DE10045019B4

DE10045019B4 - Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE10045019B4
Application number: DE10045019A
Authority: DE
Inventors: Min Yongin Kim; Sung-Tae Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: GB2366911B; DE10045019A1; US6620681B1; GB2366911A; GB0022735D0

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer nicht flüchtigen Halbleiterspeichervorrichtung, mit einem schwimmenden Gate (104) und einem zugehörigen aktiven Bereich in einem Halbleitersubstrat (100) der Halbleiterspeichervorrichtung mit folgenden Verfahrensschritten:
Bilden einer Gateoxidschicht (101) auf dem Substrat;
Bilden einer ersten leitfähigen Schicht (103) auf der Gateoxidschicht (101);
Bilden einer Pufferoxidschicht (105) auf der ersten leitfähigen Schicht;
Bilden einer Ätzstoppschicht (107) auf der Pufferoxidschicht (105);
Mustererzeugung der Ätzstoppschicht (107) und der Pufferoxidschicht (105) zur Bildung eines Musters der Ätzstoppschicht (108) und eines Musters der Puffer-Oxidschicht (106);
Mustererzeugung der ersten leitfähigen Schicht zur Bildung des schwimmenden Gates (104) als Muster der ersten leitfähigen Schicht (103), sowie Ätzen der Gate-Oxidschicht (101) und des oberen Teils des Substrates (100) zur Erzeugung eines Musters der Gate-Oxidschicht (102) und eines Grabens (109) zum Festlegen des aktiven Bereichs im Halbleitersubstrat;
Oxidieren eines Innenflächenbereichs des Grabens (109) zur Bildung einer Graben-Oxidschicht (110) an der...

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichervorrichtung nach dem Anspruch 1 und dem Anspruch 2.

Aus der DE 198 40 984 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichervorrichtung bekannt, die ein schwimmendes Gate und einen dazugehörigen aktiven Bereich in einem Halbleitersubstrat der Halbleiterspeichervorrichtung enthält. Bei diesem bekannten Verfahren werden in bzw. auf der Oberfläche eines Grundkörpers Gräben und Erhebungen ausgebildet, wobei die Schicht des schwimmenden (schwebenden) Gates von einer Padoxidschicht und einer Nitridschicht bedeckt wird. Vor der Oxidation der Grabenwände werden die Padoxidschicht und die Nitridschicht entfernt.

Aus der JP 2000-12813 A ist ein ähnliches Verfahren bekannt, bei dem während der Oxidation von Grabenwänden eine Isolierschicht über einem schwebenden Gate belassen wird, bei der es sich jedoch nur um eine Oxidschicht handelt.

Bei der Herstellung von Speichergeräten ist die Packungsdichte der Zellen in erster Linie durch die Anordnung der Zellen innerhalb einer Gruppe und die körperlichen Abmessungen der Zellen selbst bestimmt. Unterhalb der Halb-Mikron-Konstruktionsregel sind die Möglichkeiten der Bemessung durch die fotolithografische Auflösung, die während der Herstellung erreichbar ist, und durch Ausrichtungstoleranzen von Masken begrenzt, die während der Herstellung eingesetzt werden. Ausrichtungstoleranzen sind ihrerseits durch mechanische Techniken, die zur Bildung der Masken eingesetzt werden, und durch die Techniken begrenzt, die zur Ausrichtung dieser Masken zwischen den Schichten verwendet werden. Da sich Ausrichtungsfehler während einer Fabrikation in mehreren Stufen aufaddieren, werden vorzugsweise so wenig Masken wie möglich verwendet. Weniger Masken minimieren die Wahrscheinlichkeit einer Fehlausrichtung. Demzufolge wurden so genannte selbstausrichtende Verfahrensschritte zur Herstellung von Halbleitergeräten entwickelt.

Isolationsstrukturen, beispielsweise Feldoxide, zwischen einzelnen Zellen innerhalb der Speicherzellenanordnung nehmen Bereiche auf dem Chip ein, die anderenfalls nutzbar für aktive Schaltungsbereiche verwendet werden könnten. Um daher die Packungsdichte der Speicherzellen und der aktiven Schaltungsbereiche innerhalb des Substrats zu erhöhen, ist es wünschenswert, die Größe dieser Isolationsstrukturen minimal zu machen. Die Größe der Isolationsstruktur wird jedoch im allgemeinen durch das Verfahren ihrer Herstellung und durch die Ausrichtung dieser Struktur diktiert.

Typischerweise wird eine Isolationsstruktur durch Aufwachsenlassen in verschiedenen Bereichen des Chips in einem thermischen Feld-Oxidationsprozeß erzeugt, beispielsweise als örtliche Oxidation von Silizium (nachfolgend als „LOCOS" bezeichnet). Gemäß dem LOCOS-Verfahren wird, nachdem nacheinander eine Fleck-Oxidationsschicht und eine Nitritdschicht gebildet worden sind, die Nitridschicht einer Mustererzeugung unterworfen. Dann wird die mit Muster versehene Nitridschicht als eine Maske verwendet, um selektiv das Siliziumsubstrat zu oxidieren, so daß die Feld-Oxidationsbereiche gebildet werden. Betrachtet man jedoch die LOCOS-Isolation, so kann das Wachstum des Oxids sich auf die Seitenebenen des Oxidschicht-Flecks zu niedrigeren Bereichen der Nitridschicht, welche als Maske dient, während der selektiven Oxidation des Siliziumsubstrats ausbreiten, wodurch das entsteht, was als Vogelschnabel am Endbereich der Feld-Oxidschicht bezeichnet wird. Aufgrund der Bildung des Vogelschnabels erstreckt sich die Feld-Oxidschicht in den aktiven Bereich der Speicherzelle hinein und verkleinert daher die Breite des aktiven Bereiches. Diese Erscheinung ist nicht erwünscht, da sie die elektrischen Eigenschaften des Speichergerätes verschlechtert.

Aus diesem Grunde ist eine seichte Grabenisolationsstruktur (nachfolgend als „STI" bezeichnet) für die Herstellung von ultra hoch bemessenen Halbleitergeräten attraktiv. In dem STI-Verfahren wird ein Siliziumsubstrat erst zur Bildung eines Grabens geätzt und dann wird eine Oxidschicht abgelagert, um den Graben aufzufüllen. Hiernach wird die Oxidschicht durch ein Rückätzen oder ein chemisch-mechanisches Einebnungsverfahren (CMP) geätzt, um eine Feld-Oxidschicht innerhalb des Grabens zu erzeugen. Die vorerwähnten LOCOS- und STI-Verfahren umfassen im allgemeinen einen Maskierungsschritt, der die Bereiche auf dem Substrat für die Isolationsstruktur definiert, sowie einen Schritt, durch den die Feld-Oxidschicht innerhalb dieser Bereiche gebildet wird. Nach Herstellung der Isolationsstruktur werden Schritte zur Bildung der Speicherzellen durchgeführt. Dabei akkumulieren sich Ausrichtungsfehler, die mit der Bildung der Isolationsstruktur und der Speicherzellen in Beziehung stehen und eine Fehlausrichtung einführen, die in einer Fehlerhaftigkeit des Gerätes resultieren kann.

Wenn ein schwimmendes Gate beispielsweise eines nicht flüchtigen Speichergerätes hergestellt wird, so sieht ein Verfahren zur Verminderung der Fehlausrichtung die Erzeugung einer LOCOS-Isolationsstruktur unter Verwendung eines selbstausgerichteten schwimmenden Gates vor, beispielsweise gemäß dem Verfahren, das in der US-Patentschrift US 6 013 551 A offenbart ist. Gemäß den dort beschriebenen Verfahren werden ein schwimmendes Gate und ein aktiver Bereich davon gleichzeitig umgrenzt und hergestellt, wobei eine einzige Maske verwendet wird, so daß sich Ausrichtungsfehler nicht aufaddieren.

Nicht flüchtige Speichergeräte werden in Flash-Speichern verwendet und haben eine Langzeit-Speicherkapazität, beispielsweise nahezu gegen unendlich gehend. In den letzten Jahren hat der Bedarf an solchen elektrisch programmierbaren Flash-Speichergeräten, beispielsweise EEPROMS, zugenommen. Speicherzellen dieser Geräte haben im allgemeinen vertikal gestapelte Gatestrukturen mit einem schwimmenden Gate, das an dem oberen Teil des Siliziumsubstrats gebildet ist. Die mehrschichtige Gatestruktur enthält typischerweise eine oder mehrere Tunnel-Oxidschichten oder dielektrische Schichten und ein Steuergate über und/oder um das schwimmende Gate. In einer Flash-Speicherzelle mit dieser Struktur werden Daten gespeichert, indem Elektronen zu und von dem schwimmenden Gate übertragen werden, was erreicht wird, indem eine Steuerspannung an das Steuergate und das Substrat gelegt wird. Das Dielektrikum arbeitet in der Weise, daß das Potential des schwimmenden Gate aufrecht erhalten wird.

Wenngleich selbst ausgerichtete STI-Verfahren den Vorteil einer gleichzeitigen Bildung der schwimmenden Gates und aktiver Bereiche haben, besteht doch noch ein Nachteil darin, daß das Sichtverhältnis von bei dem Verfahren gebildeten Zwischenräumen vergrößert wird, was die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Rändern oder Leerräumen innerhalb des Grabens während der Füllung des Grabens erhöht. Wird außerdem eine Oxidschicht mit Plasma hoher Dichte (nachfolgend als „HDP" bezeichnet) zur Füllung dieser Spalte oder Zwischenräume verwendet, so wird während der Ablagerung der HDP-Oxidschicht der Randbereich einer Polier-Endpunkt-Detektorschicht, die unter der HDP-Oxidschicht liegt, erodiert, wodurch in unerwünschter Weise eine negative Neigung an dem Feld-Oxidbereich geschaffen wird. Aus diesem Grunde werden rund um den Boden der geneigten Teile der Feldbereiche während nachfolgender Gate-Ätzschritte Gate-Residuen erzeugt.

Die oben beschriebenen Schwierigkeiten können beseitigt werden, indem die Bedingungen während der Ablagerung der HDP-Oxidschicht optimiert werden, um die Füllkapazität des Zwischenraumes zu vergrößern oder indem ein Verfahren verwendet wird, daß die negative Neigung des Feldbereiches mittels eines nassen Ätzmittels beseitigt.

Die 1A bis 1E sind perspektivische Ansichten eines Substrats, welche nacheinander ein Verfahren zur Herstellung eines herkömmlichen Flash-Speichergerätes unter Einsatz einer selbst ausgerichteten STI-Technik erläutern.

Es sei zunächst 1A betrachtet. Nach Erzeugung einer Gate-Oxidschicht (d.h. einer Tunnel-Oxidschicht) 11 auf einem Siliziumsubstrat 10 werden eine erste Polysiliziumschicht 13 und eine Nitridschicht 15 nacheinander auf der Gate-Oxidschicht 11 gebildet.

Unter Bezugnahme auf 1B ist festzustellen, daß ein photolithographischer Prozeß durchgeführt wird, um die Nitridschicht 15, die erste Polysiliziumschicht 13 und die Gate-Oxidschicht 11 mit einem Muster zu versehen, um ein Nitridschichtmuster 16, ein erstes schwimmendes Gate 14 und eine Gate-Oxidschicht 12 auszubilden. Hiernach werden freiliegende Teile des Substrates 10 auf eine vorbestimmte Tiefe geätzt um Gräben 18 zu erzeugen. D.h. die aktiven Bereiche und die schwimmenden Gates werden unter Verwendung einer einzigen Maske während des Verfahrens der Grabenbildung gleichzeitig definiert.

Nunmehr sei auf 1C bezug genommen. Die freiliegenden Teile des Grabens 18 werden in einer umgebenden Sauerstoffatmosphäre einer Wärmebehandlung ausgesetzt, um die Siliziumbeschädigungen zu heilen, die während des Grabenätzprozesses durch Bombardement mit Ionen hoher Energie verursacht wurden. Hierbei wird eine Graben-Oxidschicht 20 längs der Innenfläche einschließlich des Bodens und der Seitenwand des Grabens 18 durch Oxidationsreaktion des freiliegenden Siliziums mit einem Oxidationsmittel gebildet.

Während des obengenannten Oxidationsprozesses breitet sich das Oxidationsmittel auf den Seiten des Gate-Oxidschichtmusters 12 am unteren Teil des ersten schwimmenden Gates 14 aus, so daß Vogelschnäbel an beiden Enden des Gate-Oxidschichtmusters 12 erzeugt werden. Da die Vogelschnäbel vorhanden sind, sind die unteren Randbereiche des schwimmenden Gate 14 nach auswärts gebogen, wobei die beiden Endbereiche des Gate-Oxidschichtmusters 12 sich ausdehnen und die unteren Teile der Seitenwände des ersten schwimmenden Gate 14 eine positive Neigung haben. Hier zeigt die positive Neigung an, daß die Neigung gegenüber dem Ätzmittel eine Seitenwanderosion zuläßt. Mit anderen Worten, das Eindringen des Oxidationsmittels in den Bereich unter dem Nitridschichtmuster 16 wird, wie in der Zeichnung gezeigt, durch das Vorhandensein des Nitridschichtmusters 16 blockiert, derart, daß eine negative Neigung im oberen Teil der Seitenwand des ersten schwimmenden Gates 14 entsteht. Währenddessen ist der untere Randbereich des unteren Teiles des ersten schwimmenden Gates 14 nach auswärts gebogen, so daß er eine positive Neigung hat und durch Ätzmit tel erodiert wird, daß vom oberen Teil des Substrates in derselben Weise eingeführt wird, wie in die Seitenwand einer Mesastruktur, oder um als Stoppschicht für die darunter liegende Schicht zu wirken, wenn das Ätzmittel angewandt wird, was nicht erwünscht ist.

Es sei jetzt auf 1D Bezug genommen. Nach Bildung einer Oxidschicht (nicht gezeigt) durch eine chemische Dampfablagerung (nachfolgend als „CVD" bezeichnet) zur Auffüllung des Grabens 18 wird die CVD-Oxidschicht durch ein CMP-Verfahren bis zur Freilegung der Oberfläche des Nitridschichtmusters 16 entfernt. Als Ergebnis erhält man eine Feld-Oxidschicht 22, welche die Oxidschicht innerhalb des Grabens 18 enthält.

Nach Entfernen des Nitridschichtmusters 16 durch ein Phosphorsäure-Stripverfahren wird ein Material, welches identisch zu demjenigen der ersten Polysiliziumschicht 13 ist, abgelagert, um eine zweite Polysiliziumschicht (nicht dargestellt) zum Zwecke der Herstellung eines zweiten schwimmenden Gates oberhalb des ersten schwimmenden Gates 14 und der Feld-Oxidschicht 22 zu bilden. Die zweite Polysiliziumschicht über der Feld-Oxidschicht 22 wird teilweise mittels eines photolithographischen Verfahrens geätzt, um in einer Zelle ein zweites schwimmendes Gate 24 zu bilden, daß von denjenigen benachbarter Zellen getrennt ist. Das zweite schwimmende Gate 24 hat elektrisch Kontakt mit dem ersten schwimmenden Gate 14 und dient zur Vergrößerung der Fläche der elektrischen Zwischenschicht, die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt erzeugt wird.

Dann werden eine ONO-Dielektrikumsschicht 26 und eine Steuer-Gateschicht 28 der Reihe nach auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur gebildet. Die Steuer-Gateschicht 28 wird im allgemeinen durch eine polykristalline Struktur gebildet, die dadurch erhalten wird, daß eine dotierte Polysiliziumschicht und eine Wolfram-Silizidschicht übereinander gestapelt werden.

In 1E ist gezeigt, daß die Steuer-Gateschicht 28 durch ein photolithographisches Verfahren mit Muster versehen ist. Nachfolgend werden die freiliegende dielektrische Zwischenschicht 26 und das zweite sowie das erste schwimmende Gate 24 und 14 durch einen Trockenätzprozess anisotrop geätzt, um das nichtflüchtige Speichergerät fertig zu stellen.

Zu dieser Zeit hat, wie in einem durch eine gestrichelte Linie A in 1D kenntlich gemachten Bereich gezeigt ist, der untere Teil der Seitenwand des ersten schwimmenden Gates 14 eine positive Neigung. Durch die Eigenheiten des anisotropen Ätzvorgangs (d.h. wobei das Ätzen nur in Vertikalrichtung stattfindet) des Trockenätzverfahrens wird daher der untere Randbereich des ersten schwimmenden Gates 14, der durch die Feld-Oxidschicht 22 maskiert ist, nicht geätzt und bleibt intakt. Dies hat zur Folge, dass ein linienförmiger Polysiliziumrest 14a längs der Oberflächengrenze zwischen der Feld-Oxidschicht 22 und dem aktiven Bereich gebildet wird. Der Polysiliziumrest 14a bildet eine elektrische Brücke zwischen benachbarten schwimmenden Gates, was zu einer elektrischen Fehlerhaftigkeit des Gerätes führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichervorrichtung zu schaffen, bei der ein schwimmendes Gate ein bestimmtes gewünschtes Profil hat, wobei mit Hilfe des Verfahrens eine positive Neigung an den Seitenwänden während der Herstellung vermieden werden soll.

Diese Aufgabe wird jeweils erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 und 2 aufgeführten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einer Ausführungsform wird eine Gate-Oxidschicht auf einem Halbleitersubstrat, eine erste leitfähige Schicht auf der Gate-Oxidschicht und eine Puffer-Oxidschicht auf der ersten leitfähigen Schicht erzeugt. Dann wird eine Stoppschicht auf der Pufferschicht gebildet und die Stoppschicht sowie die Pufferschicht werden in ein Muster gebracht, um ein Stoppschichtmuster und ein Pufferschichtenmuster zu erzeugen. Hiernach werden die erste leitfähige Schicht und die Gate-Oxidschicht in ein Muster gebracht, um eine Schicht für das schwimmende Gate als erste leitfähige Musterschicht und ein Muster in der Gate-Oxidschicht zu erzeugen und der obere Teil des Substrates wird geätzt, um einen Graben zu bilden. Der Innenflächenteil des Grabens wird oxidiert, um eine Graben-Oxidschicht längs der Innenfläche des Grabens zu bilden und es werden vogelschnabelartige Ausbildungen an oberen und unteren Teilen der Schicht des schwimmenden Gate erzeugt, um die Bildung einer positiven Profilneigung an der Seitenwand der Musterschicht entsprechend dem schwimmenden Gate zu vermeiden. Schließlich wird eine Feld-Oxidschicht erzeugt, um den Graben aufzufüllen. Alternativ wird zum Erreichen der obigen Aufgabe ein Verfahren zu Herstellung eines Speichergerätes in solcher Weise ausgeführt, daß eine Gate-Oxidschicht auf einem Halbleitersubstrat gebildet wird, daß weiter eine erste leitfähige Schicht auf der Gate-Oxidschicht gebildet wird und daß eine Puffer-Oxidschicht, auf der ersten leitfähigen Schicht erzeugt wird. Dann wird eine Stoppschicht auf der Pufferschicht gebildet. Die Stoppschicht, die Puffer schicht, die erste leitfähige Schicht, die Gate-Oxidschicht und das Substrat werden in ein Muster gebracht, in dem eine einzige Maske verwendet wird, um aus der ersten leitfähigen Schicht ein schwimmendes Gate zu formen. Auch wird gleichzeitig ein Graben, der mit dem schwimmenden Gate ausgerichtet ist, innerhalb des Substrates neben dem schwimmenden Gate gebildet, um einen aktiven Bereich des Substrates zu definieren. Hiernach wird der Innenflächenteil des Grabens oxidiert, um eine Graben-Oxidschicht längs der Innenfläche des Grabens auszubilden, und es werden vogelschnabelartige Bereiche an den oberen und unteren Teilen der schwimmenden Gateschicht erzeugt, um die Bildung einer positiven Profilneigung an der Seitenwand der in ein Muster gebrachten schwimmenden Gateschicht zu vermeiden. Schließlich wird eine Feld-Oxidschicht zum Auffüllen des Grabens erzeugt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Stoppschicht als Nitridschicht gebildet, welche als Oxidationsmaskenschicht zur Erzeugung der vogelschnabelartigen Bereiche sowohl an den oberen als auch den unteren Teilen der Schicht des schwimmenden Gate während des nachfolgenden Oxidierens der Seitenwände dient. Hierbei verhindern die vogelschnabelartigen Bereiche, daß die Seitenwände der Schicht des schwimmenden Gate eine positive Neigung haben, wodurch eine Fehlerhaftigkeit des Speichers verhindert wird, die durch Gaterestbereiche während des folgenden Ätzens des Gate eingeführt würde.

Kurze Beschreibungen der Zeichnungen

Die obigen Aspekte und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch besser verständlich durch Bezugnahme auf die erläuterten Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:

1A bis 1E ein Verfahren zur Herstellung eines Flash-Speichergerätes mit selbst ausgerichteten seichten Isolationsgrabenbereichen gemäß dem Stande der Technik zeigen;

2A bis 2I ein Verfahren zur Herstellung eines nicht flüchtigen Speichergerätes mit schwimmendem Gate gemäß einer ersten Ausführungsform zeigen;

3 einen vergrößerten Schnitt des Bereiches B von 2D wiedergibt; und

4A und 4B ein Verfahren zur Herstellung eines Speichergerätes mit schwimmenden Gate gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung von erläuternden Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Immer dann, wenn von einer Schicht einer Struktur, einem Muster in der Weise die Rede ist, daß sie bzw. es auf, über oder in überdeckender Position gegenüber einer anderen Schicht, einem Muster oder einer Struktur gelegen ist, bedeutet dies, daß eine Zwischenschicht, ein Zwischenmuster oder eine Zwischenstruktur vorhanden oder nicht vorhanden sein kann.
Die 2A bis 2I sind perspektivische Ansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung eines nicht flüchtigen Speichergerätes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
Es sei auf 2A bezug genommen. Eine Siliziumoxidschicht oder eine Silizium-oxinitridschicht läßt man auf einem Halbleitersubstrat 100 aufwachsen, welches ein Material, beispielsweise Silizium enthalten kann, um eine Gate-Oxidschicht (beispielsweise eine Tunnel-Oxischicht) 101 einer Transistorzelle zu bilden. Eine natürlich gewachsene Oxidschicht wird auf dem Halbleitersubstrat 100 gebildet, wenn dessen Oberfläche einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt wird und mit ihr reagiert. Demgemäß kann die natürlich gewachsene Oxidschicht auf dem Halbleitersubstrat 100 durch bekannte Verfahren erzeugt werden, die in den Zeichnungen nicht dargestellt und erläutert sind. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel läßt man die Gate-Oxidschicht 101 in einer Sauerstoffatmosphäre auf eine Dicke von etwa 1 bis 50 nm, vorzugsweise auf etwa 7,5 nm aufwachsen, falls es sich um ein Niederspannungs-Halbleitergerät handelt, oder bis zu einer Stärke von 30 nm, falls es sich um ein Hochspannungs-Halbleitergerät handelt, jeweils ausschließlich der natürlich gewachsenem Oxidschicht.
Eine erste Siliziumschicht 103, die als schwimmendes Gate zu verwenden ist, wird auf der Gate-Oxidschicht 101 bis zu einer Dicke von etwa 20 bis 150 nm, vorzugsweise bis zu einer Dicke von 50 nm mittels eines LPCVD-Verfahrens zum Aufwachsen gebracht. Dann wird mittels eines typischen Dotierverfahrens die Schicht 103 mit einer N-Verunreinigung hoher Dichte dotiert, beispielsweise durch POCl₃-Diffusion, Ionenimplantation oder durch in-situ-Dotierung, und dergleichen. Vorzugsweise enthält die Siliziumschicht 103 polykristallines Silizium oder amorphes Silizium. Als nächstes wird die Siliziumschicht 103 einer Sauerstoffatmosphäre ausgesetzt, um eine natürlich gewachsene Oxidschicht (in den Zeichnungen nicht dargestellt) bis zu einer Dicke von etwa 3 bis 3,5 nm auszubilden.
Eine Pufferschicht 105 wird dann auf der ersten Siliziumschicht 103 bis zu einer Dicke von etwa 1 bis 50 nm gebildet, wobei es sich annähernd um dieselbe Dicke wie bei der Gate-Oxidschicht 101 (unter Ausschluß der Dicke der natürlich gewachsenen Oxidschicht) handelt. Die Pufferschicht 105 ist eine Oxidschicht, die durch thermische Oxidation oder durch plasmageförderte chemische Dampfablage rung (PE-CVD) gebildet werden kann. Außerdem kann die Pufferschicht 105 durch teilweises oxidieren eines Oberflächenteiles der Siliziumschicht 103 durch Plasmabehandlung mittels eines oxidierenden Gases, beispielsweise Sauerstoff (O₂) oder Stickoxid (N₂O) gebildet werden. Wie oben ausgeführt deformiert sich das schwimmende Gate oder nimmt eine unerwünschte positive Neigung an, wenn nicht das Puffermaterial vor der Grabenoxidation eingesetzt wird.
Eine Ätzstoppschicht 107 wird auf der Puffer-Oxidschicht 105 bis zu einer Dicke von etwa 10 bis 300 nm, vorzugsweise 150 nm mittels eines LPCVD-Verfahrens gebildet. Die Stoppschicht 107 dient als endpunktbestimmende Schicht während des nachfolgenden CMP-Verfahrens oder eines Rückätzverfahrens. Die Stoppschicht 107 überdeckt die Puffer-Oxidschicht 105 während eines nachfolgenden thermischen Oxidationsprozesses des Grabens und hilft eine Ausbreitung des Sauerstoffs und Oxidationsmittels in die erste Siliziumschicht 103 über die Puffer-Oxidschicht 105 zu verhindern. Demgemäß ist die Stoppschicht 107 vorzugsweise aus einem Material gebildet, welches sauerstoffresistente Eigenschaft hat, beispielsweise aus Nitriden wie SiN, SiON oder BN.
Die Stoppschicht 107 kann durch polykristallines Silizium gebildet sein. In diesem Falle wird die Stoppschicht 107 während des nachfolgenden Oxidationsprozesses teilweise oxidiert. Die Stoppschicht 107 kann aber auch als eine endpunktbestimmende Schicht während eines Rückätzens oder während eines CMP-Verfahrensschrittes verwendet werden.
Nach Wunsch kann auf der Stoppschicht 107 mittel eines CVD-Verfahrens eine Antireflexschicht gebildet werden, um einen nachfolgenden photolithographischen Prozeß präzise ausrichten zu können. Eine solche Antireflexschicht kann aus Polysilizium, Siliziumoxid, beispielsweise Hochtemperaturoxid, und Mitteltemperaturoxid oder aus Siliziumoxynitrid (SiON) gebildet sein. Die Antireflexschicht kann von einer einzigen Schicht gebildet werden oder eine Mehrzahl von Schichten enthalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bildet eine Doppelschicht aus einer Hochtemperaturoxidschicht 140 (nachfolgend als „HTO" bezeichnet) und einer SiON-Schicht 150 die Antireflexschicht. Die HTO-Schicht 140 und die SiON-Schicht 150 lassen sich leicht mittels eines allgemein bekannten CVD-Verfahrens bilden, und dienen als Antireflexschicht zum Verhindern von Lichtreflexion von dem darunterliegenden Substrat während des photolithographischen Verfahrens, wodurch die Bildung des Photoresistmusters vereinfacht wird. Die HTO-Schicht 140 wird bis zu einer Dicke von etwa 20 bis 200 nm, vorzugsweise 50 nm gebildet und die SiON-Schicht 150 wird bis zu einer Dicke von etwa 20 bis 300 nm, vorzugsweise 80 nm gebildet.
Es sei jetzt 2B betrachtet. Ein Photoresistmaterial wird über der SiON-Schicht 150 aufgebracht, um einen Photoresistfilm (nicht dargestellt) zu bilden, was durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren geschieht. Danach wird der Photoresistfilm unter Verwendung einer Photomaske belichtet und dann entwickelt, um ein Photoresistmuster 160 zu erzeugen, das die Anordnung der schwimmenden Gates definiert.
Das Photoresistmuster 160 dient als eine Ätzmaske für das nachfolgende Ätzen der SiON-Schicht 150, der HTO-Schicht 140, der Stoppschicht 107 und der Puffer-Oxidschicht 105. Wie also in der Zeichnung gezeigt, entsteht ein Muster, das in einem Muster 161 der SiON-Schicht, einem Muster 151 der HTO-Schicht, einem Muster 108 der Stoppschicht und einem Muster 106 der Puffer-Oxidschicht besteht. Dann wird das Photoresistmuster 160 durch eine Veraschung oder ein Stripverfahren entfernt.
Es sei jetzt 2C betrachtet. Die resultierende Struktur wird in eine andere Ätzkammer verbracht, um ein Ätzverfahren an dem Polysilizium und dem Oxid durchzuführen. Hier wird ein Ätzgas zum Ätzen des Polysiliziums eingeführt, um die erste Siliziumschicht 103 zu ätzen, so daß ein Muster 104 der ersten Siliziumschicht entsteht. Das Muster 104 der ersten Siliziumschicht, das zu dieser Zeit gebildet wird, dient als das erste schwimmende Gate des nicht flüchtigen Speichergerätes.
Darauffolgend wird in derselben Ätzkammer die Gate-Oxidschicht 101 geätzt, um ein Muster 102 der Gate-Oxidschicht zu bilden, und das Substrat 100 wird bis zu einer Tiefe von annähernd 100 bis 500 nm, vorzugsweise 270 nm geätzt, um einen Graben 109 zu erzeugen. Dies hat zur Folge, daß die schwimmenden Gates, die durch das Muster 104 der Siliziumschicht definiert sind, voneinander durch den Graben 109 getrennt sind.
Während des Ätzens des Musters 104 der Siliziumschicht und des oberen Teiles des Halbleitersubstrates 100 werden das Muster 151 der SiON-Schicht und das Muster 151 der SiON-Schicht und das Muster 141 der HTO-Schicht, welche auf dem Muster 108 der Stoppschicht gebildet waren, entfernt.
Durch Formen des Grabens 109 werden der aktive Bereich und das schwimmende Gate gleichzeitig unter Verwendung einer einzigen Maske definiert. Demgemäß ergibt sich eine Selbstausrichtung des schwimmenden Gate mit dem aktivem Bereich.
Unter Bezugnahme auf 2D ist festzustellen, daß der Innenflächenteil des Grabens 109 in der oxidierenden Atmosphäre behandelt wird, um Beschädigungen zu beseitigen, die durch Ionenbeschuß hohe Energie während der Grabenätzung entstanden sind, und um Leckströme während des Betriebes des Gerätes zu verhindern. Dann wird eine Graben-Oxidschicht 110 längs der Innenfläche des Grabens 109, d.h. am Boden und an den Seitenwänden des Grabens bis zu einer Dicke von etwa 10 bis 50 nm, vorzugsweise 3 bis 4 nm gebildet. Die Graben-Oxidschicht 110 kann durch einen Trocken-Oxidationsprozess in einer Atmosphäre aus Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) bei einer Temperatur von 800 bis 950°C, oder durch einen Naß-Oxidationsprozeß bei einer Temperatur von mindestens 700°C erzeugt werden.
Wie in der Technik allgemein bekannt läßt sich die Reaktion zur Bildung der Oxidschicht folgendermaßen anschreiben: Si + O₂, H₂O → SiO₂
Wie man aus der obigen Reaktion erkennt, wird eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Musters 104 der Siliziumschicht und auf den Oberflächen des Grabens 109 zum Aufwachsen gebracht, da die Diffusion von Sauerstoff in die Schicht hinein, welche die Siliziumquelle bildet, eine Oxidation des Silizium bewirkt.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Bereiches B von 2D. Wenn die Graben-Oxidschicht 110 gebildet wird, so dringt, wie in 3 dargestellt, ein Oxidationsmittel (oder ein oxidierendes Gas) in die Seiten des Musters 102 der Gate-Oxidschicht am unteren Teil des Musters 104 der Siliziumschicht ein, um einen ersten vogelschnabelartigen Bereich „a" auszubilden. Gleichzeitig dringt das Oxidationsmittel in die Seiten des Musters 106 der Pufferoxidationsschicht am unteren Teil des Stoppschichtmusters 108 ein, um einen zweiten vogelschnabelartigen Bereich „b" am oberen Teil des Musters 104 der ersten Polysiliziumschicht auszubilden.
Gemäß einem herkömmlichen Verfahren, wie es in 1C dargestellt ist, wird der vogelschnabelartige Bereich nur an dem unteren Teil des Siliziummusters ausgebildet, das als das schwimmende Gate verwendet wird. Während das Oxid, welches am unteren Randbereich des schwimmenden Gate während seiner Oxidation aufschwillt, nimmt der untere Teil der Seitenwand des Gate eine positive Neigung an. Im Gegensatz hierzu werden bei der vorliegenden Erfindung ein erster vorgelschnabelartiger Bereich „a" und ein zweiter vogelschnabelartiger Bereich „b" gleichzeitig am unteren und oberen Teil der Gateseitenwände erzeugt. Somit tritt keine Auswärtsbiegung am unteren Randbereich der Gateseitenwand auf. Mit anderen Worten, die gleichzeitige Bildung des zweiten vogelschnabelartigen Bereiches „b" am oberen Teil des Musters 104 der ersten Siliziumschicht verhindert die positive Neigung, die anderenfalls auftreten würde. Folglich hat gemäß einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung das schwimmen de Gate, das in dem Muster 104 der Siliziumschicht ausgebildet ist, das gewünschte Profil.
Nunmehr sei 2E betrachtet. Eine Oxidschicht 112 mit guten zwischenraumfüllenden oder spaltfüllenden Eigenschaften, beispielsweise USG (undotiertes Silikatglas), O₃-TEOS (Tetraethyl-Orthosilikat)-USG oder eine HDP-Oxidschicht, wird durch einen CVD-Prozeß bis zu einer Dicke von etwa 500 nm abgelagert, um den Graben 109 aufzufüllen. Vorzugsweise wird eine Hochdichteplasma-(HDP)-Oxidschicht 112 abgelagert, wobei SiH₄, O₂, Ar, oder He als gasförmige Plasmaquellen dienen.
Der Graben 109 wird unter Erhöhung der Spaltfüllkapazität der HDP-Oxidschicht 112 aufgefüllt, so daß keine Löcher oder Leerräume innerhalb des Grabens 109 entstehen.
Wenn die HDP-Oxidschicht 112 gebildet wird, werden die Ablagerungen der Oxidschicht und ein Sputterätzen der Oxidschicht gleichzeitig durchgeführt. Während daher seine Ablagerung mit konstanter Geschwindigkeit über einen weiten Bereich erfolgt, werden die Ablagerungsgeschwindgkeit und die Sputterätzgeschwindigkeit des Oxids nach Ablagerung bis zu einer vorbestimmten Dicke in einem engen Bereich identisch, so daß keine weitere Ablagerung des Oxids erfolgt. Wenn die Sputterätzkapzität erhöht wird, um die Spaltfüllungseigenschaften der HDP-Oxidschicht 112 zu verbessern, wird der Randbereich der nitridhaltigen Stoppschicht 108 erodiert, so daß die Feld-Oxidschicht dazu veranlaßt wird, eine negative Neigung anzunehmen. Um dieses Problem zu vermeiden, kann man eine Maßnahme zur Beseitigung der negativen Neigung der Feld-Oxidschicht ergreifen, indem die Ablagerungsbedingung geändert werden oder indem bei der Bildung der Stoppschicht 108 ein nasses Ätzmittel eingesetzt wird.
Nachfolgend kann eine Überdeckungs-Oxidschicht (nicht gezeigt) die aus PE-TEOS (plasmaverstärktes TEOS) gebildet ist, auf der HDP-Oxidschicht 112 durch ein Plasmaverfahren abgelagert werden, bei welchem Si(OC₂H₅)₄ als Quelle verwendet wird.
Nach Wunsch kann die HDP-Oxidschicht 112 durch Vergütung bei einer hohen Temperatur von etwa 800 bis 1050°C in einer Inertgasatmosphäre verdichtet werden, um die Naßätzrate mit Bezug auf einen nachfolgenden Säuberungsprozeß herabzusetzen.
Es sei jetzt 2F betrachtet. Die HDP-Oxidschicht 112 wird eingeebnet. Die Einebnung wird durch ein Rückätzverfahren oder ein CMP-Verfahren durchgeführt, bis die obere Fläche des Stoppschichtmusters 108 freiliegt. Die HDP-Oxidschicht 112 auf der Stoppschicht wird also teilweise entfernt, um hierdurch Feld-Oxidschichttrennungen in den Gräben 109 zu erzeugen.
Betrachtet man 2G, so erkennt man, daß das Stoppschichtmuster 108, das Siliziumnitrid enthält, durch ein Stripverfahren unter Verwendung von Phosphorsäure entfernt ist. Zu dieser Zeit verhindert das Puffer-Oxidschichtmuster 106 eine Beschädigung an dem darunterliegenden Siliziumschichtmuster 104, das den auf dem Silizium gebildeten ersten Teil des schwimmende Gates darstellt, während des Verfahrens zur Entfernung des Siliziumnitrid durch das Stripverfahren.
Danach wird ein Vorreinigungsschritt durchgeführt, um das Substrat zu reinigen, was während etwa 30 Sekunden unter Verwendung eines Ätzmittels geschieht, das Flußsäure enthält. Die Feld-Oxidschicht 124 wird durch Strippen des Stoppschichtmusters 108 und durch den Vorreinigungs-Verfahrensschritt teilweise entfernt und das Puffer-Oxidschichtmuster 106, das auf dem Siliziumschichtmuster 104 gebildet ist, wird auch entfernt. Zu dieser Zeit ist die Dicke der Feldoxidschicht 124 von annähernd über 25 nm reduziert.
Jetzt sei auf 2H Bezug genommen. Eine zweite Siliziumschicht (nicht dargestellt), beispielsweise eine Polysiliziumschicht oder eine Schicht aus amorphen Silizi um, wird durch bekannte Verfahren, beispielsweise durch chemische Dampfablagerung (CVD) auf dem freiliegenden Muster 104 der ersten Siliziumschicht und der freiliegenden Feld-Oxidschicht 124 (2G) durch ein LPCVD-Verfahren bis zu einer Dicke von etwa 200 nm abgelagert. Dotierungsmittel oder andere Ladungsträger werden im allgemeinen während der Bildung des Musters 104 der leitfähigen Siliziumschicht eingeführt. Die zweite Siliziumschicht, welche in dieser Weise abgelagert wird, befindet sich in elektrischem Kontakt mit dem Muster 104 der ersten Siliziumschicht, welche den ersten schwimmenden Teil des Gates darstellt. Darauffolgend wird ein zweiter Teil des schwimmendes Gates 126 mit N-Verunreinigungen hoher Dichte durch ein typisches Dotierungsverfahren, beispielsweise durch POCl₃-Diffusion, durch Ionenimplantation oder durch in-situ-Dotierung dotiert, wodurch eine zweite leitfähige Schicht entsteht.
Außerdem kann ohne die Durchführung eines gesonderten Dotierungsverfahrens die zweite leitfähige Schicht in der Weise gebildet werden, daß mit Verunreinigungen dotiertes polykristallines Silizium abgelagert wird, indem das CVD-Verfahren durchgeführt wird, während eine Verunreinigung dem Quellengas beigegeben wird, wenn man die zweite Siliziumschicht bildet. Der zweite Teil des schwimmenden Gates, der durch die zweite leitfähige Schicht gebildet ist, wird vorgesehen, um die Fläche einer dielektrischen Zwischenschicht zu vergrößern, die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt erzeugt wird und die vorzugsweise so dick wie möglich ausgebildet werden soll.
Danach wird die zweite leitfähige Schicht auf der Feld-Oxidschicht 124 durch ein herkömmliches photolithographisches Verfahren teilweise entfernt, um ein Muster 126 einer zweiten Siliziumschicht auszubilden, welches den zweiten Teil des schwimmenden Gate bildet. Dann werden die in dieser Weise erzeugten zweiten Teile der schwimmenden Gates von denjenigen benachbarter Zellen getrennt.
Darauf wird eine dielektrische Zwischenschicht 128 aus ONO auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur gebildet, um die zweiten Siliziummuster 126, welche die zweiten Teil der schwimmenden Gates bilden, vollständig zu isolieren. Beispielsweise wird nach Oxidieren der zweiten Teile der schwimmenden Gates 126 zum Aufwachsen lassen einer ersten Oxidschicht bis zu einer Dicke von etwa 10 nm eine Nitridschicht darauf bis zu einer Dicke von etwa 13 nm abgelagert und eine zweite Oxidschicht wird auf der Nitridschicht bis zu einer Dicke von etwa 4 nm abgelagert, so daß eine dielektrische Zwischenschicht 128 von einer Gesamtdicke von etwa 10 bis 20 nm entsteht.
Dann wird auf der dielektrischen Zwischenschicht 128 eine Steuergateschicht 130 gebildet, welche eine dritte leitfähige Schicht bildet, welche durch Übereinanderstapeln einer N^+-dotierten Polysiliziumschicht und einer Metall-Silizidschicht, beispielsweise Wolframsilizid (WSi_x), Titansilizid (TiSi_x), Kobaltsilizid (CoSi_x) und Tantalsilizid (TaSi_x) erzeugt wird. Vorzugsweise wird die Polysiliziumschicht, welche die Steuergateschicht 130 bildet, bis zu einer Dicke von etwa 100 nm abgelagert und die Metallsilizidschicht wird bis zu einer Dicke von etwa 10 bis 150 nm gebildet.
Nun sei auf 2I Bezug genommen. Nach Musterbildung an der Steuergateschicht 130 durch ein photolithographisches Verfahren erfolgt nacheinander eine Musterbildung an der freiliegenden dielektrischen Zwischenschicht 128, dem zweiten Segment 126 des schwimmenden Gate, sowie dem ersten Segment 104 des schwimmenden Gate in jeder Zelleneinheit durch ein Trockenätzverfahren, wodurch die Speicherzelle mit gestapeltem schwimmenden Gate erzeugt wird. Zu dieser Zeit erfolgt das Trockenätzen in bestimmten Bereichen, bis die Oberfläche des Substrates 100 zwischen den Feld-Oxidschichten 124 freiliegt.
Da die Seitenwand des Musters 104 der ersten Siliziumschicht, welche jeweils das erste schwimmende Gate ausbildet, keine positive Neigung hat, wird der Seitenwandbereich des Musters 104 der ersten Siliziumschicht nicht deformiert und hat keinen nach außen gebogenen Bereich. Folglich wird dieser Bereich des Musters 104 der ersten Siliziumschicht, der von dem Maskenmuster freigelassen ist, während des oben beschriebenen Trockenätzverfahrens vollständig entfernt. Es verbleiben daher keine Siliziumreste an der Oberflächengrenze zwischen der Feld-Oxidschicht 124 und dem akti ven Bereich. Danach werden, wenngleich dies in der Zeichnung auch nicht gezeigt ist, die Source-/Drain-Bereiche der Speicherzelle durch Ionenimplantation gebildet und die Isolationszwischenschicht ILD wird darauf auf der resultierenden Struktur abgelagert. Nach Bildung einer Kontaktöffnung zur Freilegung der Source-/Drain-Bereiche durch Abätzen der Isolationszwischenschicht wird ein Kontaktstopfen zur Auffüllung der Kontaktöffnung hergestellt. Dann wird eine Metallisierungsschicht in elektrischem Kontakt mit dem Kontaktstopfen abgelagert, und ein Rück-Endprozeß wird durchgeführt, wobei die isolierende Zwischenschicht IMD verwendet wird, was über eine Metallmaske geschieht.
Die Verfahren, wie sie in den 2B und 2C für die erste Ausführungsform erläutert sind, werden jeweils in gesonderten Ätzkammern durchgeführt, was jedoch auch in einer einzigen Ätzkammer nacheinander geschehen kann, wodurch sich eine zweite Ausführungsform ergibt. Diese zweite Ausführungsform stimmt mit der ersten Ausführungsform überein, jedoch mit der Ausnahme, daß keine Antireflexschicht gebildet wird und das Substratätzverfahren in einer einzigen Ätzkammer durchgeführt wird, wobei man eine Photoresistmaske als Ätzmaske einsetzt. Vorliegend werden die selben Bezugszahlen wie bei der ersten Ausführungsform zur Bezeichnung gleicher Teile verwendet.
Die 4A und 4B sind Schnittansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines nicht flüchtigen Speichergerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Man betrachte zunächst 4A. In derselben Weise wie bei der ersten Ausführungsform werden eine Gate-Oxidschicht 101, eine erste Siliziumschicht 103, eine Puffer-Oxidschicht 105 und eine Stoppschicht 107 nacheinander auf dem Substrat 100 erzeugt.
Nun sei auf 4B Bezug genommen. Unter Verwendung einer Photoresistmaske zur Bestimmung und Umgrenzung eines schwimmenden Gates wird ein Photoresistmuster 160 in Entsprechung mit der ersten Ausführungsform nun auf der Stoppschicht 107 gebildet. Dann werden die Stoppschicht 107, die Puffer- Oxidschicht 105, die erste Siliziumschicht 103 und die Gate-Oxidschicht 101 unter Verwendung des Photoresistmusters 160 als Ätzmaske mit einem Muster versehen, so daß durch das Muster 108 der Stoppschicht, das Muster 106 der Puffer-Oxidschicht, das Muster 104 der ersten Siliziumschicht und das Muster 102 der Gate-Oxidschicht eine Musterstruktur entsteht.
Als nächstes wird das Substrat 100 geätzt, so daß ein Graben 109 gebildet wird, und durch ein Veraschungsverfahren oder ein Stripverfahren wird das Photoresistmuster 160 entfernt.
Hiernach werden die Verfahrensschritte, die anhand der 2C bis 2I der ersten Ausführungsform erläutert wurden, durchgeführt, so daß man ein nicht flüchtiges Speichergerät mit schwimmendem Gate gemäß der zweiten Ausführungsform erhält.
In Entsprechung mit der oben beschriebenen Erfindung wird eine Puffer-Oxidschicht zusätzlich zwischen einem ersten Segment einer Schicht für ein schwimmendes Gate und einer Stoppschicht gebildet, um einen vogelschnabelartigen Bereich am oberen Teil des schwimmenden Gate zu erzeugen. Während der nachfolgenden Oxidation der Seitenwand des Grabens gleichen die vogelschnabelartigen Bereiche am oberen und unteren Teil des ersten Segmentes des schwimmenden Gates Seitenwandteile des schwimmenden Gates aus oder bewirken eine Glättung. Somit wird eine unerwünschte Neigung der Seitenwände der Schicht für das schwimmende Gate verhindert und man erhält ein nicht flüchtiges Speichergerät mit einem Gate, das ein gewünschtes Profil aufweist.
Zusätzlich bleiben keine Siliziumreste nach dem Ätzen zur Bildung des Gates zurück. Das Fehlen dieser Reste hilft elektrische Fehler des Gerätes zu vermeiden, die durch Kurzschlüsse zwischen benachbarten Gates entstehen könnten.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer nicht flüchtigen Halbleiterspeichervorrichtung, mit einem schwimmenden Gate (104) und einem zugehörigen aktiven Bereich in einem Halbleitersubstrat (100) der Halbleiterspeichervorrichtung mit folgenden Verfahrensschritten: Bilden einer Gateoxidschicht (101) auf dem Substrat; Bilden einer ersten leitfähigen Schicht (103) auf der Gateoxidschicht (101); Bilden einer Pufferoxidschicht (105) auf der ersten leitfähigen Schicht; Bilden einer Ätzstoppschicht (107) auf der Pufferoxidschicht (105); Mustererzeugung der Ätzstoppschicht (107) und der Pufferoxidschicht (105) zur Bildung eines Musters der Ätzstoppschicht (108) und eines Musters der Puffer-Oxidschicht (106); Mustererzeugung der ersten leitfähigen Schicht zur Bildung des schwimmenden Gates (104) als Muster der ersten leitfähigen Schicht (103), sowie Ätzen der Gate-Oxidschicht (101) und des oberen Teils des Substrates (100) zur Erzeugung eines Musters der Gate-Oxidschicht (102) und eines Grabens (109) zum Festlegen des aktiven Bereichs im Halbleitersubstrat; Oxidieren eines Innenflächenbereichs des Grabens (109) zur Bildung einer Graben-Oxidschicht (110) an der Innenfläche des Grabens (109) und zur gleichzeitigen Bildung von vogelschnabelartigen Bereichen (a, b) an den Gateseitenwänden des Grabens und zwar am oberen Teil und am unteren Teil der Schicht des schwimmenden Gates (104), so dass eine positive Profilneigung an den Seitenwänden der mit Muster versehenen Schicht des schwimmenden Gate (104) verhindert wird, wobei das Muster der Pufferoxidschicht (106) und der Ätzstoppschicht (108) während der Oxidation auf der Schicht des schwimmenden Gates verbleiben; und Bilden einer Feld-Oxidschicht (112) zur Auffüllung des Grabens (109).
Verfahren zur Herstellung einer nicht flüchtigen Halbleiterspeichervorrichtung, mit einem schwimmenden Gate (104) und einem zugehörigen aktiven Bereich in einem Halbleitersubstrat (100) der Halbleiterspeichervorrichtung mit folgenden Verfahrensschritten: Bilden einer Gate-Oxidschicht (101) auf einem Halbleitersubstrat (100); Bilden einer ersten leitfähigen Schicht (103) auf der Gate-Oxidschicht (101); Bilden einer Pufferoxidschicht (105) auf der ersten leitfähigen Schicht (103); Bilden einer Ätzstoppschicht (107) auf der Pufferoxidschicht (105); Mustererzeugung der Ätzstoppschicht (107), der Pufferoxidschicht (105), der ersten leitfähigen Schicht (103), der Gate-Oxidschicht und des Halbleitersubstrates (100) unter Verwendung einer einzigen Maske (160) zur Erzeugung des schwimmenden Gate (104) aus der ersten leitfähigen Schicht und zur gleichzeitigen Bildung eines mit dem schwimmenden Gate (104) ausgerichteten Grabens (109) in dem Halbleitersubstrat (100) neben dem schwimmenden Gate (104) zum Festlegen des aktiven Bereiches des Halbleitersubstrates (100); Oxidieren eines Innenflächenbereiches des Grabens (109) zur Bildung einer Graben-Oxidschicht (110) in dem Innenflächenbereich des Grabens (109) und Ausbildung von vogelschnabelartigen Bereichen (a, b) am oberen und unteren Teil der Schicht des schwimmenden Gate (104), so das die Bildung einer positiven Profilneigung an der Seitenwand der mit Muster versehenen Schicht des schwimmenden Gate (104) verhindet wird, wobei das Muster der Pufferoxidschicht (106) und der Ätzstoppschicht (108) während der Oxidation auf der Schicht des schwimmenden Gates verbleiben; und Bilden einer Feld-Oxidschicht (112) zur Auffüllung des Grabens (109).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitfähige Schicht (103) ein Material aus der Gruppe von Polysilizium und amorphen Silizium enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Ätzstoppschicht (107) eine Nitridkomponente enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer-Oxidschicht (105) durch thermische Oxidation gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer-Oxidschicht (105) durch plasmaverstärkte chemische Dampfablagerung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer-Oxidschicht (105) durch Oxidieren der Oberfläche der ersten leitfähigen Schicht (103) durch Plasmabehandlung mit einem oxidieren Gas gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichent, daß das oxidierende Gas mindestens ein Gas aus der Gruppe von Sauerstoff (O₂) und Stickoxid (N₂O) enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer-Oxidschicht (105) bis zu einer Dicke von 1 bis 50 nm gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feld-Oxidschicht (112) durch Bildung einer Oxidschicht gebildet wird, welche die Ätzstoppschicht beim Auffüllen des Grabens (109) überdeckt und daß die Oxidschicht geätzt wird, um eine glatte Oberfläche durch ein chemisch-mechanisches Polierverfahren und/oder ein Rückätzverfahren zu erhalten, bis die Oberfläche des Musters der Ätzstoppschicht freigelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiter auf der Ätzstoppschicht (107) durch chemische Dampfablagerung eine Antireflexionsschicht abgelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexionsschicht aus mindestens einem Material der Gruppe besteht, welche aus Polysilizium, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid und Siliziumoxid gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, soweit er sich auf Anspruch 1 rückbezieht, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Ätzkammer nach Bildung eines Photoresistmusters zur Erzeugung des schwimmenden Gate (104) auf der Antireflexionsschicht diese Antireflexionsschicht, die Ätzstoppschicht (107) und die Puffer-Oxidschicht (105) unter Verwendung des Photoresistmusters als Ätzmaske mit Muster versehen werden und das Photoresistmuster dann entfernt wird und daß danach in einer zweiten Ätzkammer das Muster der ersten leitfähigen Schicht (103), das Muster der Gate-Oxidschicht und der Graben (109) gebildet werden, während das Muster der Antireflexionsschicht entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach Bilden des Photoresistmusters auf der Ätzstoppschicht (107) zur Bildung des schwimmenden Gate (104) die Ätzprozesse nacheinander in einer einzigen Kammer unter Verwendung des Photoresistmusters als Ätzmaske durchgeführt werden, um die Ätzstoppschicht (107), die Puffer-Oxidschicht (105), die erste leitfähige Schicht (103) und die Gate-Oxidschicht mit Muster zu versehen, und daß der Oberteil des Substrates geätzt wird, um das Muster der Ätzstoppschicht (107), das Muster der Puffer-Oxidschicht (105), das Muster der ersten leitfähigen Schicht (103), das Muster der Gate-Oxidschicht und den Graben (109) auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter den Schritt des Entfernens der mit Muster versehenen Ätzstoppschicht (107) und nachfolgendes Bilden einer dielektrischen Zwischenschicht (128) und eines Steuergates (130) auf dem schwimmenden Gate (104) nach Bildung der Feld-Oxidschicht umfaßt.