1.4. Особливості конструкцій і технологій динамічних елементів пам’яті

Динамічні елементи пам’яті (ЕП) широко використовують, оскільки вони мають невеликі розміри і малу споживану потужність. Кожен ЕП динамічного запам’ятовувального пристрою з довільною вибірковістю (ЗПДВ) зберігає інформацію, запасаючи електричний заряд на конденсаторі дуже малої ємності, який називають запам’ятовувальним конденсатором.

Найпростіший елемент пам’яті зображено на рис. 1.52. Схема складається із запам’ятовувального конденсатора С1 і передавального вентиля на транзисторі VT1, через який конденсатор з’єднується із розрядною шиною.

Для збільшення завадостійкості ЕП необхідно збільшувати ємність конденсатора С1. Однак вимоги великої ємності конденсатора С1 і малої площі на кристалі є протилежними і потребують особливої конструкції ЕП. Для всіх елементів пам’яті характерним є суміщення конденсатора, транзистора, адресних шин слова і розрядних шин в одну інтегровану структуру. Це забезпечує мінімальну площу ЕП, що дорівнює площі транзистора.

Конденсатори динамічних елементів пам’яті можуть бути тонкоплівковими або типу МДН. Зменшити площу ЕП можливо, якщо розмістити конденсатори на поверхні транзистора, або заглибити під транзистор. Провідні виробники ЗПДВ на динамічних ЕП виготовляють свої мікросхеми ЗП на таких елементах пам’яті. Таким чином, щоб створити елемент пам’яті, необхідно об’єднати в одному технологічному процесі виготовлення МДН – транзисторів, розглянутих вище, і виготовлення конденсаторів. У залежності від типу конденсатора, схема технологічного процесу міняється. Якщо використовують тонкоплівковий конденсатор, то його розміщують над транзистором, якщо використовують МДН – конденсатор, то його розміщують під транзистором. З метою зменшення площі ЕП на кристалі створюють вертикальні МДН – транзистори. У таких транзисторів канал проходить вертикально.

На рис. 1.53 зображена структура, в якій транзистор має вертикальний канал , а конденсатор заглиблено під транзистор. Основа p⁺ - типу провідності 1 виконує функції першої заземленої обкладинки конденсатора. В основі йонно – плазмовим травленням створюють канавки глибиною 5 … 8 мкм, вертикальні стінки і дно яких термічно оксидують. Внутрішній об’єм канавки заповнюють полікристалічним силіцієм 2 n⁺ - типу провідності, який є другою обкладинкою конденсатора. На цьому технологічний процес створення конденсатора закінчується і починається процес створення вертикального МДН – транзистора.

Поверхню створеної структури вирівнюють і наносять епітаксійний шар 3 з p^- - типом провідності, товщиною 3 … 5 мкм. На межі з конденсаторами в епітаксійному шарі 3 йонною імплантацією створюють заглиблену область 4 з провідністю n⁺ - типу. На поверхні шару 3 епітаксією нарощують монокристалічний шар силіцію p – типу провідності 5 і монокристалічний шар силіцію з n⁺ - типом провідності 6. Товщина епітаксійного шару p – типу провідності 5 дорівнює 1 мкм. У цьому шарі буде створюватись у процесі функціонування канал вертикального n – канального МДН – транзистора. Від поверхні багатошарової структури над МДН – конденсатором через епітаксійні шари 6, 5 і 3 глибоким травленням створюють другу глибоку канавку, поверхню якої термічно оксидують. Цей шар діоксиду силіцію 8 товщиною 20 нм виконує функції підзаслінного діелектрика. На поверхню створеної структури наносять шар полікристалічного силіцію 7. Для зменшення опору полікристалічного силіцію виконують йонну імплантацію високою дозою донорної домішки. Цей шар n⁺ - типу виконує функції заслону транзистора і адресної шини слова. Область n⁺ - типу 6 є стоком транзистора і розрядною шиною елемента пам’яті. Витоком транзистора є область 4, яка має надійний контакт із областю 2 (обкладинкою транзистора). Канал транзистора створюється між областями 4 і 6 в області p - типу 5 на бокових стінках канавки. Довжина каналу дорівнює товщині області p - типу 5.

У розглянутій схемі технологічного процесу виготовлення елемента пам’яті використовують технологію локального оксидування LOCOS для ізоляції елементів між собою. Сутність цієї технології і послідовність технологічних операцій викладені вище.

Нині зусилля розробників динамічних ЗПДВ спрямовані на зменшення розмірів елемента пам’яті і в цьому напрямі вони досягли значних успіхів. Розміри конденсатора значно зменшені, зменшилася і площа ЕП. Але такі фактори, як чутливість до шумів, і швидкодія не дозволяють зменшувати ємність конденсатора нижче деякої межі. Щоб зменшити площу, не зменшуючи ємності, вибирають форму, яка буде займати мінімальну площу, і збільшують відносну діелектричну проникність діелектрика конденсатора.

Для динамічних ЗПДВ ємністю один гігабіт розміри ЕП зменшили до кількох десятих часток квадратного мікрометра, а площа кристала складає кількасот квадратних міліметрів. Конструкція конденсатора набула форми корони, багатошарового ребра або багатошарового вінця (рис. 1.54). Як діелектрик у конденсаторів використовують матеріали з великою відносною діелектричною проникністю (15 – 50).