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Die Erfindung betrifft eine an eine
Bitleitung und eine Wortleitung angeschlossene Halbleiter-Speicherzelle,
die im wesentlichen einen Kondensator und einen in einem aktiven
Abschnitt gebildeten Schalttransistor aufweist und ein Verfahren
zu deren Herstellung.
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4 zeigt
eine derartige Speicherzelle nach dem nächstkommenden Stand der Technik bzw.
deren Layout und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Speicherzelle
ist eine Stapelkondensator-Zelle mit einer abgeschirmten Bitleitung,
wobei der Kondensator der Speicherzelle auf der Bitleitung angeordnet
ist.
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Eine derartige bekannte STC-Zelle
wird beispielsweise in der am 13. November 1990 veröffentlichten
U.S. Pat. No. 4,970,564 beschrieben.
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4(E) zeigt
einen kleinen Teil des Layouts dieser Zelle. Ein aktiver Abschnitt 10,
in dem Elemente ausgebildet werden sollen, ist im Bezug zu einer Wortleitung
und einer Bitleitung, die rechtwinklig zueinander liegen, um 45° geneigt.
Damit ist es möglich,
eine Speicherelektrode 18 sehr dicht zu den Bit- und Datenleitungen
anzuordnen.
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Die 4(A) bis (D) veranschaulichen anhand von Querschnittsansichten
entlang der Linie A-A aus 4(E) wesentliche
zur Herstellung der STC-Zelle nötige
Schritte.
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Nach 4(A) werden
auf einem Halbleitersubstrat 11 zunächst ein Feldabschnitt und
ein aktiver Abschnitt eingeteilt. Daraufhin werden Source- und Drainabschnitte 12 und
eine Gateelektrode 13 gebildet. Ferner wird ein die Gateelektrode
isolierender Oxidfilm 14 aufgebracht. Mit einem photolithographischen
Verfahren wird ein Bitleitungskontakt geöffnet.
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4(B) zeigt
ein darauffolgendes Aufbringen eines hochschmelzenden Metalles oder
eines Polysiliziums für
eine Bitleitung 15 und das Aufbringen eines Oxidfilmes 16.
Die Bitleitung 15 wird unter Verwendung eines Photolackfilmes
als Maske strukturiert. Der Photolackfilm wird nach seinem Einsatz wieder
entfernt.
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Dann wird ohne die Photolackfilm-Maske
ein Oxidfilm aufgebracht und derart zurückgeätzt, daß sich die in 4(C) gezeigte Oxidseitenwand 17 als Bitleitungs-Seitenwand
bildet. Schließlich
wird noch ein vergrabener Kontakt gebildet, der den aktiven Abschnitt
und eine noch aufzubringende Speicherelektrode (s.u.) miteinander
verbindet.
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Daraufhin wird, wie in 4(D) gezeigt, die Herstellung
der Speicherzelle durch Ausbilden der bereits erwähnten Speicherelektrode 18,
eines dielektrischen Konde nsatorfilmes 19 (elektrischer
Isolator) und einer Plateelektrode (Deckelelektrode) 20 vervollständigt.
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Bei der durch das vorstehend beschriebene Verfahren
hergestellten Speicherzelle der 4(E) sind
die Bitleitung 15 und die Wortleitung 13 zueinander
orthogonal. Der aktive Abschnitt 10 ist relativ zur Bit-
und zur Wortleitung geneigt.
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In dem aktiven Abschnitt zwischen
dem Drain- und dem Speicherknoten (bzw. "-elektrode") des Kondensators ist bei dem vorstehend
beschriebenen Verfahren ein Kontakt an einem Ort zu bilden, den
die Bitleitung nicht passiert. Da die Bitleitung 15 jedoch
vor dem Kondensator gebildet wird, ergibt sich somit die (im wesentlichen)
diagonale Lage des aktiven Abschnittes relativ zur Wort- und zur
Bitleitung.
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Da der aktive Abschnitt der Zelle
somit einen geneigten Teilabschnitt in einem Winkel von 45° zur Wortleitung
und zur Bitleitung umfaßt,
treten bei dem photolithographischen Verfahren zum Strukturieren bzw.
Mustern des aktiven Abschnittes u.U. bzw. zu leicht Fehler auf.
Das Verfahren ist insgesamt relativ schwierig, – auch ist die Fläche des
Zellbereiches nicht mehr oder zumindest nur sehr schwierig verkleinerbar.
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine
einfach herstellbare Speicherzelle und Herstellungsverfahren für eine solche
Speicherzelle zu schaffen.
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Die Erfindung erreicht. dieses Ziel
durch die Gegenstände
der Ansprüche
1 und 4 sowie 5.
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Bei der erfindungsgemäßen Halbleiter-Speicherzelle
ist eine Kondensator-Elektrode derart wie ein Tunnel oder eine Röhre geformt,
daß eine
Bitleitung durch das Innere dieses Tunnels verlaufen kann. Damit
werden Fehler beim Strukturieren der Speicherzellen verringert und
die Kapazität
des Kondensators der Speicherzelle wird vergößert.
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Ein wichtiger Aspekt der Erfindung
besteht somit darin, daß eine
Bitleitung die Speicherelektrode des Kondensators "durchläuft". Ferner sind aktiver Abschnitt,
Bitleitung und Kondensator im wesentlichen einander integral überlagert.
Das heißt,
in einer Speicherzelle, die den Umschalttransistor und den Kondensator
aufweist, umgibt die Speicherelektrode des Kondensators die Bitleitung
und der aktive Abschnitt ist parallel zur oder über der Bitleitung (oder er überlagert
diese) und senkrecht zur Wortleitung angeordnet.
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Die Erfindung schafft eine Halbleiter-Speicherzelle,
deren Kondensator-Speicherelektrode derart tunnel- bzw. röhrenartig
geformt ist, daß die Bitleitung
(vorgegebener Länge)
in der an die Bitleitung und die Wortleitung angeschlossenen Halbleiter-Speicherzelle
von der Speicherelektrode umschlossen ist. Grundelemente der Speicherzelle
sind nach wie vor der Schalttransistor in einem aktiven Abschnitt
und der Speicherkondensator.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind Source, Gate und Drain des Transistors der Speicherzelle
längs der röhrenartig
geformten Speicherelektrode angeordnet.
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Das erfindungsgemäße Herstellverfahren umfaßt kurzgefaßt im wesentlichen
einen Schritt zum Ausbilden eines Umschalttransistors, einen Schritt zum
Ausbilden eines Teiles der mit dem Drain des Umschalt-Transistors
verbundenen Kondensator-Speicherelektrode, einen Schritt zum Ausbilden einer
Oxidfilm-Seitenwand, einen Schritt zum Ausbilden einer Bitleitung
parallel zu einer Längsachse
des aktiven Abschnittes, einen Schritt zum Ausbilden einer röhrenartigen
Kondensator-Speicherelektrode, und einen Schritt zum Überziehen
der Oberfläche
der Kondensator-Speicherelektrode mit einem dielektrischen Kondensatorfilm
und ein Ausbilden einer Plattenelektrode des Kondensators auf dem
Kondensatorfilm.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Halbleiter-Speicherzelle werden im wesentlichen
folgende Schritte durchgeführt:
- a) Ausbilden eines Schalttransistors mit einem Gate,
einer Source und einem Drain in einem aktiven Abschnitt, der durch
einen Feldoxidfilm definiert ist, der jeden aktiven Abschnitt elektrisch
isoliert;
- b) Ausbilden eines Teiles einer mit dem Drain des Schalttransistors
verbundenen Kondensator-Speicherelektrode durch Aufbringen eines ersten
Oxidfilmes, Öffnen
eines vergrabenen Kontaktes durch ein bekanntes photolithographisches
Verfahren, Aufbringen eines ersten Polysiliziumfilmes auf einem
gesamten Wafer, Aufbringen eines zweiten Oxidfilmes und Strukturieren des
zweiten Oxidfilmes und des ersten Polysiliziumfilmes parallel zum
rechten Winkel zur Längsrichtung
des aktiven Abschnittes;
- c) Ausbilden einer Oxidfilm-Seitenwand neben dem ersten Polysiliziumfilm
durch Aufbringen eines Oxidfilmes auf der gesamten Oberfläche des Wafers
und ein Rückätzen des
Oxidfilmes;
- d) Ausbilden einer Bitleitung durch Öffnen eines Bitleitungskontaktes
durch ein photolithographisches Verfahren, Aufbringen eines zweiten
Polysiliziumfilmes, Rückätzen des
zweiten Polysiliziumfilmes bis auf eine geeignete Stärke, Aufbringen
eines hochschmelzenden Metallfilmes auf des zweiten Polysiliziumfilmes,
Aufbringen eines dritten Oxidfilmes und ein darauffolgendes Strukturieren
des dritten Oxidfilmes, des hochschmelzenden Metallfilmes und des
zweiten Polysiliziumfilmes parallel zur Längsachse des aktiven Abschnittes;
- e) Aufbringen eines vierten Oxidfilmes und ein Strukturieren
des auf der Oberfläche
jeweils freiliegenden vierten Oxidfilmes und des zweiten Oxidfilmes
durch das photolithographische Verfahren parallel zur Längsachse
des aktiven Abschnittes;
- f) Ausbilden einer röhrenförmigen Speicherelelektrode
durch Aufbringen eines dritten Polysiliziumfilmes und Strukturieren
des dritten Polysiliziumfilmes und des ersten Polysiliziumfilmes
mittels des photolithographischen Verfahrens;
- g) Abdecken mit einem dielektrischen Kondensatorfilm und Ausbilden
einer darüberliegenden Plattenelektrode.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Halbleiter-Speicherzelle
zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
- a)
Ausbilden eines Schalttransistors mit einem Gate, einer Source und
einem Drain in einem aktiven Abschnitt, der durch einen Feldoxidfilm
definiert ist, der jeden aktiven Abschnitt elektrisch isoliert;
- b) Ausbilden eines Teiles einer mit dem Drain des Schalttransistors
verbundenen Kondensator-Speicher-elektrode durch Aufbringen eines ersten
Oxidfilmes, Öffnen
eines vergrabenen Kontaktes durch ein photolithographisches Verfahren,
Aufbringen eines ersten Polysiliziumfilmes auf dem gesamten Wafer,
Aufbringen eines zweiten Oxidfilmes und Strukturieren des zweiten Oxidfilmes
und des ersten Polysiliziumfilmes parallel zum rechten Winkel zur
Längsrichtung
des aktiven Abschnittes;
- c) Ausbilden einer Oxidfilm-Seitenwand neben dem ersten Polysiliziumfilm
durch Aufbringen eines Oxidfilmes auf der gesamten Oberfläche des Wafers
und Rückätzen des
Oxidfilmes;
- d) Ausbilden einer Bitleitung durch ein Öffnen eines Bitleitungskontaktes
durch ein photolithographisches Verfahren, Aufbringen eines zweiten
Polysiliziumfilmes, Rückätzen des
zweiten Polysiliziumfilmes bis auf eine geeignete Dikke, Aufbringen eines
hochschmelzenden Metallfilmes auf dem zweiten Polysiliziumfilm,
Aufbringen eines dritten Oxidfilmes und darauffolgendes Strukturieren
des dritten Oxidfilmes, des hochschmelzenden Metallfilmes und des
zweiten
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Polysiliziumfilmes parallel zur Längsachse des
aktiven Abschnittes;
- h) Aufbringen eines ersten
Isolierfilmes aus einem Material, dessen Ätzselektivität größer ist
als die des Oxidfilmes und des Polysiliziums, Strukturieren des
ersten Isolierfilmes zum Abdecken der Bitleitung parallel zur Bitleitung,
Aufbringen eines dritten Polysiliziumfilmes und eines zweiten Isolierfilmes
aus einem Material, dessen Ätzselektivität größer ist
als die des Oxidfilmes und des Polysiliziums und darauffolgendes
Strukturieren des zweiten Isolierfilmes zum Abdecken der Bitleitung parallel
zur Bitleitung durch das photolithographische Verfahren;
- i) ein aufeinanderfolgenden Ätzen
des dritten Polysiliziumfilmes, des zweiten Oxidfilmes und des ersten
Polysiliziumfilmes unter Verwendung des zweiten Isolierfilmes als
Maskenlage, wodurch ein oberer Abschnitt einer Kondensator-Speicherelektrode
gebildet wird,
- k) Vervollständigen
der Speicherelektrode des Kondensators durch Aufbringen eines vierten
Polysiliziumfilmes, Trockenätzen
des vierten Polysiliziumfilmes und ein darauffolgendes Entfernen des
zweiten Isolierfilmes durch ein Naßätzen, wodurch ein Seitenwand-Vorsprung
gebildet wird, der zur Verbindung des dritten Polysiliziumfilmes über der
oberen Schicht Bitleitung mit dem ersten Polysiliziumfilm unteren
der Bitleitung dient; und
- l) Aufbringen eines dielektrischen Kondensatorfilmes und einer
Platten-(Anoden-)elektrode des Kondensators auf der Oberfläche der
Speicherelektrode des Kondensators.
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Besonders bevorzugt sind die ersten
und zweiten Isolierfilme Nitridfilme.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezug auf die beigefügte
Zeichnung näher
beschrieben. Dabei werden auch weitere Vorteile und Möglichkeiten
der Erfindung deutlich. Es zeigen:
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1 ein
Layout einer erfindungsgemäßen Speicherzelle;
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2(A) (A') – (H)
(H') Querschnittsansichten,
die ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung von erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzellen
veranschaulichen;
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3(E) (E')-(I) (I') Querschnittsansichten, die
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung von erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherzellen
veranschaulichen;
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4(A)-(E) Schnittansichten und ein Layout zur
Veranschaulichung einer bekannten Speicherzelle.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter
Bezug auf die 1, 2 und 3 näher
beschrieben.
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1 ist
eine schematische Layout-Darstellung der vorliegenden Erfindung.
Die 2(A)-(H) sowie 3(E)-(I) sind
Querschnittsansichten entlang der Linie K-K' der 1 und
die 2(A')-(H') sowie 3(E')-(I') sind Querschnittsansichten
entlang der Linie L-L' der 1.
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Zunnächst sei das erste Ausführungsbeispiel der
Erfindung detailiert beschrieben.
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Nach 2(A), (A') wird
zur Herstellung des Elementes ein aktiver Abschnitt 31 (in 1 gezeigt) und ein Feld-Oxidfilm 32 eines
Isolierelement-Abschnittes auf einem Siliziumsubstrat 30 gebildet.
Daraufhin werden ein Gate 33, sowie eine Source und ein
Drain 34 gebildet, so daß ein Schalttransistor entsteht.
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Danach wird ein erster Oxidfilm 35 aufgebracht
und ein vergrabener Kontakt 36 geöffnet.
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Als nächstes wird, wie in 2(B), (B') gezeigt,
ein erster Polysiliziumfilm 37 aufgebracht. Dazu wird ein
dotiertes Polysilizium oder ein amorphes Silizium 37 verwendet
(der Einfachheit halber wird nachfolgend nurmehr der Begriff "Polysilizium" verwendet). Dann
wird ein zweiter Oxidfilm 38 aufgebracht und der zweite
Oxidfilm und der erste Polysiliziumfilm werden parallel zur L-L' Linie strukturiert
(also in einer Richtung, die senkrecht zur Längsrichtung des aktiven Abschnittes
ist).
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Damit bildet sich bereits ein Teil
einer mit dem Drain des Schalttransistors verbundenen Kondensatorspeicher-Elektrode
aus.
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Danach wird, wie in 2(C),(C') gezeigt, eine
Oxidfilm-Seitenwand 39 neben
dem ersten Polysiliziumfilm durch ein Verfahren gebildet, bei dem ein
Oxidfilm auf der gesamten Oberfläche
(des Wafers) zunächst
aufgebracht und dann derart rückgeätzt wird,
daß eine
Seitenwand dews Oxidfilmes verbleibt. Durch das photolithographische
Verfahren wird ferner ein Bitleitungskontakt 40 offengelegt.
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Darauffolgend werden nacheinander,
wie in 2(D),(D') gezeigt,
ein zweiter Polysiliziumfilm 41 – der ohne eine Photolackmaske
bis auf eine geeignete Dicke zurückgeätzt wird – und ein
hoch- bzw. schwerschmelzender Metalloxidfilm 42 (also mit
einem hohen Schmelzpunkt) sowie ein dritter Oxidfilm 43 aufgebracht.
Danach wird eine Bitleitung (siehe 41, 42, 43)
parallel zur K-K'-Linienrichtung
aus 1 strukturiert.
Dann wird ein Teil des zweiten Oxidfilmes 38 freigelegt.
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Dann wird, wie in 2(E),(E') gezeigt,
ein vierter Oxidfilm 44 aufgebracht, und der vierte Oxidfilm 44 und
der zweite Oxidfilm 38 werden durch das photolithographische
Verfahren derart strukturiert bzw. gemustert, daß sie par allel zur K-K'-Richtung liegen.
Dann wird ein Teil des ersten Polysiliziumfilmes 37 freigelegt.
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Daraufhin wird, wie in 2(F),(F') gezeigt, ein
dritter Polysiliziumfilm 45 aufgebracht. 2(G), (G') zeigt
ein Strukturieren des dritten Polysiliziumfilmes 45 und
des ersten Polysiliziumfilmes 37 mittels des photolithographischen
Verfahrens. Damit wird eine Speicherelektrode 5 in Röhrenformaus
dem ersten und dem dritten Polysiliziumfilm gebildet.
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Darauffolgend werden nacheinander,
wie in 2(H), (H') gezeigt,
ein dielektrischer Kondensatorfilm 6 und eine Platten-(Anoden-)elektrode 7 gebildet,
so daß sich
ein Speicherzellenkondensator bildet.
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Bei der erfindungsgemäßen Speicherzelle liegt
der aktive Abschnitt parallel zur Bitleitung (oder er ist dieser überlagert)
und rechtwinklig zur Wortleitung. Keines der wesentlichen Elemente
liegt schräg geneigt
zur Wortleitung oder zur Bitleitung. Da die Zellstruktur somit im
wesentlichen geradlinig ist, werden Störungen beim Mustern (bzw. Strukturieren) ganz
oder zumindest weitgehend vermieden. Außerdem kann die Zellfläche verkleinert
werden.
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Nachfolgend sei ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezug auf die 3(E) bis (I')
beschrieben.
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Die Verfahrensschritte der 2(A, (A') – (D) (D') kommen
zunächst
auch bei der Herstellung des zweiten Ausführungsbeispieles zur Anwendung.
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Darauffolgend wird, wie in 3(E), (E') gezeigt,
ein erster Nitridfilm 51 als Isoliermaterial aufgebracht,
der den dritten Oxidfilm 43 beim Ätzen des zweiten Oxidfilmes 38 schützt und
abdeckt. Der erste Nitridfilm wird parallel zu den Bitleitungen 41 und 42 gemustert,
wobei ein Teil des zweiten Oxidfilmes 38 freigelegt wird.
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Dann wird, wie in 3(F), (F') gezeigt,
ein dritter Polysiliziumfilm 52 und ein zweiter Nitridfilm 53 als
Isoliermaterial aufgebracht. Danach wird der zweite Nitridfilm 53 durch
das photolithographische Verfahren strukturiert bzw. gemustert.
Danach werden, wie in 3(G),(G') gezeigt,
der dritte Polysiliziumfilm 52, der zweite Oxidfilm 38 und
der erste Polysiliziumfilm 37 nacheinander strukturiert,
wobei der zweite Nitridfilm 53 als Maske bzw. Naskenschicht verwendet
wird.
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Darauffolgend wird, wie in 3(H), (H') gezeigt,
ein vierter Polysiliziumfilm 54 aufgebracht. Dann wird
ein ("nach oben") vorstehender Seitenwand-Verbindungsabschnitt 8 der
Kondensator-Speicherelektrode mittels eines Trockenätzens des
vierten Polysiliziumfilmes 54 gebildet. Danach wird der zweite
Nitridfilm 53 durch ein Naßätzen entfernt.
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Die Seitenwand-Verbindungsabschnitte 8 (siehe
auch Bezugszeichen 54) verbinden den dritten Polysiliziumfilm 52 über der
oberen Schicht der Bitleitung mit dem ersten Polysiliziumfilm (37)
unter der Bitlage (bzw. Bitleitung). Gleichzeitig vergrößern die Seitenwandabschnitte
die Oberfläche
der Speicherelektrode, wodurch sich auch die Kapazität des Kondensators
vergrößert.
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Darauffolgend werden nacheinander,
wie in 3(I), (I') gezeigt,
ein dielektrischer Kondensatorfilm 55 und eine Platten-(bzw.
Deckel-)elektrode 56 des Kondensators gebildet, was die
Herstellung des Kondensators vervollständigt.
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Beim Verfahrensschritt der 3(F) ist es alternativ möglich, ein
anderes Isoliermaterial zu verwenden, insbesondere eines, dessen Ätzselektivität größer ist
als die des Polysiliziums des zweiten Nitridfilmes 53.
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Bei der erfindungsgemäßen Speicherzelle liegt
der aktive Abschnitt parallel zur Bitleitung (oder er ist dieser überlagert)
und senkrecht zur Wortleitung. Kein (wesentliches) Element liegt
zur Wortleitung oder zur Bitleitung geneigt. Da die Zellstruktur somit
im wesentlichen geradlinig ist, werden Störungen beim Mustern (bzw. Strukturieren)
ganz oder zumindest weitgehend vermieden. Außerdem können die Kondensator- und vor
allem die Zellfläche(bzw. -größe) verkleinert
werden. Die Kapazität
des Kondensators wird vergrößert, ohne
dabei die Gesamtzellfläche
zu vergrößern.