, in particular phase change memory cells, and a corresponding Method for manufacturing the transistors, the problems mentioned above be avoided.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung vertikaler Transistoren in einem Substrat zur Auswahl einer aus einer Vielzahl von Speicherzellen vorgeschlagen, wobei jede Speicherzelle eine Transistorzelle über ein Speicherelement mit einer Bitleitung verbindet und über zwei Wortleitungen und die Bitleitung adressierbar ist, wobei die Anordnung der vertikalen Transistoren bestimmt ist durch eine Vielzahl von Wortleitungsgräben und eine Vielzahl von senkrecht kreuzenden Isolierungsgräben in dem Substrat. In Richtung der Isolierungsgräben separieren die Wortleitungsgräben die Transistorzellen voneinander, und in Richtung der Wortleitungsgräben separieren die Isolierungsgräben die Transis torzellen voneinander, wobei ein Wortleitungsgraben eine Wortleitung aufnimmt und wobei eine erste Wortleitung in einem ersten Wortleitungsgraben eine Vielzahl von Gate-Elektroden an einer Seitenwand aktiver Gebiete einer ersten und einer zweiten benachbarten Reihe von Transistorzellen in Wortleitungsrichtung bildet, und wobei eine zweite Wortleitung in einem benachbarten Wortleitungsgraben eine Vielzahl von Gate-Elektroden auf der gegenüberliegenden Seitenwand der aktiven Gebiete der zweiten und einer dritten Reihe von Transistorzellen in Wortleitungsrichtung bildet.To In a first aspect of the invention, an arrangement becomes vertical Transistors in a substrate for selecting one of a plurality proposed by memory cells, each memory cell one Transistor cell over a memory element connects to a bit line and over two Word lines and the bit line is addressable, the arrangement the vertical transistors is determined by a variety of Word line trenches and a plurality of vertically crossing isolation trenches in the Substrate. In the direction of the isolation trenches, the word line trenches separate the Transistor cells from each other, and in the direction of the word line trenches separate the isolation trenches the Transis torzellen from each other, wherein a word line trench a Word line and wherein a first word line in a first Wordline trench a plurality of gate electrodes on a sidewall more active Areas of a first and a second adjacent row of transistor cells in the word line direction, and wherein a second word line in a neighboring word line trench, a plurality of gate electrodes on the opposite side Sidewall of the active areas of the second and third row of transistor cells in the word line direction forms.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung stellt auf eine Anordnung vertikaler Transistoren in einem Substrat zum Auswählen einer aus einer Vielzahl von Speicherzellen ab, wobei jede Speicherzelle einen Transistor über ein Speicherelement mit einer Bitleitung verbindet und durch Auswählen der Bitleitung und zweier Wortleitungen adressierbar ist, wobei die Anordnung der vertikalen Transistoren bestimmt ist durch eine Vielzahl von Wortleitungsgräben und eine Vielzahl von senkrecht kreuzenden Isolierungsgräben in dem Substrat. Die Wortleitungsgräben separieren die Transistorzellen in Richtung der Isolierungsgräben voneinander, und die Isolierungsgräben separieren die Transistorzellen in Richtung der Wortleitungsgräben voneinander, wobei ein Wortleitungsgraben eine Reihe von Gate-Elektroden einer Reihe benachbarter Transistorzellen in Wortleitungsrichtung aufnimmt, wobei die Gate-Elektroden elektrisch an eine Gate-Leitung gekoppelt sind, die über dem Wortleitungsgraben positioniert ist, und wobei eine erste Reihe von Gate-Elektroden in einem ersten Wortleitungsgraben eine Vielzahl von Gate-Elektroden an einer ersten Seitenwand aktiver Gebiete einer ersten und einer zweiten, benachbarten Reihe von Transistorzellen in Wortlei tungsrichtung bildet und wobei eine zweite Reihe von Gate-Elektroden in einem benachbarten Wortleitungsgraben eine Vielzahl von Gate-Elektroden auf der anderen Seitenwand der aktiven Gebiete der zweiten und einer dritten Reihe von Transistorzellen in Wortleitungsrichtung bildet.A other embodiment The invention relates to an arrangement of vertical transistors in a substrate for selection one of a plurality of memory cells, each memory cell one Transistor over connects a memory element to a bit line and by selecting the Bit line and two word lines is addressable, the Arrangement of the vertical transistors is determined by a variety of word line trenches and a plurality of vertically crossing isolation trenches in the Substrate. The word line trenches Separate the transistor cells in the direction of the isolation trenches from each other, and the isolation trenches the transistor cells separate in the direction of the word line trenches, wherein a wordline trench is a series of gate electrodes of a row receiving adjacent transistor cells in the word-line direction, wherein the gate electrodes are electrically coupled to a gate line are over that Word line trench is positioned, and wherein a first row of gate electrodes in a first word line trench a plurality of gate electrodes on a first sidewall of active regions first and a second, adjacent row of transistor cells forms in Wortlei direction and wherein a second row of gate electrodes in one adjacent wordline trench a plurality of gate electrodes on the other side wall of the active areas of the second and one third row of transistor cells in the word line direction forms.
Weiterhin
schlägt
die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung vertikaler
Transistorzellen in einem Substrat vor, das folgende Verfahrensschritte
umfasst:
Herstellen einer leitenden Schicht innerhalb des Substrats,
wobei die leitende Schicht von einer weniger leitenden und zumindest
teilweise gegensätzlich
dotierten Substratschicht bedeckt ist;
Bilden einer Vielzahl
paralleler Isolierungsgräben,
die sich entlang einer ersten Richtung erstrecken und Füllen der
Isolierungsgräben
mit einem Isoliermaterial;
Bilden einer Vielzahl paralleler
Wortleitungsgräben, die
sich entlang einer zweiten, senkrecht zu der ersten Richtung erstrecken,
somit Säulen
von Substratmaterial bilden, die aus dem Substrat heraustreten und
als aktive Gebiete von Transistorzellen dienen;
Erzeugen einer
Schicht von Gatedielektrikum in einem Wortleitungsgraben und anschließendes Füllen mit
einem leitenden Material, sodass Gate-Elektroden an einer Seitenwand
einer ersten und einer zweiten, benachbarten Reihe aktiver Gebiete
in Wortleitungsrichtung gebildet werden, die somit eine Wortleitung
bilden;
Erzeugen einer Schicht von Gatedielektrikum in mindestens
einem zweiten, benachbarten Wortleitungsgraben und anschließendes Füllen mit
einem leitfähigen
Material, welches somit Gate-Elektroden an einer gegenüberliegenden
Seitenwand der ersten Reihe von aktiven Gebieten und an einer Seitenwand
einer dritten, benachbarten Reihe von aktiven Gebieten in Wortleitungsrichtung
bildet und damit eine zweite Wortleitung bildet.Furthermore, the invention proposes a method for producing an arrangement of vertical transistor cells in a substrate, comprising the following method steps:
Forming a conductive layer within the substrate, the conductive layer being covered by a less conductive and at least partially oppositely doped substrate layer;
Forming a plurality of parallel isolation trenches extending along a first direction and filling the isolation trenches with an insulating material;
Forming a plurality of parallel wordline trenches extending along a second, perpendicular to the first direction, thus forming columns of substrate material emerging from the substrate and serving as active regions of transistor cells;
Forming a layer of gate dielectric in a wordline trench and then filling with a conductive material such that gate electrodes are formed on a sidewall of a first and a second adjacent row of active regions in the wordline direction, thus forming a wordline;
Forming a layer of gate dielectric in at least one second adjacent wordline trench and then filling with a conductive material thus forming gate electrodes on an opposite sidewall of the first row of active areas and on a sidewall of a third, adjacent row of active areas in the wordline direction and thus forms a second word line.
Weiterhin
wird erfindungsgemäß ein Verfahren
zum Herstellen einer Anordnung vertikaler Transistorzellen in einem
Substrat vorgeschlagen, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:
Bilden
einer Vielzahl paralleler Isolierungsgräben, die sich in einer ersten
Richtung erstrecken und Füllen der
Isolierungsgräben
mit einem Isoliermaterial;
Bilden einer Vielzahl paralleler
Wortleitungsgräben, die
sich in einer zweiten Richtung, senkrecht zur ersten Richtung erstrecken
und somit Säulen
von Substratmaterial bilden, die aus der leitfähigen Schicht in dem Substrat
heraustreten und als aktive Gebiete von Transistorzellen dienen;
Herstellen
einer Schicht von Gatedielektrikum in einem ersten Wortleitungsgraben
und nachfolgendes Füllen
mit einem leitfähigen
Material, sodass damit Gate-Elektroden an einer Seitenwand einer
ersten und einer zweiten, benachbarten Reihe aktiver Gebiete in
Wortleitungsrichtung gebildet werden, die so eine Wortleitung bilden;
Erzeugen
einer Schicht von Gatedielektrikum in mindestens einem zweiten,
benachbarten Wortleitungsgraben und nachfolgendes Füllen mit
einem leitfähigen
Material, sodass Gate-Elektroden
an einer gegenüberliegenden
Seitenwand der ersten Reihe der aktiven Gebiete und an einer Seitenwand
einer dritten, benachbarten Reihe aktiver Gebiete in Wortleitungsrichtung
gebildet werden, sodass damit eine zweite benachbarte Wortleitung
gebildet wird.Furthermore, a method for producing an arrangement of vertical transistor cells in a substrate is proposed according to the invention, which method comprises the following method steps:
Forming a plurality of parallel isolation trenches extending in a first direction and filling the isolation trenches with an insulating material;
Forming a plurality of parallel wordline trenches extending in a second direction perpendicular to the first direction and thus forming columns of substrate material emerging from the conductive layer in the substrate and serving as active regions of transistor cells;
Producing a layer of gate dielectric in a first word line trench and subsequently filling it with a conductive material such that gate electrodes are formed thereon on a sidewall of a first and a second adjacent row of active regions in the word line direction form a wordline;
Forming a layer of gate dielectric in at least a second, adjacent wordline trench and then filling with a conductive material such that gate electrodes are formed on an opposite sidewall of the first row of active areas and on a sidewall of a third, adjacent row of active areas in the wordline direction; so that thus a second adjacent word line is formed.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben eines Doppelgate-Transistors vorgeschlagen, wobei der Transistor ein aktives Gebiet aufweist, eine erste Gate-Elektrode, die an einer ersten Seitenwand des aktiven Gebiets angeordnet ist und eine zweite Gate-Elektrode, die an der gegenüberliegenden Seitenwand des aktiven Gebiets angeordnet ist, wobei die erste Gate-Elektrode an eine erste Wortleitung gekoppelt und die zweite Gate-Elektrode an eine zweite Wortleitung gekoppelt ist, und wobei der Transistor einen ersten Zustand aufweisen kann, der durch eine erste zum Öffnen des Transistors an beide Wortleitungen angelegte Spannung bestimmt ist, und einen zweiten Zustand, der zum Absenken der Leitfähigkeit des Transistors um mindestens eine Größenordnung durch eine dritte an die erste Wortleitung angelegte Spannung und eine vierte an die zweite Wortleitung angelegte Spannung definiert ist.Farther a method for operating a double-gate transistor is proposed, wherein the transistor has an active region, a first gate electrode, which is arranged on a first side wall of the active area and a second gate electrode disposed on the opposite side wall of the active region is arranged, wherein the first gate electrode to coupled to a first word line and the second gate electrode a second word line is coupled, and wherein the transistor may have a first state, which by a first to open the Transistor to both word lines applied voltage is determined and a second state for lowering the conductivity of the transistor by at least an order of magnitude by a third voltage applied to the first word line and a fourth to the second word line applied voltage is defined.
Ebenso wird ein Verfahren zum Betreiben eines ersten und eines zweiten, benachbarten Doppelgate-Transistors in einer Anordnung von Doppelgate-Transistoren, wobei der erste Doppelgate-Transistor eine erste an eine erste Wortleitung gekoppelte Gate-Elektrode und eine zweite an eine zweite Wortleitung gekoppelte Gate-Elektrode aufweist, und der zweite Doppelgate-Transistor eine erste an eine dritte Wortleitung gekoppelte Gate-Elektrode und eine zweite Gate-Elektrode aufweist, die an die zweite Wortleitung gekoppelt ist, sodass der erste und der zweite Transistor die an die zweite Wortleitung gekoppelte Gate-Elektrode gemeinsam haben, wobei beim Öffnen des ersten Transistors eine positive Gatespannung an die erste und zweite Wortleitung angelegt wird und Erdpotential oder eine negative Spannung an die dritte Wortleitung zum Schließen des zweiten Transistors angelegt wird.As well A method for operating a first and a second, adjacent double gate transistor in an array of dual gate transistors, wherein the first dual gate transistor is a first to a first word line coupled gate electrode and a second to a second word line has coupled gate electrode, and the second double-gate transistor a first gate electrode coupled to a third word line and a second gate electrode connected to the second word line is coupled so that the first and the second transistor to the have the second word line coupled gate electrode in common, while opening of the first transistor, a positive gate voltage to the first and second word line is applied and earth potential or a negative voltage to the third word line for closing the second transistor is created.
In einer weiteren Ausführungsform wird weiterhin eine Anordnung von Transistoren in einem Substrat zum Auswählen einer aus einer Vielzahl von Speicherzellen vorgeschlagen, wobei jede Speicherzelle jeweils einen Transistor über jeweils ein Speicherelement an eine Bitleitung koppelt und durch Auswahl eines Paares von Wortleitungen und einer senkrecht dazu verlaufenden Bitleitung adressierbar ist, wobei die Transistoranordnung durch eine Vielzahl von Wortleitungsgräben gebildet ist, die Streifen von Substratmaterial bilden, die als aktive Transistorgebiete dienen, wobei die Streifen durch Abschnitte von Isoliergräben separiert sind, sodass die Wortleitungsgräben die Transistorzellen in einer ersten Richtung und die Abschnitte der Isoliergräben die Transistorzellen in der Richtung der Wortleitungsgräben separieren, wobei ein Wortleitungsgräben eine Wortleitung aufnimmt, und wobei eine erste Wortleitung eines Paares von Wortleitungen eine Vielzahl von Gate-Elektroden an einer Seitenwand von aktiven Gebieten einer Reihe von Transistorzellen in Wortleitungsrichtung bildet, und die andere Wortleitung des Paares eine Vielzahl von Gate-Elektroden auf der gegenüberliegenden Seitenwand der aktiven Gebiete der Reihe von Transistorzellen in Wortleitungsrichtung bildet, und wobei die Transistoren an jedem zweiten Schnittpunkt eines Paares von Wortleitungen mit einer Bitleitung platziert sind, wobei die Transistoren in benachbarten Reihen versetzt um eine Bitleitung angeordnet sind, sodass die Transistoren schachbrettartig angeordnet sind.In a further embodiment will further be an arrangement of transistors in a substrate to choose one proposed from a plurality of memory cells, wherein each memory cell each have a transistor via a respective memory element coupled to a bitline and by selecting a pair of wordlines and a bit line extending perpendicular thereto is addressable, wherein the transistor arrangement is formed by a plurality of word line trenches is that form strips of substrate material that act as active transistor regions serve, with the strips separated by sections of insulating trenches so that the wordline trenches the transistor cells in a first direction and the sections the isolation trenches separate the transistor cells in the direction of the wordline trenches, wherein a wordline trenches receives a word line, and wherein a first word line of a Pair of word lines connect a plurality of gate electrodes to one another Sidewall of active areas of a series of transistor cells in word line direction, and the other word line of the pair a plurality of gate electrodes on the opposite side wall of the active areas of the row of transistor cells in the word line direction forms, and wherein the transistors at every other point of intersection of a pair of word lines are placed with a bit line, wherein the transistors in adjacent rows are offset by one bit line are arranged so that the transistors arranged like a checkerboard are.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.in the The invention will be explained in more detail with reference to drawings.
Jede
Speicherzelle weist ein resistiv schaltendes Element
Die
Auswahltransistoren
Die
Auswahltransistoren
Weiterhin
sind die gegenüberliegenden Gates
zweier benachbarter Transistoren, die mit der gleichen Bitleitung
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Transistoren vollständig verarmt, d.h., dass die Verarmungszonen, die durch die linke und rechte Gate-Elektrode induziert werden, in dem aktiven Transistorgebiet überlappen. Bei vollständig verarmten N-Typ Doppelgate-Transistoren ist zum Einschalten eine positive Spannung über der Schwellwertspannung an beide Gate-Elektroden anzulegen. Falls das Potential nur einer Gate-Elektrode hochgezogen wird, d.h., eine Gate-Spannung über der Schwellwertspannung des Doppelgate-Transistors nur an eine Gate-Elektrode angelegt wird, dann wird der Transistor als sogenannter backgate kontrollierter Transistor betrieben, d.h., die effektive Schwellwertspannung hängt von der Spannung ab, die an die andere Gate-Elektrode angelegt wird, sodass die Schwellwertspannung mit der erhöhten Spannung der Backgate-Elektrode abnimmt. Auf diese Weise kann die Schwellwertspannung eines Transistors durch Anlegen eines Erdpotentials oder einer negativen Spannung an eine Gate-Elektrode angehoben werden, sodass der Transistor nicht vollständig in den leitenden Zustand geschaltet wird, was zu einem erheblich geringeren Stromfluss führt. Falls eine Spannung, die erheblich unter der Schwellwertspannung liegt, welches Erdpotential oder eine negative Spannung sein kann, an beide Gate-Elektroden angelegt wird, so wird der Transistor ausgeschaltet, was zu einem vernachlässigbaren Stromfluss führt.In a preferred embodiment the transistors are complete depleted, that is, the depletion zones passing through the left and right gate electrode are overlapping in the active transistor area. At complete depleted N-type double-gate transistors is to turn one positive voltage over the threshold voltage to apply to both gate electrodes. If the potential of only one gate electrode is pulled up, i.e. one Gate voltage over the threshold voltage of the double gate transistor only to a gate electrode is applied, then the transistor is called a so-called backgate controlled transistor, that is, the effective threshold voltage depends on of the voltage applied to the other gate electrode, so that the threshold voltage with the increased voltage of the backgate electrode decreases. In this way, the threshold voltage of a transistor through Applying a ground potential or a negative voltage to a Gate electrode to be raised so that the transistor is not completely in the conductive state is switched, resulting in a significantly lower current flow. If a voltage well below the threshold voltage, which may be ground potential or a negative voltage to both Gate electrodes is applied, the transistor is turned off, what to a negligible Current flow leads.
Beim
Schreiben einer Zelle, d.h., beim Setzen oder Zurücksetzen
einer Zelle durch Leiten eines vergleichsweise hohen Stromimpulses
durch das Volumen des resistiv schaltenden Materials, muss die Spannung
der beiden entsprechenden Wortleitungen heraufgesetzt werden, um
den Auswahltransistor einzuschalten. Entsprechend muss für das Schreiben
der ersten Zelle
Entsprechend
der Spannung, die an die Wortleitungen
Der ungünstigste Fall für das Lesen einer Speicherzelle ist, falls die ausgewählte Zelle einen hohen Widerstandswert aufweist, wohingegen die benachbarten Speicherzellen, die mit derselben Bitleitung verbunden sind, in einem Zustand geringer Leitfähigkeit sind. Um in diesem Fall den Stromfluss durch die benachbarten Speicherzellen gering zu halten, sind die Auswahltransistoren so ausgelegt, dass beim Lesen einer Zelle die Auswahltransistoren der benachbarten Speicherzellen in einem Bereich unterhalb des Schwellwerts arbeiten, sodass der Widerstand eines Transistors um ein bis zwei Größenordnungen vergrößert werden kann, der Signalabstand groß genug für eine sichere Erkennung ist.The worst case for reading a memory cell is if the selected cell has a high resistance, whereas the adjacent memory cells connected to the same bitline are in a low conductivity state. In order to minimize the current flow through the adjacent memory cells in this case, the selection transistors are designed to that when reading a cell, the selection transistors of the adjacent memory cells operate in a range below the threshold, so that the resistance of a transistor can be increased by one or two orders of magnitude, the signal distance is large enough for reliable detection.
Eine weitere Eigenschaft der beschriebenen Speicherzellen mit zwei Gate-Elektroden, die mit zwei elektrisch unabhängigen Wortleitungen verbunden sind, ist, dass zwei unterschiedliche Spannungen an die beiden Gate-Elektroden eines Auswahltransistors angelegt werden können.A further property of the described memory cells with two gate electrodes, those with two electrically independent Word lines are connected, that is two different voltages applied to the two gate electrodes of a selection transistor can be.
Die
beiden Speicherzellen in
Eine
erste und eine zweite Bitleitung
Bezugszeichen
Die
Seitenflächen
der Wortleitungen sind von einer Schicht isolierenden Oxids
Obwohl
die Zeichnung nicht maßstabsgetreu ist,
bezeichnet die Ziffer
Die Erfindung wird in diesem Fall anhand einer Phasenwechselspeicherzelle erläutert, jedoch ist sie nicht auf Phasenwechselspeicherzellen beschränkt, sondern kann für alle resistiv schaltenden 1TnR Speicher verwendet werden, die dieselbe Zellarchitektur erlauben, d.h., Zellen, deren Bitleitung direkt mit dem Speicherelement verbunden ist, und bei denen die Transistor-Source mit einem gemeinsamen (Erd-)Potential verbunden ist.The Invention is in this case based on a phase change memory cell explains however, it is not limited to phase change memory cells, but rather can for All resistive switching 1TnR memories are used the same Cell architecture, i.e., cells whose bit line directly is connected to the memory element, and in which the transistor source connected to a common (earth) potential.
Es
ist anzumerken, dass eine Anordnung, wie in
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf einen N-Typ Transistor. Wenngleich hier nicht beschrieben, so kann der Transistor auch als T-Typ Transistor mit angepasster Dotierung und entsprechenden Spannungen ausgebildet sein.The The following description refers to an N-type transistor. Although not described here, the transistor can also be called T-type transistor formed with adapted doping and corresponding voltages be.
In
einem Wafer
In
der Zeichnung sind zwei aktive Gebiete
Die
beiden Gate-Elektroden
Die
Gate-Elektrode
Dementsprechend
ist zum Ansteuern der Transistorzelle, die das aktive Gebiet
Jedes
Drain
Entsprechend
der Richtung der Schnittlinie in der Zeichnung sind beide Volumen
schaltaktiven Materials
Wie
oben beschrieben, ist eine Bodyregion eines aktiven Gebiets
In
dieser Ansicht ist, wie durch die gestrichelte Linie und Bezugszeichen
Eine
flache Grabenisolierung (shallow trench isolation = STI)
In
diesem Ausführungsbeispiel
reicht der Isoliergraben nicht bis in die Sourceplatten-Elektrode
In
einer alternativen Ausführungsform
kann die Erstreckung des STI in die Sourceplatten-Elektrode
Die
in den
Die
Gate-Elektroden
Die
Herstellung der dargestellten Struktur beginnt an der Oberfläche eines
Siliziumwafers
Ausgehend
von einem schwach dotierten Substrat, erhält der Wafer eine N+ Implantation,
um eine N+ dotierte Schicht auszubilden, die als Sourceplatten-Elektrode
Alternativ kann die leitende Schicht auch Teil des ursprünglichen Substrats sein. Hierzu kann eine P-Typ epitaktische Schicht auf einem N+ Typ Substratwafer abgeschieden werden.alternative For example, the conductive layer may also be part of the original substrate. For this may be a P-type epitaxial layer on an N + type substrate wafer be deposited.
Die Sourceplatten-Elektrode dient zum Anschließen der Source eines Transistors an eine geeignete Source-Spannung, dementsprechend wird eine geeignete Sourcespannung an die Sourceplatten-Elektrode angelegt, beispielsweise Masse- oder Erdpotential.The Source plate electrode is used to connect the source of a transistor to a suitable source voltage, accordingly, a suitable Source voltage applied to the source plate electrode, for example Ground or ground potential.
Auf
der Oberfläche
des Wafers können – wie durch
Bezugsziffer
In
einem nächsten
Schritt wird ein Isoliergraben für
eine flache Grabenisolierung (STI) geätzt. In dieser Zeichnung ist
der Isoliergraben nicht dargestellt, da dieser parallel zur Papierebene
und vor sowie hinter der Papierebene verläuft. Wie aus
In
einem nachfolgenden Schritt werden Wortleitungsgräben für Wortleitungen
in das Si und die Isoliergräben
mittels eines herkömmlichen
lithographischen Ätzverfahrens
geätzt.
Die Breite eines Grabens ist durch Bezugszeichen
Zur Verbesserung der Funktionalität der auf den gegenüberliegenden Seitenwänden der aktiven Gebiete positionierten Gate-Elektroden können die aktiven Gebiete weiter geschmälert werden. Ein weiterer Effekt des Schmälerns der aktiven Gebiete ist, dass mehr Platz für die Gateoxidschicht und die Gate-Elektroden geschaffen wird. Eine Opferoxidierung kann optional zur Erzeugung einer dünnen Oxidschicht erfolgen, die die aktiven Gebiete in nachfolgenden Verfahrensschritten schützt und vor Beschädigungen von Kanten der Si-Oberfläche schützt.to Improvement of functionality the one on the opposite sidewalls the active regions positioned gate electrodes can be the active Areas further diminished become. Another effect of narrowing the active areas is that more space for the gate oxide layer and the gate electrodes are provided. A Victim oxidation can optionally be used to create a thin oxide layer carried out the active areas in subsequent process steps protects and from damage from edges of the Si surface protects.
Falls
das Ätzen
der Wortleitungsgräben
vor dem Erreichen der Sourceplatten-Elektrode
In diesem Herstellungszustand können weitere Implantierungen erfolgen, beispielsweise zum Erstellen und Justieren der NP-Übergänge in den Transistor.In this production state can other implants done, for example, for creating and Adjust the NP transitions in the transistor.
Nachfolgend wird die opferbare Oxidschicht entfernt und die Seitenwände der Wortleitungsgräben werden oxidiert, d.h., eine dünne Schicht elektrisch isolierenden Oxids wird aufgetragen, um eine dünne Schicht von Gateoxid in den Wortleitungsgräben zu erzeugen.following the sacrificial oxide layer is removed and the sidewalls of the Word line trenches are oxidized, that is, a thin one Layer of electrically insulating oxide is applied to a thin layer of gate oxide in the wordline trenches.
Dann
wird das Material der Gates
Anschließend wird das Material der Gateelektroden, welches das Wortleitungsmaterial ist, mit Bezug zu der Nitritzwischenschicht planarisiert, wobei ein herkömmliches Verfahren verwendet wird, beispielsweise ein konventionelles chemisch mechanisches Polierverfahren (CMP).Subsequently, will the material of the gate electrodes, which is the word line material is planarized with respect to the nitrite intermediate layer, wherein a conventional one Method is used, for example, a conventional chemical mechanical polishing process (CMP).
Danach
wird das Gateelektroden-Material zurückgenommen, sodass die Höhe der Wortleitung, welche
ebenso die Höhe
der Gateelektroden des Auswahltransistors ist, so ist wie in der
Zeichnung dargestellt, nämlich,
dass die Oberfläche
der Wortleitung unterhalb der ursprünglichen Oberfläche des Wafers
liegt, wie mittels Pfeil
Nachfolgend kann eine Hilfsimplantierung durchgeführt werden, um das Drain des Transistors zu dotieren.following An auxiliary implantation may be performed to drain the drain To dope transistor.
Nachdem
das Elektroden- bzw. Wortleitungsmaterial bis zu einer Höhe wie in
der Zeichnung dargestellt zurückgenommen
wurde, werden die Wortleitungen bzw. die Gate-Elektroden
In
nachfolgenden Verfahrensschritten – deren Auswirkungen nicht
in
Anschließend kann
in herkömmlicher
Weise zur Kontaktierung eines Volumens von Phasenwechselmaterial
oberhalb des aktiven Gebiets
Auf
diese Weise ist die Wortleitung, die durch Gate-Elektroden
Für den Fall, dass eine Wortleitung mit einer guten Leitfähigkeit gewünscht ist und falls sich die Erstellung einer vergrabenen Metallwortleitung als zu komplex oder zu teuer erweist, ist eine zweite Struktur vorgesehen, die eine Doppelgate-Speicherzelle mit einer konventionellen Wortleitungsstick-Struktur vorschlägt, wie im folgenden beschrieben.In the case, that a word line with a good conductivity is desired and if the Creating a buried metal word line as too complex or is too expensive, a second structure is provided, the one Dual gate memory cell with a conventional word line stick structure suggests how described below.
Gateoxidschichten
In
dieser Ausführungsform
ist das Material der Gate-Elektroden
Es
ist jedoch unzureichend, eine Wortleitung aus den Gate-Elektroden und dementsprechend
aus dem Material der Gate-Elektroden
Um
in diesem Ausführungsbeispiel
die Leitfähigkeit
der Wortleitungen zu verbessern, wird eine Gateleitung
Die
gestrichelte Linie der Gate-Elektroden
Bei
dieser Ausführungsform
ist zu beachten, dass die flache Grabenisolierung
Ebenso
wie zu
Ebenso
wie oben beschrieben, können
auf der Oberfläche
des Wafers in herkömmlicher
Weise als Schutz und Schablonierungsmittel eine Oxidschicht – bezeichnet
durch Bezugszeichen
In
einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden mittels herkömmlicher
Lithographie- und Ätzmethoden
Isoliergräben
für eine
flache Grabenisolierung (STI) zwischen den aktiven Gebieten benachbarter
Transistoren geätzt.
Diese Gräben
sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da diese parallel zu den Bitleitungen
und vor oder hinter der Papierebene der Zeichnung verlaufen. Wie
oben mit Bezug zu
Danach
werden mit herkömmlichen
Lithographie- und Ätzverfahren
senkrecht zu den Isoliergräben
und senkrecht zu den Bitleitungen laufende Wortleitungsgräben gebildet.
Da diese Gräben
senkrecht zu den Isoliergräben
verlaufen, müssen
das Silizium des Wafers und das Oxid der STI geätzt werden. In der Zeichnung
laufen die Wortleitungsgräben in
die Papierebene hinein. Deren Breite ist durch Bezugszeichen
Auf
diese Weise, d.h., durch Ätzen
der Isoliergräben
und der senkrecht dazu verlaufenden Wortleitungsgräben, wurden
Säulen
von Silizium geschaffen, die als aktive Gebiete
Ebenso wie zuvor beschrieben kann nach dem Bilden der aktiven Gebiete das Silizium der Säulen optional durch isotropes Ätzen geschmälert werden und die Nitrit- und die optionale Oxidzwischenschicht können entfernt werden. Danach kann optional eine opferbare Oxidschicht erstellt werden, die als Schutz bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten dient und die zu entfernen ist, bevor das Gateoxid für den Transistor produziert bzw. abgeschieden wird.As well As previously described, after forming the active regions, the Silicon of the columns optionally by isotropic etching diminished and the nitrite and optional oxide interlayers can be removed become. Thereafter, optionally a sacrifiable oxide layer can be created which serves as protection during subsequent processing steps and which is to be removed before the gate oxide for the transistor is produced or deposited.
In
dem Fall, dass die Wortleitungsgräben sich nicht bis in die Sourceplatten-Elektrode
erstrecken, wird der Boden der Wortleitungsgräben N+ implantiert, um den
Boden eines Wortleitungsgrabens galvanisch mit der Sourceplatten-Elektrode
Weiterhin können in diesem Herstellungszeitpunkt weitere Implantationen erfolgen, um die PN-Übergänge der Transistoren zu erstellen oder zu justieren.Farther can further implantations take place at this time of production, around the PN junctions of the Transistors to create or adjust.
Bevor
die Gate-Oxidschicht produziert wird, ist die optionale opferbare
Oxidschicht, sofern hergestellt, zu entfernen. Anschließend wird
eine Schicht elektrisch isolierenden Materials, typischerweise ein Oxid,
wie SiO, an den Seitenwänden
des aktiven Gebiets gebildet, um so eine Schicht isolierenden Materials
zu bilden, die als Gateoxidschicht
Nachdem
die Gateoxidschicht gebildet wurde, wird das Verbleibende der Wortleitungsgräben mit
Polysilizium gefüllt,
um die Gate-Elektroden
Im
Unterschied zu der Verarbeitung wie beschrieben in den Verfahrensschritten
zur Herstellung der vergrabenen Metallwortleitung wird die Nitritzwischenschicht
entfernt, sodass die dicke Oxidschicht
Anschließend wird
dieser Stapel von Schichten mittels herkömmlicher Lithographie- und Ätzprozesse
verarbeitet, um eine Gateleitung zu bilden. D.h., die drei Schichten
werden zu Leitern geformt, die auf den Gate-Elektroden platziert
sind und somit herkömmliche
Wortleitungen aus Metall bilden, die auf den Gate-Elektroden
Während und
nachdem die drei Schichten zu Leitern geformt wurden, werden geeignete
Zwischenschichten und Seitenwandspacer aus Oxid und/oder Siliziumnitrit
geformt, um die Seitenwände der
Leiter gegenüber
den aktiven Gebieten
In
nachfolgenden Verfahrensschritten werden die aktiven Gebiete
Anschließend und unter Verwendung von Kontaktlithographie wird eine selektive Ätzung durchgeführt, wobei die Ätzung selektiv zu dem die Gate-Elktroden bedeckenden Siliziumnitrit bzw. dem Gateleiter ist, um die Oberfläche der aktiven Gebiete freizulegen.Subsequently and using contact lithography, a selective etching is performed, wherein the etching selective to the gate electrodes covering silicon nitrite or the gate ladder is to expose the surface of the active areas.
Eine Anschlussimplantierung kann durchgeführt werden, um die Leitfähigkeit zwischen den aktiven Gebieten und den zu bildenden Bodenelektroden zu verbessern.A Follow-up implantation can be performed to increase the conductivity between the active areas and the ground electrodes to be formed improve.
Anschließend können unter Verwendung herkömmlicher Verfahrensschritte Bodenelektroden auf den aktiven Gebieten gebildet werden. Anschließend werden Volumen von Phasenwechselmaterial oder anderem geeigneten schaltaktiven Material gebildet und mit einem Ende mit den Bodenelektroden verbunden. Auf dem Volumen des schaltaktiven Materials werden Begleitungen gebildet.Subsequently, under Use of conventional Process steps formed bottom electrodes on the active areas become. Subsequently become volumes of phase change material or other suitable switching active material formed and connected at one end to the bottom electrodes. On the volume of switching active material become accompaniments educated.
Die Auswahltransistoren sind Doppelgate-Transistoren. Jede Gate-Elektrode eines Transistors ist an eine andere Wortleitung gekoppelt. Dementsprechend ist zum Öffnen eines Auswahltransistors eine Gatespannung an zwei – benachbarte – Wortleitungen anzulegen.The Selection transistors are dual-gate transistors. Every gate electrode a transistor is coupled to another word line. Accordingly is to open a selection transistor, a gate voltage to two - adjacent - word lines to apply.
Die
Speicherzellen sind so angeordnet, dass die Drains der Auswahltransistoren
benachbarter Speicherzellen in Richtung der Wortleitungen
Ebenso
sind in Richtung der Bitleitungen
Folglich kann eine Speicherzelle durch Auswählen einer Bitleitung und eines Paares von Wortleitungen ausgewählt werden, wobei jedoch im Unterschied zu der oben beschriebenen Ausführungsform beim Auswählen einer Speicherzelle durch Anlegen einer Spannung an die Bitleitung und die entsprechenden Wortleitungen, die Gatespannung einer benachbarten Speicherzelle in Bitleitungsrichtung unberührt bleibt. Dementsprechend müssen in dieser Ausführungsform die Transistoren nicht als vollständig verarmte Transistoren ausgebildet sein.consequently For example, a memory cell may be selected by selecting a bit line and a bit line Pair of word lines selected However, unlike the embodiment described above in the Choose a memory cell by applying a voltage to the bit line and the corresponding word lines, the gate voltage of an adjacent one Memory cell in the bit line direction remains untouched. Accordingly have to in this embodiment the transistors are not considered completely depleted transistors be educated.
Die Speicherzellen und damit die entsprechenden Transistorzellen sind an den Schnittpunkten von Wortleitungspaaren mit Bitleitungen platziert, wobei die Zellen schachbrettartig angeordnet sind. D.h., in Wortleitungsrichtung sind die Zellen von jedem zweiten Schnittpunkt eines Paares von Wortleitungen und einer Bitleitung platziert und um jeweils einen Schnittpunkt versetzt zur benachbarten Reihe von Zellen an geordnet, sodass also in Bitleitungsrichtung die Zellen ebenfalls an jedem zweiten Schnittpunkt platziert sind.The Memory cells and thus the corresponding transistor cells are placed at the intersections of word line pairs with bit lines, wherein the cells are arranged like a checkerboard. That is, in the word line direction are the cells of every second intersection of a pair of Word lines and a bit line placed and each one intersection offset to the adjacent row of cells, so that In the bit line direction, the cells are also placed at every second intersection are.
Gebiete
zwischen den Bitleitungen und ebenso zwischen den Wortleitungen – referenziert durch
Bezugszeichen
In dieser Ausführungsform sind die aktiven Gebiete versetzt zueinander angeordnet. Im Vergleich mit der zuvor beschrie benen Ausführungsform ist jeder zweite Transistor ausgelassen, entweder in Bitleitungs- oder in Wortleitungsrichtung.In this embodiment the active areas are offset from one another. Compared with the previously described embodiment is surrounded every second transistor omitted, either in bit line or in word line direction.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass jeder Transistor und dementsprechend jede Speicherzelle, die einen Transistor umfasst, durch Anlegen einer geeigneten Spannung in eine Bitleitung und zwei Wortleitungen ausgewählt werden kann, wobei die an die Wortleitungen angelegte Spannung den in Bitleitungsrichtung benachbarten Transistor unberührt lässt, d.h., die an die Wortleitungen angelegte Gatespannung hat keinen Einfluss auf eine Gate-Elektrode eines benachbarten Transistors. Folglich bleibt beim Auswählen eines Transistors die Leitfähigkeit des benachbarten Transistors unberührt und dementsprechend brauchen die Transistoren nicht vollständig verarmte Transistoren zu sein.This arrangement has the advantage that each transistor, and accordingly each memory cell comprising a transistor, can be selected by applying a suitable voltage to a bit line and two word lines, the voltage applied to the word lines leaving the transistor adjacent in the bit line direction untouched, ie , the gate voltage applied to the word lines has no influence on a gate electrode of an adjacent transistor. Consequently, in selecting a transistor, the conductivity of the adjacent transistor remains unaffected and accordingly, the transistors need not be completely depleted transistors.
Die
Bezugszeichenliste
Ähnlich wie
bei der Anordnung in
Wie
in
In
dieser Ansicht sind die die Gate-Elektroden bildenden Wortleitungen
vor und hinter der Papierebene platziert. Die gestrichelte Linie
Wie
in der Zeichnung dargestellt, ist die Ausdehnung des Transistorbodys
Die beschriebene alternative Ausführungsform der Anordnung von vertikalen Transistoren kann erreicht werden mittels einer der beiden für die erste Ausführungsform beschriebenen Methode, wobei jedoch die Masken zum Erstellen der Transistoren und zum nachfolgenden Erstellen der Speicherelemente so zu ändern sind, dass jede zweite Zelle ausgelassen wird, um eine versetzte Anordnung von Speicherzellen wie auf einem Schachbrett zu erreichen.The described alternative embodiment the arrangement of vertical transistors can be achieved by means of one of the two for the first embodiment However, using the masks to create the Transistors and to subsequently create the memory elements so to change are that every other cell is left out to an offset Arrangement of memory cells like to reach on a chessboard.
Claims (42)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006040238A DE102006040238A1 (en) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | Transistor arrangement for selecting one memory cell from multiple memory cells in substrate, has memory cell, and one wordline forms in one wordline trench of multiple gate electrodes at side panel of active areas of two adjacent set |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006040238A DE102006040238A1 (en) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | Transistor arrangement for selecting one memory cell from multiple memory cells in substrate, has memory cell, and one wordline forms in one wordline trench of multiple gate electrodes at side panel of active areas of two adjacent set |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102006040238A1 true DE102006040238A1 (en) | 2008-03-13 |
Family
ID=39046940
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102006040238A Withdrawn DE102006040238A1 (en) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | Transistor arrangement for selecting one memory cell from multiple memory cells in substrate, has memory cell, and one wordline forms in one wordline trench of multiple gate electrodes at side panel of active areas of two adjacent set |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102006040238A1 (en) |
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