DE102005019552B4 - Verfahren zum Herstellen eines Flash-Speichers - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Flash-Speicherbausteins, umfassend:
Ausbilden einer Gatterstrukturschicht (46a) mit einer Mindestlinienbreite (A) durch Übereinanderanordnen einer Materialschicht (46) für ein Gatter und Isolationsdeckschichten (47, 48) auf einer ONO-Schicht (43, 44, 45) eines Halbleitersubstrats (41) und primäres Ätzen der übereinander angeordneten Schichten;
Ausbilden einer Isolationsschicht (51) zur Planarisierung auf einer gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats (41) und Entfernen einer der Isolationsdeckschichten (48a), dergestalt, dass eine Selektionsgatterbildungsregion (52) definiert wird;
Ausbilden einer Maskenstrukturschicht (53) mit einer Seitenwandform in der Selektionsgatterbildungsregion (52) und sekundäres Ätzen der Gatterstrukturschicht (46a) unter Verwendung der Maskenstrukturschicht (53), dergestalt, dass Steuergatter (46b, 46c) entstehen; und
Ausbilden eines Selektionsgatters (56), das von den Steuergattern (46b, 46c) in der Selektionsgatterbildungsregion (52) isoliert ist, und Ausbilden von Source- und Drainübergangsregionen (58a, 58b) in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (41) auf beiden Seiten des Selektionsgatters (56).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flash-Speicherbausteins, mit dem die Zellengröße durch Ausbilden eines Steuergatters innerhalb einer durch den Herstellungsprozess zugelassenen Mindestlinienbreite verringert wird.
  • In der jüngeren Vergangenheit hat ein nicht-flüchtiger Speicherbaustein aus SONOS (Polysilicium-Oxid-Nitrid-Oxid-Halbleiter) große Aufmerksamkeit erlangt, weil es möglich ist, die nachteiligen Eigenschaften anderer nicht-flüchtiger Speicherbausteine zu überwinden. Im Fall des nicht-flüchtigen Speicherbausteins aus SONOS dient eine obere Oxidschicht als Potenzialsperre für den Zutritt elektrischer Ladungen durch ein Gatter. Des Weiteren erzeugt die obere Oxidschicht eine neue Speicherfalle von hoher Dichte zu einer Grenzfläche mit einer Nitridschicht. Dementsprechend ist es möglich, eine dünne Gatterisolationsschicht, insbesondere eine dünne Nitridschicht, im Zustand der Beibehaltung einer Speicherfenstergröße zu erhalten, wodurch ein hocheffizienter nicht-flüchtiger Speicherbaustein mit einer niedrigen programmierbaren Spannung zum Aufzeichnen und Löschen und einem niedrigen Stromverbrauch entsteht.
  • Im Weiteren wird ein Flash-Speicherbaustein vom SONOS-Typ nach dem Stand der Technik anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Flash-Speicherbaustein vom SONOS-Typ nach dem Stand der Technik veranschaulicht. 2 ist eine TEM-Fotografie, die einen Flash-Speicherbaustein vom Zwillings-MONOS-Typ nach dem Stand der Technik veranschaulicht. Der üblicherweise verwendete Flash-Speicherbaustein lässt sich grob unterteilen in einen Mehrschichtgatter-Flashzellenbaustein mit einer übereinander angeordneten Struktur eines Steuergatters und eines floatenden Gatters, und einen SONOS-Flashzellenbaustein, bei dem ein einzelnes Gatter und ein Gatterdielektrikum als eine ONO-Struktur (Oxid-Nitrid-Oxid) übereinander angeordnet sind.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Flash-Speicherbaustein mit einer SONOS-Zellenstruktur veranschaulicht, wobei eine Tunneloxidschicht 12, eine Einfangnitridschicht 13 und eine Sperroxidschicht 14 als die ONO-Struktur der Reihe nach auf einem Halbleitersubstrat 11 vom p-Typ übereinander angeordnet sind. Dann wird ein Polysiliciumgatter 15 vom n-Typ auf die ONO-Struktur 12, 13, und 14 aufgesetzt, und es werden Störstellenregionen 16 und 17 vom n-Typ in der Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 auf beiden Seiten des Polysiliciumgatters 15 vom n-Typ ausgebildet, wobei die Störstellenregionen 16 und 17 vom n-Typ als Source- und Drainregionen ausgebildet werden.
  • Es wird nun eine Programmierungs- und Löschoperation an dem oben beschriebenen Flash-Speicherbaustein vom SONOS-Typ beschrieben.
  • In einem Programmiermodus wird eine zuvor festgelegte positive (+) Spannung an die Drainregion 17 und das Gatter 15 angelegt, und die Sourceregion 16 und das Halbleitersubstrat (Körper) 11 sind geerdet. In diesem Zustand werden entsprechend der angelegten Vorspannung Kanalelektronen durch ein seitliches elektrisches Feld, das von der Sourceregion 16 zur Drainregion 17 gebildet wird, beschleunigt, wodurch die Kanalelektronen um die Drainregion 17 herum zu heißen Elektronen werden. Des Weiteren werden die heißen Elektronen lokal auf einer Einfangebene der Einfangnitridschicht 13 um die Drainregion 17 herum über der Potenzialsperre der Tunneloxidschicht 12 eingefangen, wodurch eine Schwellenspannung ansteigt. Dieses Programmierungsverfahren nennt man CHEI (Channel Hot Electron Injection).
  • In einem Löschmodus wird eine zuvor festgelegte positive (+) Spannung an die Drainregion 17 angelegt, und eine zuvor festgelegte negative (–) Spannung wird an das Gatter 15 angelegt. Des Weiteren sind die Sourceregion 16 und das Halbleitersubstrat 11 geerdet. In diesem Zustand wird entsprechend der angelegten Vorspannung durch ein hohes elektrisches Feld, das in einem Überlappungsbereich zwischen der Drainregion 17 und dem Gatter 15 gebildet wird, eine Verarmungsregion in der Drainregion 17 vom n-Typ gebildet. In der Verarmungsregion werden durch einen Band-Band-Tunneleffekt Elektron-Loch-Paare gebildet. Dann entweicht das Elektron zur Region vom n-Typ, und das Loch wird durch das seitliche elektrische Feld der Verarmungsregion beschleunigt, wodurch sich das Loch in ein heißes Loch verwandelt. Das heiße Loch wird in ein Valenzband der Einfangnitridschicht 13 über einer Energiesperre, die zwischen der Tunneloxidschicht 12 und dem Halbleitersubstrat 11 gebildet wird, injiziert und darin gefangen, wodurch der Löschmodus ausgeführt wird, was die Schwellenspannung senkt. Diese Löschungsmethode wird auch als Heißlochinjektion (Hot Hole Injection) HHI bezeichnet.
  • Die Maximierung des HCI-Effekts (Hot Carrier Injection) ist für die Eigenschaften des Flash-Speicherbausteins vom SONOS-Typ sehr wichtig. Insbesondere wird es zunehmend wichtiger infolge der allgemeinen Verbreitung von Bausteinen mit geringem Stromverbrauch. Bei dem Flash-Speicherbaustein vom SONOS-Typ von 1 wird das HHI-Löschverfahren verwendet, um die Elektronen zu entfernen, die beim Löschmodus injiziert wurden. In diesem Fall ist es sehr schwierig, die Löcher entsprechend der Anzahl der Elektronen, die beim Löschmodus injiziert wurden, zu injizieren. Dadurch werden einige der Elektronen, die beim Löschmodus injiziert wurden, infolge der fehlerhaften Lochinjektion angesammelt, wodurch die Lebensdauer des Bausteins beeinträchtigt wird.
  • Um diese Probleme zu lösen, ist in 2 eine andere Zellenstruktur gezeigt. In 2 sind Steuergatter SG von Seitenwand-Abstandshaltertyp auf beiden Seiten einer Wortleitung WL ausgebildet, und Nitridspeicherstellen sind unter den Steuergattern SG ausgebildet (”Embedded twin MONOS flash memories with 4ns and 15ns fast access times”. Ogura, T.; Ogura, N.; Kirihara, M.; Park, K. T.; Baba, Y.; Sekine, M.; Shimeno, K. Digest of Technical Papers. 2003 Symposium an VLSI Circuits. Issue 12, June 14, 2003, Pages 207–210). Für diese Struktur wird der Zustand der in den Programmier- und Löschmodi angelegten Vorspannung in Tabelle 1 dargestellt.
    Betriebsmodus Gewählte WL (nicht gewählt) Gewählte BL (nicht gewählt) Gewähltes SG (nicht gewählt) Elektrische Eigenschaften
    Lesen 1,8 V (0 V) 0 und 1,5 V (1,8 V) 1,8 und > 2,8 V (1,8 V) Lein > 60 μA/μm Iaus < 3,5 μA/μm
    Programmieren 1,0V (0 V) 4,5 und 0 V (1,8 V) 5,5 und > 2,8 V (1,8 V) Ipgm < 2 μA/Bit Tpgm = 20 μs
    Heißlochlöschen 0 floatend 4,5V (1,8 oder 0 V) –3 V (0 V) Ilösch < 2 nA/Bit Tlösch = 10–100 ms
  • Im Löschmodus ist es durch diesen Vorspannungszustand möglich, die Effizienz der Lochinjektion durch das Steuergatter vom Seitenwandtyp zu verbessern, wodurch die Lebensdauer verlängert wird. Jedoch ist das Steuergatter vom Seitenwandtyp außerhalb einer Mindestlinienbreite (A) ausgebildet, die das Fertigungsverfahren zulässt, wodurch die Zellengröße zunimmt. Es ist somit nachteilig für die Miniaturisierung des Bausteins und für die Verbesserung der Zellenintegration. Des Weiteren wird die Seitenwand des Steuergatters durch Zurückätzen ausgebildet, was die Produktionsrate senkt.
  • Die Druckschrift US 2003/0203572 A1 offenbart einen nichtflüchtigen Halbleiterspeicherbaustein und eine Herstellungsmethode hierfür, wobei der Halbleiterspeicherbaustein eine Speicherzelle mit Steuergattern vom Seitenwandtyp darstellt, deren Seitenwände durch Zurückätzen ausgebildet sind.
  • Die Druckschrift US 6,673,677 B2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Speicherzelle, wobei eine für das Einfangen von Ladungsträgern über dem Source-Bereich und dem Drain-Bereich vorgesehene Speicherschicht über dem Kanal unterbrochen ist, so dass ein Diffundieren der Ladungsträger, die über dem Source-Bereich und über dem Drain-Bereich eingefangen sind, verhindert wird.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Flash-Speicherbausteins, der ein oder mehrere Probleme, die mit den Beschränkungen und Nachteilen des Standes der Technik einhergehen, im Wesentlichen beseitigt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flash-Speicherbausteins, mit dem die Zellengröße durch Ausbilden eines Steuergatters innerhalb einer durch den Herstellungsprozess zugelassenen Mindestlinienbreite verringert wird und mit dem die Betriebseigenschaften selbst im Fall der Verringerung der Zellengröße effektiv erreicht werden.
  • Um diese Aufgaben und sonstigen Vorteile zu erreichen, und gemäß dem Zweck der Erfindung, wie er im vorliegenden Text verkörpert und im weiten Sinne beschrieben ist, wird ein Verfahren zur Herstellung eines Flash-Speicherbausteins bereitgestellt, das folgende Schritte beinhaltet: Ausbilden einer Gatterstrukturschicht mit einer Mindestlinienbreite (A) durch Übereinanderanordnen einer Materialschicht für ein Gatter und Isolationsdeckschichten auf einer ONO-Schicht eines Halbleitersubstrats und primäres Ätzen der übereinander angeordneten Schichten; Ausbilden einer Isolationsschicht zur Planarisierung auf einer gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats und Entfernen einer der Isolationsdeckschichten, dergestalt, dass eine Selektionsgatterbildungsregion definiert wird; Ausbilden einer Maskenstrukturschicht mit einer Seitenwandform in der Selektionsgatterbildungsregion und sekundäres Ätzen der Gatterstrukturschicht unter Verwendung der Maskenstrukturschicht, dergestalt, dass Steuergatter entstehen; und Ausbilden eines Selektionsgatters, das von den Steuergattern in der Selektionsgatterbildungsregion isoliert ist, und Ausbilden von Source- und Drainübergangsregionen in der Oberfläche des Halbleitersubstrats auf beiden Seiten des Selektionsgatters.
  • Zu diesem Zeitpunkt werden die Isolationsdeckschichten durch Übereinanderanordnen einer Oxidschicht und einer Nitridschicht ausgebildet. Die Nitridschicht wird im Prozess des Definierens der Selektionsgatterbildungsregion entfernt, während die Oxidschicht bleibt.
  • Vor dem Ausbilden der Isolationsschicht zur Planarisierung werden des Weiteren die Seitenabschnitte der freiliegenden Materialschicht für das Gatter oxidiert, und eine Nitridschicht, die als Ätzsperrschicht fungiert, wird auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet.
  • Des Weiteren wird die ONO-Schicht mittels der Maskenstrukturschicht nach der Ausbildung der Steuergatter primär strukturiert und anschließend nach der Ausbildung des Selektionsgatters sekundär strukturiert, so dass die ONO-Schicht unter den Steuergattern bleibt.
  • Es versteht sich, dass sowohl die obige allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaft und erklärend sind und dazu dienen, die beanspruchte Erfindung eingehender zu erläutern.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Flash-Speicherbaustein vom SONOS-Typ nach dem Stand der Technik veranschaulicht.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Flash-Speicherbaustein vom Zwillings-MONOS-Typ nach dem Stand der Technik veranschaulicht.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Flash-Speicherbaustein gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 4A bis 4M sind Querschnittsansichten, die den Herstellungsprozess eines Flash-Speicherbausteins gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Es wird nun eingehender auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind, eingegangen. Wo immer möglich, werden in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszahlen verwendet, um dieselben oder gleiche Teile zu bezeichnen.
  • Im Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Flash-Speicherbausteins gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Flash-Speicherbaustein gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei dem Flash-Speicherbaustein gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Steuergatter innerhalb einer durch den Herstellungsprozess zugelassenen Mindestlinienbreite (A) ausgebildet. Zu diesem Zweck wird eine Materialschicht für ein Gatter mit der Mindestlinienbreite (A) primär strukturiert, woraufhin die primär strukturierte Materialschicht für das Gatter zweitens unter Verwendung einer Maskenstrukturschicht in Seitenwandform mittels eines Rückätzverfahrens geätzt wird, wodurch Steuergatter gebildet werden. Danach wird zwischen den Steuergattern ein Selektionsgatter ausgebildet. Bei dem Flash-Speicherbaustein gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Steuergatter innerhalb der durch den Herstellungsprozess zugelassenen Mindestlinienbreite ausgebildet, wenn das Steuergatter zur Verbesserung der Effektivität der Lochinjektion beim Löschoperationsmodus vorhanden ist.
  • Wie in 3 zu sehen, wird das Selektionsgatter 33 auf einer Gatterisolationsschicht 32 eines Halbleitersubstrats 31 ausgebildet. Dann werden ONO-Schichten auf beiden Seiten des Selektionsgatters 33 ausgebildet, wobei jede ONO-Schicht in einem Verfahren des Übereinanderanordnens einer Tunneloxidschicht 34, einer Einfangnitridschicht 35 und einer Sperroxidschicht 36 gebildet wird. Außerdem werden die Steuergatter 37a und 37b auf den ONO-Schichten ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt werden das Selektionsgatter 33 und die Steuergatter 37a und 37b innerhalb der durch den Herstellungsprozess zugelassenen Mindestlinienbreite (A) ausgebildet. Dann werden Source- und Drainübergangsregionen 38a und 38b in der Oberfläche des Halbleitersubstrats 31 auf beiden Seiten des Selektionsgatters 33 und der Steuergatter 37a und 37b ausgebildet. Die Steuergatter 37a und 37b sind von dem Selektionsgatter 33 und anderen leitenden Schichten durch Isolationsschichten 39a, 39b und 39c isoliert, und auf dem Selektionsgatter 33 ist eine Gatterisolationsdeckschicht 40 ausgebildet.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des oben besprochenen Flash-Speicherbausteins gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 4A bis 4M sind Querschnittsansichten, die den Herstellungsprozess des Flash-Speicherbausteins gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • Wie in 4A gezeigt, wird eine Pufferoxidschicht 42 auf einem Halbleitersubstrat 41 ausgebildet, woraufhin Ionenimplantation eingesetzt wird, um eine (nicht gezeigte) Muldenregion in der Oberfläche des Halbleitersubstrats 41 auszubilden und eine Schwellenspannung zu steuern.
  • Wenden wir uns 4B zu. Die Pufferoxidschicht 42 wird entfernt, woraufhin darauf eine ONO-Schicht ausgebildet wird, wobei die ONO-Schicht in der Weise gebildet wird, dass nacheinander eine untere Oxidschicht, eine Einfangnitridschicht 44 und eine obere Oxidschicht übereinander angeordnet werden. Zu diesem Zeitpunkt dient die untere Oxidschicht als eine Tunneloxidschicht 43, und die obere Oxidschicht dient als Sperroxidschicht 45. Die untere Oxidschicht 43, die Einfangnitridschicht 44 und die Sperroxidschicht 45 werden chemisch aufgedampft.
  • Anschließend wird eine Polysiliciumschicht 46 auf der ONO-Schicht ausgebildet, welche die übereinander angeordnete Struktur der unteren Oxidschicht 43, der Einfangnitridschicht 44 und der Sperroxidschicht 45 aufweist, wobei die Polysiliciumschicht 46 als eine Materialschicht für ein Gatter dient. Dann werden eine erste Oxidschicht 47 und eine erste Nitridschicht 48 nacheinander auf der Polysiliciumschicht 46 ausgebildet, so dass eine Isolationsdeckschicht entsteht.
  • Wie in 4C dargestellt, werden die erste Nitridschicht 48 und die erste Oxidschicht 47 im Verlauf des Gatterstrukturierungsprozesses selektiv so geätzt, dass durch Fotolithografie eine Mindestlinienbreite 'A' entsteht, wodurch eine Gatterstruktur entsteht, welche die übereinander angeordnete Struktur einer Polysiliciumschicht 46a, einer Oxidstrukturschicht 47a und einer Nitridstrukturschicht 48a aufweist. Nach dem Ätzen der Gatterstruktur 46a, 47a und 48a erfolgt der Reinigungsprozess. In diesem Zustand hat 'A', das der Gatterlinienbreite von 4C entspricht, die gleiche Größe wie 'A', das der Gatterlinienbreite von 2 entspricht.
  • Anschließend, wie in 4D gezeigt, wird die freiliegende Polysiliciumschicht 46a der Gatterstruktur oxidiert, so dass zweite Oxidschichten 49 an beiden Seitenwänden der Polysiliciumschicht 46a entstehen. Dann wird eine Nitridschicht auf einer gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats abgelagert, wodurch eine zweite Nitridschicht 50 entsteht. Zu diesem Zeitpunkt fungiert die zweite Nitridschicht 50 als Sperrschicht im Planarisierungsprozess.
  • Wie in 4E zu sehen, wird eine dritte Oxidschicht 51 chemisch aufgedampft, wobei die dritte Oxidschicht 51 als eine Isolationsschicht für die Planarisierung fungiert. Anschließend wird die dritte Oxidschicht 51 durch chemisches mechanisches Polieren planarisiert, wobei die zweite Nitridschicht 50 als Sperrschicht verwendet wird. Wie in 4F zu sehen, wird eine Selektionsgatterbildungsregion 52 definiert, indem die freiliegende zweite Nitridschicht 50 und die Nitridstrukturschicht 48a entfernt werden.
  • Anschließend, wie in 4G gezeigt, wird eine Nitridschicht auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats abgelagert, wobei die Nitridschicht als Maskierungsschicht für den Prozess der Strukturierung von Steuergattern verwendet wird, woraufhin das Rückätzen erfolgt, wodurch eine Maskenstrukturschicht 53 als eine Seitenwandform in der Selektionsgatterbildungsregion 52 ausgebildet wird. Durch Verwendung der Maskenstrukturschicht 53 werden die freiliegende Polysiliciumschicht 46a und die Oxidstrukturschicht 47a selektiv geätzt, wodurch Steuergatter 46b und 46c innerhalb der ursprünglichen Gatterlinienbreite A gebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Oxidstrukturschicht 47a auf die Maskenstrukturschicht 53 auf den Steuergattern 46b und 46c ausgerichtet und gleichzeitig geätzt, wodurch ein Teil der Oxidstrukturschicht 47b zurückbleibt.
  • Anschließend wird, wie in 4H gezeigt, in dem Zustand, wo die Maskenstrukturschicht 53 zurückbleibt, die freiliegende ONO-Schicht 43, 44 und 45 selektiv und primär entfernt, und es entsteht eine Gatteroxidschicht 54, um eine Isolierung des Gatters in der Oberfläche des Halbleitersubstrats 41 zu erhalten. In dem Gatteroxidationsprozess werden, obgleich nicht gezeigt, die Seitenabschnitte der Einfangnitridschicht 44 und der Sperroxidschicht 45, die (ga) entsprechen, oxidiert, wodurch Oxidschichten entstehen. Ebenso werden die innenliegenden Abschnitte der Steuergatter 46b und 46c oxidiert, wodurch vierte Oxidschichten 55 an den Seitenabschnitten der Steuergatter 46b und 46c gebildet werden.
  • Wie in 4I gezeigt, wird eine Polysiliciumschicht auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats abgelagert, wobei die Polysiliciumschicht als eine Materialschicht für die Bildung des Selektionsgatters dient, woraufhin ein Rückätzen erfolgt, wodurch ein Selektionsgatter 56 entsteht. Anschließend wird, wie in 4J gezeigt, die Nitridschicht, die für die Maskenstrukturschicht 53 bei der Ausbildung des Selektionsgatters 56 verwendet wurde, entfernt, und dann wird die dritte Oxidschicht 51 entfernt, wie in 4K gezeigt. Beim Entfernen der dritten Oxidschicht 51 wird auch die Oxidstrukturschicht 47b an den Steuergattern 46b und 46c entfernt. Der Ätzprozess zum Entfernen der dritten Oxidschicht 51 wird fortgeführt, wobei die zweite Nitridschicht 50 als ein Ätzendpunkt festgesetzt wird.
  • Wie in 4L gezeigt, werden nach dem Entfernen der freiliegenden zweiten Nitridschicht 50 die untere Oxidschicht 43, die Einfangnitridschicht 44 und die Sperroxidschicht 45 selektiv und sekundär strukturiert, indem die Steuergatter 46b und 46c und das Selektionsgatter 56 als Maske verwendet werden, wodurch die ONO-Schichten 43a, 44a und 45a unter den Steuergattern 46b und 46c ausgebildet werden.
  • Danach wird, wie in 4M gezeigt, der Oxidationsprozess weitergeführt, wodurch Gatterisolationsdeckschichten 57a, 57b und 57c auf der freiliegenden Oberfläche der Steuergatter 46b und 46c und des Selektionsgatters 56 ausgebildet werden. Dann werden Störionen in die Oberfläche des Halbleitersubstrats 41 auf beiden Seiten des Selektionsgatters 56 implantiert, wodurch Source- und Drainübergangsregionen 58a und 58b gebildet werden. Obgleich nicht gezeigt, wird der Prozess der Bildung einer Isolationszwischenschicht, einer Kontaktregion und oberer Linien fortgeführt.
  • Bei dem Flash-Speicherbaustein gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Steuergatter – wenn die Steuergatter auf beiden Seiten des Selektionsgatters ausgebildet werden, um die Effizienz der Lochinjektion beim Löschoperationsmodus zu verbessern – innerhalb der durch den Herstellungsprozess zugelassenen Mindestlinienbreite ausgebildet. Des Weiteren werden, anstatt die Steuergatter durch Rückätzen auszubilden, die Steuergatter vom Seitenwandtyp mittels der Maskenstruktur ausgebildet, um das korrekte Ätzprofil zu erhalten, wobei dies für die Realisierung des Herstellungsprozesses vorteilhaft ist.
  • Wie oben angesprochen, hat das Verfahren zur Herstellung des Flash-Speicherbausteins gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile.
  • Als Erstes ist es möglich, die Effizienz der Lochinjektion beim Löschoperationsmodus zu verbessern, indem die Zellenstruktur das Steuergatter aufweist, wodurch die Lebensdauer verlängert wird.
  • Des Weiteren wird das Steuergatter beim Ätzprozess unter Verwendung der Maskenstrukturschicht ausgebildet, so dass das korrekte Strukturprofil erhalten werden kann, wodurch der Herstellungsprozess optimal realisiert werden kann.
  • Außerdem wird das Steuergatter innerhalb der durch den Herstellungsprozess zugelassenen Mindestlinienbreite (A) ausgebildet, was für die Miniaturisierung des Bausteins und die Verbesserung der Zellenintegration vorteilhaft ist.
  • Des Weiteren wird, anstatt das Steuergatter durch Rückätzen auszubilden, das Steuergatter vom Seitenwandtyp mittels der Maskenstruktur ausgebildet, um das korrekte Ätzprofil zu erhalten, so dass es möglich ist, die Probleme des Herstellungsprozesses zu verringern.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Flash-Speicherbausteins, umfassend: Ausbilden einer Gatterstrukturschicht (46a) mit einer Mindestlinienbreite (A) durch Übereinanderanordnen einer Materialschicht (46) für ein Gatter und Isolationsdeckschichten (47, 48) auf einer ONO-Schicht (43, 44, 45) eines Halbleitersubstrats (41) und primäres Ätzen der übereinander angeordneten Schichten; Ausbilden einer Isolationsschicht (51) zur Planarisierung auf einer gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats (41) und Entfernen einer der Isolationsdeckschichten (48a), dergestalt, dass eine Selektionsgatterbildungsregion (52) definiert wird; Ausbilden einer Maskenstrukturschicht (53) mit einer Seitenwandform in der Selektionsgatterbildungsregion (52) und sekundäres Ätzen der Gatterstrukturschicht (46a) unter Verwendung der Maskenstrukturschicht (53), dergestalt, dass Steuergatter (46b, 46c) entstehen; und Ausbilden eines Selektionsgatters (56), das von den Steuergattern (46b, 46c) in der Selektionsgatterbildungsregion (52) isoliert ist, und Ausbilden von Source- und Drainübergangsregionen (58a, 58b) in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (41) auf beiden Seiten des Selektionsgatters (56).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Isolationsdeckschichten (47, 48) durch Übereinanderanordnen einer Oxidschicht (47) und einer Nitridschicht (48) gebildet werden und wobei die Nitridschicht (48) im Prozess des Definierens der Selektionsgatterbildungsregion (52) entfernt wird und die Oxidschicht (47) bleibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Ausbilden der Isolationsschicht (51) zur Planarisierung die Seitenabschnitte der Gatterstrukturschicht (46a) oxidiert werden und eine als Ätzsperrschicht fungierende Nitridschicht (50) auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats (41) ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ONO-Schicht (43, 44, 45) durch Verwenden der Maskenstrukturschicht (53) nach der Ausbildung der Steuergatter (46b, 46c) primär strukturiert wird und anschließend nach der Ausbildung des Selektionsgatters (56) sekundär strukturiert wird, dergestalt, dass die ONO-Schicht (43, 44, 45) unter den Steuergattern (46b, 46c) bleibt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei es nach der Ausbildung des Selektionsgatters (56) erforderlich ist, die Maskenstrukturschicht (53), die verbliebene Isolationsschicht (51) für die Planarisierung, die verbliebene Isolationsdeckschicht (47b) unter der Maskenstrukturschicht (53) sowie die Nitridschicht (50), die als Sperrschicht während des chemischen mechanischen Polierens zum Ausbilden der Isolationsschicht (51) für die Planarisierung verwendet wird, zu entfernen, woraufhin die ONO-Schicht (43, 44, 45) sekundär strukturiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei, nach dem primären Strukturieren der ONO-Schicht (44, 45, 46) mittels der Maskenstrukturschicht (53), eine Gatteroxidschicht (54) innerhalb der Selektionsgatterbildungsregion (52) in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (41) ausgebildet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei, nach dem Ausbilden der Gatteroxidschicht (54), eine Polysiliciumschicht (56) ausgebildet wird, um die Selektionsgatterbildungsregion (52) zu verdecken, und anschließend anisotrop geätzt wird, um auf der Selektionsgatterbildungsregion (52) zu verbleiben, wodurch das Selektionsgatter (56) gebildet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem Verfahren des Oxidierens der Oberseiten des Selektionsgatters (56) und der Steuergatter (46b, 46c) vor dem Ionenimplantationsprozess eine Gatterisolationsdeckschicht (57a, 57b, 57c) ausgebildet wird, um die Source- und Drainübergangsregionen (58a, 58b) auszubilden.
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