DE102005055302B4 - Multi-bit memory element having a trench structure and method of manufacturing a multi-bit memory element having a trench structure - Google Patents

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Abstract

Multi-Bit-Speicherelement (500), mit einer Grabenstruktur (501), welche aufweist: • einen elektrisch leitenden Bereich (502); • einen auf dem elektrisch leitenden Bereich (502) ausgebildeten elektrisch isolierenden Bereich (503); • einen ersten in dem elektrisch isolierenden Bereich (503) ausgebildeten Floating-Gate-Bereich (504a), welcher erste Floating-Gate-Bereich (504a) zumindest teilweise über einer ersten Seitenfläche (502a) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet ist; • einen zweiten in dem elektrisch isolierenden Bereich (503) ausgebildeten Floating-Gate-Bereich (504b), welcher zweite Floating-Gate-Bereich (504b) zumindest teilweise über einer zweiten, der ersten Seitenfläche (502a) gegenüber liegenden Seitenfläche (502b) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet ist; • einen dritten in dem elektrisch isolierenden Bereich (503) ausgebildeten Floating-Gate-Bereich (514a), welcher dritte Floating-Gate-Bereich (514a) zumindest teilweise über der ersten Seitenfläche (502a) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet ist; • einen vierten in dem elektrisch isolierenden Bereich (503) ausgebildeten Floating-Gate-Bereich (514b), welcher vierte Floating-Gate-Bereich (514b) zumindest teilweise über der zweiten Seitenfläche (502b) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet ist, wobei bezogen auf eine vertikale Achse (170) der Grabenstruktur (501): • der erste Floating-Gate-Bereich (504a) über dem dritten Floating-Gate-Bereich (514a) ausgebildet ist; • der zweite Floating-Gate-Bereich (504b) über dem vierten Floating-Gate-Bereich (514b) ausgebildet ist; und wobei • die Floating-Gate-Bereiche (504a, 504b, 514a, 514b) durch den elektrisch isolierenden Bereich (503) voneinander und von dem elektrisch leitenden Bereich (502) elektrisch isoliert sind.A multi-bit memory element (500) having a trench structure (501), comprising: • an electrically conductive region (502); • an electrically insulating region (503) formed on the electrically conductive region (502); A first floating gate region (504a) formed in the electrically insulating region (503), the first floating gate region (504a) being formed at least partially over a first side surface (502a) of the electrically conductive region (502); A second floating gate region (504b) formed in the electrically insulating region (503), which second floating gate region (504b) lies at least partially over a second side surface (502b) of the first side surface (502a) electrically conductive region (502) is formed; • a third floating gate region (514a) formed in the electrically insulating region (503), the third floating gate region (514a) being formed at least partially over the first side surface (502a) of the electrically conductive region (502); A fourth floating gate region (514b) formed in the electrically insulating region (503), which fourth floating gate region (514b) is formed at least partially over the second side surface (502b) of the electrically conductive region (502), wherein, with respect to a vertical axis (170) of the trench structure (501): • the first floating gate region (504a) is formed over the third floating gate region (514a); The second floating gate region (504b) is formed over the fourth floating gate region (514b); and wherein • the floating gate regions (504a, 504b, 514a, 514b) are electrically isolated from each other and from the electrically conductive region (502) by the electrically insulating region (503).

Description

Die Erfindung betrifft ein Multi-Bit-Speicherelement mit einer Grabenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen eines Multi-Bit-Speicherelementes mit einer Grabenstruktur.The invention relates to a multi-bit memory element with a trench structure and to a method for producing a multi-bit memory element having a trench structure.

Ein wichtiges Teilgebiet in der Halbleitertechnologie besteht in der Entwicklung von Speicherelementen bzw. Speicherzellen (Memory Cells), d. h. Elementen zum Speichern von Daten, in der Regel in der Form von binären Informationseinheiten, i. e. Bits (Binary Digits). In diesem Zusammenhang ist unter Beschreiben (Write) bzw. Programmieren (Program) einer Speicherzelle zu verstehen, dass ein Datum (z. B. ein Bit) in die Zelle ”hineingeschrieben”, d. h. gespeichert wird. Ferner ist unter Auslesen (Read) bzw. Löschen (Erase) einer Speicherzelle zu verstehen, dass der Inhalt der Speicherzelle, i. e. die gespeicherte Information, ausgelesen bzw. gelöscht wird. Weiterhin wird ein Read-/Write-Vorgang auch als Zyklus (Cycle) bezeichnet, und die Zeit zwischen dem Beginn eines Read-/Write-Vorgangs und dem Beginn eines weiteren Read-/Write-Vorgangs wird als Zyklus-Zeitdauer (Cycle Time) bezeichnet.An important branch of semiconductor technology is the development of memory cells (memory cells), i. H. Elements for storing data, usually in the form of binary information units, i. e. Bits (binary digits). In this context, writing (program) of a memory cell means that a data (eg, a bit) is "written" into the cell, i. H. is stored. Furthermore, reading (read) or erase (erase) of a memory cell means that the content of the memory cell, i. e. the stored information is read out or deleted. Furthermore, a read / write operation is also referred to as a cycle, and the time between the start of a read / write operation and the beginning of another read / write operation is called a cycle time. designated.

Ein wesentliches Ziel bei der Entwicklung von Speicherelementen besteht in der Entwicklung und Verbesserung so genannter nichtflüchtiger Speicherzellen (Non-Volatile Memory Cells, NVM Cells), d. h. Speicherelementen, bei denen ein durch einmaliges Programmieren/Beschreiben der Zelle gespeicherter Zustand über einen langen Zeitraum (typischerweise ≥ 10 Jahre) erhalten bleibt, ohne dass ein regelmäßiges Auffrischen des Zellinhaltes, d. h. ein Wiederbeschreiben mit derselben Information, notwendig ist.An important goal in the development of memory elements is the development and improvement of so-called non-volatile memory cells (NVM cells), d. H. Memory elements in which a state stored by once programming / writing the cell is maintained over a long period of time (typically ≥ 10 years) without requiring a regular refresh of the cell contents, i. H. rewriting with the same information is necessary.

Beispiele für nichtflüchtige Speichertechnologien sind EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) oder Flash-Speicher.Examples of non-volatile memory technologies include Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM), Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM), or Flash memory.

Bei einer typischen Form von NVM-Zellen wird die Darstellung eines Bits dadurch realisiert, dass auf einem zusätzlichen, elektrisch isolierten Gate eines Feldeffekttransistors (FET) durch Einbringen von positiven Ladungsträgern oder negativen Ladungsträgern der Ladungszustand dieses Gates beeinflusst wird. Das zusätzliche Gate wird als elektrisch schwebendes Gate bzw. Floating-Gate bezeichnet.In a typical form of NVM cells, the representation of a bit is realized by influencing the state of charge of this gate on an additional electrically insulated gate of a field-effect transistor (FET) by introducing positive charge carriers or negative charge carriers. The additional gate is called an electrically floating gate or floating gate.

Das Floating-Gate eines Speicherzellen-Transistors kann sich z. B. in einem Geladen-Zustand oder in einem Ungeladen-Zustand befinden. In Abhängigkeit vom Ladungszustand des Floating-Gates weist der Feldeffekttransistor eine höhere oder niedrigere Schwellenspannung auf, was bei einem Auslesevorgang bzw. Read-Vorgang detektiert wird und zum Beispiel zum Unterscheiden zwischen zwei binären Zuständen (”0” und ”1”) verwendet werden kann. Mit anderen Worten kann zum Beispiel der Zustand, bei welchem ein Speicherzellen-FET eine niedrige Schwellenspannung aufweist, mit einer in der Speicherzelle gespeicherten logischen ”1” identifiziert werden. Umgekehrt entspricht eine höhere Schwellenspannung des FET dann einer in der Speicherzelle gespeicherten logischen ”0”.The floating gate of a memory cell transistor may, for. B. in a loaded state or in an unloaded state. Depending on the charge state of the floating gate, the field effect transistor has a higher or lower threshold voltage, which is detected in a read process and can be used, for example, to distinguish between two binary states ("0" and "1") , In other words, for example, the state in which a memory cell FET has a low threshold voltage can be identified with a logical "1" stored in the memory cell. Conversely, a higher threshold voltage of the FET then corresponds to a logical "0" stored in the memory cell.

Herkömmliche NVM-Zellen, welche auf Floating-Gate-Technologie beruhen, können nur ein Bit pro Zelle speichern. Eine Erhöhung der Anzahl der gespeicherten Bits pro Zelle ist wünschenswert.Conventional NVM cells based on floating gate technology can only store one bit per cell. Increasing the number of stored bits per cell is desirable.

Ein alternatives Konzept zur Verwendung von Floating-Gates besteht in der Verwendung so genannter Ladungs-Speicherschichten (Charge Trapping Layer bzw. Charge Traps). In diesem Fall werden die Ladungen zum Beispiel auf bzw. an einer Nitrid-Schicht innerhalb eines Oxid-Nitrid-Oxid-Schichtstapels (ONO-Stack) gesammelt.An alternative concept for using floating gates is to use so-called charge trapping layers (charge traps). In this case, the charges are collected on, for example, a nitride layer within an oxide-nitride-oxide (ONO) stack.

Derzeit können unter Verwendung von ONO-Speicherschichten NVM-Zellen realisiert werden, welche NVM-Zellen ein oder zwei Bits speichern können. Im letzteren Fall spricht man auch von Double-Bit-Speicherzellen oder Twin-Bit-Speicherzellen (z. B. Twin-Flash). Allgemein spricht man bei Speicherzellen, welche mehrere Bits speichern können, auch von Multi-Bit-Speicherzellen.Currently, using ONO storage layers, NVM cells can be realized which NVM cells can store one or two bits. In the latter case, one also speaks of double-bit memory cells or twin-bit memory cells (eg Twin-Flash). In general, memory cells that can store multiple bits are also referred to as multi-bit memory cells.

Ein Nachteil bei der Verwendung von ONO-Schichten besteht darin, dass bei einem Programmier- bzw. Löschvorgang so genannte heiße Elektronen (Hot Electrons) bzw. heiße Löcher (Hot Holes), d. h. Elektronen bzw. Defektelektronen mit hoher kinetischer Energie in der Regel niemals genau an der gleichen Stelle der Nitrid-Schicht eingebracht bzw. injiziert werden. Folglich kann sich die Ladungsverteilung in bzw. an der Nitrid-Schicht während eines Schreib-/Lesezyklus' der Zelle verbreitern und/oder verschieben.A disadvantage of using ONO layers is that during a programming or erasing process so-called hot electrons (hot electrons) or hot holes (hot holes), d. H. Electron or hole electrons with high kinetic energy are usually never introduced or injected exactly at the same point of the nitride layer. Consequently, the charge distribution in the nitride layer may widen and / or shift during a read / write cycle of the cell.

Bei der Verwendung eines Floating-Gates aus metallischem Material wie z. B. Polysilizium spielt der genaue Ort der Ladungsträgerinjektion hingegen keine entscheidende Rolle, da sich die Ladungen auf dem metallischen Floating-Gate frei bewegen können. Daher tritt das Problem einer Verbreiterung bzw. Verschiebung der Ladungsverteilung in diesem Fall nicht auf.When using a floating gate made of metallic material such. B. polysilicon, however, the exact location of the charge carrier injection plays no decisive role, since the charges can move freely on the metallic floating gate. Therefore, the problem of broadening or shifting the charge distribution does not occur in this case.

Wie in anderen Bereichen der Halbleitertechnologie auch, wird die Weiterentwicklung der Speicherzellen maßgeblich durch die in der International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) vorgegebenen Technologieknoten (Technology Nodes), und die damit verbundene Anforderung der kontinuierlichen Miniaturisierung, bestimmt.As in other areas of semiconductor technology as well, the further development of the memory cells is largely determined by the Technology Nodes specified in the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), and the associated requirement of continuous miniaturization.

Eine große Herausforderung stellt in diesem Zusammenhang die Entwicklung von Speicherzellen-Anordnungen mit einer hohen Speicherdichte (High Density Cell Arrays), d. h. einem Maximum an gespeicherter Information pro Fläche, dar, wobei gleichzeitig die charakteristischen Abmessungen (Feature Size F) der Speicherzehen so klein wie möglich sein sollen. A major challenge in this context is the development of memory cell arrays with high density cell arrays, ie, maximum information stored per area, while at the same time minimizing the feature size (F) of memory toes should be possible.

Konkret bedeutet ”so klein wie möglich”, dass derzeit im Rahmen der Entwicklung von Double-Bit-NVM-Zellen-Transistoren Feature Sizes von F ≈ 60 nm angestrebt werden. Insbesondere die Trennung der beiden Bits (Two Bit Separation) und das Halten der Daten (Retention) nach einem Cycle stellen große Herausforderungen dar bei der Entwicklung von High-Density-Speicherzellen-Arrays.In concrete terms, "as small as possible" means that, as part of the development of double-bit NVM cell transistors, feature sizes of F ≈ 60 nm are currently being sought. In particular, the separation of the two bits (two bit separation) and the retention of the data (retention) after a cycle represent major challenges in the development of high-density memory cell arrays.

Herkömmliche Speicherzellen-Transistoren werden als planare Transistoren ausgeführt. Ein Nachteil von planaren Transistoren ist, dass die Kanallänge des Transistors mit der Feature Size F skalieren muss. Die mit der Miniaturisierung der Bauelemente dementsprechend immer kürzer werdenden Kanäle weisen jedoch Probleme auf, welche durch die beim Programmieren bzw. Löschen der Zelle auftretenden hohen Spannungen bedingt sind.Conventional memory cell transistors are designed as planar transistors. A disadvantage of planar transistors is that the channel length of the transistor must scale with the feature size F. However, with the miniaturization of the components accordingly shorter and shorter channels have problems, which are caused by the occurring during programming or deleting the cell high voltages.

Eine Möglichkeit, das Problem extrem kurzer Kanallängen zu vermeiden, besteht in der Verwendung so genannter Grabentransistoren oder Trench-Transistoren, welche einen U-förmigen Kanal aufweisen (so genannte UMEM-Zellen). In diesem Fall muss die Kanallänge nicht mit F skalieren.One way to avoid the problem of extremely short channel lengths is to use so-called trench transistors or trench transistors, which have a U-shaped channel (so-called UMEM cells). In this case, the channel length does not have to scale with F.

In US 6 798 013 B2 ist eine Double-Bit-Flash-Speicherzelle offenbart, welche einen vertikal integrierten Transistor mit einer U-förmigen Grabenstruktur und zwei an gegenüberliegenden Seitenwänden der Grabenstruktur ausgebildeten Floating-Gates aufweist.In US Pat. No. 6,798,013 B2 discloses a double-bit flash memory cell having a vertically integrated transistor with a U-shaped trench structure and two floating gates formed on opposite sidewalls of the trench structure.

In US 6 762 955 B2 ist ein Speicherzellentransistor offenbart, welcher eine Grabenstruktur und zwei an gegenüberliegenden Seitenwänden der Grabenstruktur ausgebildete Floating-Gates aufweist.In US Pat. No. 6,762,955 B2 there is disclosed a memory cell transistor having a trench structure and two floating gates formed on opposite sidewalls of the trench structure.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein nichtflüchtiges Speicherelement bzw. eine NVM-Speicherzelle zur Speicherung von vier Bits anzugeben, welches eine gute Skalierbarkeit aufweist und die oben genannten Nachteile von aus dem Stand der Technik bekannten Speicherzellen zumindest teilweise reduziert bzw. umgeht.The invention is based on the problem of specifying a non-volatile memory element or an NVM memory cell for storing four bits, which has good scalability and at least partially reduces or circumvents the above-mentioned disadvantages of memory cells known from the prior art.

Das Problem wird durch ein Multi-Bit-Speicherelement mit einer Grabenstruktur sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Multi-Bit-Speicherelementes mit einer Grabenstruktur mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.The problem is solved by a multi-bit memory element with a trench structure and a method for producing a multi-bit memory element with a trench structure with the features according to the independent patent claims.

Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Multi-Bit-Speicherelement beschrieben sind, gelten sinngemäß auch für das Verfahren zum Herstellen des Multi-Bit-Speicherelementes.Exemplary embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims. The further embodiments of the invention, which are described in connection with the multi-bit memory element, apply mutatis mutandis to the method for producing the multi-bit memory element.

Es wird ein Multi-Bit-Speicherelement mit einer Grabenstruktur bereitgestellt, welche einen elektrisch leitenden Bereich sowie einen auf dem elektrisch leitenden Bereich ausgebildeten elektrisch isolierenden Bereich aufweist. Ferner weist die Grabenstruktur vier auf bzw. in dem elektrisch isolierenden Bereich ausgebildete Floating-Gate-Bereiche auf, welche Floating-Gate-Bereiche durch den elektrisch isolierenden Bereich voneinander und von dem elektrisch leitenden Bereich elektrisch isoliert sind.A multi-bit memory element having a trench structure is provided which has an electrically conductive region and an electrically insulating region formed on the electrically conductive region. Furthermore, the trench structure has four floating gate regions formed on or in the electrically insulating region, which floating gate regions are electrically insulated from one another and from the electrically conductive region by the electrically insulating region.

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Multi-Bit-Speicherelementes mit einer Grabenstruktur wird in einem Substrat ein Graben ausgebildet. In dem Graben wird ein elektrisch leitender Bereich ausgebildet. Auf dem elektrisch leitenden Bereich wird ein elektrisch isolierender Bereich ausgebildet. Ferner werden vier Floating-Gate-Bereiche auf bzw. in dem elektrisch isolierenden Bereich ausgebildet, derart, dass die mindestens zwei Floating-Gate-Bereiche durch den elektrisch isolierenden Bereich voneinander und von dem elektrisch leitenden Bereich elektrisch isoliert werden.In a method of manufacturing a multi-bit memory element having a trench structure, a trench is formed in a substrate. An electrically conductive region is formed in the trench. An electrically insulating region is formed on the electrically conductive region. Furthermore, four floating gate regions are formed on or in the electrically insulating region, such that the at least two floating gate regions are electrically insulated from one another and from the electrically conductive region by the electrically insulating region.

Ein Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass ein Multi-Bit-Speicherelement bzw. eine Multi-Bit-Speicherzelle mit einer Grabenstruktur und vier Floating-Gate-Bereichen bzw. Floating-Gates bereitgestellt wird.One aspect of the invention can be seen by providing a multi-bit memory cell or a multi-bit memory cell having a trench structure and four floating gate regions or floating gates.

Das Multi-Bit-Speicherelement kann zur Verwendung als Speicherzellen-Transistor dienen, wobei mit Hilfe der vier Floating-Gate-Bereiche vier Bits gleichzeitig in dem Multi-Bit-Speicherelement gespeichert werden können. Genauer gesagt kann das Multi-Bit-Speicherelement als NVM-Zellentransistor (Non-Volatile-Memory-Cell-Transistor) verwendet werden, d. h. als nichtflüchtiger Speicherzellen-Transistor.The multi-bit memory element may be for use as a memory cell transistor, wherein four bits may be simultaneously stored in the multi-bit memory element using the four floating gate regions. More specifically, the multi-bit memory element can be used as an NVM cell transistor (non-volatile memory cell transistor), i. H. as a nonvolatile memory cell transistor.

Ein Vorteil der Verwendung einer Grabenstruktur besteht darin, dass die Kanallänge eines als Speicherzellen-Transistor ausgebildeten Multi-Bit-Speicherelementes nicht mit der Feature Size skalieren muss. Anders ausgedrückt muss bei einer Verkleinerung eines Speicherzellen-Transistors um einen Skalierungsfaktor f die Kanallänge nicht notwendigerweise auch um den Faktor f verkleinert werden. Dadurch können Probleme vermieden werden, die im Zusammenhang mit sehr kurzen Kanallängen und hohen Programmier- bzw. Löschspannungen stehen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass vier Bits pro Speicherzellen-Transistor gespeichert werden können.An advantage of using a trench structure is that the channel length of a multi-bit memory element configured as a memory cell transistor does not have to scale with the feature size. In other words, if a memory cell transistor is reduced by a scaling factor f, the channel length does not necessarily have to be reduced by a factor of f. This avoids problems associated with very short channel lengths and high programming or erase voltages. Another advantage is that four bits per memory cell transistor can be stored.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der elektrisch isolierende Bereich eines Multi-Bit-Speicherelementes eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Teilbereichen auf.In one embodiment of the invention, the electrically insulating region of a multi-bit memory element has a plurality of electrically insulating partial regions.

Der elektrisch isolierende Bereich bzw. die elektrisch isolierenden Teilbereiche können mit Hilfe eines Abscheideverfahrens und/oder eines Aufwachsverfahrens und/oder eines Oxidationsverfahrens ausgebildet werden. Als Abscheideverfahren kann ein Gasphasenabscheideverfahren wie zum Beispiel Chemical Vapor Deposition (CVD) verwendet werden.The electrically insulating region or the electrically insulating subregions can be formed by means of a deposition method and / or a growth method and / or an oxidation method. As the deposition method, a vapor deposition method such as Chemical Vapor Deposition (CVD) may be used.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann die Grabenstruktur eine U-förmige Struktur mit einem gekrümmten unteren Teilbereich aufweisen.According to another embodiment, the trench structure may have a U-shaped structure with a curved lower portion.

In einer anderen Ausgestaltung, zum Beispiel für eine Feature Size von 60 nm, weist die Grabenstruktur des Multi-Bit-Speicherelementes entlang einer horizontalen Achse, welche horizontale Achse senkrecht auf der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand des elektrisch leitenden Bereiches steht, eine maximale Ausdehnung von 60 nm ± 5 nm auf.In another embodiment, for example, for a feature size of 60 nm, the trench structure of the multi-bit memory element along a horizontal axis, which horizontal axis is perpendicular to the first side wall and the second side wall of the electrically conductive region, a maximum extent of 60 nm ± 5 nm.

In einer anderen Ausgestaltung, zum Beispiel für eine Feature Size von 60 nm, weist die Grabenstruktur entlang einer vertikalen Achse, welche vertikale Achse senkrecht auf der horizontalen Achse steht, eine Ausdehnung von 160 nm ± 10 nm auf.In another embodiment, for example for a feature size of 60 nm, the trench structure has an extension of 160 nm ± 10 nm along a vertical axis, which vertical axis is perpendicular to the horizontal axis.

In einer anderen Ausgestaltung, zum Beispiel für eine Feature Size von 60 nm, ist in dem elektrisch isolierenden Bereich ein elektrisch isolierender Randbereich ausgebildet, welcher elektrisch isolierende Randbereich eine Dicke von 6 nm ± 1 nm aufweist.In another embodiment, for example for a feature size of 60 nm, an electrically insulating edge region is formed in the electrically insulating region, the electrically insulating edge region having a thickness of 6 nm ± 1 nm.

Das Multi-Bit-Speicherelement weist auf: einen ersten in dem elektrisch isolierenden Bereich ausgebildeten Floating-Gate-Bereich, welcher erste Floating-Gate-Bereich zumindest teilweise über der ersten Seitenfläche des elektrisch leitenden Bereiches ausgebildet ist; einen zweiten in dem elektrisch isolierenden Bereich ausgebildeten Floating-Gate-Bereich, welcher zweite Floating-Gate-Bereich zumindest teilweise über der zweiten, der ersten Seitenfläche gegenüber liegenden Seitenfläche des elektrisch leitenden Bereiches ausgebildet ist; einen dritten in dem elektrisch isolierenden Bereich ausgebildeten Floating-Gate-Bereich, welcher dritte Floating-Gate-Bereich zumindest teilweise über, der ersten Seitenfläche des elektrisch leitenden Bereiches ausgebildet ist; sowie einen vierten in dem elektrisch isolierenden Bereich ausgebildeten Floating-Gate-Bereich, welcher vierte Floating-Gate-Bereich zumindest teilweise über der zweiten Seitenfläche des elektrisch leitenden Bereiches ausgebildet ist. Bezogen auf die vertikale Achse der Grabenstruktur gilt, dass der erste Floating-Gate-Bereich über dem dritten Floating-Gate-Bereich ausgebildet ist, und dass der zweite Floating-Gate-Bereich über dem vierten Floating-Gate-Bereich ausgebildet ist.The multi-bit memory element comprises: a first floating gate region formed in the electrically insulating region, the first floating gate region being formed at least partially over the first side surface of the electrically conductive region; a second floating gate region formed in the electrically insulating region, the second floating gate region being formed at least partially over the second side surface opposite to the first side surface of the electrically conductive region; a third floating gate region formed in the electrically insulating region, the third floating gate region being formed at least partially over the first side surface of the electrically conductive region; and a fourth floating gate region formed in the electrically insulating region, the fourth floating gate region being formed at least partially over the second side surface of the electrically conductive region. With respect to the vertical axis of the trench structure, the first floating gate region is formed over the third floating gate region, and the second floating gate region is formed over the fourth floating gate region.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung weist das Multi-Bit-Speicherelement ein Substrat auf, wobei die Grabenstruktur des Multi-Bit-Speicherelementes zumindest teilweise in dem Substrat ausgebildet ist, und wobei der elektrisch leitende Bereich und die Floating-Gate-Bereiche durch den elektrisch isolierenden Bereich von dem Substrat elektrisch isoliert sind.According to another embodiment, the multi-bit memory element comprises a substrate, wherein the trench structure of the multi-bit memory element is at least partially formed in the substrate, and wherein the electrically conductive region and the floating gate regions through the electrically insulating region are electrically isolated from the substrate.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Multi-Bit-Speicherelement als Speicherzellen-Transistor ausgebildet ist, wobei in dem Substrat ein erster Source/Drain-Bereich und ein zweiter Source/Drain-Bereich ausgebildet sind, wobei die Grabenstruktur zumindest teilweise zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich und dem zweiten Source/Drain-Bereich ausgebildet ist, und wobei der erste Source/Drain-Bereich und der zweite Source/Drain-Bereich von den Floating-Gate-Bereichen elektrisch isoliert sind.In one embodiment of the invention it is provided that the multi-bit memory element is designed as a memory cell transistor, wherein in the substrate, a first source / drain region and a second source / drain region are formed, wherein the trench structure at least partially between the first source / drain region and the second source / drain region is formed, and wherein the first source / drain region and the second source / drain region are electrically insulated from the floating gate regions.

In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein erster Bitleitungs-Bereich zumindest teilweise auf dem ersten Source/Drain-Bereich ausgebildet ist, und dass ein zweiter Bitleitungs-Bereich zumindest teilweise auf dem zweiten Source/Drain-Bereich ausgebildet ist.In another embodiment, it is provided that a first bit line region is formed at least partially on the first source / drain region, and that a second bit line region is formed at least partially on the second source / drain region.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann ein zumindest teilweise auf dem elektrisch leitenden Bereich ausgebildeter Wortleitungs-Bereich ausgebildet sein.According to another embodiment of the invention, a word line region formed at least partially on the electrically conductive region may be formed.

Der erste und/oder der zweite Source/Drain-Bereich können dotiert sein, zum Beispiel n-dotiert, wobei die Dotierstoffkonzentration zwischen 1016 cm–3 und 1021 cm–3 betragen kann. Die Dotierung der Source/Drain-Bereiche kann mit Hilfe, eines Ionenimplantationsverfahrens erfolgen.The first and / or the second source / drain region may be doped, for example n-doped, wherein the dopant concentration may be between 10 16 cm -3 and 10 21 cm -3 . The doping of the source / drain regions can be done by means of an ion implantation process.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das Multi-Bit-Speicherelement einen dritten Bitleitungs-Bereich aufweisen, welcher zumindest auf einem Teilbereich der Grabenstruktur ausgebildet ist. Der dritte Bitleitungs-Bereich kann in dem Substrat und zumindest teilweise unterhalb der Grabenstruktur ausgebildet sein. Anschaulich kann der dritte Bitleitungs-Bereich als vergrabener Bitleitungs-Bereich ausgebildet sein.In another embodiment of the invention, the multi-bit memory element may have a third bit line region, which is formed at least on a partial region of the trench structure. The third bit line region may be formed in the substrate and at least partially below the trench structure. Illustratively, the third bit line region may be formed as a buried bit line region.

Der dritte Bitleitungs-Bereich kann auf einem Teilbereich des elektrisch isolierenden Bereiches ausgebildet sein, derart, dass der dritte Bitleitungs-Bereich von dem elektrisch leitenden Bereich und den Floating-Gate-Bereichen elektrisch isoliert ist.The third bit line region may be on a portion of the electrically insulating Area be formed such that the third bit line region of the electrically conductive region and the floating gate regions is electrically isolated.

Der dritte Bitleitungs-Bereich kann dotiert sein, zum Beispiel n-dotiert, wobei die Dotierstoffkonzentration zwischen 1016 cm–3 und 1021 cm–3 betragen kann.The third bit line region may be doped, for example n-doped, wherein the dopant concentration may be between 10 16 cm -3 and 10 21 cm -3 .

Die Dotierung des dritten Bitleitungs-Bereiches kann mit Hilfe eines Ionenimplantationsverfahrens erfolgen.The doping of the third bit line region can be carried out by means of an ion implantation method.

Die Form des Dotierprofils in den beiden Source/Drain-Bereichen und/oder dem dritten Bitleitungs-Bereich hat, ähnlich wie die Abmessungen der Grabenstruktur bzw. die Abmessungen der in der Grabenstruktur ausgebildeten Bereiche (Floating-Gate-Bereiche, elektrisch leitender Bereich, elektrisch isolierender Bereich bzw. elektrisch isolierende Teilbereiche) einen starken Einfluss auf die Effizienz von Programmier- bzw. Löschvorgängen in der Multi-Bit-Speicherzelle. Sowohl die Abmessungen der Multi-Bit-Speicherzelle bzw. der Grabenstruktur als auch die Datierschemen bzw. Dotierprofile können daher hinsichtlich der Funktionalität der Multi-Bit-Speicherzelle optimiert werden.The shape of the doping profile in the two source / drain regions and / or the third bit line region, similar to the dimensions of the trench structure or the dimensions of the regions formed in the trench structure (floating gate regions, electrically conductive region, electrical Insulating area or electrically insulating portions) a strong impact on the efficiency of programming or erasing operations in the multi-bit memory cell. Both the dimensions of the multi-bit memory cell or the trench structure and the data schemes or doping profiles can therefore be optimized with respect to the functionality of the multi-bit memory cell.

Ein Vorteil der Erfindung kann dabei darin gesehen werden, dass die Form des Dotierprofils optimiert werden kann, ohne dass es zu einer Vergrößerung der Feature Size des Multi-Bit-Speicherelementes kommt.An advantage of the invention can be seen in the fact that the shape of the doping profile can be optimized without there being any increase in the feature size of the multi-bit memory element.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in dem ersten Source/Drain-Bereich und/oder in dem zweiten Source/Drain-Bereich die Dotierstoffkonzentration zur Substratoberfläche hin zunimmt.In another embodiment of the invention, it is provided that in the first source / drain region and / or in the second source / drain region, the dopant concentration increases towards the substrate surface.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Substrat zumindest unterhalb der Grabenstruktur ein dotierter Wannenbereich ausgebildet ist, wobei der dotierte Wannenbereich beispielsweise als p-dotierter Wannenbereich ausgebildet sein kann.In another embodiment of the invention it is provided that a doped well region is formed in the substrate at least below the trench structure, wherein the doped well region may be formed, for example, as a p-doped well region.

Die Dotierstoffkonzentration in dem dotierten Wannenbereich kann zwischen 5 × 1016 cm–3 und 5 × 1017 cm–3 betragen.The dopant concentration in the doped well region may be between 5 × 10 16 cm -3 and 5 × 10 17 cm -3 .

Die Dotierung des Wannenbereiches kann mit Hilfe eines Ionenimplantationsverfahrens erfolgen.The doping of the well region can be done by means of an ion implantation process.

Die in der Grabenstruktur ausgebildeten Floating-Gate-Bereiche weisen vorzugsweise Polysilizium-Material auf. Alternativ können die Floating-Gate-Bereiche auch elektrisch leitendes Kohlenstoff-Material oder Titan-Nitrid (TiN) aufweisen.The floating gate regions formed in the trench structure preferably comprise polysilicon material. Alternatively, the floating gate regions may also comprise electrically conductive carbon material or titanium nitride (TiN).

Ein Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass bei einem Multi-Bit-Speicherelement die eingebrachten (injizierten) Ladungsträger (z. B. Elektronen) auf Floating-Gates gesammelt bzw. gespeichert werden, welche Floating-Gates ein elektrisch leitendes Material wie z. B. Polysilizium, elektrisch leitendes Kohlenstoff-Material oder Titan-Nitrid (TiN) aufweisen.One aspect of the invention can be seen in the fact that in a multi-bit memory element, the introduced (injected) charge carriers (eg electrons) are collected or stored on floating gates, which floating gates an electrically conductive material such , As polysilicon, electrically conductive carbon material or titanium nitride (TiN) have.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem Ladungsträger auf einer Nitrid-Schicht eines Oxid-Nitrid-Oxid-Schichtstapels (ONO Layer Stack) gesammelt werden, ist es bei Verwendung von Floating-Gates aus einem elektrisch leitfähigen Material wie z. B. Polysilizium (auch Floating-Poly genannt) unkritisch, wo genau die Ladungsträger in bzw. auf das Floating-Gate gelangen, da sich die Ladungsträger auf dem metallischen Floating-Gate frei bewegen können.In contrast to the prior art, in which charge carriers are collected on a nitride layer of an oxide-nitride-oxide layer stack (ONO layer stack), it is when using floating gates made of an electrically conductive material such. B. polysilicon (also called floating poly) uncritical, where exactly get the charge carriers in or on the floating gate, since the charge carriers can move freely on the metallic floating gate.

Der in der Grabenstruktur ausgebildete elektrisch leitende Bereich kann ebenfalls Polysilizium-Material aufweisen.The electrically conductive region formed in the trench structure may also comprise polysilicon material.

Anschaulich dient der in der Grabenstruktur ausgebildete elektrisch leitende Bereich als Steuer-Gate eines Speicherzellen-Transistors, welches von den Floating-Gates durch den elektrisch isolierenden Bereich elektrisch isoliert ist.Illustratively, the electrically conductive region formed in the trench structure serves as a control gate of a memory cell transistor, which is electrically insulated from the floating gates by the electrically insulating region.

Der elektrisch isolierende Bereich kann ein Oxid-Material (z. B. Siliziumdioxid) oder ein Nitrid-Material (z. B. Siliziumnitrid), allgemein ein dielektrisches Material, aufweisen.The electrically insulating region may include an oxide material (eg, silicon dioxide) or a nitride material (eg, silicon nitride), generally a dielectric material.

Für den Fall, dass in der Grabenstruktur mehrere elektrisch isolierende Teilbereiche ausgebildet sind, können einer oder mehrere der elektrisch isolierenden Teilbereiche ein Oxid-Material (z. B. Siliziumdioxid) und/oder ein Nitrid-Material (z. B. Siliziumnitrid) aufweisen.In the event that a plurality of electrically insulating partial regions are formed in the trench structure, one or more of the electrically insulating partial regions may comprise an oxide material (eg silicon dioxide) and / or a nitride material (eg silicon nitride).

Ein Substrat, in welchem die Grabenstruktur des Multi-Bit-Speicherelementes ausgebildet ist, weist beispielsweise eines der folgenden Materialien auf: Silizium, Germanium, SiGe, Galliumarsenid, Indiumphosphid, ein IV-IV-Halbleitermaterial, ein III-V-Halbleitermaterial, ein II-VI-Halbleitermaterial.A substrate in which the trench structure of the multi-bit memory element is formed comprises, for example, one of the following materials: silicon, germanium, SiGe, gallium arsenide, indium phosphide, an IV-IV semiconductor material, a III-V semiconductor material, a II -VI semiconductor material.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Verfahren zum Herstellen eines Multi-Bit-Speicherelementes mit einer Grabenstruktur das Ausbilden des Grabens mit Hilfe eines Lithographieverfahrens und/oder eines Ätzverfahrens erfolgen.According to one embodiment of the invention, in a method for producing a multi-bit memory element having a trench structure, the formation of the trench can be effected by means of a lithography method and / or an etching method.

In einer anderen Ausgestaltung erfolgt das Ausbilden der Floating-Gate-Bereiche in der Grabenstruktur mit Hilfe des Ausbildens mindestens einer Spacer-Schicht bzw. mindestens eines Spacers, wobei die mindestens eine Spacer-Schicht (bzw. Spacer) zumindest über einem Teilbereich der inneren Seitenwände des Grabens ausgebildet wird.In another embodiment, the formation of the floating gate regions in the Trench structure by means of forming at least one spacer layer or at least one spacer, wherein the at least one spacer layer (or spacer) is formed at least over a portion of the inner side walls of the trench.

Das Ausbilden der mindestens einen Spacer-Schicht kann mit Hilfe eines Abscheideverfahrens erfolgen. Als Abscheideverfahren kann ein Gasphasenabscheideverfahren wie z. B. Chemical Vapor Deposition (CVD) verwendet werden.The formation of the at least one spacer layer can take place with the aid of a deposition method. As a deposition method, a gas phase separation method such. B. Chemical Vapor Deposition (CVD) can be used.

Die mindestens eine Spacer-Schicht kann ein Polysilizium-Material aufweisen. Mit anderen Worten kann die mindestens eine Spacer-Schicht als Polysilizium-Schicht ausgebildet werden.The at least one spacer layer may comprise a polysilicon material. In other words, the at least one spacer layer can be formed as a polysilicon layer.

Anschaulich können bei einem Verfahren zum Herstellen eines Multi-Bit-Speicherelementes durch das Ausbilden mindestens einer Spacer-Schicht (bzw. mindestens eines Spacers) aus Polysilizium-Material über einem Teilbereich der inneren Seitenwände der Grabenstruktur auf einfache Weise die Floating-Poly-Bereiche, i. e. die Floating-Gates aus Polysilizium, ausgebildet werden.Illustratively, in a method for producing a multi-bit memory element by forming at least one spacer layer (or at least one spacer) made of polysilicon material over a partial region of the inner sidewalls of the trench structure, the floating poly regions can be easily produced. i. e. the floating gates are made of polysilicon.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Verfahren zum Herstellen eines Multi-Bit-Speicherelementes nach dem Ausbilden des Grabens und vor dem Ausbilden des elektrisch isolierenden Bereiches eine Opferoxidschicht zumindest über einem Teilbereich der Seitenwände und/oder des Bodens des Grabens ausgebildet werden.In another embodiment of the invention, in a method of manufacturing a multi-bit memory element after forming the trench and before forming the electrically insulating region, a sacrificial oxide layer may be formed over at least a portion of the sidewalls and / or bottom of the trench.

Die Opferoxidschicht kann nach dem Ausbilden wieder entfernt werden. Das Entfernen der Opferoxidschicht kann mit Hilfe eines Ätzverfahrens erfolgen.The sacrificial oxide layer can be removed again after the formation. The removal of the sacrificial oxide layer can be effected by means of an etching process.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren gezeigten Darstellungen sind schematisch und daher nicht maßstabsgetreu gezeichnet.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below. In the figures, the same elements are provided with the same reference numerals. The illustrations shown in the figures are schematic and therefore not drawn to scale.

Es zeigenShow it

1 ein herkömmliches Multi-Bit-Speicherelement mit einer Grabenstruktur als Vergleichsbeispiel zur Erläuterung der Erfindung; 1 a conventional multi-bit memory element with a trench structure as a comparative example for explaining the invention;

2A eine Simulation der Elektronentemperatur-Verteilung während eines Programmiervorgangs für das in 1 gezeigte Multi-Bit-Speicherelement; 2A a simulation of the electron temperature distribution during a programming process for the in 1 shown multi-bit memory element;

2B eine Simulation der Verteilung der elektrischen Feldstärke während des Programmiervorgangs für das in 1 gezeigte Multi-Bit-Speicherelement; 2 B a simulation of the distribution of electric field strength during the programming process for the in 1 shown multi-bit memory element;

3A einen zeitlichen Verlauf der elektrischen Ladungsmenge auf dem ersten Floating-Gate-Bereich und dem zweiten Floating-Gate-Bereich des in 1 gezeigten Multi-Bit-Speicherelementes während des Programmiervorgangs; 3A a time course of the electric charge amount on the first floating gate region and the second floating gate region of in 1 shown multi-bit memory element during the programming process;

3B Strom-Spannungs-Charakteristiken für verschiedene Lesevorgänge in dem Multi-Bit-Speicherelement aus 1; 3B Current-voltage characteristics for various read operations in the multi-bit memory element 1 ;

3C Strom-Spannungs-Charakteristiken für weitere Lesevorgänge in dem Multi-Bit-Speicherelement aus 1; 3C Current-voltage characteristics for further reads in the multi-bit memory element 1 ;

3D eine Abhängigkeit der Schwellenspannung von dem Source/Drain-Potential für Vorwärts- und Rückwärts-Lesevorgänge in dem Multi-Bit-Speicherelement aus 1. 3D a dependence of the threshold voltage of the source / drain potential for forward and backward reads in the multi-bit memory element 1 ,

4A bis 4J verschiedene Zeitpunkte während eines Verfahrens zum Herstellen des in 1 gezeigten herkömmlichen Multi-Bit-Speicherelementes mit einer Grabenstruktur als Vergleichsbeispiel zur Erläuterung der Erfindung; 4A to 4J different times during a process for producing the in 1 shown conventional multi-bit memory element having a trench structure as a comparative example for explaining the invention;

5 ein Multi-Bit-Speicherelement mit einer Grabenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 5 a multi-bit memory element having a trench structure according to an embodiment of the invention;

6A bis 6D schematische Darstellungen von Programmiervorgängen für das in 5 gezeigte Multi-Bit-Speicherelement; 6A to 6D schematic representations of programming operations for the in 5 shown multi-bit memory element;

7A bis 7D schematische Darstellungen von Lesevorgängen für das in 5 gezeigte Multi-Bit-Speicherelement; 7A to 7D schematic representations of reads for the in 5 shown multi-bit memory element;

8A bis 8P verschiedene Zeitpunkte während eines Verfahrens zum Herstellen des in 5 gezeigten Multi-Bit-Speicherelementes mit einer Grabenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 8A to 8P different times during a process for producing the in 5 shown multi-bit memory element having a trench structure according to an embodiment of the invention.

1 zeigt ein herkömmliches Multi-Bit-Speicherelement 100 mit einer Grabenstruktur 101 als Vergleichsbeispiel zur Erläuterung der Erfindung. Die Grabenstruktur 101 weist eine U-förmige Struktur auf mit einem gekrümmten unteren Teilbereich, wobei der tiefste Punkt der Grabenstruktur 101, anschaulich der Scheitel des gekrümmten Teilbereiches bzw. des ”U's” der Grabenstruktur 101, durch den Pfeil 150 gekennzeichnet ist. Die Grabenstruktur 101 weist einen elektrisch leitenden Bereich 102 auf sowie einen auf dem elektrisch leitenden Bereich 102 ausgebildeten elektrisch isolierenden Bereich 103. Ferner weist die Grabenstruktur 101 einen ersten Floating-Gate-Bereich 104a und einen zweiten Floating-Gate-Bereich 104b auf, welche Floating-Gate-Bereiche 104a, 104b auf bzw. in dem elektrisch isolierenden Bereich 103 ausgebildet sind und welche Floating-Gate-Bereiche 104a, 104b durch den elektrisch isolierenden Bereich 103 voneinander und von dem elektrisch leitenden Bereich 102 elektrisch isoliert sind. 1 shows a conventional multi-bit memory element 100 with a trench structure 101 as a comparative example to illustrate the invention. The trench structure 101 has a U-shaped structure with a curved lower portion, the lowest point of the trench structure 101 , vividly the vertex of the curved portion or the "U's" of the trench structure 101 , by the arrow 150 is marked. The trench structure 101 has an electrically conductive area 102 on and one on the electrically conductive area 102 trained electrically insulating area 103 , Furthermore, the trench structure has 101 a first floating gate region 104a and a second floating gate region 104b on which floating gate areas 104a . 104b on or in the electrically insulating region 103 are formed and which floating gate areas 104a . 104b through the electrically insulating area 103 from each other and from the electrically conductive region 102 are electrically isolated.

Der erste Floating-Gate-Bereich 104a und der zweite Floating-Gate-Bereich 104b dienen anschaulich als erstes bzw. zweites Floating-Gate zum Speichern eines ersten Bits und eines zweiten Bits, und der elektrisch leitende Bereich 102 dient anschaulich als Steuer-Gate, mit dessen Hilfe Schreib-, Lese- und Löschvorgänge in dem Multi-Bit-Speicherelement 100 gesteuert werden können.The first floating gate area 104a and the second floating gate region 104b serve illustratively as first and second floating gates, respectively, for storing a first bit and a second bit, and the electrically conductive region 102 serves as a control gate, with the help of which write, read and erase operations in the multi-bit memory element 100 can be controlled.

In dem gezeigten Beispiel ist der erste Floating-Gate-Bereich 104a zumindest teilweise über einer ersten Seitenfläche 102a des elektrisch leitenden Bereiches 102 ausgebildet, und der zweite Floating-Gate-Bereich 104b ist zumindest teilweise über einer zweiten Seitenfläche 102b des elektrisch leitenden Bereiches 102 ausgebildet, wobei die zweite Seitenfläche 102b der ersten Seitenfläche 102a gegenüberliegt.In the example shown, the first floating gate region is 104a at least partially over a first side surface 102 of the electrically conductive region 102 formed, and the second floating gate area 104b is at least partially over a second side surface 102b of the electrically conductive region 102 formed, wherein the second side surface 102b the first side surface 102 opposite.

Der erste Floating-Gate-Bereich (erstes Floating-Gate) 104a und der zweite Floating-Gate-Bereich (zweites Floating-Gate) 104b weisen Polysilizium-Material auf. Alternativ können die Floating-Gate-Bereiche 104a, 104b aber zum Beispiel auch elektrisch leitendes Kohlenstoff-Material oder Titan-Nitrid (TiN) aufweisen.The first floating gate area (first floating gate) 104a and the second floating gate region (second floating gate) 104b have polysilicon material. Alternatively, the floating gate areas 104a . 104b but also, for example, electrically conductive carbon material or titanium nitride (TiN).

Der elektrisch leitende Bereich (Steuer-Gate) 102 weist ebenfalls Polysilizium-Material auf.The electrically conductive area (control gate) 102 also has polysilicon material.

Der elektrisch isolierende Bereich 103 der Grabenstruktur 101 ist derart ausgebildet, dass er mehrere elektrisch isolierende Teilbereiche aufweist, wobei ein erster elektrisch isolierender Teilbereich 103a zwischen dem ersten Floating-Gate-Bereich 104a und dem elektrisch leitenden Bereich 102 ausgebildet ist, ein zweiter elektrisch isolierender Teilbereich 103b zwischen dem zweiten Floating-Gate-Bereich 104b und dem elektrisch leitenden Bereich 102 ausgebildet ist, und wobei ferner ein elektrisch isolierender Randbereich 103c ausgebildet ist.The electrically insulating area 103 the trench structure 101 is formed such that it has a plurality of electrically insulating portions, wherein a first electrically insulating portion 103a between the first floating gate area 104a and the electrically conductive region 102 is formed, a second electrically insulating portion 103b between the second floating gate region 104b and the electrically conductive region 102 is formed, and further comprising an electrically insulating edge region 103c is trained.

Die elektrisch isolierenden Teilbereiche, d. h. der erste elektrisch isolierende Teilbereich 103a, der zweite elektrisch isolierende Teilbereich 103b und der elektrisch isolierende Randbereich 103c sind aus einem Oxid-Material (z. B. Siliziumdioxid) ausgebildet. Der elektrisch isolierende Bereich 103 wird daher auch als Gate-Oxid 103 bezeichnet.The electrically insulating subregions, ie the first electrically insulating subregion 103a , the second electrically insulating subregion 103b and the electrically insulating edge region 103c are formed of an oxide material (eg, silicon dioxide). The electrically insulating area 103 is therefore also called gate oxide 103 designated.

Das Multi-Bit-Speicherelement 100 weist ein Substrat 105 auf, welches als Silizium-Substrat ausgebildet ist. In dem Substrat 105 sind ein erster Source/Drain-Bereich 106a und ein zweiter Source/Drain-Bereich 106b ausgebildet. Die Grabenstruktur 101 ist zumindest teilweise in dem Substrat 105 ausgebildet, derart, dass die Grabenstruktur 101 zumindest teilweise zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich 106a und dem zweiten Source/Drain-Bereich 106b ausgebildet ist. Die Grabenstruktur 101 ist durch den elektrisch isolierenden Bereich 103, genauer durch den elektrisch isolierenden Randbereich 103c, von dem Substrat 105 bzw. dem ersten Source/Drain-Bereich 106a und dem zweiten Source/Drain-Bereich 106b elektrisch isoliert.The multi-bit memory element 100 has a substrate 105 on, which is formed as a silicon substrate. In the substrate 105 are a first source / drain region 106a and a second source / drain region 106b educated. The trench structure 101 is at least partially in the substrate 105 formed such that the trench structure 101 at least partially between the first source / drain region 106a and the second source / drain region 106b is trained. The trench structure 101 is through the electrically insulating area 103 , more precisely through the electrically insulating edge region 103c , from the substrate 105 or the first source / drain region 106a and the second source / drain region 106b electrically isolated.

Der erste Source/Drain-Bereich 106a und der zweite Source/Drain-Bereich 106b sind dotiert, wobei in beiden Bereichen die Dotierstoffkonzentration zur Substratoberfläche hin, anschaulich ”von unten nach oben”, zunimmt. Mit anderen Worten weisen der erste Source/Drain-Bereich 106a bzw. der zweite Source/Drain-Bereich 106b jeweils ein variables Dotierstoffprofil auf, wobei die Dotierungsstärke von unten nach oben zunimmt.The first source / drain region 106a and the second source / drain region 106b are doped, wherein in both areas, the dopant concentration to the substrate surface, vividly "from bottom to top", increases. In other words, the first source / drain region 106a or the second source / drain region 106b each have a variable dopant profile, wherein the doping strength increases from bottom to top.

Dies wird durch die in 1 gezeigten übereinander angeordneten sieben Teilbereiche des ersten Source/Drain-Bereiches 106a bzw. des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b veranschaulicht, welche sieben Teilbereiche jeweils eine in etwa konstante Dotierstoffkonzentration aufweisen, wobei die Dotierstoffkonzentration vom untersten Teilbereich bis zum obersten Teilbereich zunimmt.This is done by the in 1 shown superimposed seven sections of the first source / drain region 106a or the second source / drain region 106b FIG. 2 illustrates which seven partial regions each have an approximately constant dopant concentration, the dopant concentration increasing from the lowest partial region to the uppermost partial region.

Wenn man die Teilbereiche des ersten Source/Drain-Bereiches 106a bzw. des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b von unten nach oben mit 1 bis 7 durchnummeriert, und die Dotierungstärke des i-ten Bereiches (1 ≤ i ≤ 7) mit Di =

Figure DE102005055302B4_0002
cm–3 bezeichnet, kann beispielsweise gelten: 17 ≤ n1 ≤ 17,5, 17,5 ≤ n2 ≤ 18, 18 ≤ n3 ≤ 18,5, 18,5 ≤ n4 ≤ 19, 19 ≤ n5 ≤ 19,5, 19,5 ≤ n6 ≤ 20, 20 ≤ n7 ≤ 20,5.Taking the subregions of the first source / drain region 106a or the second source / drain region 106b Numbered from bottom to top with 1 to 7, and the doping strength of the ith area (1 ≤ i ≤ 7) with D i =
Figure DE102005055302B4_0002
cm -3 , for example, 17 ≤ n 1 ≤ 17.5, 17.5 ≤ n 2 ≤ 18, 18 ≤ n 3 ≤ 18.5, 18.5 ≤ n 4 ≤ 19, 19 ≤ n 5 ≤ 19.5, 19.5 ≤ n 6 ≤ 20, 20 ≤ n 7 ≤ 20.5.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Unterteilung des dotierten Source-Bereiches 106a bzw. des dotierten Drain Bereiches 106b in jeweils sieben Teilbereiche mit jeweils ungefähr konstanter Datierstärke nur beispielhaft zu verstehen ist. Es können auch andere Dotierstoffprofile ausgebildet werden, wobei die genaue Form des Dotierstoffprofils bzw. die Ortsabhängigkeit der Dotierstärke in dem ersten Source/Drain-Bereich 106a bzw. dem zweiten Source/Drain-Bereich 106b im Hinblick auf die Funktionalität des Multi-Bit-Speicherelementes 100 optimiert werden kann.In this context, it should be noted that the subdivision of the doped source region 106a or the doped drain region 106b in each case seven subregions, each with approximately constant data strength, are to be understood as exemplary only. It is also possible to form other dopant profiles, the exact shape of the dopant profile or the location dependence of the doping strength in the first source / drain region 106a or the second source / drain region 106b in terms of the functionality of the multi-bit memory element 100 can be optimized.

Das Multi-Bit-Speicherelement 100 weist ferner einen Wortleitungs-Bereich 110 auf, welcher zumindest teilweise auf dem elektrischen leitenden Bereich 102 bzw. dem Steuer-Gate 102 ausgebildet ist. Der Wortleitungs-Bereich 102 dient als Wortleitung zum elektrischen Kontaktieren bzw. Ansteuern des Steuer-Gates 102, Der Wortleitungs-Bereich 110 weist Polysilizium-Material auf.The multi-bit memory element 100 also has a word line area 110 on, which at least partially on the electrically conductive region 102 or the control gate 102 is trained. The word line area 102 serves as a word line for electrical contacting or driving of the control gate 102 , The word line area 110 has polysilicon material.

Weiterhin weist das Multi-Bit-Speicherelement 100 einen ersten Bitleitungs-Bereich 111 auf, welcher auf einem Teil des Source-Bereichs 106a ausgebildet ist, sowie einen zweiten Bitleitungs-Bereich 112, welcher auf einem Teil des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b ausgebildet ist. Der erste Bitleitungs-Bereich 111 und der zweite Bitleitungsbereich 112 dienen als Bitleitungen zum elektrischen Kontaktieren bzw. Ansteuern des ersten Source/Drain-Bereiches 106a bzw. des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b. Der erste Bitleitungs-Bereich 111 und der zweite Bitleitungs-Bereich 112 weisen Polysilizium-Material auf.Furthermore, the multi-bit memory element 100 a first bitline area 111 which is on a part of the source area 106a is formed, and a second bit line area 112 which is on a part of the second source / drain region 106b is trained. The first bitline area 111 and the second bit line area 112 serve as bit lines for electrically contacting or driving the first source / drain region 106a or the second source / drain region 106b , The first bitline area 111 and the second bit line area 112 have polysilicon material.

Der erste Bitleitungs-Bereich 111 ist von dem Wortleitungs-Bereich 110 durch zusätzliche elektrisch isolierende Bereiche 107a, 108a und 109a elektrisch isoliert, und der zweite Bitleitungs-Bereich 112 ist von dem Wortleitungs-Bereich 110 durch die elektrisch isolierenden Bereiche 107b, 108b und 109b elektrisch isoliert, wobei die elektrisch isolierenden Bereiche 107a, 107b, 109a und 109b ein Oxid-Material (z. B. Siliziumdioxid) aufweisen, und die elektrisch isolierenden Bereiche 108a und 108b ein Nitrid-Material (z. B. Siliziumnitrid) aufweisen.The first bitline area 111 is from the word line area 110 through additional electrically insulating areas 107a . 108a and 109a electrically isolated, and the second bit line area 112 is from the word line area 110 through the electrically insulating areas 107b . 108b and 109b electrically isolated, the electrically insulating areas 107a . 107b . 109a and 109b an oxide material (eg, silicon dioxide), and the electrically insulating regions 108a and 108b a nitride material (eg, silicon nitride).

Der unterhalb der Grabenstruktur 101, des ersten Source/Drain-Bereiches 106a und des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b gelegene Teilbereich des Substrats 105 ist als dotierter Wannenbereich 120 ausgebildet, wobei die Dotierstoffkonzentration in dem dotierten Wannenbereich 120 zwischen 5 × 1016 cm–3 und 5 × 1017 cm–3 betragen kann.The below the trench structure 101 , the first source / drain region 106a and the second source / drain region 106b located subregion of the substrate 105 is as a doped well area 120 formed, wherein the dopant concentration in the doped well region 120 between 5 × 10 16 cm -3 and 5 × 10 17 cm -3 .

Der Übergang zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich 106a und dem dotierten Wannenbereich 120 des Substrats 105 wird durch die dick gedruckte Linie 130a veranschaulicht, und der Übergang zwischen dem zweiten Source/Drain-Bereich 106b und dem dotierten Wannenbereich 120 des Substrats 105 wird durch die dick gedruckte Linie 130b veranschaulicht. Die Übergänge 130a bzw. 130b werden auch als Bitleitungs-Übergänge bzw. Bitline-Junctions bezeichnet.The transition between the first source / drain region 106a and the doped well area 120 of the substrate 105 gets through the thick printed line 130a and the transition between the second source / drain region 106b and the doped well area 120 of the substrate 105 gets through the thick printed line 130b illustrated. The transitions 130a respectively. 130b are also referred to as bitline junctions or bitline junctions.

Das in 1 gezeigte Multi-Bit-Speicherelement 100 ist anschaulich als Speicherzellen-Transistor bzw. als nicht-flüchtiger Speicherzellen-Transistor (NVM Cell Transistor) ausgebildet, mit einer Grabenstruktur 101 sowie zwei Poly-Floating-Gates 104a, 104b (d. h. Floating-Gates aus Polysilizium).This in 1 shown multi-bit memory element 100 is illustratively designed as a memory cell transistor or as a non-volatile memory cell transistor (NVM cell transistor), with a trench structure 101 and two poly-floating gates 104a . 104b (ie polysilicon floating gates).

In 1 sind weiterhin charakteristische Abmessungen der Grabenstruktur 101 des Multi-Bit-Speicherelementes 100 veranschaulicht.In 1 are still characteristic dimensions of the trench structure 101 of the multi-bit memory element 100 illustrated.

Der Pfeil 160 kennzeichnet eine Achse bzw. Richtung, welche senkrecht auf den Seitenwänden 102a, 102b des elektrisch leitenden Bereiches 102 steht und damit zum Beispiel auch parallel zur Substratoberfläche verläuft. Die Achse 160 wird im Folgenden als horizontale Achse 160 bezeichnet.The arrow 160 indicates an axis or direction which is perpendicular to the side walls 102 . 102b of the electrically conductive region 102 stands and thus, for example, runs parallel to the substrate surface. The axis 160 is hereafter referred to as horizontal axis 160 designated.

Der Pfeil 170 kennzeichnet eine Achse bzw. Richtung, welche senkrecht auf der horizontalen Achse 160 steht und in der in 1 gezeigten Schnittebene der Grabenstruktur 101 liegt. Die Achse 170 verläuft somit senkrecht zur Substratoberfläche und wird im Folgenden als vertikale Achse 170 bezeichnet.The arrow 170 indicates an axis or direction which is perpendicular to the horizontal axis 160 stands and in the in 1 shown section plane of the trench structure 101 lies. The axis 170 thus runs perpendicular to the substrate surface and is hereinafter referred to as a vertical axis 170 designated.

In dem gezeigten Beispiel, zum Beispiel für eine Feature size von 60 nm, weisen der erste Floating-Gate-Bereich 104a und der zweite Floating-Gate-Bereich 104b entlang der horizontalen Achse 160 jeweils eine maximale Ausdehnung d1 auf, wobei d1 = 10 nm ± 2 nm gilt. Der erste elektrisch isolierende Teilbereich 103a und der zweite elektrisch isolierende Teilbereich 103b weisen entlang der horizontalen Achse 160 jeweils eine maximale Ausdehnung d2 auf, wobei d2 6 nm ± 1 nm gilt. Der elektrisch isolierende Randbereich 103c weist eine Dicke d3 = 6 nm ± 1 nm auf. Die Grabenstruktur 101 weist entlang der horizontalen Achse 160 eine maximale Ausdehnung d4 auf. Anschaulich entspricht d4 der Feature Size des Multi-Bit-Speicherelementes 100. In dem gezeigten Beispiel beträgt die Feature Size d4 60 nm.In the example shown, for example, for a feature size of 60 nm, the first floating gate area 104a and the second floating gate region 104b along the horizontal axis 160 each have a maximum extent d 1 , where d 1 = 10 nm ± 2 nm. The first electrically insulating subregion 103a and the second electrically insulating portion 103b point along the horizontal axis 160 in each case a maximum extent d 2 , where d 2 is 6 nm ± 1 nm. The electrically insulating edge area 103c has a thickness d 3 = 6 nm ± 1 nm. The trench structure 101 points along the horizontal axis 160 a maximum extent d 4 . Illustratively, d 4 corresponds to the feature size of the multi-bit memory element 100 , In the example shown, the feature size d 4 is 60 nm.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Feature Size in der Regel keine Toleranzen aufweist, wohingegen technologische Größen wie zum Beispiel Ätztiefen oder Schichtdicken Schwankungen unterliegen.In this context, it should be noted that the feature size usually has no tolerances, whereas technological parameters such as etch depths or layer thicknesses fluctuate.

Die maximale Ausdehnung der Grabenstruktur 101 entlang der vertikalen Achse 170 beträgt 160 nm ± 10 nm.The maximum extent of the trench structure 101 along the vertical axis 170 is 160 nm ± 10 nm.

Durch Anlegen einer positiven Spannung an die Wortleitung 110 wird anschaulich unterhalb des gekrümmten Teilbereichs der Grabenstruktur 101 ein leitender Kanal in dem Substrat 105 bzw. dem in dem Substrat 105 ausgebildeten Wannenbereich 120 gebildet, wobei die Länge des Kanals durch die Differenz zwischen der Tiefe der Bitleitungs-Übergänge 130a bzw. 130b und der Tiefe des Grabens bzw. der Grabenstruktur 101, d. h. dem Scheitel 150 der Grabenstruktur 101, gegeben ist. In dem gezeigten Beispiel beträgt die Kanallänge in etwa 100 nm bis 120 nm.By applying a positive voltage to the word line 110 is clearly below the curved portion of the trench structure 101 a conductive channel in the substrate 105 or in the substrate 105 trained tub area 120 formed, wherein the length of the channel by the difference between the depth of the bit line transitions 130a respectively. 130b and the depth of the trench or trench structure 101 ie the vertex 150 the trench structure 101 , given is. In the example shown, the channel length is about 100 nm to 120 nm.

Falls die Kanallänge zu groß ist, tritt eine unerwünschte Ladungsträgerinjektion in benachbarte Speicherzellen auf. Im umgekehrten Fall, d. h. bei einer zu kurzen Kanallänge, treten ähnliche Probleme auf wie bei planaren Speicherelementen. Folglich ist es notwendig, die genauen Abmessungen von charakteristischen Merkmalen der Grabenstruktur 101, wie zum Beispiel die Kanallänge, im Hinblick auf die Funktionalität des Multi-Bit-Speicherelementes bzw. der Multi-Bit-Speicherzelle 100 zu optimieren, zum Beispiel mit Hilfe von Computersimulationen.If the channel length is too large, unwanted carrier injection into adjacent memory cells occurs. In the reverse case, ie with too short a channel length, similar problems occur as with planar memory elements. Consequently, it is it is necessary to know the exact dimensions of characteristic features of the trench structure 101 , such as the channel length, in terms of the functionality of the multi-bit memory element or the multi-bit memory cell 100 to optimize, for example with the help of computer simulations.

Es sei daher an dieser Stelle angemerkt, dass die oben genannten Bereiche für die Ausdehnungen d1, d2, d3 und d4 als beispielhaft zu verstehen sind. Zum Beispiel können für andere Feature Sizes entsprechend modifizierte Ausdehnungen gewählt werden.It should therefore be noted at this point that the above-mentioned ranges for the dimensions d 1 , d 2 , d 3 and d 4 are to be understood as exemplary. For example, modified extents may be selected for other feature sizes.

Anhand der folgenden 2A bis 3D werden Ergebnisse von Computersimulationen dargestellt, mit welchen Computersimulationen die Funktionalität des im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Multi-Bit-Speicherelementes 100 untersucht wurde.Based on the following 2A to 3D results of computer simulations are presented, with which computer simulations the functionality of the related 1 described multi-bit memory element 100 was investigated.

2A zeigt eine Verteilung der Elektronentemperatur Te in dem Multi-Bit-Speicherelement bzw. Speicherzellen-Transistor 100 für einen Programmiervorgang bzw. unter Programmierbedingungen, bei dem der erste Source/Drain-Bereich 106a ein elektrisches Potential Vs = 0 V aufweist, bei dem der zweite Source/Drain-Bereich 106b ein elektrisches Potential Vd = 5 V aufweist, und bei dem an dem Wortleitungs-Bereich 110 bzw. dem Steuer-Gate 102 ein elektrisches Potential Vwl = 3 V anliegt. Es ist dargestellt, dass die Gebiete hoher Elektronentemperatur Te nahe dem Bitleitungs-Übergang 130b sowie nahe dem zweiten Floating-Gate-Bereich bzw. zweiten Floating-Gate 104b liegen. Mit anderen Worten befinden sich heiße Elektronen (Hot Electrons), d. h. Elektronen mit hoher kinetischer Energie, bevorzugt nahe dem Bitleitungs-Übergang 130b und nahe dem zweiten Floating-Gate 104b. Diese Gebiete weisen somit eine hohe Injektions-Wahrscheinlichkeit auf. Mit anderen Worten ist die Wahrscheinlichkeit relativ hoch, dass heiße Elektronen auf das zweite Floating-Gate 104b gelangen (durch so genannte Channel Hot Electron (CHE) Injection). Die Wahrscheinlichkeit einer Ladungsträger- bzw. Elektroneninjektion auf das erste Floating-Gate 104a ist hingegen unter den gezeigten Bedingungen gering, da die Elektronen in der Nähe des ersten Floating-Gates 104a im Wesentlichen nur thermische Energie besitzen. 2A shows a distribution of the electron temperature T e in the multi-bit memory element or memory cell transistor 100 for a programming operation or under programming conditions, in which the first source / drain region 106a has an electric potential V s = 0 V at which the second source / drain region 106b has an electric potential V d = 5 V, and at the word line area 110 or the control gate 102 an electric potential V wl = 3V is applied. It is shown that the high electron temperature regions T e are near the bit line transition 130b and near the second floating gate region and second floating gate, respectively 104b lie. In other words, there are hot electrons (hot electrons), ie, electrons with high kinetic energy, preferably near the bit line transition 130b and near the second floating gate 104b , These areas thus have a high injection probability. In other words, the likelihood that hot electrons are relatively high on the second floating gate is relatively high 104b (through so-called Channel Hot Electron (CHE) Injection). The probability of charge carrier or electron injection onto the first floating gate 104a is, on the other hand, low under the conditions shown, since the electrons are close to the first floating gate 104a essentially only have thermal energy.

2B zeigt in Analogie zu 2A die aus der Computersimulation ermittelte Verteilung der elektrischen Feldstärke E in dem Multi-Bit-Speicherelement 100 während des Programmiervorgangs. Die Abbildung zeigt, dass die elektrische Feldstärke E in dem elektrisch isolierenden Bereich bzw. Gate-Oxid 103 zwischen dem zweiten Source/Drain-Bereich 106b und dem Wort-Leitungs-Bereich 110 nicht hoch genug ist für einen dielektrischen Durchbruch. Beim Ausbilden der Grabenstruktur 101 kann es außerdem durch ein verstärktes Oxid-Wachstum auf dem hoch dotierten (z. B. n-dotierten) Teilbereich des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b (z. B. dem obersten Teilbereich des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b mit einer Dotierstoffkonzentration von ungefähr 1020 cm–3, vgl. 1) zu einer lokalen Verdickung des Gate-Oxids kommen, wodurch die Feldstärke E in diesem Bereich zusätzlich verringert wird. 2 B shows in analogy to 2A the distribution of the electric field strength E in the multi-bit memory element determined from the computer simulation 100 during the programming process. The figure shows that the electric field strength E in the electrically insulating region or gate oxide 103 between the second source / drain region 106b and the word-line area 110 not high enough for a dielectric breakthrough. When forming the trench structure 101 It may also be due to increased oxide growth on the highly doped (eg n-doped) portion of the second source / drain region 106b (eg, the top portion of the second source / drain region 106b with a dopant concentration of about 10 20 cm -3 , cf. 1 ) to a local thickening of the gate oxide, whereby the field strength E is additionally reduced in this area.

Das Diagramm 300 in 3A zeigt den zeitlichen Verlauf der elektrischen Ladung QFG auf dem ersten (Source-seitigen) Floating-Gate 104a (Kurve 301: ”Charge on source sided floating gate”) sowie auf dem zweiten (Drain-seitigen) Floating-Gate 104b (Kurve 302: ”Charge on drain sided floating gate”) des Multi-Bit-Speicherelementes 100 während des im Zusammenhang mit der 2A und der 2B besprochenen Programmiervorgangs, d. h. unter den oben angegebenen Programmierbedingungen, i. e. elektrischen Potentialen an Source-/Drain-Bereichen bzw. Steuer-Gate. 3A zeigt das transiente bzw. Übergangsverhalten der elektrischen Ladung auf den beiden Floating-Gates 104a und 104b während des Programmiervorgangs dargestellt.The diagram 300 in 3A shows the time course of the electric charge Q FG on the first (source side) floating gate 104a (Curve 301 : "Charge on source sided floating gate") and on the second (drain-side) floating gate 104b (Curve 302 : "Charge on drain sided floating gate") of the multi-bit memory element 100 while in connection with the 2A and the 2 B Programmed programming operation, ie under the above-mentioned programming conditions, ie electrical potentials at source / drain regions or control gate. 3A shows the transient or transient behavior of the electric charge on the two floating gates 104a and 104b during the programming process.

Aus der in der Abbildung gezeigten Kurve 301 ist ersichtlich, dass keine Ladungsträgerinjektion auf dem (Source-seitigen) ersten Floating-Gate 104a stattfindet, wohingegen auf dem (Drain-seitigen) zweiten Floating-Gate 104b negative Ladungsträger, i. e. Elektronen, injiziert werden (vgl. Kurve 302). Durch den Programmiervorgang wird also der Ladungszustand des zweiten (Drain-seitigen) Floating-Gates 104b durch Injektion heißer Elektronen aus dem Kanal (Channel Hot Electron Injection, CHE) geändert, während der Ladungszustand des ersten (Source-seitigen) Floating-Gates 104a unverändert bleibt.From the curve shown in the figure 301 It can be seen that no carrier injection on the (source side) first floating gate 104a takes place, whereas on the (drain side) second floating gate 104b negative charge carriers, ie electrons, are injected (see curve 302 ). The programming process thus becomes the charge state of the second (drain-side) floating gate 104b changed by injection of hot electrons from the channel (Channel Hot Electron Injection, CHE), while the charge state of the first (source side) floating gate 104a remains unchanged.

Allgemein erfolgt das Programmieren der Multi-Bit-Speicherzelle 100 durch die Injektion heißer Elektronen (Hot Electrons) auf die Floating-Gates, und das Löschen erfolgt durch die Injektion heißer Löcher (Hot Holes) auf die Floating Gates.Generally, the programming of the multi-bit memory cell is done 100 hot-electron injection onto the floating gates, and erasure is made by injecting hot holes onto the floating gates.

Das Diagramm 310 in 3B zeigt in halblogarithmischer Auftragung die Abhängigkeit des Drain-Stromes Id, d. h. des Stromes zwischen Source-Bereich 106a und Drain-Bereich 106b, von dem am Wortleitungs-Bereich 110 bzw. am Steuer-Gate 102 anliegenden elektrischen Potential Vwl für unterschiedliche Lesevorgänge in dem Multi-Bit-Speicherelement bzw. der Multi-Bit-Speicherzelle 100.The diagram 310 in 3B shows in semilogarithmic plot the dependence of the drain current I d , ie the current between the source region 106a and drain area 106b from the word line area 110 or at the control gate 102 applied electric potential V wl for different read operations in the multi-bit memory element or the multi-bit memory cell 100 ,

Die mit ”virgin” bezeichnete Kurve 311 zeigt die Abhängigkeit des Drain-Stromes Id von dem Gate-Potential Vwl beim Auslesen eines unbeschriebenen Multi-Bit-Speicherelementes 100, d. h. eines Multi-Bit-Speicherelementes, bei dem beide Floating-Gates 104a und 104b ungeladen sind. In diesem Fall wurde an den zweiten Source/Drain-Bereich 106b ein elektrisches Potential Vd = 2,3 V angelegt, und an den ersten Source/Drain-Bereich 106a wurde ein elektrisches Potential Vs = 0 V angelegt.The curve labeled "virgin" 311 shows the dependence of the drain current I d on the gate potential V wl when reading out an unrecorded multi-bit memory element 100 ie a multi-bit memory element in which both floating Gates 104a and 104b are uncharged. In this case, the second source / drain region was added 106b an electrical potential V d = 2.3 V is applied, and to the first source / drain region 106a An electrical potential V s = 0 V was applied.

Die mit ”forward read” bezeichnete Kurve 312 zeigt die Abhängigkeit des Drain-Stromes Id vom Gate-Potential Vwl beim Vorwärts-Auslesen eines Multi-Bit-Speicherelementes 100, welches ein elektrisch ungeladenes Source-seitiges Floating-Gate 104a und ein elektrisch geladenes Drain-seitiges Floating-Gate 104b aufweist. Der Begriff ”Vorwärts-Auslesen” gibt an, dass der Stromfluss, genauer der Elektronenfluss, beim Auslesevorgang vom ersten Source/Drain-Bereich 106a mit niedrigem elektrischen Potential (Vs = 0 V) zum zweiten Source/Drain-Bereich 106b mit höherem elektrischen Potential (Vd = 2,3 V) erfolgt.The curve labeled "forward read" 312 shows the dependence of the drain current I d on the gate potential V wl in the forward readout of a multi-bit memory element 100 , which is an electrically uncharged source-side floating gate 104a and an electrically charged drain-side floating gate 104b having. The term "forward read-out" indicates that the current flow, more specifically the flow of electrons, during the read-out process from the first source / drain region 106a with low electrical potential (V s = 0 V) to the second source / drain region 106b with higher electrical potential (V d = 2.3 V).

Anders ausgedrückt ist bei der Bezeichnung ”Vorwärts-Auslesen” bzw. ”Vorwärts-Lesen” (forward read) die Richtung auf die Richtung beim Programmiervorgang bezogen: Beim Programmieren der Multi-Bit-Speicherzelle 100 sei beispielsweise Vs = 0 V und Vd = 5 V (vgl. 2A). Dabei wird eine Ladung auf der Seite des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b, genauer auf dem Drain-seitigen Floating-Gate 104b, injiziert. Beim ”Vorwärts-Lesen” ist dann beispielsweise Vs = 0 V und Vd = 2,3 V (d. h. gleiche Richtung wie beim Programmieren, jedoch unsensitiv auf die injizierte Ladung).In other words, in the case of the designation "forward read" or "forward read", the direction is related to the direction in the programming operation: When programming the multi-bit memory cell 100 for example, let V s = 0 V and V d = 5 V (cf. 2A ). In this case, a charge on the side of the second source / drain region 106b More specifically, on the drain-side floating gate 104b injected. For example, in "forward read", V s = 0 V and V d = 2.3 V (ie same direction as in programming, but insensitive to the injected charge).

Die mit ”reverse read” bezeichnete Kurve 313 zeigt die Abhängigkeit des Drain-Stromes Id vom Gate-Potential Vwl beim Rückwärts-Auslesen des Multi-Bit-Speicherelementes 100 mit elektrisch ungeladenem Source-seitigen Floating-Gate 104a und elektrisch geladenem Drain-seitigen Floating-Gate 104b. Der Begriff ”Rückwärts-Auslesen” gibt an, dass der Stromfluss, genauer der Elektronenfluss, beim Auslesevorgang vom zweiten Source/Drain-Bereich 106b mit niedrigem elektrischen Potential (Vd = 0 V) zum ersten Source/Drain-Bereich 106a mit höherem elektrischen Potential (Vs = 2,3 V) erfolgt.The curve labeled "reverse read" 313 shows the dependence of the drain current I d on the gate potential V wl in the backward readout of the multi-bit memory element 100 with electrically uncharged source-side floating gate 104a and electrically charged drain-side floating gate 104b , The term "backward readout" indicates that the current flow, more precisely the electron flow, during the read-out process from the second source / drain region 106b with low electrical potential (V d = 0 V) to the first source / drain region 106a with higher electrical potential (V s = 2.3 V).

Anders ausgedrückt ist beim ”Rückwärts-Auslesen” bzw. ”Rückwärts-Lesen” (reverse read) wiederum die Richtung auf die Richtung beim Programmiervorgang der Multi-Bit-Speicherzelle 100 (vgl. 2A) bezogen: Beim ”Rückwärts-Lesen” ist beispielsweise Vs = 2,3 V und Vd = 0 V (d. h. entgegengesetzte Richtung wie beim Programmieren, jedoch sensitiv auf die injizierte Ladung).In other words, in the "reverse read" or "reverse read", the direction of the direction in the programming operation of the multi-bit memory cell is again 100 (see. 2A For example, in "reverse read", V s = 2.3 V and V d = 0 V (ie opposite direction as in programming, but sensitive to the injected charge).

In 3B ist dargestellt, dass die Schwellenspannung des Multi-Bit-Speicherelementes 100 bzw. des Speicherzellen-Transistors 100, d. h. die Spannung, bei der ein signifikanter Drain-Strom Id zu verzeichnen ist, für den Rückwärts-Auslesevorgang (Kurve 313) in etwa um 2 Volt höher liegt als für den Vorwärts-Auslesevorgang (Kurve 312). Das Multi-Bit-Speicherelement 100 weist daher eine sehr gute Trennung zweier auf den beiden Floating-Gates 104a und 104b speicherbarer Bits auf (Two Bit Separation).In 3B is shown that the threshold voltage of the multi-bit memory element 100 or the memory cell transistor 100 , ie the voltage at which a significant drain current I d is to be recorded, for the reverse read-out operation (curve 313 ) is about 2 volts higher than for the forward read (curve 312 ). The multi-bit memory element 100 therefore has a very good separation of two on the two floating gates 104a and 104b storable bits on (Two Bit Separation).

Das Diagramm 320 in 3C zeigt die Abhängigkeit des Drain-Stromes Id von dem Gate-Potential Vwl für Vorwärts-Auslesen eines auf dem Drain-seitigen Floating-Gate 104b gespeicherten Bits (Bit2) sowie Rückwärts-Auslesen eines auf dem Source-seitigen Floating-Gate 104a gespeicherten Bits (Bit1), wobei bei dem Vorwärts-Auslesen der erste Source/Drain-Bereich 106a ein elektrisches Potential Vs = 0 V aufweist und der zweite Source/Drain-Bereich 106b ein elektrisches Potential 0,2 V ≤ Vd ≤ 4,2 V aufweist, und wobei bei dem Rückwärts-Auslesen der zweite Source/Drain-Bereich 106b ein elektrisches Potential Vd = 0 V aufweist und der erste Source/Drain-Bereich 106a ein elektrisches Potential 0,2 V ≤ Vs ≤ 4,2 V aufweist.The diagram 320 in 3C shows the dependence of the drain current I d on the gate potential V wl for forward readout of one on the drain-side floating gate 104b stored bits (Bit2) and backward read one of the source-side floating gate 104a stored bits (Bit1), wherein in the forward readout, the first source / drain region 106a has an electrical potential V s = 0 V and the second source / drain region 106b has an electric potential of 0.2 V ≦ V d ≦ 4.2 V, and wherein in the reverse readout, the second source / drain region 106b has an electrical potential V d = 0 V and the first source / drain region 106a has an electric potential of 0.2V ≦ V s ≦ 4.2V.

Aus dem in 3C gezeigten Diagramm 320 ist abzulesen, dass sich die Schwellenspannung Vth des Multi-Bit-Speicherelementes 100 beim Vorwärts-Auslesen mit zunehmendem Drain-Potential Vd deutlich verringert, wohingegen sich beim Rückwärts-Auslesen die Schwellenspannung Vth mit zunehmendem Source-Potential Vs nur leicht verringert.From the in 3C shown diagram 320 is read that the threshold voltage V th of the multi-bit memory element 100 when read forward with increasing drain potential V d significantly reduced, whereas the backward readout the threshold voltage V th only slightly decreases with increasing source potential V s .

Der eben erwähnte Sachverhalt wird auch durch das in 3D gezeigte Diagramm 330 veranschaulicht, in dem die Schwellenspannung Vth des Multi-Bit-Speicherelementes 100 mit elektrisch ungeladenem Source-seitigen Floating-Gate 104a und elektrisch geladenem Drain-seitigen Floating-Gate 104b gegen den Absolutbetrag der Source/Drain-Spannung |Vs/d| (mit Vs/d = Vd – Vs) für Vorwärts-Auslesen (Kurve 331: ”forward read”) und Rückwärts-Auslesen (Kurve 332: ”reverse read”) aufgetragen ist. In dem Diagramm 330 ist dargestellt, dass die Schwellenspannung Vth für einen Vorwärts-Lesevorgang (mit Vd > Vs) mit zunehmendem |Vs/d| stark abfällt, wohingegen bei einem Rückwärts-Lesevorgang (mit Vd < Vs) die Schwellenspannung Vth mit zunehmendem |Vs/d| nur leicht abfällt.The situation just mentioned is also indicated by the in 3D shown diagram 330 illustrates in which the threshold voltage V th of the multi-bit memory element 100 with electrically uncharged source-side floating gate 104a and electrically charged drain-side floating gate 104b against the absolute value of the source / drain voltage | V s / d | (with V s / d = V d - V s ) for forward read-out (curve 331 : "Forward read") and backward readout (curve 332 : "Reverse read") is applied. In the diagram 330 It is shown that the threshold voltage V th for a forward read operation (with V d > V s ) increases with | V s / d | strongly decreases, whereas in a reverse read operation (with V d <V s ), the threshold voltage V th increases as | V s / d | only slightly decreases.

Nachfolgend wird anhand der 4A bis 4J ein Verfahren zum Herstellen des in 1 gezeigten herkömmlichen Multi-Bit-Speicherelementes 100 bzw. Speicherzellen-Transistors 100 als Vergleichsbeispiel zur Erläuterung der Erfindung beschrieben.The following is based on the 4A to 4J a method for producing the in 1 shown conventional multi-bit memory element 100 or memory cell transistor 100 as a comparative example to illustrate the invention.

Zur Herstellung des Multi-Bit-Speicherelementes 100 wird, wie in 4A gezeigt, ein Substrat 105 bereitgestellt, welches als Silizium-Substrat ausgebildet ist. Auf dem Substrat 105 wird unter Verwendung eines Abscheideverfahrens eine erste Oxid-Schicht 107 (auch als Pad-Oxid bezeichnet) ausgebildet. Als Abscheideverfahren kann ein Gasphasenabscheideverfahren wie zum Beispiel ein Chemical-Vapor-Deposition-Verfahren (CVD) verwendet werden.For the production of the multi-bit memory element 100 will, as in 4A shown a substrate 105 provided, which is formed as a silicon substrate. On the substrate 105 using a deposition process, a first oxide layer 107 (also referred to as pad oxide) formed. As the deposition method, a vapor deposition method such as a chemical vapor deposition (CVD) method can be used.

Alternativ kann die erste Oxid-Schicht 107 bzw. das Pad-Oxid 107 auch durch eine thermische Oxidation gebildet werden.Alternatively, the first oxide layer 107 or the pad oxide 107 also be formed by a thermal oxidation.

In dem Substrat 105 wird weiterhin durch Einbringen von Dotieratomen ein p-dotierter Wannenbereich 120 ausgebildet.In the substrate 105 Furthermore, by introducing doping atoms, a p-doped well region is formed 120 educated.

Das Dotieren erfolgt mit Hilfe eines Ionenimplantationsverfahrens (so genannte Wannen-Implantation). Die Dotierstoffkonzentration in dem dotierten Wannenbereich 120 kann ungefähr 5 × 1016 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 betragen.The doping takes place with the aid of an ion implantation method (so-called well implantation). The dopant concentration in the doped well region 120 may be about 5 × 10 16 cm -3 to 5 × 10 17 cm -3 .

Ferner wird durch Einbringen von Dotieratomen ein n-dotierter Bereich 106 in dem Substrat 105 ausgebildet, aus welchem n-dotierten Bereich 106 in nachfolgenden Verfahrensschritten Source-/Drain-Bereiche 106a und 106b (vgl. 1) gebildet werden. In dem in 4A gezeigten Beispiel erfolgt das Ausbilden des n-dotierten Bereiches 106 derart, dass die Dotierstoffkonzentration in dem dotierten Bereich 106 zur Substratoberfläche hin, d. h. von ”unten nach oben”, ansteigt. Mit anderen Worten weist der dotierte Bereich 106 ein variables Dotierstoffprofil auf, wobei die Dotierungsstärke von unten nach oben zunimmt.Furthermore, by introducing doping atoms, an n-doped region is formed 106 in the substrate 105 formed, from which n-doped region 106 in subsequent process steps, source / drain regions 106a and 106b (see. 1 ) are formed. In the in 4A As shown, the formation of the n-doped region takes place 106 such that the dopant concentration in the doped region 106 towards the substrate surface, ie from "bottom to top" increases. In other words, the doped region 106 a variable dopant profile, wherein the doping strength increases from bottom to top.

In 4A sind in dem dotierten Bereich 106 beispielhaft sieben Teilbereiche eingezeichnet, welche jeweils eine in etwa konstante Dotierungsstärke aufweisen. Wenn man die Bereiche von unten nach oben mit 1 bis 7 durchnummeriert, und die Dotierungstärke des i-ten Bereiches (1 ≤ i ≤ 7) mit Di =

Figure DE102005055302B4_0003
cm–3 bezeichnet, kann beispielsweise gelten: 17 ≤ n1 ≤ 17,5, 17,5 ≤ n2 ≤ 18, 18 ≤ n3 ≤ 18,5, 18,5 ≤ n4 ≤ 19, 19 ≤ n5 ≤ 19,5, 19,5 ≤ n6 ≤ 20, 20 ≤ n7 ≤ 20,5.In 4A are in the doped area 106 For example, seven subregions drawn in, each having an approximately constant doping strength. If one numbered the areas from bottom to top with 1 to 7, and the doping strength of the ith area (1 ≤ i ≤ 7) with D i =
Figure DE102005055302B4_0003
cm -3 , for example, 17 ≤ n 1 ≤ 17.5, 17.5 ≤ n 2 ≤ 18, 18 ≤ n 3 ≤ 18.5, 18.5 ≤ n 4 ≤ 19, 19 ≤ n 5 ≤ 19.5, 19.5 ≤ n 6 ≤ 20, 20 ≤ n 7 ≤ 20.5.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Unterteilung des dotierten Bereiches 106 in sieben Teilbereiche mit jeweils ungefähr konstanter Dotierstärke nur beispielhaft zu verstehen ist. Es können auch andere Dotierstoffprofile ausgebildet werden, wobei die genaue Form des Dotierstoffprofils bzw. die Ortsabhängigkeit der Datierstärke im Hinblick auf die Funktionalität des Multi-Bit-Speicherelementes 100 zu optimieren ist.In this context, it should be noted that the subdivision of the doped region 106 is to be understood in seven sub-regions, each with approximately constant doping only by way of example. Other dopant profiles may also be formed, with the exact shape of the dopant profile or the location dependence of the datier strength with respect to the functionality of the multi-bit memory element 100 to optimize.

Nach dem Ausbilden des n-dotierten Bereiches 106 in dem Substrat 105 erfolgt eine Temperung bzw. ein sogenannter Anneal, d. h. ein Erhitzen des dotierten Bereiches 106. Dabei werden die implantierten Dotierstoffe elektrisch aktiviert.After forming the n-doped region 106 in the substrate 105 there is a tempering or a so-called Anneal, ie a heating of the doped region 106 , The implanted dopants are electrically activated.

Der Übergang zwischen dem dotierten Bereich 106 und dem dotierten Wannenbereich 120 wird in 4A schematisch durch die dicke schwarze Linie 130 verdeutlicht.The transition between the doped region 106 and the doped well area 120 is in 4A schematically through the thick black line 130 clarified.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in 4B gezeigt, eine Nitrid-Schicht 108 (auch als Pad-Nitrid bezeichnet) auf der ersten Oxid-Schicht 107 bzw. dem Pad-Oxid 107 ausgebildet, zum Beispiel unter Verwendung eines Gasphasenabscheideverfahrens wie beispielsweise Chemical Vapor Deposition.In a further method step, as in 4B shown a nitride layer 108 (also referred to as pad nitride) on the first oxide layer 107 or the pad oxide 107 formed, for example, using a vapor deposition method such as Chemical Vapor Deposition.

In weiteren Verfahrensschritten wird, wie in 4C, ein Graben 101' in dem Substrat 105 ausgebildet. Der Graben 101' ist als U-förmiger Graben 101' ausgebildet, mit senkrechten Seitenwänden 101a' und einem gekrümmten Boden 101b'. Der Pfeil 150 markiert den tiefsten Punkt des Grabens 101' bzw. des gekrümmten Bodens 101b'. Das Ausbilden des Grabens 101' kann mit Hilfe eines Lithographieverfahrens und eines Ätzverfahrens erfolgen, wobei die Nitrid-Schicht 108 als Hartmaske dient.In further process steps, as in 4C a ditch 101 ' in the substrate 105 educated. The ditch 101 ' is as a U-shaped ditch 101 ' formed, with vertical side walls 101a ' and a curved bottom 101b ' , The arrow 150 marks the lowest point of the trench 101 ' or the curved bottom 101b ' , Forming the trench 101 ' can be done by means of a lithography process and an etching process, wherein the nitride layer 108 serves as a hard mask.

Durch das Ausbilden des Grabens 101' werden gleichzeitig aus dem dotierten Bereich 106 ein dotierter Source-Bereich 106a sowie ein dotierter Drain-Bereich 106b mit entsprechenden Dotierstoffprofilen gebildet. Der Übergang zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich 106a und dem Wannenbereich 120 ist durch die dick gedruckte Linie 130a gekennzeichnet, der Übergang zwischen dem zweiten Source/Drain-Bereich 106b und dem Wannenbereich 120 ist entsprechend durch die dick gedruckte Linie 130b gekennzeichnet.By forming the trench 101 ' be simultaneously from the doped area 106 a doped source region 106a and a doped drain region 106b formed with corresponding dopant profiles. The transition between the first source / drain region 106a and the tub area 120 is through the thick printed line 130a characterized, the transition between the second source / drain region 106b and the tub area 120 is corresponding to the thick printed line 130b characterized.

Durch das Ausbilden des Grabens 101' werden ferner aus der ersten Oxid-Schicht 107 zwei Oxid-Teilschichten 107a und 107b gebildet, und aus der Nitrid-Schicht 108 werden zwei Nitrid-Teilschichten 108a und 108b gebildet.By forming the trench 101 ' are further made of the first oxide layer 107 two oxide sublayers 107a and 107b formed, and from the nitride layer 108 become two nitride sublayers 108a and 108b educated.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann auf den Seitenwänden 101a' und dem Boden 101b' des Grabens 101' eine Opferoxidschicht ausgebildet werden (nicht gezeigt). Die Opferoxidschicht kann in einem nachfolgenden Verfahrensschritt wieder entfernt werden.In a further process step may be on the side walls 101a ' and the floor 101b ' of the trench 101 ' a sacrificial oxide layer may be formed (not shown). The sacrificial oxide layer can be removed again in a subsequent method step.

In einem weiteren, in 4D gezeigten, Verfahrensschritt wird eine zweite Oxid-Schicht 103' auf den Seitenwänden 101a' und dem Boden 101b' des Grabens 101', sowie auf den Nitrid-Teilschichten 108a und 108b ausgebildet. Das Ausbilden der zweiten Oxid-Schicht 103' erfolgt zum Beispiel durch ein Aufwachsverfahren oder durch thermische Oxidation. Ein Teil der zweiten Oxid-Schicht 103' bildet anschaulich einen Teil des Gate-Oxids, welches die in weiteren Verfahrensschritten auszubildenden Floating-Gate-Bereiche von dem in dem Substrat 105 ausgebildeten Wannenbereich 120 sowie dem ersten Source/Drain-Bereich 106a und dem zweiten Source/Drain-Bereich 106b elektrisch isoliert. Anstelle einer einzelnen Oxid-Schicht 103' können auch mehrere (elektrisch isolierende) Schichten, welche zudem unterschiedliche Materialien aufweisen können, ausgebildet werden.In another, in 4D shown, process step is a second oxide layer 103 ' on the side walls 101a ' and the floor 101b ' of the trench 101 ' , as well as on the nitride partial layers 108a and 108b educated. Forming the second oxide layer 103 ' takes place, for example, by a growth process or by thermal oxidation. Part of the second oxide layer 103 ' Illustratively, it forms a part of the gate oxide, which forms the floating gate regions to be formed in further method steps from that in the substrate 105 trained tub area 120 and the first source / drain region 106a and the second source / drain region 106b electrically isolated. Instead of a single oxide layer 103 ' can also be several (electrically insulating) layers, which may also have different materials are formed.

In einem weiteren, in 4E gezeigten, Verfahrensschritt wird eine Spacer-Schicht 104 auf der zweiten Oxid-Schicht 103' ausgebildet. Das Ausbilden der Spacer-Schicht 104 erfolgt zum Beispiel mit Hilfe eines Abscheideverfahrens, z. B. eines Gasphasenabscheideverfahrens wie beispielsweise Chemical Vapor Deposition. Die Spacer-Schicht 104 weist vorzugsweise Polysilizium-Material auf, und wird daher auch als Poly-Spacer oder Poly-Liner bezeichnet. Alternativ kann die Spacer-Schicht 104 aber auch ein anderes Material wie z. B. elektrisch leitfähigen Kohlenstoff oder Titan-Nitrid (TiN) aufweisen.In another, in 4E shown, process step is a spacer layer 104 on the second oxide layer 103 ' educated. The formation of the spacer layer 104 takes place for example by means of a deposition method, z. As a gas phase deposition method such as chemical vapor deposition. The spacer layer 104 preferably comprises polysilicon material, and is therefore also referred to as poly-spacer or poly-liner. Alternatively, the spacer layer 104 but also another material such. B. electrically conductive carbon or titanium nitride (TiN).

In einem weiteren, in 4F gezeigten, Verfahrensschritt wird die Spacer-Schicht 104 mit Hilfe eines Trockenätzverfahrens anisotrop geätzt (so genannte Spacer-Ätzung), so dass Floating-Gate-Bereiche 104a und 104b aus Polysilizium ausgebildet werden. In dem gezeigten Beispiel werden ein erster Floating-Gate-Bereich 104a und ein zweiter Floating-Gate-Bereich 104b ausgebildet, welche durch die zweite Oxid-Schicht 103' von dem Substrat 105 bzw. von dem in dem Substrat 105 ausgebildeten dotierten Wannenbereich 120 sowie dem ersten Source/Drain-Bereich 106a und dem zweiten Source/Drain-Bereich 106b elektrisch isoliert sind. Das Polysilizium-Material der Spacer-Schicht 104 wird auch im Boden des Grabens 101' geätzt, so dass zwei voneinander getrennte Floating-Gate-Bereiche, i. e. der erste Floating-Gate-Bereich 104a und der zweite Floating-Gate-Bereich 104b, gebildet werden.In another, in 4F shown process step is the spacer layer 104 etched anisotropically using a dry etching process (so-called spacer etching), so that floating gate areas 104a and 104b be formed of polysilicon. In the example shown, a first floating gate region becomes 104a and a second floating gate region 104b formed by the second oxide layer 103 ' from the substrate 105 or in the substrate 105 trained doped tub area 120 and the first source / drain region 106a and the second source / drain region 106b are electrically isolated. The polysilicon material of the spacer layer 104 will also be in the bottom of the trench 101 ' etched so that two separate floating gate regions, ie the first floating gate region 104a and the second floating gate region 104b to be formed.

In einem weiteren, in 4G gezeigten, Verfahrensschritt wird eine dritte Oxid-Schicht 103'' auf den beiden Floating-Gate-Bereichen 104a und 104b sowie auf Teilbereichen der zweiten Oxid-Schicht 103' ausgebildet. Das Ausbilden der dritten Oxid-Schicht 103'' kann mit Hilfe eines Abscheideverfahrens (z. B. Gasphasenabscheideverfahren, Chemical Vapor Deposition) erfolgen, alternativ zum Beispiel durch thermische Oxidation.In another, in 4G shown process step is a third oxide layer 103 '' on the two floating gate areas 104a and 104b and on portions of the second oxide layer 103 ' educated. Forming the third oxide layer 103 '' can be carried out by means of a deposition process (eg vapor deposition method, chemical vapor deposition), alternatively for example by thermal oxidation.

Die dritte Oxid-Schicht 103'' bildet zusammen mit der zweiten Oxid-Schicht 103' einen elektrisch isolierenden Bereich 103, derart, dass die Floating-Gate-Bereiche 104a und 104b in dem elektrisch isolierenden Bereich 103 ausgebildet sind, vgl. 4J. Die zweite Oxid-Schicht 103' und die dritte Oxid-Schicht 103'' stellen anschaulich elektrisch isolierende Teilbereiche des elektrisch isolierenden Bereiches 103 dar.The third oxide layer 103 '' forms together with the second oxide layer 103 ' an electrically insulating area 103 such that the floating gate areas 104a and 104b in the electrically insulating region 103 are trained, cf. 4J , The second oxide layer 103 ' and the third oxide layer 103 '' clearly illustrate electrically insulating portions of the electrically insulating region 103 represents.

In einem weiteren, in 4H gezeigten, Verfahrensschritt wird eine Schicht 121 aus elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise Polysilizium-Material, ganzflächig auf der in 4G gezeigten Anordnung abgeschieden, so dass der Graben 101' mit dem Polysilizium-Material aufgefüllt wird. In 4H sind die zweite Oxid-Schicht 103' und die dritte Oxid-Schicht 103'' zu dem elektrisch isolierenden Bereich 103 zusammengefasst. Durch das Abscheiden der Schicht 121 wird in dem Graben 101' ein elektrisch leitender Bereich 102 ausgebildet, welcher elektrisch leitende Bereich 102 zumindest teilweise zwischen den beiden Floating-Gate-Bereichen 106a und 106b ausgebildet ist und von diesen durch den elektrisch isolierenden Bereich 103 elektrisch isoliert wird. Anders ausgedrückt ist der elektrisch isolierende Bereich 103 auf dem elektrisch leitenden Bereich 102 ausgebildet, und die in dem elektrisch isolierenden Bereich 103 ausgebildeten Floating-Gate-Bereiche 106a und 106b werden durch den elektrisch isolierenden Bereich 103 voneinander und von dem elektrisch leitenden Bereich 102 elektrisch isoliert.In another, in 4H shown, process step becomes a layer 121 made of electrically conductive material, preferably polysilicon material, over the entire surface of the in 4G deposited arrangement, so that the trench 101 ' is filled with the polysilicon material. In 4H are the second oxide layer 103 ' and the third oxide layer 103 '' to the electrically insulating area 103 summarized. By depositing the layer 121 is in the ditch 101 ' an electrically conductive area 102 formed, which electrically conductive area 102 at least partially between the two floating gate regions 106a and 106b is formed and of these by the electrically insulating region 103 is electrically isolated. In other words, the electrically insulating area 103 on the electrically conductive area 102 formed, and in the electrically insulating region 103 trained floating gate areas 106a and 106b be through the electrically insulating area 103 from each other and from the electrically conductive region 102 electrically isolated.

Der elektrisch leitende Bereich 102, welcher aus einem Teil der Schicht 121 gebildet wird, dient anschaulich als Steuer-Gate 102 des als Speicherzellen-Transistor ausgebildeten Multi-Bit-Speicherelementes 100.The electrically conductive area 102 which consists of a part of the layer 121 is formed, illustratively serves as a control gate 102 of the memory cell transistor formed as a multi-bit memory element 100 ,

Aus 4H ist ersichtlich, dass der erste Floating-Gate-Bereich 106a zumindest teilweise über einer ersten Seitenfläche 102a des elektrisch leitenden Bereiches bzw. des Steuer-Gates 102 ausgebildet ist, während der zweite Floating-Gate-Bereich 106b zumindest teilweise über einer zweiten Seitenfläche 102b des elektrisch leitenden Bereiches bzw. des Steuer-Gates 102 ausgebildet ist, wobei die zweite Seitenfläche 102b der ersten Seitenfläche 102a gegenüber liegt.Out 4H it can be seen that the first floating gate area 106a at least partially over a first side surface 102 of the electrically conductive region or of the control gate 102 is formed while the second floating gate region 106b at least partially over a second side surface 102b of the electrically conductive region or of the control gate 102 is formed, wherein the second side surface 102b the first side surface 102 is opposite.

In weiteren Verfahrensschritten wird auf der elektrisch leitfähigen Schicht 121 eine Hartmaske ausgebildet (nicht gezeigt), und die elektrisch leitfähige Schicht 121 wird unter Verwendung eines Lithographieverfahrens und eines Ätzverfahrens strukturiert, so dass Teile des elektrisch isolierenden Bereiches 103 freigelegt werden, wie in 4I gezeigt. Nach dem Strukturieren der elektrisch leitfähigen Schicht 121 verbleibt ein elektrisch leitender Bereich 110, auch Wortleitungs-Bereich 110 bzw. Wortleitung 110 genannt, welcher zum elektrischen Kontaktieren des elektrisch leitenden Bereiches 102 bzw. Steuer-Gates 102 des Multi-Bit-Speicherelements bzw. Speicherzellen-Transistors 100 dient.In further process steps is on the electrically conductive layer 121 a hard mask (not shown), and the electrically conductive layer 121 is patterned using a lithography process and an etching process so that parts of the electrically insulating region 103 be exposed as in 4I shown. After structuring the electrically conductive layer 121 an electrically conductive area remains 110 , also word line area 110 or word line 110 called, which for electrically contacting the electrically conductive region 102 or control gates 102 of the multi-bit memory element or memory cell transistor 100 serves.

In weiteren Verfahrensschritten wird das Floating-Gate-Polysilizium-Material in dem Graben neben der Wortleitung 110 durch reaktives Ionenätzen separiert. Die auf dem Wortleitungsbereich 110 ausgebildete Hartmaske wird entfernt, und der Graben wird neben der Wortleitung 110 mit Oxid-Material gefüllt, wodurch elektrisch isolierende Bereiche 109a und 109b gebildet werden, vgl. 4J. Weiterhin werden durch Entfernen von Teilen der Oxid-Teilschichten 107a und 107b, der darüber liegenden Nitrid-Teilschichten 108a und 108b sowie der darüber ausgebildeten Teilbereiche des elektrisch isolierenden Bereiches 103 (zum Beispiel durch ein Ätzverfahren) ein Teil der Oberfläche des ersten Source/Drain-Bereiches 106a sowie ein Teil der Oberfläche des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b freigelegt. Auf dem freigelegten Teil der Oberfläche des ersten Source/Drain-Bereiches 106a wird ein erster Bitleitungs-Bereich 111 ausgebildet, welcher erste Bitleitungs-Bereich 111 zum elektrischen Kontaktieren des ersten Source/Drain-Bereiches 106a dient, und auf dem freigelegten Teil der Oberfläche des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b wird ein zweiter Bitleitungs-Bereich 112 ausgebildet, welcher zweite Bitleitungs-Bereich 112 zum elektrischen Kontaktieren des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b dient. Der erste Bitleitungs-Bereich 111 wird durch die elektrisch isolierenden Bereiche 103, 107a, 108a und 109a von dem Wortleitungs-Bereich 110 elektrisch isoliert, und der zweite Bitleitungs-Bereich 112 wird durch die elektrisch isolierenden Bereiche 103, 107b, 108b und 109b von dem Wortleitungs-Bereich 110 elektrisch isoliert.In further process steps, the floating gate polysilicon material is in the trench adjacent to the wordline 110 separated by reactive ion etching. The on the word line area 110 trained hard mask is removed, and the Digging will be next to the wordline 110 filled with oxide material, creating electrically insulating areas 109a and 109b are formed, cf. 4J , Furthermore, by removing portions of the oxide sublayers 107a and 107b , the nitride sublayers overlying it 108a and 108b as well as the subsections of the electrically insulating region formed above it 103 (For example, by an etching method) a part of the surface of the first source / drain region 106a and a part of the surface of the second source / drain region 106b exposed. On the exposed part of the surface of the first source / drain region 106a becomes a first bit line area 111 formed, which first bit line area 111 for electrically contacting the first source / drain region 106a serves, and on the exposed part of the surface of the second source / drain region 106b becomes a second bit line area 112 formed, which second bit line area 112 for electrically contacting the second source / drain region 106b serves. The first bitline area 111 is through the electrically insulating areas 103 . 107a . 108a and 109a from the word line area 110 electrically isolated, and the second bit line area 112 is through the electrically insulating areas 103 . 107b . 108b and 109b from the word line area 110 electrically isolated.

Die nach den oben beschriebenen Verfahrensschritten erhaltene Multi-Bit-Speicherzelle 100 mit der fertig ausgebildeten Grabenstruktur 101 ist in 4J gezeigt und entspricht dem in 1 gezeigten Multi-Bit-Speicherelement 100.The multi-bit memory cell obtained by the above-described process steps 100 with the finished trench structure 101 is in 4J shown and corresponds to the in 1 shown multi-bit memory element 100 ,

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass bei dem oben beschriebenen Verfahren aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Angabe von Parameterbereichen bei Temperaturschritten wie zum Beispiel inerten Anneals oder thermischen Oxidationen verzichtet wurde. Es können die in der entsprechenden Prozess-Technologie allgemein üblichen Parameterbereiche gewählt werden.In this context, it should be noted that in the method described above, for reasons of clarity, an indication of parameter ranges in the case of temperature steps such as, for example, inert anneals or thermal oxidations was dispensed with. It is possible to select the parameter ranges generally used in the corresponding process technology.

Hinsichtlich des unter Bezug auf die 4A bis 4J schematisch dargestellten Verfahrens zum Herstellen eines Multi-Bit-Speicherelementes 100 mit einer Grabenstruktur 101 ist anzumerken, dass unter realen Prozessbedingungen das Gate-Oxid auf Bereichen mit stark n-dotiertem (n+) Silizium (d. h. den stark dotierten Teilbereichen des ersten Source/Drain-Bereiches 106a bzw. des zweiten Source/Drain-Bereiches 106b) üblicherweise nahezu doppelt so dick ausgebildet wird wie auf Bereichen mit mäßiger Dotierung. Dies ist vorteilhaft, da genau in diesen Gebieten eine hohe elektrische Feldstärke auftritt (vgl. 2B). In einer dickeren Oxid-Schicht nimmt die elektrische Feldstärke ab.With regard to the reference to the 4A to 4J schematically illustrated method for producing a multi-bit memory element 100 with a trench structure 101 It should be noted that under real process conditions, the gate oxide on regions of heavily n-doped (n + ) silicon (ie the heavily doped portions of the first source / drain region 106a or the second source / drain region 106b ) is usually formed almost twice as thick as in areas with moderate doping. This is advantageous since it is precisely in these areas that a high electric field strength occurs (cf. 2 B ). In a thicker oxide layer, the electric field strength decreases.

Es ist weiterhin anzumerken, dass sich beim Ausbilden einer Opferoxidschicht sowie beim Ausbilden des Gate-Oxids durch thermische Oxidation bzw. thermisches Wachstum die Grenzfläche zwischen Gate-Oxid und Silizium automatisch in Richtung der Source/Drain-Bereiche verschiebt. Dies ist vorteilhaft, da sich dadurch die Kanallänge vergrößert aber nicht die Öffnung des Grabens bzw. der Grabenstruktur, welche Öffnung mit der Feature Size korreliert ist.It should also be noted that when a sacrificial oxide layer is formed and the gate oxide is formed by thermal oxidation or thermal growth, the interface between the gate oxide and silicon automatically shifts towards the source / drain regions. This is advantageous since it increases the channel length but not the opening of the trench or the trench structure, which opening is correlated with the feature size.

In den schematischen Darstellungen der 1 und 4J weist der elektrisch isolierende Randbereich 103c in der Nähe des Scheitels 150 der Grabenstruktur 101 eine doppelte Dicke auf. Der Grund hierfür ist, dass bei dem gezeigten Beispiel die dritte Oxid-Schicht 103'' unter Verwendung eines Abscheideverfahrens ausgebildet wird (vgl. 4G). Falls die dritte Oxid-Schicht 103'' hingegen durch thermische Oxidation ausgebildet wird, kommt es nicht zu dem oben genannten Effekt einer ”doppelt-dicken” Oxid-Schicht.In the schematic representations of 1 and 4J has the electrically insulating edge region 103c near the crest 150 the trench structure 101 a double thickness. The reason for this is that in the example shown, the third oxide layer 103 '' is formed using a deposition method (see. 4G ). If the third oxide layer 103 '' however, is formed by thermal oxidation, it does not come to the above-mentioned effect of a "double-thick" oxide layer.

5 zeigt ein Multi-Bit-Speicherelement 500 mit einer Grabenstruktur 501 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Grabenstruktur 501 weist eine U-förmige Struktur auf mit einem gekrümmten unteren Teilbereich, wobei der tiefste Punkt der Grabenstruktur 501, anschaulich der Scheitel des gekrümmten Teilbereiches bzw. des ”U's” der Grabenstruktur 501, durch den Pfeil 550 gekennzeichnet ist. 5 shows a multi-bit memory element 500 with a trench structure 501 according to an embodiment of the invention. The trench structure 501 has a U-shaped structure with a curved lower portion, the lowest point of the trench structure 501 , vividly the vertex of the curved portion or the "U's" of the trench structure 501 , by the arrow 550 is marked.

Die Grabenstruktur 501 weist einen elektrisch leitenden Bereich 502 auf sowie einen auf dem elektrisch leitenden Bereich 502 ausgebildeten elektrisch isolierenden Bereich 503. Ferner weist die Grabenstruktur 501 einen ersten Floating-Gate-Bereich 504a, einen zweiten Floating-Gate-Bereich 504b, einen dritten Floating-Gate-Bereich 514a und einen vierten Floating-Gate-Bereich 514b auf, welche in dem elektrisch isolierenden Bereich 503 ausgebildet sind und durch den elektrisch isolierenden Bereich 503 voneinander und von dem elektrisch leitenden Bereich 502 elektrisch isoliert sind.The trench structure 501 has an electrically conductive area 502 on and one on the electrically conductive area 502 trained electrically insulating area 503 , Furthermore, the trench structure has 501 a first floating gate region 504a , a second floating gate region 504b , a third floating gate area 514a and a fourth floating gate region 514b which is in the electrically insulating region 503 are formed and through the electrically insulating region 503 from each other and from the electrically conductive region 502 are electrically isolated.

Die vier Floating-Gate-Bereiche 504a, 504b, 514a und 514b dienen anschaulich als Floating-Gates zum Speichern von vier Bits, und der elektrisch leitende Bereich 502 dient anschaulich als Steuer-Gate, mit dessen Hilfe Schreib-, Lösch- und Lesevorgänge in dem Multi-Bit-Speicherelement 500 gesteuert werden können.The four floating gate areas 504a . 504b . 514a and 514b serve illustratively as floating gates for storing four bits, and the electrically conductive area 502 serves as a control gate, with the help of which write, erase and read operations in the multi-bit memory element 500 can be controlled.

Analog zu 1 bezeichnet der Pfeil 160 die horizontale Achse, welche senkrecht auf den Seitenwänden 502a, 502b des elektrisch leitenden Bereiches 502 steht. Der Pfeil 170 bezeichnet die vertikale Achse, welche senkrecht auf der horizontalen Achse steht und in der in 5 gezeigten Schnittebene der Grabenstruktur 501 liegt.Analogous to 1 the arrow indicates 160 the horizontal axis, which is perpendicular to the side walls 502a . 502b of the electrically conductive region 502 stands. The arrow 170 denotes the vertical axis, which is perpendicular to the horizontal axis stands and in the in 5 shown section plane of the trench structure 501 lies.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der erste Floating-Gate-Bereich 504a und der dritte Floating-Gate-Bereich 514a zumindest teilweise über einer ersten Seitenfläche 502a des elektrisch leitenden Bereiches 502 ausgebildet, während der zweite Floating-Gate-Bereich 504b und der vierte Floating-Gate-Bereich 514b zumindest teilweise über einer zweiten Seitenfläche 502b des elektrisch leitenden Bereiches 502 ausgebildet sind, wobei die zweite Seitenfläche 502b der ersten Seitenfläche 502a gegenüberliegt. Ferner gilt bezogen auf die vertikale Achse 170 der Grabenstruktur, dass der erste Floating-Gate-Bereich 504a über dem dritten Floating-Gate-Bereich 514a ausgebildet ist, und dass der zweite Floating-Gate-Bereich 504b über dem vierten Floating-Gate-Bereich 514b ausgebildet ist.In the embodiment shown, the first floating gate region 504a and the third floating gate region 514a at least partially over a first side surface 502a of the electrically conductive region 502 formed during the second floating gate area 504b and the fourth floating gate region 514b at least partially over a second side surface 502b of the electrically conductive region 502 are formed, wherein the second side surface 502b the first side surface 502a opposite. Furthermore, with respect to the vertical axis 170 the trench structure that is the first floating gate area 504a over the third floating gate area 514a is formed, and that the second floating gate area 504b above the fourth floating gate area 514b is trained.

Die vier Floating-Gate-Bereiche (Floating-Gates) 504a, 504b, 514a und 514b weisen Polysilizium-Material auf. Alternativ können die Floating-Gates aber zum Beispiel auch elektrisch leitendes Kohlenstoff-Material oder Titan-Nitrid (TiN) aufweisen.The four floating gate areas (floating gates) 504a . 504b . 514a and 514b have polysilicon material. Alternatively, however, the floating gates may also include, for example, electrically conductive carbon material or titanium nitride (TiN).

Der elektrisch leitende Bereich (Steuer-Gate) 502 weist ebenfalls Polysilizium-Material auf.The electrically conductive area (control gate) 502 also has polysilicon material.

Der elektrisch isolierende Bereich 503 ist aus einem Oxid-Material ausgebildet (z. B. Siliziumdioxid). Der elektrisch isolierende Bereich 503 wird daher auch als Gate-Oxid 503 bezeichnet.The electrically insulating area 503 is formed of an oxide material (eg, silicon dioxide). The electrically insulating area 503 is therefore also called gate oxide 503 designated.

Allgemein kann der elektrisch isolierende Bereich 503 ein dielektrisches Material aufweisen.Generally, the electrically insulating region 503 comprise a dielectric material.

Das Multi-Bit-Speicherelement 500 weist ein Substrat 505 auf, welches als Silizium-Substrat ausgebildet ist. In dem Substrat 505 sind ein erster Source/Drain-Bereich 506a und ein zweiter Source/Drain-Bereich 506b ausgebildet. Die Grabenstruktur 501 ist in dem Substrat 505 ausgebildet, derart, dass die Grabenstruktur 501 zumindest teilweise zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich 506a und dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b ausgebildet ist. Die Grabenstruktur 501 ist durch den elektrisch isolierenden Bereich 503 von dem Substrat 505 bzw. dem ersten Source/Drain-Bereich 506a und dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b elektrisch isoliert.The multi-bit memory element 500 has a substrate 505 on, which is formed as a silicon substrate. In the substrate 505 are a first source / drain region 506a and a second source / drain region 506b educated. The trench structure 501 is in the substrate 505 formed such that the trench structure 501 at least partially between the first source / drain region 506a and the second source / drain region 506b is trained. The trench structure 501 is through the electrically insulating area 503 from the substrate 505 or the first source / drain region 506a and the second source / drain region 506b electrically isolated.

Der erste Source/Drain-Bereich 506a und der zweite Source/Drain-Bereich 506b sind dotiert, wobei in beiden Bereichen die Dotierstoffkonzentration zur Substratoberfläche hin, anschaulich ”von unten nach oben”, zunimmt. Mit anderen Worten weisen der erste Source/Drain-Bereich 506a bzw. der zweite Source/Drain-Bereich 506b jeweils ein variables Dotierstoffprofil auf, wobei die Dotierungsstärke von unten nach oben zunimmt.The first source / drain region 506a and the second source / drain region 506b are doped, wherein in both areas, the dopant concentration to the substrate surface, vividly "from bottom to top", increases. In other words, the first source / drain region 506a or the second source / drain region 506b each have a variable dopant profile, wherein the doping strength increases from bottom to top.

Dies wird durch die in 5 gezeigten übereinander angeordneten sechs Teilbereiche des ersten Source/Drain-Bereiches 506a bzw. des zweiten Source/Drain-Bereiches 506b veranschaulicht, welche sechs Teilbereiche jeweils eine in etwa konstante Dotierstoffkonzentration aufweisen, wobei die Dotierstoffkonzentration vom untersten Teilbereich bis zum obersten Teilbereich zunimmt.This is done by the in 5 shown stacked six sections of the first source / drain region 506a or the second source / drain region 506b FIG. 2 illustrates which six partial regions each have an approximately constant dopant concentration, the dopant concentration increasing from the lowest partial region to the uppermost partial region.

Wenn man die Teilbereiche des ersten Source/Drain-Bereiches 506a bzw. des zweiten Source/Drain-Bereiches 506b von unten nach oben mit 1 bis 6 durchnummeriert, und die Dotierungstärke des i-ten Bereiches (1 ≤ i ≤ 6) mit Di =

Figure DE102005055302B4_0004
cm–3 bezeichnet, kann beispielsweise gelten: 17,5 ≤ n1 ≤ 18, 18 ≤ n2 ≤ 18,5, 18,5 ≤ n3 ≤ 19, 19 ≤ n4 ≤ 19,5, 19,5 ≤ n5 ≤ 20, 20 ≤ n6 ≤ 20,5.Taking the subregions of the first source / drain region 506a or the second source / drain region 506b numbered from bottom to top with 1 to 6, and the doping strength of the i-th region (1 ≤ i ≤ 6) with D i =
Figure DE102005055302B4_0004
cm -3 , for example, 17.5 ≦ n 1 ≦ 18, 18 ≦ n 2 ≦ 18.5, 18.5 ≦ n 3 ≦ 19, 19 ≦ n 4 ≦ 19.5, 19.5 ≦ n 5 ≤ 20, 20 ≤ n 6 ≤ 20.5.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Unterteilung des dotierten Source-Bereiches 506a bzw. des dotierten Drain-Bereiches 506b in jeweils sechs Teilbereiche mit jeweils ungefähr konstanter Dotierstärke nur beispielhaft zu verstehen ist. Es können auch andere Dotierstoffprofile ausgebildet werden, wobei die genaue Form des Dotierstoffprofils bzw. die Ortsabhängigkeit der Dotierstärke in dem ersten Source/Drain-Bereich 506a bzw. dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b im Hinblick auf die Funktionalität des Multi-Bit-Speicherelementes 500 optimiert werden kann.In this context, it should be noted that the subdivision of the doped source region 506a or the doped drain region 506b in each case six subregions, each with approximately constant doping intensity, are to be understood by way of example only. It is also possible to form other dopant profiles, the exact shape of the dopant profile or the location dependence of the doping strength in the first source / drain region 506a or the second source / drain region 506b in terms of the functionality of the multi-bit memory element 500 can be optimized.

Das Multi-Bit-Speicherelement 500 weist ferner einen Wortleitungs-Bereich 510 auf, welcher zumindest teilweise auf dem elektrischen leitenden Bereich 502 bzw. dem Steuer-Gate 502 ausgebildet ist. Der Wortleitungs-Bereich 502 dient als Wortleitung zum elektrischen Kontaktieren bzw. Ansteuern des Steuer-Gates 502. Der Wortleitungs-Bereich 510 weist Polysilizium-Material auf.The multi-bit memory element 500 also has a word line area 510 on, which at least partially on the electrically conductive region 502 or the control gate 502 is trained. The word line area 502 serves as a word line for electrically contacting or driving the control gate 502 , The word line area 510 has polysilicon material.

Weiterhin weist das Multi-Bit-Speicherelement 500 einen ersten Bitleitungs-Bereich 511 auf, welcher auf einem Teil des ersten Source/Drain-Bereiches 506a ausgebildet ist, sowie einen zweiten Bitleitungs-Bereich 512, welcher auf einem Teil des zweiten Source/Drain-Bereiches 506b ausgebildet ist. Der erste Bitleitungs-Bereich 511 und der zweite Bitleitungsbereich 512 dienen als Bitleitungen zum elektrischen Kontaktieren bzw. Ansteuern des ersten Source/Drain-Bereiches 506a bzw. des zweiten Source/Drain-Bereiches 506b. Der erste Bitleitungs-Bereich 511 und der zweite Bitleitungs-Bereich 512 weisen Polysilizium-Material auf.Furthermore, the multi-bit memory element 500 a first bitline area 511 which is on a part of the first source / drain region 506a is formed, and a second bit line area 512 which is on a part of the second source / drain region 506b is trained. The first bitline area 511 and the second bit line area 512 serve as bit lines for electrically contacting or driving the first source / drain region 506a or the second source / drain region 506b , The first bitline area 511 and the second bit line area 512 have polysilicon material.

Der erste Bitleitungs-Bereich 511 ist von dem Wortleitungs Bereich 510 durch einen elektrisch isolierenden Bereich 509a elektrisch isoliert, und der zweite Bitleitungs-Bereich 512 ist von dem Wortleitungs-Bereich 510 durch einen elektrisch isolierenden Bereich 509b elektrisch isoliert, wobei die elektrisch isolierenden Bereiche 509a und 509b ein Oxid-Material aufweisen. Allgemein können die elektrisch isolierenden Bereiche 509a und 509b ein dielektrisches Material aufweisen.The first bitline area 511 is from the word line area 510 through an electrically insulating area 509a electrically isolated, and the second bitline area 512 is from the word line area 510 through an electrically insulating area 509b electrically isolated, the electrically insulating areas 509a and 509b have an oxide material. In general, the electrically insulating areas 509a and 509b comprise a dielectric material.

Das Multi-Bit-Speicherelement 500 weist ferner einen dritten Bitleitungs-Bereich 513 auf, welcher auf einem unteren Teilbereich der Grabenstruktur 501 ausgebildet ist. Wie in 5 gezeigt, ist der dritte Bitleitungs-Bereich 513 teilweise unterhalb der Grabenstruktur 501 ausgebildet und wird daher auch als vergrabener Bitleitungs-Bereich bezeichnet.The multi-bit memory element 500 also has a third bit line area 513 on, which on a lower portion of the trench structure 501 is trained. As in 5 is the third bitline area 513 partly below the trench structure 501 is formed and is therefore also referred to as a buried bit line area.

Der dritte Bitleitungs-Bereich 513 ist auf einem Teilbereich des elektrisch isolierenden Bereiches 503 ausgebildet, derart, dass der dritte Bitleitungs-Bereich 513 von dem elektrisch leitenden Bereich 502 und den vier Floating-Gate-Bereichen 504a, 504b, 514a und 514b elektrisch isoliert ist.The third bitline area 513 is on a portion of the electrically insulating region 503 formed such that the third bit line area 513 from the electrically conductive region 502 and the four floating gate areas 504a . 504b . 514a and 514b is electrically isolated.

Der dritte Bitleitungs-Bereich 513 ist n-dotiert, wobei die Dotierstoffkonzentration zwischen 1017 cm–3 und 1021 cm–3 beträgt und das Dotierstoffprofil in dem dritten Bitleitungs-Bereich durch die Konturlinien angedeutet ist: die Dotierstoffkonzentration in dem dritten Bitleitungs-Bereich 513 nimmt von innen nach außen ab, mit anderen Worten weist der Teilbereich des dritten Bitleitungs-Bereiches 513, welcher Teilbereich durch die Oberfläche der Grabenstruktur und die innerste Konturlinie begrenzt wird, die höchste Dotierstoffkonzentration auf (1021 cm–3), während die Dotierstoffkonzentration in den angrenzenden Teilbereichen des dritten Bitleitungs-Bereiches 513 abnimmt.The third bitline area 513 is n-doped, wherein the dopant concentration is between 10 17 cm -3 and 10 21 cm -3 and the dopant profile in the third bit line region is indicated by the contour lines: the dopant concentration in the third bit line region 513 decreases from the inside to the outside, in other words, the portion of the third bit line area 513 , which portion is bounded by the surface of the trench structure and the innermost contour line, the highest dopant concentration on (10 21 cm -3 ), while the dopant concentration in the adjacent portions of the third bit line region 513 decreases.

Die Dotierung des dritten Bitleitungs-Bereiches 513 kann zum Beispiel mit Hilfe eines Ionenimplantationsverfahrens erfolgen. Alternativ kann die Dotierung durch Ausdiffusion aus einem als Dotierstoffquelle wirkenden Material erfolgen.The doping of the third bit line region 513 can be done for example by means of an ion implantation method. Alternatively, the doping can be effected by outdiffusion from a material acting as a dopant source.

Der unterhalb der Grabenstruktur 501, des ersten Source/Drain-Bereiches 506a und des zweiten Source/Drain-Bereiches 506b gelegene Teilbereich des Substrats 505 ist als p-dotierter Wannenbereich 520 ausgebildet, wobei die Dotierstoffkonzentration in dem dotierten Wannenbereich 520 zwischen 5 × 1016 cm–3 und 5 × 1017 cm–3 betragen kann.The below the trench structure 501 , the first source / drain region 506a and the second source / drain region 506b located subregion of the substrate 505 is as a p-doped well area 520 formed, wherein the dopant concentration in the doped well region 520 between 5 × 10 16 cm -3 and 5 × 10 17 cm -3 .

Der Übergang zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich 506a und dem dotierten Wannenbereich 520 des Substrats 505 wird durch die dick gedruckte Linie 530a veranschaulicht, und der Übergang zwischen dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b und dem dotierten Wannenbereich 520 des Substrats 505 wird durch die dick gedruckte Linie 530b veranschaulicht. Die Übergänge 530a bzw. 530b werden auch als Bitleitungs-Übergänge bzw. Bitline-Junctions bezeichnet.The transition between the first source / drain region 506a and the doped well area 520 of the substrate 505 gets through the thick printed line 530a and the transition between the second source / drain region 506b and the doped well area 520 of the substrate 505 gets through the thick printed line 530b illustrated. The transitions 530a respectively. 530b are also referred to as bitline junctions or bitline junctions.

Das in 5 gezeigte Multi-Bit-Speicherelement 500 ist anschaulich als nicht-flüchtige Speicherzelle (NVM-Cell) ausgebildet, mit einer Grabenstruktur 501 sowie vier Poly-Floating-Gates 504a, 504b, 514a und 514b (d. h. Floating-Gates aus Polysilizium) zum Speichern von vier Bits. Das Multi-Bit-Speicherelement 500 bzw. die Multi-Bit-Speicherzelle 500 weist anschaulich zwei senkrechte MOS-Feldeffekttransistoren (MOSFET) auf, mit drei Bitleitungs-Bereichen bzw. Bitleitungen 511, 512 und 513, wobei die dritte Bitleitung 513 als vergrabene Bitleitung ausgebildet ist.This in 5 shown multi-bit memory element 500 is illustratively designed as a non-volatile memory cell (NVM cell), with a trench structure 501 as well as four poly-floating gates 504a . 504b . 514a and 514b (ie polysilicon floating gates) for storing four bits. The multi-bit memory element 500 or the multi-bit memory cell 500 clearly shows two vertical MOS field effect transistors (MOSFET), with three bit line areas or bit lines 511 . 512 and 513 where the third bit line 513 is designed as a buried bit line.

Die Grabenstruktur 501 weist zum Beispiel bei einer Feature Size F von 60 nm entlang der horizontalen Achse 160 eine maximale Ausdehnung d4 = 60 nm ± 5 nm auf. Anschaulich entspricht d4 der Feature Size des Multi-Bit-Speicherelementes 500.The trench structure 501 For example, at a feature size, F indicates 60 nm along the horizontal axis 160 a maximum extension d 4 = 60 nm ± 5 nm. Illustratively, d 4 corresponds to the feature size of the multi-bit memory element 500 ,

Weiterhin weist die Grabenstruktur 501 bei F = 60 nm entlang der vertikalen Achse 170 beispielsweise eine maximale Ausdehnung von 200 nm ± 15 nm auf.Furthermore, the trench structure 501 at F = 60 nm along the vertical axis 170 for example, a maximum extension of 200 nm ± 15 nm.

Bei Anlegen einer positiven Spannung an die Wortleitung 510 wird anschaulich zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich 506a und dem dritten Bitleitungs-Bereich 513 ein erster leitender Kanal in dem Substrat 505 bzw. dem in dem Substrat 505 ausgebildeten Wannenbereich 520 ausgebildet, und zwischen dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b und dem dritten Bitleitungs-Bereich 513 wird ein zweiter leitender Kanal in dem Substrat 505 bzw. dem in dem Substrat 505 ausgebildeten Wannenbereich 520 ausgebildet.When applying a positive voltage to the word line 510 becomes apparent between the first source / drain region 506a and the third bit line area 513 a first conductive channel in the substrate 505 or in the substrate 505 trained tub area 520 formed, and between the second source / drain region 506b and the third bit line area 513 becomes a second conductive channel in the substrate 505 or in the substrate 505 trained tub area 520 educated.

Im Hinblick auf die Funktionalität der Multi-Bit-Speicherzelle 500 ist es notwendig, die genauen Abmessungen von charakteristischen Merkmalen der Grabenstruktur 501, wie zum Beispiel die Längen des ersten leitenden Kanals und des zweiten leitenden Kanals, die Abmessungen der Floating-Gates 504a, 504b, 514a und 514b, etc. zu optimieren, zum Beispiel mit Hilfe von Computersimulationen.With regard to the functionality of the multi-bit memory cell 500 it is necessary to know the exact dimensions of characteristic features of the trench structure 501 such as the lengths of the first conductive channel and the second conductive channel, the dimensions of the floating gates 504a . 504b . 514a and 514b , etc., for example, with the help of computer simulations.

Es sei daher an dieser Stelle angemerkt, dass die oben genannten Werte für die Ausdehnungen der Multi-Bit-Speicherzelle 500 entlang der horizontalen Achse 160 bzw. entlang der vertikalen Achse 170 als beispielhaft zu verstehen sind. Für andere Feature Sizes können entsprechend modifizierte Ausdehnungen gewählt werden.It should therefore be noted at this point that the above values for the dimensions of the multi-bit memory cell 500 along the horizontal axis 160 or along the vertical axis 170 are to be understood as exemplary. For other feature sizes, modified extents can be selected.

Anhand der folgenden 6A bis 7D wird die Funktionsweise, genauer die Realisierung von Programmiervorgängen und Lesevorgängen, der in 5 gezeigten Multi-Bit-Speicherzelle 500 schematisch näher erläutert.Based on the following 6A to 7D is the functioning, more precisely the realization of programming operations and read operations, the in 5 shown multi-bit memory cell 500 schematically explained in more detail.

Anschaulich weist die Multi-Bit-Speicherzelle 500 zwei vertikale Transistoren (MOSFETs) mit einem gemeinsamen Steuer-Gate 502 sowie einer gemeinsamen Bitleitung, i. e. der vergrabenen dritten Bitleitung 513, auf. Das Programmieren der Multi-Bit-Speicherzelle 500 erfolgt durch die Injektion heißer Elektronen (Channel Hot Electron Injektion) auf die Floating-Gates, und das Löschen erfolgt durch die Injektion heißer Löcher (Hot Holes) auf die Floating-Gates.Illustratively, the multi-bit memory cell 500 two vertical transistors (MOSFETs) with a common control gate 502 and a common bit line, ie the buried third bit line 513 , on. Programming the multi-bit memory cell 500 This is done by injecting hot electrons (Channel Hot Electron Injection) onto the floating gates and erasing them by injecting hot holes onto the floating gates.

Die genauen Spannungs-Bedingungen für Schreib-/Lesevorgänge bzw. Löschvorgänge sowie die genauen Abmessungen der Multi-Bit-Speicherzelle 500 können optimiert werden. Zum Beispiel kann das quantenmechanische Tunneln von Elektronen durch den elektrisch isolierenden Bereich 503 (Fowler-Nordheim Tunneling) unterdrückt werden.The exact voltage conditions for read / write operations and the exact dimensions of the multi-bit memory cell 500 can be optimized. For example, the quantum mechanical tunneling of electrons through the electrically insulating region 503 (Fowler-Nordheim Tunneling) are suppressed.

Ein grundlegendes Prinzip beim Betrieb der Multi-Bit-Speicherzelle 500 besteht darin, dass während des Betriebes von einem der beiden vertikalen Transistoren auf der einen Seite des Grabens bzw. der Grabenstruktur 501 (z. B. um einen Programmier-, Lösch- oder Lesevorgang durchzuführen) der Transistor auf der anderen Seite der Grabenstruktur 501 ”deaktiviert” wird. Das Deaktivieren dieses Transistors wird dadurch erreicht, dass die zugehörige obere Bitleitung, d. h. der erste Bitleitungs-Bereich 511 im Falle des ”linken” Transistors bzw. der zweite Bitleitungs-Bereich 512 im Falle des ”rechten” Transistors, und somit der erste Source/Drain-Bereich 506a bzw. Drain-Bereich 506b auf dasselbe elektrische Potential gelegt werden wie die vergrabene Bitleitung 513.A fundamental principle in the operation of the multi-bit memory cell 500 is that during operation of one of the two vertical transistors on the one side of the trench or the trench structure 501 (eg to perform a program, erase or read operation) the transistor on the other side of the trench structure 501 Is "deactivated". The deactivation of this transistor is achieved in that the associated upper bit line, ie the first bit line area 511 in the case of the "left" transistor or the second bit line area 512 in the case of the "right" transistor, and thus the first source / drain region 506a or drain area 506b be set to the same electrical potential as the buried bit line 513 ,

6A zeigt einen Programmiervorgang (”Program”) in dem Multi-Bit-Speicherelement 500, bei dem der Ladungszustand des ersten Floating-Gates 504a durch Injektion heißer Elektronen (durch den Pfeil ”Hot Electron Injection” gekennzeichnet) geändert wird. Dabei liegt an dem ersten Source/Drain-Bereich 506a ein elektrisches Potential von etwa +5 V an, an dem Steuer-Gate 502 liegt ein elektrisches Potential von etwa +4 V an, und an dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b sowie dem dritten Bitleitungs-Bereich 513 liegt jeweils ein elektrisches Potential von 0 V an. 6A shows a program operation ("Program") in the multi-bit memory element 500 in which the charge state of the first floating gate 504a is changed by injection of hot electrons (indicated by the arrow "Hot Electron Injection"). This is due to the first source / drain region 506a an electric potential of about +5 V on, at the control gate 502 is an electric potential of about +4 V, and at the second source / drain region 506b and the third bit line area 513 in each case an electrical potential of 0 V is applied.

Durch den positiven Bias des ersten Source/Drain-Bereiches 506a gegenüber dem dritten Bitleitungs-Bereich 513 werden anschaulich die Elektronen ”links neben” der Grabenstruktur in Richtung des ersten Source/Drain-Bereiches 506a beschleunigt, und durch den positiven Bias des Steuer-Gates 502 gleichzeitig in Richtung der Grabenstruktur beschleunigt. In der Nähe des ersten Floating-Gate-Bereiches 504a haben die Elektronen genügend kinetische Energie gewonnen, um durch den elektrisch isolierenden Bereich 503 auf das erste Floating-Gate 504a zu gelangen (Pfeil ”Hot Electron Injection”), wodurch der Ladungszustand des ersten Floating-Gates 504a geändert wird. In der Nähe des dritten Floating-Gates 514a ist die kinetische Energie der Elektronen noch nicht ausreichend, um eine Injektion von Elektronen auf das dritte Floating-Gate 514a zu bewirken.Due to the positive bias of the first source / drain region 506a opposite the third bitline area 513 the electrons are "left next to" the trench structure in the direction of the first source / drain region 506a accelerated, and by the positive bias of the control gate 502 accelerated simultaneously towards the trench structure. Near the first floating gate area 504a the electrons have gained enough kinetic energy to pass through the electrically insulating region 503 on the first floating gate 504a to reach (arrow "Hot Electron Injection"), whereby the charge state of the first floating gate 504a will be changed. Near the third floating gate 514a The kinetic energy of the electrons is still insufficient to make an injection of electrons onto the third floating gate 514a to effect.

Da der zweite Source/Drain-Bereich 506b das gleiche elektrische Potential (i. e. 0 V) aufweist wie der dritte Bitleitungs-Bereich 513, kommt es in dem Bereich ”rechts neben” der Grabenstruktur zu keiner signifikanten Aufheizung der sich dort befindenden Elektronen (durch den Doppelpfeil ”No Heating of Electrons” gekennzeichnet), und damit auch nicht zu einer Injektion von Elektronen auf dem zweiten Floating-Gate 504b oder dem vierten Floating-Gate 514b. Anschaulich ist der rechte vertikale Transistor der Multi-Bit-Speicherzelle 500 deaktiviert.Because the second source / drain region 506b has the same electric potential (ie, 0 V) as the third bit line region 513 In the area to the right of the trench structure there is no significant heating up of the electrons located there (indicated by the double arrow "No Heating of Electrons") and thus also not an injection of electrons on the second floating gate 504b or the fourth floating gate 514b , Illustratively, the right vertical transistor of the multi-bit memory cell 500 disabled.

6B zeigt einen zu 6A analogen Programmiervorgang (”Program”) der Multi-Bit-Speicherzelle 500, bei dem der Ladungszustand des zweiten Floating-Gates 504b geändert wird. Im Unterschied zu 6A sind in 6A die elektrischen Potentiale von Source-Bereich 506a und Drain-Bereich 506b miteinander vertauscht, so dass es zur Injektion heißer Elektronen auf dem zweiten Floating-Gate 504b kommt, während der linke vertikale Transistor der Multi-Bit-Speicherzelle 500 deaktiviert ist. 6B shows you one 6A analog programming process ("Program") of the multi-bit memory cell 500 in which the charge state of the second floating gate 504b will be changed. In contrast to 6A are in 6A the electrical potentials of source region 506a and drain area 506b interchanged, allowing it to inject hot electrons on the second floating gate 504b comes while the left vertical transistor of the multi-bit memory cell 500 is disabled.

6C zeigt einen weiteren Programmiervorgang (”Program”) der Multi-Bit-Speicherzelle 500, bei dem der Ladungszustand des dritten Floating-Gates 514a durch Injektion heißer Elektronen (durch den Pfeil ”Hot Electron Injection” gekennzeichnet) geändert wird. Im Vergleich zu dem in 6A gezeigten Programmiervorgang sind hier die elektrischen Potentiale des ersten Source/Drain-Bereiches 506a (0 V) und des dritten Bitleitungs-Bereiches 513 (+5 V) vertauscht, so dass anschaulich Elektronen ”links neben” der Grabenstruktur in Richtung des dritten Bitleitungs-Bereiches 513 beschleunigt werden und in der Nähe des dritten Floating-Gates 514a eine genügend hohe kinetische Energie aufweisen, um auf das dritte Floating-Gate 514a zu gelangen. Ferner liegt an dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b dasselbe elektrische Potential, i. e. +5 V, an wie an dem dritten Bitleitungs-Bereich 513, so dass es zu keiner Aufheizung der Elektronen ”rechts neben” der Grabenstruktur kommt (durch den Doppelpfeil ”No Heating of Electrons” gekennzeichnet). Anschaulich ist der rechte Vertikal-Transistor deaktiviert. 6C shows another program operation ("Program") of the multi-bit memory cell 500 in which the state of charge of the third floating gate 514a is changed by injection of hot electrons (indicated by the arrow "Hot Electron Injection"). Compared to the in 6A shown programming process here are the electrical potentials of the first source / drain region 506a (0V) and the third bit line area 513 (+5 V), so that clearly electrons "to the left of" the trench structure in the direction of the third bit line area 513 be accelerated and close to the third floating gate 514a have enough kinetic energy to access the third floating gate 514a to get. Further, at the second source / drain region 506b the same electric potential, ie +5 V, as at the third bit line area 513 so that there is no heating of the electrons "to the right of" the trench structure (indicated by the double arrow "No Heating of Electrons"). Clearly, the right vertical transistor is deactivated.

6D zeigt einen zu 6C analogen Programmiervorgang (”Program”) der Multi-Bit-Speicherzelle 500, bei dem der Ladungszustand des vierten Floating-Gates 514b geändert wird. Im Unterschied zu 6C sind in 6D die elektrischen Potentiale von Source-Bereich 506a und Drain-Bereich 506b miteinander vertauscht, so dass es zur Injektion heißer Elektronen auf dem vierten Floating-Gate 514b kommt, während der linke vertikale Transistor deaktiviert ist. 6D shows you one 6C analog programming process ("Program") of the multi-bit memory cell 500 in which the charge state of the fourth floating gate 514b will be changed. in the difference to 6C are in 6D the electrical potentials of source region 506a and drain area 506b interchanged, allowing it to inject hot electrons on the fourth floating gate 514b comes while the left vertical transistor is disabled.

7A zeigt einen Rückwärts-Lesevorgang (”Reverse Read”) in der Multi-Bit-Speicherzelle 500, bei dem der Ladungszustand des ersten Floating-Gates 504a ermittelt (ausgelesen) wird. Dazu werden an den ersten Source/Drain-Bereich 506a ein elektrisches Potential von 0 V, an den zweiten Source/Drain-Bereich 506b ein elektrisches Potential von +2 V, an das Steuer-Gate 502 ein elektrisches Potential von +3 V und an den dritten Bitleitungs-Bereich 513 ein elekrisches Potential von +2 V angelegt. Da der zweite Source/Drain-Bereich 506b dasselbe elektrische Potential, i. e. +2 V, aufweist wie der dritte Bitleitungs-Bereich 513, ist der rechte Vertikal-Transistor deaktiviert. 7A shows a reverse read in the multi-bit memory cell 500 in which the charge state of the first floating gate 504a determined (read) is. To do this, go to the first source / drain area 506a an electrical potential of 0 V, to the second source / drain region 506b an electric potential of + 2V, to the control gate 502 an electric potential of +3 V and to the third bit line area 513 an electrical potential of +2 V applied. Because the second source / drain region 506b the same electric potential, ie +2 V, as the third bit line region 513 , the right vertical transistor is disabled.

7B zeigt einen Rückwärts-Lesevorgang (”Reverse Read”) in der Multi-Bit-Speicherzelle 500, bei dem analog zu der in 7A dargestellten Situation der Ladungszustand des zweiten Floating-Gates 504b ermittelt (ausgelesen) wird. Im Unterschied zu der in 7A gezeigten Situation sind daher hier die elektrischen Potentiale von Source-Bereich 506a und Drain-Bereich 506b miteinander vertauscht, und der linke Vertikal-Transistor ist deaktiviert. 7B shows a reverse read in the multi-bit memory cell 500 in which analogous to the in 7A illustrated situation, the state of charge of the second floating gate 504b determined (read) is. Unlike the in 7A Therefore, here are the electrical potentials of source region 506a and drain area 506b interchanged, and the left vertical transistor is disabled.

7C zeigt einen Rückwärts-Lesevorgang (”Reverse Read”) in der Multi-Bit-Speicherzelle 500, bei dem der Ladungszustand des dritten Floating-Gates 514a ermittelt (ausgelesen) wird. Dazu werden an den ersten Source/Drain-Bereich 506a ein elektrisches Potential von +2 V, an den zweite Source/Drain-Bereich 506b ein elektrisches Potential von 0 V, an das Steuer-Gate 502 ein elektrisches Potential von +3 V und an den dritten Bitleitungs-Bereich ein elektrisches Potential von 0 V angelegt. Da der zweite Source/Drain-Bereich 506b dasselbe elektrische Potential, i. e. 0 V, aufweist wie der dritte Bitleitungs-Bereich 513, ist der rechte Vertikal-Transistor deaktiviert. 7C shows a reverse read in the multi-bit memory cell 500 in which the state of charge of the third floating gate 514a determined (read) is. To do this, go to the first source / drain area 506a an electric potential of +2 V, to the second source / drain region 506b an electrical potential of 0 V, to the control gate 502 an electric potential of +3 V and an electric potential of 0 V applied to the third bit line area. Because the second source / drain region 506b the same electric potential, ie 0 V, as the third bit line region 513 , the right vertical transistor is disabled.

7D zeigt einen Rückwärts-Lesevorgang (”Reverse Read”) in der Multi-Bit-Speicherzelle 500, bei dem analog zu der in 7C dargestellten Situation der Ladungszustand des vierten Floating-Gates 504b ermittelt (ausgelesen) wird. Im Unterschied zu der in 7C gezeigten Situation sind daher hier die elektrischen Potentiale von Source-Bereich 506a und Drain-Bereich 506b miteinander vertauscht, und der linke Vertikal-Transistor ist deaktiviert. 7D shows a reverse read in the multi-bit memory cell 500 in which analogous to the in 7C illustrated situation, the charge state of the fourth floating gate 504b determined (read) is. Unlike the in 7C Therefore, here are the electrical potentials of source region 506a and drain area 506b interchanged, and the left vertical transistor is disabled.

Im Zusammenhang mit der Beschreibung zu den 7A bis 7D ist anzumerken, dass in den genannten Figuren nur Rückwärts-Lesevorgänge (”Reverse Read”) beschrieben sind, da nur diese Rückwärts-Lesevorgänge sensitiv auf injizierte Ladungen sind.In connection with the description of the 7A to 7D It should be noted that in these figures only reverse reads are described, since only these reverse reads are sensitive to injected charges.

Wie im Zusammenhang mit dem Multi-Bit-Speicherelement 100 mit zwei Floating-Gates bereits beschrieben wurde, gilt allgemein, dass bei den Bezeichnungen ”Vorwärts-Lesen” und ”Rückwärts-Lesen” die Richtung auf die Programmierrichtung bezogen ist (vgl. Beschreibung zu 3B).As related to the multi-bit memory element 100 has already been described with two floating gates, it is generally the case that with the terms "forward read" and "reverse read" the direction is related to the programming direction (see description of 3B ).

Nachfolgend wird anhand der 8A bis 8P ein Verfahren zum Herstellen des in 5 gezeigten Multi-Bit-Speicherelementes 500 bzw. Speicherzellen-Transistors 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following is based on the 8A to 8P a method for producing the in 5 shown multi-bit memory element 500 or memory cell transistor 500 described according to an embodiment of the invention.

Zur Herstellung des Multi-Bit-Speicherelementes 500 wird, wie in 8A gezeigt, ein Substrat 505 bereitgestellt, welches als Silizium-Substrat ausgebildet ist. Auf dem Substrat 505 wird eine erste Oxid-Schicht 507 (auch als Pad-Oxid bezeichnet) ausgebildet, zum Beispiel unter Verwendung eines Abscheideverfahrens.For the production of the multi-bit memory element 500 will, as in 8A shown a substrate 505 provided, which is formed as a silicon substrate. On the substrate 505 becomes a first oxide layer 507 (also referred to as pad oxide) formed, for example, using a deposition method.

Als Abscheideverfahren kann ein Gasphasenabscheideverfahren wie zum Beispiel ein Chemical-Vapor-Deposition-Verfahren (CVD) verwendet werden.As the deposition method, a vapor deposition method such as a chemical vapor deposition (CVD) method can be used.

Alternativ kann die erste Oxid-Schicht 507 bzw. das Pad-Oxid 507 auch durch eine thermische Oxidation gebildet werden.Alternatively, the first oxide layer 507 or the pad oxide 507 also be formed by a thermal oxidation.

In dem Substrat 505 wird weiterhin durch Einbringen von Dotieratomen ein p-dotierter Wannenbereich 520 ausgebildet. Das Dotieren kann mit Hilfe eines Ionenimplantationsverfahrens
erfolgen (so genannte well implants) und die Dotierstoffkonzentration in dem dotierten Wannenbereich 520 kann zwischen 5 × 1016 cm–3 und 5 × 1017 cm–3 betragen.
In the substrate 505 Furthermore, by introducing doping atoms, a p-doped well region is formed 520 educated. The doping may be by means of an ion implantation process
take place (so-called well implants) and the dopant concentration in the doped well region 520 may be between 5 × 10 16 cm -3 and 5 × 10 17 cm -3 .

Ferner wird durch Einbringen von Dotieratomen ein n-dotierter Bereich 506 in dem Substrat 505 ausgebildet, aus welchem dotierten Bereich 506 in nachfolgenden Verfahrensschritten Source-/Drain-Bereiche 506a und 506b (vgl. 5) gebildet werden. In dem in 8A gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt das Ausbilden des dotierten Bereiches 506 derart, dass die Dotierstoffkonzentration in dem dotierten Bereich 506 zur Substratoberfläche hin, d. h. von ”unten nach oben”, ansteigt. Mit anderen Worten weist der dotierte Bereich 506 ein variables Dotierstoffprofil auf, wobei die Dotierungsstärke von unten nach oben zunimmt.Furthermore, by introducing doping atoms, an n-doped region is formed 506 in the substrate 505 formed, from which doped region 506 in subsequent process steps, source / drain regions 506a and 506b (see. 5 ) are formed. In the in 8A In the embodiment shown, the formation of the doped region takes place 506 such that the dopant concentration in the doped region 506 towards the substrate surface, ie from "bottom to top" increases. In other words, the doped region 506 a variable dopant profile, wherein the doping strength increases from bottom to top.

In 8A sind in dem n-dotierten Bereich 506 beispielhaft sechs Teilbereiche eingezeichnet, welche jeweils eine in etwa konstante Dotierungsstärke aufweisen. Wenn man die Bereiche von unten nach oben mit 1 bis 6 durchnummeriert, und die Dotierungstärke des i-ten Bereiches (1 ≤ i ≤ 6) mit Di =

Figure DE102005055302B4_0005
cm–3 bezeichnet, kann beispielsweise gelten: 17,5 ≤ n1 ≤ 18, 18 ≤ n2 ≤ 18,5, 18,5 ≤ n3 ≤ 19, 19 ≤ n4 ≤ 19,5, 19,5 ≤ n5 ≤ 20, 20 ≤ n6 ≤ 20,5.In 8A are in the n-doped region 506 For example, six subregions drawn, each having an approximately constant doping strength exhibit. If one numbered the areas from bottom to top with 1 to 6, and the doping strength of the ith area (1 ≤ i ≤ 6) with D i =
Figure DE102005055302B4_0005
cm -3 , for example, 17.5 ≦ n 1 ≦ 18, 18 ≦ n 2 ≦ 18.5, 18.5 ≦ n 3 ≦ 19, 19 ≦ n 4 ≦ 19.5, 19.5 ≦ n 5 ≤ 20, 20 ≤ n 6 ≤ 20.5.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Unterteilung des dotierten Bereiches 506 in sechs Teilbereiche mit jeweils ungefähr konstanter Dotierstärke nur beispielhaft zu verstehen ist. Es können auch andere Dotierstoffprofile ausgebildet werden, wobei die genaue Form des Dotierstoffprofils bzw. die Ortsabhängigkeit der Dotierstärke im Hinblick auf die Funktionalität des Multi-Bit-Speicherelementes 500 zu optimieren ist.In this context, it should be noted that the subdivision of the doped region 506 is to be understood in six sub-regions, each with approximately constant doping only by way of example. It is also possible to form other dopant profiles, with the exact shape of the dopant profile or the spatial dependence of the doping strength with regard to the functionality of the multi-bit memory element 500 to optimize.

Nach dem Ausbilden des dotierten Bereiches 506 in dem Substrat 505 erfolgt eine Temperung bzw. ein so genannter Anneal, d. h. ein Erhitzen des dotierten Bereiches 506. Dabei werden die implantierten Dotierstoffe elektrisch aktiviert.After forming the doped region 506 in the substrate 505 there is a tempering or a so-called Anneal, ie heating the doped region 506 , The implanted dopants are electrically activated.

Der Übergang zwischen dem dotierten Bereich 506 und dem dotierten Wannenbereich 520 wird in 8A schematisch durch die dicke schwarze Linie 530 verdeutlicht.The transition between the doped region 506 and the doped well area 520 is in 8A schematically through the thick black line 530 clarified.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in 8B gezeigt, eine Nitrid-Schicht 508 (auch als Pad-Nitrid bezeichnet) auf der ersten Oxid-Schicht 507 bzw. dem Pad-Oxid 507 ausgebildet, zum Beispiel unter Verwendung eines Gasphasenabscheideverfahrens wie beispielsweise Chemical Vapor Deposition.In a further method step, as in 8B shown a nitride layer 508 (also referred to as pad nitride) on the first oxide layer 507 or the pad oxide 507 formed, for example, using a vapor deposition method such as Chemical Vapor Deposition.

In weiteren Verfahrensschritten wird, wie in 8C gezeigt, ein Graben 501' in dem Substrat 505 ausgebildet. Der Graben 501' ist als U-förmiger Graben 501' ausgebildet, mit senkrechten Seitenwänden 501a' und einem gekrümmten Boden 501b'. Der Pfeil 550 markiert den tiefsten Punkt des Grabens 501' bzw. des gekrümmten Bodens 501b'. Das Ausbilden des Grabens 501' kann mit Hilfe eines Lithographieverfahrens und eines Ätzverfahrens erfolgen, wobei die Nitrid-Schicht 508 als Hartmaske dient.In further process steps, as in 8C shown a ditch 501 ' in the substrate 505 educated. The ditch 501 ' is as a U-shaped ditch 501 ' formed, with vertical side walls 501a ' and a curved bottom 501b ' , The arrow 550 marks the lowest point of the trench 501 ' or the curved bottom 501b ' , Forming the trench 501 ' can be done by means of a lithography process and an etching process, wherein the nitride layer 508 serves as a hard mask.

Durch das Ausbilden des Grabens 501' werden gleichzeitig aus dem dotierten Bereich 506 ein dotierter Source-Bereich 506a sowie ein dotierter Drain-Bereich 506b mit entsprechenden Dotierstoffprofilen gebildet. Der Übergang zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich 506a und dem Wannenbereich 520 ist durch die dick gedruckte Linie 530a gekennzeichnet, der Übergang zwischen dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b und dem Wannenbereich 520 ist entsprechend durch die dick gedruckte Linie 530b gekennzeichnet.By forming the trench 501 ' be simultaneously from the doped area 506 a doped source region 506a and a doped drain region 506b formed with corresponding dopant profiles. The transition between the first source / drain region 506a and the tub area 520 is through the thick printed line 530a characterized, the transition between the second source / drain region 506b and the tub area 520 is corresponding to the thick printed line 530b characterized.

Durch das Ausbilden des Grabens 501' werden ferner aus der ersten Oxid-Schicht 507 zwei Oxid-Teilschichten 507a und 507b gebildet, und aus der Nitrid-Schicht 508 bzw. der Hartmaske 508 werden zwei Nitrid-Teilschichten 508a und 508b gebildet.By forming the trench 501 ' are further made of the first oxide layer 507 two oxide sublayers 507a and 507b formed, and from the nitride layer 508 or the hard mask 508 become two nitride sublayers 508a and 508b educated.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird auf den Seitenwänden 501a' und dem Boden 501b' des Grabens 501' eine Opferoxidschicht ausgebildet (nicht gezeigt).In a further process step is on the side walls 501a ' and the floor 501b ' of the trench 501 ' a sacrificial oxide layer is formed (not shown).

In einem weiteren, in 8D gezeigten, Verfahrensschritt wird der dritte Bitleitungs-Bereich 513 ausgebildet. Der dritte Bitleitungs-Bereich 513 wird auf einem unteren Teilbereich des Grabens 501' ausgebildet und wird teilweise unterhalb des Grabens 501' ausgebildet. Der dritte Bitleitungs-Bereich 513 wird daher anschaulich als vergrabener Bitleitungs-Bereich ausgebildet.In another, in 8D shown process step is the third bit line area 513 educated. The third bitline area 513 is on a lower portion of the trench 501 ' is formed and partially below the trench 501 ' educated. The third bitline area 513 is therefore illustratively formed as a buried bit line region.

Der dritte Bitleitungs-Bereich 513 wird n-dotiert, wobei die Dotierstoffkonzentration zwischen 1017 cm–3 und 1021 cm–3 beträgt und das Dotierstoffprofil in dem dritten Bitleitungs-Bereich 513 durch die Konturlinien angedeutet ist: die Dotierstoffkonzentration in dem dritten Bitleitungs-Bereich 513 nimmt von innen nach außen ab, mit anderen Worten weist der Teilbereich des dritten Bitleitungs-Bereiches 513, welcher Teilbereich durch die Oberfläche des Grabens und die innerste Konturlinie begrenzt wird, die höchste Dotierstoffkonzentration auf (1021 cm–3), während die Dotierstoffkonzentration in den angrenzenden Teilbereichen des dritten Bitleitungs-Bereiches 513 abnimmt.The third bitline area 513 is n-doped, with the dopant concentration between 10 17 cm -3 and 10 21 cm -3 and the dopant profile in the third bit line region 513 indicated by the contour lines: the dopant concentration in the third bit line region 513 decreases from the inside to the outside, in other words, the portion of the third bit line area 513 , which portion is bounded by the surface of the trench and the innermost contour line, the highest dopant concentration on (10 21 cm -3 ), while the dopant concentration in the adjacent portions of the third bit line region 513 decreases.

Die Dotierung des dritten Bitleitungs-Bereiches 513 erfolgt mit Hilfe eines Ionenimplantationsverfahrens. Alternativ kann die Dotierung durch Ausdiffusion aus einem als Dotierstoffquelle wirkenden Material erfolgen.The doping of the third bit line region 513 is done by means of an ion implantation method. Alternatively, the doping can be effected by outdiffusion from a material acting as a dopant source.

Nach dem Ausbilden des dotierten Bitleitungs-Bereiches 513 in dem Substrat 505 erfolgt eine Temperung bzw. ein so genannter Anneal, d. h. ein Erhitzen des dotierten Bitleitungs-Bereiches 513. Dabei werden die implantierten Dotierstoffe elektrisch aktiviert.After forming the doped bitline region 513 in the substrate 505 there is a tempering or a so-called Anneal, ie heating the doped bit line area 513 , The implanted dopants are electrically activated.

Nach dem Bitleitungs-Anneal wird die Opferoxidschicht entfernt.After the bit line anneal, the sacrificial oxide layer is removed.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite Oxid-Schicht 503' auf den Seitenwänden 501a' und dem Boden 501b' des Grabens 501', sowie auf den Nitrid-Teilschichten 508a und 508b ausgebildet. Das Ausbilden der zweiten Oxid-Schicht 503' erfolgt vorzugsweise durch ein Aufwachsverfahren oder durch thermische Oxidation. Ein Teil der zweiten Oxid-Schicht 503' bildet anschaulich einen Teil des Gate-Oxids, welches die in weiteren Verfahrensschritten auszubildenden Floating-Gate-Bereiche von dem in dem Substrat 505 ausgebildeten Wannenbereich 520, dem ersten Source/Drain-Bereich 506a, dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b und dem dritten Bitleitungs-Bereich 513 elektrisch isoliert. Anstelle einer einzelnen Oxid-Schicht 503' können auch mehrere (elektrisch isolierende) Schichten, welche zudem unterschiedliche Materialien aufweisen können, ausgebildet werden.In a further method step, a second oxide layer 503 ' on the side walls 501a ' and the floor 501b ' of the trench 501 ' , as well as on the nitride partial layers 508a and 508b educated. Forming the second oxide layer 503 ' is preferably carried out by a growth process or by thermal oxidation. Part of the second oxide layer 503 ' clearly illustrates one Part of the gate oxide, which is to be formed in further process steps floating gate regions of the in the substrate 505 trained tub area 520 , the first source / drain region 506a , the second source / drain region 506b and the third bit line area 513 electrically isolated. Instead of a single oxide layer 503 ' can also be several (electrically insulating) layers, which may also have different materials are formed.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine erste elektrisch leitfähige Schicht 514 aus Polysilizium-Material auf der zweiten Oxid-Schicht 503' ausgebildet, derart, dass der Graben 501' mit der ersten Polysilizium-Schicht 514 aufgefüllt wird. Das Ausbilden der ersten Polysilizium-Schicht 514 erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Abscheideverfahrens, z. B. eines Gasphasenabscheideverfahrens wie beispielsweise Chemical Vapor Deposition. Aus der ersten Polysilizium-Schicht 514 werden in weiteren Verfahrensschritten der dritte Floating-Gate-Bereich 514a und der vierte Floating-Gate-Bereich 514b gebildet (vgl. 5). Alternativ kann die erste elektrisch leitfähige Schicht 514 auch ein anderes elektrisch leitfähiges Material wie z. B. elektrisch leitfähigen Kohlenstoff oder Titan-Nitrid (TiN) aufweisen.In a further method step, a first electrically conductive layer 514 of polysilicon material on the second oxide layer 503 ' formed, such that the trench 501 ' with the first polysilicon layer 514 is replenished. Forming the first polysilicon layer 514 is preferably carried out by means of a deposition method, z. As a gas phase deposition method such as chemical vapor deposition. From the first polysilicon layer 514 become in further process steps, the third floating gate region 514a and the fourth floating gate region 514b formed (cf. 5 ). Alternatively, the first electrically conductive layer 514 also another electrically conductive material such. B. electrically conductive carbon or titanium nitride (TiN).

Nach dem Ausbilden der ersten Polysilizium-Schicht 514 in dem Graben 501' wird ein Teil der ersten Polysilizium-Schicht 514 durch Zurückätzen entfernt, so dass nur in einem unteren Teilbereich des Grabens 501' Polysilizium-Material der Schicht 514 verbleibt, wie in 8E gezeigt.After forming the first polysilicon layer 514 in the ditch 501 ' becomes a part of the first polysilicon layer 514 removed by etching away, leaving only in a lower portion of the trench 501 ' Polysilicon material of the layer 514 remains as in 8E shown.

Anschaulich wird also eine Vertiefung (Recess) gebildet, wobei das Ausbilden der Vertiefung mit Hilfe von aus der DRAM-Deep-Trench-Technologie bekannten Verfahren erfolgen kann.Clearly, therefore, a recess (recess) is formed, wherein the formation of the depression can take place with the aid of methods known from DRAM deep trench technology.

In einem weiteren, in 8F gezeigten, Verfahrensschritt wird auf der ersten Polysilizium-Schicht 514 und auf der zweiten Oxid-Schicht 503' eine dritte Oxid-Schicht 503'' abgeschieden, so dass der Graben 501' erneut mit Oxid-Material gefüllt wird.In another, in 8F shown, process step is on the first polysilicon layer 514 and on the second oxide layer 503 ' a third oxide layer 503 '' deposited, leaving the ditch 501 ' is filled again with oxide material.

In einem weiteren, in 8G gezeigten, Verfahrensschritt wird ein Teil des Oxid-Materials der dritten Oxid-Schicht 503'' und der zweiten Oxid-Schicht 503' durch Ätzen entfernt, so dass wiederum eine Vertiefung (Recess) gebildet wird, wobei nun jedoch auf der ersten Polysilizium-Schicht 514 Oxid-Material der zweiten Oxid-Schicht 503' und der dritten Oxid-Schicht 503'' ausgebildet ist. Bei dem Entfernen des Oxid-Materials durch Zurückätzen werden auch die Nitrid-Teilschichten 508a, 508b sowie Teile der Seitenwände 501a', 501b' des Grabens 501' freigelegt.In another, in 8G shown, step becomes a part of the oxide material of the third oxide layer 503 '' and the second oxide layer 503 ' removed by etching, so that in turn a recess (recess) is formed, but now on the first polysilicon layer 514 Oxide material of the second oxide layer 503 ' and the third oxide layer 503 '' is trained. Upon removal of the oxide material by etchback, the nitride sublayers also become 508a . 508b as well as parts of the side walls 501a ' . 501b ' of the trench 501 ' exposed.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine vierte Oxidschicht 503''' bzw. Liner-Schicht 503''' auf den freigelegten Nitrid-Teilschichten 508a und 508b, sowie auf den freigelegten Teilen der Seitenwände 501a', 501b' des Grabens 501' unter Verwendung eines Abscheideverfahrens (zum Beispiel Chemical Vapor Deposition) ausgebildet, so dass sich die in 8H gezeigte Anordnung ergibt.In a further method step, a fourth oxide layer 503 ''' or liner layer 503 ''' on the exposed nitride sublayers 508a and 508b , as well as on the exposed parts of the side walls 501a ' . 501b ' of the trench 501 ' formed using a deposition method (for example, chemical vapor deposition), so that the in 8H shown arrangement results.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 504 aus Polysilizium-Material auf der dritten Oxid-Schicht 503'' und der Liner-Schicht 503''' ausgebildet, derart, dass der Graben 501' mit der zweiten Polysilizium-Schicht 504 aufgefüllt wird. Das Ausbilden der zweiten Polysilizium-Schicht 514 erfolgt wiederum vorzugsweise mit Hilfe eines Abscheideverfahrens, z. B. eines Gasphasenabscheideverfahrens wie beispielsweise Chemical Vapor Deposition. Aus der zweiten Polysilizium-Schicht 504 werden in weiteren Verfahrensschritten der erste Floating-Gate-Bereich 504a und der zweite Floating-Gate-Bereich 504b gebildet (vgl. 5). Alternativ kann die zweite elektrisch leitfähige Schicht 504 auch ein anderes elektrisch leitfähiges Material wie z. B. elektrisch leitfähigen Kohlenstoff oder Titan-Nitrid (TiN) aufweisen.In a further method step, a second electrically conductive layer 504 of polysilicon material on the third oxide layer 503 '' and the liner layer 503 ''' formed, such that the trench 501 ' with the second polysilicon layer 504 is replenished. Forming the second polysilicon layer 514 Again, preferably by means of a deposition method, z. As a gas phase deposition method such as chemical vapor deposition. From the second polysilicon layer 504 become in further process steps, the first floating gate region 504a and the second floating gate region 504b formed (cf. 5 ). Alternatively, the second electrically conductive layer 504 also another electrically conductive material such. B. electrically conductive carbon or titanium nitride (TiN).

Nach dem Ausbilden der zweiten Polysilizium-Schicht 504 in dem Graben 501' wird ein Teil der zweiten Polysilizium-Schicht 504 durch Zurückätzen entfernt, so dass der Graben 501' nur ungefähr bis knapp unterhalb der Substrat-Oberfläche mit Material gefüllt ist, wie in 8I gezeigt.After forming the second polysilicon layer 504 in the ditch 501 ' becomes a part of the second polysilicon layer 504 removed by etching back, leaving the ditch 501 ' only to just below the substrate surface is filled with material, as in 8I shown.

In einem weiteren, in 8J gezeigten, Verfahrensschritt werden die freiliegenden Bereiche der Liner-Schicht 503''' unter Verwendung eines Ätzverfahrens entfernt.In another, in 8J shown process step become the exposed areas of the liner layer 503 ''' removed using an etching process.

Der Graben 501' wird durch das Abscheiden einer Schicht aus Nitrid-Material aufgefüllt, und aus der Nitrid-Schicht werden durch ein Ätzverfahren Spacer 515 ausgebildet, siehe 8K.The ditch 501 ' is filled by the deposition of a layer of nitride material, and the nitride layer are spacer by an etching process 515 trained, see 8K ,

In einem weiteren, in 8L gezeigten, Verfahrensschritt wird parallel zu den Seitenwänden der Spacer 515 anisotrop geätzt, wodurch Material der zweiten Polysilizium-Schicht 504, der dritten Oxid-Schicht 503'' und der ersten Polysilizium-Schicht 514 entfernt wird, und ein Teilbereich der zweiten Oxid-Schicht 503' freigelegt wird. Das Ätzen erfolgt vorzugsweise durch ein Trockenätzverfahren.In another, in 8L shown, process step is parallel to the sidewalls of the spacer 515 etched anisotropically, thereby Material of the second polysilicon layer 504 , the third oxide layer 503 '' and the first polysilicon layer 514 is removed, and a portion of the second oxide layer 503 ' is exposed. The etching is preferably carried out by a dry etching process.

Durch das Ätzen werden außerdem ein erster Floating-Gate-Bereich 504a, ein zweiter Floating-Gate-Bereich 504b, ein dritter Floating-Gate-Bereich 514a und ein vierter Floating-Gate-Bereich 514b ausgebildet. Der erste Floating-Gate-Bereich 504a und der zweite Floating-Gate-Bereich 504b werden anschaulich aus dem nach dem Ätzen verbleibenden Material der zweiten Polysilizium-Schicht 504 gebildet, während der dritte Floating-Gate-Bereich 514a und der vierte Floating-Gate-Bereich 514b aus dem nach dem Ätzen verbleibenden Material der ersten Polysilizium-Schicht 514 gebildet werden.The etching also creates a first floating gate region 504a , a second floating gate area 504b , a third floating gate area 514a and a fourth floating gate region 514b educated. The first floating gate area 504a and the second floating gate region 504b become clear from the material remaining after the etching of the second polysilicon layer 504 formed while the third floating gate area 514a and the fourth floating gate region 514b from the material remaining after the etching of the first polysilicon layer 514 be formed.

In einem weiteren, in 8M gezeigten, Verfahrensschritt werden die Reste der Hartmaske, d. h. die beiden Nitrid-Teilschichten 508a und 508b, sowie die Nitrid-Spacer 515 entfernt, so dass die beiden Oxid-Teilschichten 507a, 507b, Teile der zum Graben 501' hin ausgerichteten Seitenflächen des ersten Source/Drain-Bereiches 506a bzw. des zweiten Source/Drain-Bereiches 506b sowie die oberen Oberflächen des ersten Floating-Gate-Bereiches 504a, des zweiten Floating-Gate-Bereiches 504b und der vierten Oxid-Schicht 503''' (Liner-Schicht 503''') freigelegt werden.In another, in 8M shown process step become the remainders of the hardmask, ie the two nitride partial layers 508a and 508b , as well as the nitride spacer 515 removed, leaving the two oxide sublayers 507a . 507b , Parts of the ditch 501 ' directed side surfaces of the first source / drain region 506a or the second source / drain region 506b and the upper surfaces of the first floating gate region 504a , the second floating gate region 504b and the fourth oxide layer 503 ''' (Liner layer 503 ''' ) are exposed.

In einem weiteren, in 8N gezeigten, Verfahrensschritt wird in dem Graben 501' eine fünfte Oxid-Schicht 503'''' ausgebildet, welche auf den inneren Seitenflächen der Floating-Gate-Bereiche 504, 504b, 514a und 514b, auf dem frei liegenden Bereich der zweiten Oxid-Schicht 503' sowie auf den im vorangegangenen Verfahrensschritt freigelegten Bereichen (vgl. die obigen Ausführungen zu 8M) ausgebildet wird. Das Ausbilden der fünften Oxid-Schicht 503'''' erfolgt mit Hilfe eines Abscheideverfahrens (z. B. Chemical Vapor Deposition), alternativ durch thermische Oxidation.In another, in 8N shown, process step is in the trench 501 ' a fifth oxide layer 503 '''' formed on the inner side surfaces of the floating gate regions 504 . 504b . 514a and 514b , on the exposed area of the second oxide layer 503 ' as well as on the areas exposed in the preceding process step (see the above comments on 8M ) is formed. The formation of the fifth oxide layer 503 '''' takes place by means of a deposition process (eg chemical vapor deposition), alternatively by thermal oxidation.

Durch das Ausbilden der fünften Oxid-Schicht 503'''' entsteht anschaulich ein elektrisch isolierender Bereich 503, welcher die Floating-Gate-Bereiche 504a, 504b, 514a und 514b einschließt, vgl. 8O. Der elektrisch isolierende Bereich 503 setzt sich zusammen aus der zweiten Oxid-Schicht 503', der dritten Oxid-Schicht 503'', der vierten Oxid-Schicht 503''' (Liner-Schicht 503''') und der fünften Oxid-Schicht 503''''. Die Floating-Gate-Bereiche 504a, 504b, 514a und 514b werden durch den elektrisch isolierenden Bereich 503 voneinander sowie von dem ersten Source/Drain-Bereich 506a, dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b, dem vergrabenen dritten Bitleitungs-Bereich 513 und dem Wannenbereich 520 elektrisch isoliert.By forming the fifth oxide layer 503 '''' an electrically insulating area is clearly created 503 which is the floating gate areas 504a . 504b . 514a and 514b includes, cf. 8O , The electrically insulating area 503 is composed of the second oxide layer 503 ' , the third oxide layer 503 '' , the fourth oxide layer 503 ''' (Liner layer 503 ''' ) and the fifth oxide layer 503 '''' , The floating gate areas 504a . 504b . 514a and 514b be through the electrically insulating area 503 from each other and from the first source / drain region 506a , the second source / drain region 506b , the buried third bit line area 513 and the tub area 520 electrically isolated.

In einem weiteren, in 8O gezeigten Verfahrensschritt, wird eine dritte elektrisch leitfähige Schicht 521 aus Polysilizium auf der fünften Oxid-Schicht 503'''' ausgebildet, derart, dass der Graben 501' gefüllt wird. Aus der dritten Polysilizium-Schicht 521 werden anschaulich der elektrische leitende Bereich 502 bzw. das Steuer-Gate 502 der Grabenstruktur 501 sowie der Wortleitungs-Bereich 510 gebildet, vgl. 5.In another, in 8O shown process step, a third electrically conductive layer 521 made of polysilicon on the fifth oxide layer 503 '''' formed, such that the trench 501 ' is filled. From the third polysilicon layer 521 become clearly the electrical conductive area 502 or the control gate 502 the trench structure 501 as well as the word line area 510 formed, cf. 5 ,

In 8O ist ferner der elektrisch isolierende Bereich 503 gezeigt, welcher die Floating-Gate-Bereiche 504a, 504b, 514a und 514b auch von der dritten Polysilizium-Schicht 521 elektrisch isoliert.In 8O is also the electrically insulating region 503 shown which the floating gate areas 504a . 504b . 514a and 514b also from the third polysilicon layer 521 electrically isolated.

In weiteren Verfahrensschritten wird die dritte Polysilizium-Schicht 521 strukturiert und Teile der Polysilizium-Schicht 521 werden durch Ätzen entfernt, so dass darunter liegende Teile des elektrisch isolierenden Bereiches 503 freigelegt werden, siehe 8P. In 8P sind ferner der elektrisch leitende Bereich 502 bzw. das Steuer-Gate 502 der Multi-Bit-Speicherzelle 500 sowie der Wortleitungs-Bereich 510 dargestellt. Außerdem ist die fertig ausgebildete Grabenstruktur durch die gepunktete Linie 501 gekennzeichnet. Weiterhin sind eine erste Seitenfläche 502a sowie eine der ersten Seitenfläche 502a gegenüber liegende zweite Seitenfläche 502b des elektrisch leitenden Bereiches 502 dargestellt. Der Pfeil 160 kennzeichnet die horizontale Achse, welche auf den Seitenflächen 502a, 502b des elektrisch leitenden Bereiches 502 senkrecht steht. Der Pfeil 170 kennzeichnet die vertikale Achse, welche senkrecht auf der horizontalen Achse 160 steht und in der in 8P gezeigten Schnittebene der Grabenstruktur 501 liegt.In further process steps, the third polysilicon layer 521 structured and parts of the polysilicon layer 521 are removed by etching so that underlying portions of the electrically insulating region 503 be exposed, see 8P , In 8P are also the electrically conductive area 502 or the control gate 502 the multi-bit memory cell 500 as well as the word line area 510 shown. In addition, the finished trench structure is formed by the dotted line 501 characterized. Furthermore, a first side surface 502a as well as one of the first side surface 502a opposite second side surface 502b of the electrically conductive region 502 shown. The arrow 160 indicates the horizontal axis, which is on the side surfaces 502a . 502b of the electrically conductive region 502 is vertical. The arrow 170 indicates the vertical axis which is perpendicular to the horizontal axis 160 stands and in the in 8P shown section plane of the trench structure 501 lies.

In weiteren Verfahrensschritten werden die freiliegenden Teile des elektrisch isolierenden Bereiches 503 (siehe 8P) entfernt, und auf dem ersten Source/Drain-Bereich 506a wird der erste Bitleitungs-Bereich 511 ausgebildet und auf dem zweiten Source/Drain-Bereich 506b wird der zweite Bitleitungs-Bereich 512 ausgebildet. Ferner wird zwischen dem ersten Bitleitungs-Bereich 511 und dem Wortleitungs-Bereich 510 ein elektrisch isolierender Bereich 509a aus Oxid-Material ausgebildet, und zwischen dem zweiten Bitleitungs-Bereich 512 und dem Wortleitungs-Bereich 510 wird ein elektrisch isolierender Bereich 509b aus Oxid-Material ausgebildet.In further process steps, the exposed parts of the electrically insulating region 503 (please refer 8P ) and on the first source / drain region 506a becomes the first bitline area 511 formed and on the second source / drain region 506b becomes the second bit line area 512 educated. Further, between the first bit line area 511 and the wordline area 510 an electrically insulating area 509a formed of oxide material, and between the second bit line region 512 and the wordline area 510 becomes an electrically insulating area 509b made of oxide material.

Insgesamt ergibt sich die in 5 gezeigte Multi-Bit-Speicherzelle 500 mit der Grabenstruktur 501.Overall, the results in 5 shown multi-bit memory cell 500 with the trench structure 501 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Multi-Bit-SpeicherelementMulti-bit storage element
101101
Grabenstrukturgrave structure
101'101 '
Grabendig
101a'101a '
SeitenwandSide wall
101b'101b '
Bodenground
103'103 '
zweite Oxid-Schichtsecond oxide layer
103''103 ''
dritte Oxid-Schichtthird oxide layer
102102
elektrisch leitender Bereichelectrically conductive area
102a102
erste Seitenflächefirst side surface
102b102b
zweite Seitenflächesecond side surface
103103
elektrisch isolierender Bereichelectrically insulating area
103a103a
erster elektrisch isolierender Teilbereichfirst electrically insulating portion
103b103b
zweiter elektrisch isolierender Teilbereichsecond electrically insulating portion
103c103c
elektrisch isolierender Randbereichelectrically insulating edge area
104104
Spacer-SchichtSpacer layer
104a104a
erster Floating-Gate-Bereichfirst floating gate area
104b104b
zweiter Floating-Gate-Bereichsecond floating gate area
105105
Substratsubstratum
106106
dotierter Bereichdoped area
106a106a
erster Source/Drain-Bereichfirst source / drain region
106b106b
zweiter Source/Drain-Bereichsecond source / drain region
107107
erste Oxid-Schichtfirst oxide layer
107a107a
Oxid-TeilschichtOxide sublayer
107b107b
Oxid-TeilschichtOxide sublayer
108108
Nitrid-SchichtNitride layer
108a108a
Nitrid-TeilschichtNitride sublayer
108b108b
Nitrid-TeilschichtNitride sublayer
109a109a
elektrisch isolierender Bereichelectrically insulating area
109b109b
elektrisch isolierender Bereichelectrically insulating area
110110
Wortleitungs-BereichWord line region
111111
erster Bitleitungs-Bereichfirst bitline area
112112
zweiter Bitleitungs-Bereichsecond bitline area
120120
Wannenbereichwell region
121121
elektrisch leitfähige Schichtelectrically conductive layer
130130
Übergang zwischen Wannenbereich und dotiertem BereichTransition between well area and doped area
130a130a
Übergang zwischen Wannenbereich und erstem Source/Drain-BereichTransition between well region and first source / drain region
130b130b
Übergang zwischen Wannenbereich und zweitem Source/Drain-BereichTransition between well region and second source / drain region
150150
Scheitelvertex
160160
horizontale Achsehorizontal axis
170170
vertikale Achsevertical axis
300300
Diagrammdiagram
301301
KurveCurve
302302
KurveCurve
310310
Diagrammdiagram
311311
KurveCurve
312312
KurveCurve
313313
KurveCurve
320320
Diagrammdiagram
330330
Diagrammdiagram
331331
KurveCurve
332332
KurveCurve
500500
Multi-Bit-SpeicherelementMulti-bit storage element
501501
Grabenstrukturgrave structure
501'501 '
Grabendig
501a'501a '
SeitenwandSide wall
501b'501b '
Bodenground
502502
elektrisch leitender Bereichelectrically conductive area
503503
elektrisch isolierender Bereichelectrically insulating area
503'503 '
zweite Oxid-Schichtsecond oxide layer
503''503 ''
dritte Oxid-Schichtthird oxide layer
503'''503 '' '
vierte Oxid-Schichtfourth oxide layer
503''''503 '' ''
fünfte Oxid-Schichtfifth oxide layer
504504
zweite elektrisch leitfähige Schichtsecond electrically conductive layer
504a504a
erster Floating-Gate-Bereichfirst floating gate area
504b504b
zweiter Floating-Gate-Bereichsecond floating gate area
505505
Substratsubstratum
506506
dotierter Bereichdoped area
506a506a
erster Source/Drain-Bereichfirst source / drain region
506b506b
zweiter Source/Drain-Bereichsecond source / drain region
507507
erste Oxid-Schichtfirst oxide layer
508508
Nitrid-SchichtNitride layer
508a508a
Nitrid-TeilschichtNitride sublayer
508b508b
Nitrid-TeilschichtNitride sublayer
509a509a
elektrisch isolierender Bereichelectrically insulating area
509b509b
elektrisch isolierender Bereichelectrically insulating area
510510
Wortleitungs-BereichWord line region
511511
erster Bitleitungs-Bereichfirst bitline area
512512
zweiter Bitleitungs-Bereichsecond bitline area
513513
dritter Bitleitungs-Bereichthird bit line area
514514
erste elektrisch leitfähige Schichtfirst electrically conductive layer
514a514a
dritter Floating-Gate-Bereichthird floating gate area
514b514b
vierter Floating-Gate-Bereichfourth floating gate area
515515
Spacerspacer
520520
Wannenbereichwell region
521521
elektrisch leitfähige Schichtelectrically conductive layer
530530
Übergang zwischen Wannenbereich und dotiertem BereichTransition between well area and doped area
530a530a
Übergang zwischen Wannenbereich und erstem Source/Drain-BereichTransition between well region and first source / drain region
530b530b
Übergang zwischen Wannenbereich und zweitem Source/Drain-BereichTransition between well region and second source / drain region
550550
Scheitelvertex

Claims (36)

Multi-Bit-Speicherelement (500), mit einer Grabenstruktur (501), welche aufweist: • einen elektrisch leitenden Bereich (502); • einen auf dem elektrisch leitenden Bereich (502) ausgebildeten elektrisch isolierenden Bereich (503); • einen ersten in dem elektrisch isolierenden Bereich (503) ausgebildeten Floating-Gate-Bereich (504a), welcher erste Floating-Gate-Bereich (504a) zumindest teilweise über einer ersten Seitenfläche (502a) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet ist; • einen zweiten in dem elektrisch isolierenden Bereich (503) ausgebildeten Floating-Gate-Bereich (504b), welcher zweite Floating-Gate-Bereich (504b) zumindest teilweise über einer zweiten, der ersten Seitenfläche (502a) gegenüber liegenden Seitenfläche (502b) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet ist; • einen dritten in dem elektrisch isolierenden Bereich (503) ausgebildeten Floating-Gate-Bereich (514a), welcher dritte Floating-Gate-Bereich (514a) zumindest teilweise über der ersten Seitenfläche (502a) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet ist; • einen vierten in dem elektrisch isolierenden Bereich (503) ausgebildeten Floating-Gate-Bereich (514b), welcher vierte Floating-Gate-Bereich (514b) zumindest teilweise über der zweiten Seitenfläche (502b) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet ist, wobei bezogen auf eine vertikale Achse (170) der Grabenstruktur (501): • der erste Floating-Gate-Bereich (504a) über dem dritten Floating-Gate-Bereich (514a) ausgebildet ist; • der zweite Floating-Gate-Bereich (504b) über dem vierten Floating-Gate-Bereich (514b) ausgebildet ist; und wobei • die Floating-Gate-Bereiche (504a, 504b, 514a, 514b) durch den elektrisch isolierenden Bereich (503) voneinander und von dem elektrisch leitenden Bereich (502) elektrisch isoliert sind.Multi-bit memory element ( 500 ), with a trench structure ( 501 ), comprising: • an electrically conductive region ( 502 ); • one on the electrically conductive area ( 502 ) formed electrically insulating area ( 503 ); A first in the electrically insulating region ( 503 ) formed floating gate area ( 504a ), which first floating gate region ( 504a ) at least partially over a first side surface ( 502a ) of the electrically conductive region ( 502 ) is trained; A second in the electrically insulating region ( 503 ) formed floating gate area ( 504b ), which second floating gate region ( 504b ) at least partially over a second, the first side surface ( 502a ) opposite side surface ( 502b ) of the electrically conductive region ( 502 ) is trained; A third in the electrically insulating region ( 503 ) formed floating gate area ( 514a ), which third floating gate region ( 514a ) at least partially over the first side surface ( 502a ) of the electrically conductive region ( 502 ) is trained; A fourth in the electrically insulating region ( 503 ) formed floating gate area ( 514b ), which fourth floating gate region ( 514b ) at least partially over the second side surface ( 502b ) of the electrically conductive region ( 502 ) is formed, with respect to a vertical axis ( 170 ) of the trench structure ( 501 ): • the first floating gate area ( 504a ) over the third floating gate region ( 514a ) is trained; The second floating gate area ( 504b ) over the fourth floating gate region ( 514b ) is trained; and wherein • the floating gate regions ( 504a . 504b . 514a . 514b ) through the electrically insulating region ( 503 ) from each other and from the electrically conductive region ( 502 ) are electrically isolated. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß Anspruch 1, wobei die Grabenstruktur (501) eine U-förmige Struktur mit einem gekrümmten unteren Teilbereich aufweist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to claim 1, wherein the trench structure ( 501 ) has a U-shaped structure with a curved lower portion. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der elektrisch isolierende Bereich (503) eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Teilbereichen aufweist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 1 or 2, wherein the electrically insulating region ( 503 ) has a plurality of electrically insulating portions. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß Anspruch 3, wobei der elektrisch isolierende Bereich (503) einen elektrisch isolierenden Randbereich aufweist, welcher elektrisch isolierende Randbereich eine Dicke von 6 nm ± 1 nm aufweist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to claim 3, wherein the electrically insulating region ( 503 ) has an electrically insulating edge region, which electrically insulating edge region has a thickness of 6 nm ± 1 nm. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Grabenstruktur (501) entlang der vertikalen Achse (170) eine maximale Ausdehnung von, 200 nm ± 15 nm aufweist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the trench structure ( 501 ) along the vertical axis ( 170 ) has a maximum extension of, 200 nm ± 15 nm. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Grabenstruktur (501) entlang einer horizontalen Achse (160), welche horizontale Achse (160) senkrecht auf der ersten Seitenfläche (502a) und der zweiten Seitenfläche (502b) des elektrisch leitenden Bereiches (502) steht, eine maximale Ausdehnung von 60 nm ± 5 nm aufweist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the trench structure ( 501 ) along a horizontal axis ( 160 ), which horizontal axis ( 160 ) perpendicular to the first side surface ( 502a ) and the second side surface ( 502b ) of the electrically conductive region ( 502 ) has a maximum extension of 60 nm ± 5 nm. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Substrat (505), wobei • die Grabenstruktur (501) zumindest teilweise in dem Substrat (505) ausgebildet ist; • der elektrische leitende Bereich (502) und die Floating-Gate-Bereiche (504a, 504b, 514a, 514b) durch den elektrisch isolierenden Bereich (503) von dem Substrat (505) elektrisch isoliert sind.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 1 to 6, with a substrate ( 505 ), wherein • the trench structure ( 501 ) at least partially in the substrate ( 505 ) is trained; • the electrically conductive region ( 502 ) and the floating gate areas ( 504a . 504b . 514a . 514b ) through the electrically insulating region ( 503 ) from the substrate ( 505 ) are electrically isolated. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß Anspruch 7, welches als Speicherzellen-Transistor ausgebildet ist, wobei • in dem Substrat (505) ein erster Source/Drain-Bereich (506a) und ein zweiter Source/Drain-Bereich (506b) ausgebildet sind; • die Grabenstruktur (501) zumindest teilweise zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich (506a) und dem zweiten Source/Drain-Bereich (506b) ausgebildet ist; • der erste Source/Drain-Bereich (506a) und der zweite Source/Drain-Bereich (506b) von den Floating-Gate-Bereichen (504a, 504, 514a, 514b) elektrisch isoliert sind.Multi-bit memory element ( 500 ) according to claim 7, which is designed as a memory cell transistor, wherein • in the substrate ( 505 ) a first source / drain region ( 506a ) and a second source / drain region ( 506b ) are formed; • the trench structure ( 501 ) at least partially between the first source / drain region ( 506a ) and the second source / drain region ( 506b ) is trained; The first source / drain region ( 506a ) and the second source / drain region ( 506b ) from the floating gate areas ( 504a . 504 . 514a . 514b ) are electrically isolated. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß Anspruch 8, mit • einem zumindest teilweise auf dem ersten Source/Drain-Bereich (506a) ausgebildeten ersten Bitleitungs-Bereich (511); • einem zumindest teilweise auf dem zweiten Source/Drain-Bereich (506b) ausgebildeten zweiten Bitleitungs-Bereich (512).Multi-bit memory element ( 500 ) according to claim 8, having at least partially on the first source / drain region ( 506a ) formed first bit line area ( 511 ); At least partially on the second source / drain region ( 506b ) formed second bit line area ( 512 ). Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, mit einem zumindest teilweise auf dem elektrisch leitenden Bereich (502) ausgebildeten Wortleitungs-Bereich (510).Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 7 to 9, with an at least partially on the electrically conductive region ( 502 ) formed word line area ( 510 ). Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Source/Drain-Bereich (506a) und/oder der zweite Source/Drain-Bereich (506b) dotiert sind.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 8 to 10, wherein the first source / drain region ( 506a ) and / or the second source / drain region ( 506b ) are doped. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, mit einem zumindest auf einem Teilbereich der Grabenstruktur (501) ausgebildeten dritten Bitleitungs-Bereich (513).Multi-bit memory element ( 500 ) according to any one of claims 7 to 11, with at least a portion of the trench structure ( 501 ) formed third bit line area ( 513 ). Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß Anspruch 12, wobei der dritte Bitleitungs-Bereich (513) auf dem elektrisch isolierenden Bereich (503) ausgebildet ist, derart, dass der dritte Bitleitungs-Bereich (513) von dem elektrisch leitenden Bereich (502) und den Floating-Gate-Bereichen (504a, 504b, 514a, 514b) elektrisch isoliert ist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to claim 12, wherein the third bit line region ( 513 ) on the electrically insulating region ( 503 ) is formed, such that the third bit line region ( 513 ) of the electrically conductive region ( 502 ) and the floating gate areas ( 504a . 504b . 514a . 514b ) is electrically isolated. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der dritte Bitleitungs-Bereich (513) dotiert ist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 12 or 13, wherein the third bit line region ( 513 ) is doped. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei in dem ersten Source/Drain-Bereich (506a) und/oder in dem zweiten Source/Drain-Bereich (506b) und/oder in dem dritten Bitleitungsbereich (513) die Dotierstoffkonzentration zur Substratoberfläche hin zunimmt.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 11 to 14, wherein in the first source / drain region ( 506a ) and / or in the second source / drain region ( 506b ) and / or in the third bit line area ( 513 ) the dopant concentration increases toward the substrate surface. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß Anspruch 15, wobei die Dotierstoffkonzentration zwischen 1016 cm–3 und 1021 cm–3 beträgt.Multi-bit memory element ( 500 ) according to claim 15, wherein the dopant concentration is between 10 16 cm -3 and 10 21 cm -3 . Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 16, wobei in dem Substrat (505) zumindest unterhalb der Grabenstruktur (501) ein dotierter Wannenbereich (520) ausgebildet ist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to any one of claims 7 to 16, wherein in the substrate ( 505 ) at least below the trench structure ( 501 ) a doped well area ( 520 ) is trained. Multi-Bit-Speicherelement (500} gemäß Anspruch 17, wobei die Dotierstoffkonzentration in dem dotierten Wannenbereich (520) zwischen 5 × 1016 cm–3 und 5 × 1017 cm–3 beträgt.Multi-bit memory element ( 500 } according to claim 17, wherein the dopant concentration in the doped well area ( 520 ) between 5 × 10 16 cm -3 and 5 × 10 17 cm -3 . Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Floating-Gate-Bereiche (504a, 504b, 514a, 514b) Polysilizium-Material und/oder elektrisch leitendes Kohlenstoff-Material und/oder Titan-Nitrid aufweisen.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 1 to 18, wherein the floating gate regions ( 504a . 504b . 514a . 514b ) Polysilicon material and / or electrically conductive carbon material and / or titanium nitride. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der elektrisch leitende Bereich (502) Polysilizium Material aufweist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 1 to 19, wherein the electrically conductive region ( 502 ) Has polysilicon material. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 20, wobei mindestens einer der elektrisch isolierenden Teilbereiche ein Oxid-Material und/oder ein Nitrid-Material aufweist.Multi-bit memory element ( 500 ) according to one of claims 3 to 20, wherein at least one of the electrically insulating portions comprises an oxide material and / or a nitride material. Multi-Bit-Speicherelement (500) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 21, wobei das Substrat (505) eines der folgenden Materialien aufweist: • Silizium, • Germanium, • SiGe, • Galliumarsenid, • Indiumphosphid, • ein IV-IV-Halbleitermaterial, • ein III-V-Halbleitermaterial, • ein II-VI-Halbleitermaterial.Multi-bit memory element ( 500 ) according to any one of claims 7 to 21, wherein the substrate ( 505 ) of one of the following materials: • silicon, • germanium, • SiGe, • gallium arsenide, • indium phosphide, • an IV-IV semiconductor material, • a III-V semiconductor material, • an II-VI semiconductor material. Verfahren zum Herstellen eines Multi-Bit-Speicherelementes (500) mit einer Grabenstruktur (501), bei dem • in einem Substrat (505) ein Graben (501') ausgebildet wird; • ein elektrisch leitender Bereich (502) in dem Graben (501') ausgebildet wird; • ein elektrisch isolierender Bereich (503) auf dem elektrisch leitenden Bereich (502) ausgebildet wird; • ein erster Floating-Gate-Bereich (504a) ausgebildet wird, welcher zumindest teilweise über einer ersten Seitenfläche (502a) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet wird; • ein zweiter Floating-Gate-Bereich (504b) ausgebildet wird, welcher zumindest teilweise über einer zweiten Seitenfläche (502b) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet wird; • ein dritter Floating-Gate-Bereich (514a) ausgebildet wird, welcher zumindest teilweise über der ersten Seitenfläche (502a) des elektrisch leitendem Bereiches (502) ausgebildet wird; • ein vierter Floating-Gate-Bereich (514b) ausgebildet wird, welcher zumindest teilweise über der zweiten Seitenfläche (502b) des elektrisch leitenden Bereiches (502) ausgebildet wird, wobei bezogen auf eine vertikale Achse (170) der Grabenstruktur (501): • der erste Floating-Gate-Bereich (504a) über dem dritten Floating-Gate-Bereich (514a) ausgebildet wird; • der zweite Floating-Gate-Bereich (504b) über dem vierten Floating-Gate-Bereich (514b) ausgebildet wird; und wobei die Floating-Gate-Bereiche (504a, 504b, 514a, 514b) derart ausgebildet werden, dass sie durch den elektrisch isolierenden Bereich (503) voneinander und von dem elektrisch leitenden Bereich (502) elektrisch isoliert werden.Method for producing a multi-bit memory element ( 500 ) with a trench structure ( 501 ), in which • in a substrate ( 505 ) a ditch ( 501 ' ) is formed; An electrically conductive area ( 502 ) in the trench ( 501 ' ) is formed; An electrically insulating area ( 503 ) on the electrically conductive region ( 502 ) is formed; A first floating gate region ( 504a ) is formed, which at least partially over a first side surface ( 502a ) of the electrically conductive region ( 502 ) is formed; A second floating gate region ( 504b ) is formed, which at least partially over a second side surface ( 502b ) of the electrically conductive region ( 502 ) is formed; A third floating gate region ( 514a ) is formed, which at least partially over the first side surface ( 502a ) of the electrically conductive region ( 502 ) is formed; A fourth floating gate area ( 514b ) is formed, which at least partially over the second side surface ( 502b ) of the electrically conductive region ( 502 ) is formed, with respect to a vertical axis ( 170 ) of the trench structure ( 501 ): • the first floating gate area ( 504a ) over the third floating gate region ( 514a ) is formed; The second floating gate area ( 504b ) over the fourth floating gate region ( 514b ) is formed; and wherein the floating gate areas ( 504a . 504b . 514a . 514b ) are formed such that they pass through the electrically insulating region ( 503 ) from each other and from the electrically conductive region ( 502 ) are electrically isolated. Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem der elektrisch isolierende Bereich (503) eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Teilbereichen aufweist.Method according to claim 23, in which the electrically insulating region ( 503 ) has a plurality of electrically insulating portions. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 23 oder 24, bei dem das Ausbilden des Grabens (501') mit Hilfe eines Lithographieverfahrens und/oder eines Ätzverfahrens erfolgt.Method according to one of claims 23 or 24, in which the formation of the trench ( 501 ' ) by means of a lithography process and / or an etching process. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem • eine erste elektrisch leitfähige Schicht (514) in dem Graben (501') ausgebildet wird, wobei aus der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (514) der dritte Floating-Gate-Bereich (514a) und der vierte Floating-Gate-Bereich (514b) gebildet werden; • eine zweite elektrisch leitfähige Schicht (504) in dem Graben (501') ausgebildet wird, wobei aus der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (504) der erste Floating-Gate-Bereich (504a) und der zweite Floating-Gate-Bereich (504b) gebildet werden.Method according to one of Claims 23 to 25, in which a first electrically conductive layer ( 514 ) in the trench ( 501 ' ) is formed, wherein from the first electrically conductive layer ( 514 ) the third floating gate region ( 514a ) and the fourth floating gate region ( 514b ) are formed; A second electrically conductive layer ( 504 ) in the trench ( 501 ' ) is formed, wherein from the second electrically conductive layer ( 504 ) the first floating gate region ( 504a ) and the second floating gate region ( 504b ) are formed. Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem das Ausbilden der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (514) und/oder das Ausbilden der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (504) mit Hilfe eines Abscheideverfahrens erfolgt.A method according to claim 26, wherein forming the first electrically conductive layer ( 514 ) and / or forming the second electrically conductive layer ( 504 ) by means of a deposition process. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 26 oder 27, bei dem die erste elektrisch leitfähige Schicht (514) und/oder die zweite elektrisch leitfähige Schicht (504) Polysilizium, elektrisch leitfähigen Kohlenstoff oder Titan-Nitrid aufweisen/aufweist.Method according to one of claims 26 or 27, in which the first electrically conductive layer ( 514 ) and / or the second electrically conductive layer ( 504 ) Comprise polysilicon, electrically conductive carbon or titanium nitride. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 23 bis 28, bei dem ein erster Source/Drain-Bereich (506a) und ein zweiter Source/Drain-Bereich (506b) ausgebildet werden.Method according to one of claims 23 to 28, wherein a first source / drain region ( 506a ) and a second source / drain region ( 506b ) be formed. Verfahren gemäß Anspruch 29, bei dem der erste Source/Drain-Bereich (506a) und/oder zweite Source/Drain-Bereich (506b) dotiert werden.The method of claim 29, wherein the first source / drain region ( 506a ) and / or second source / drain region ( 506b ). Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem die Dotierung mit Hilfe eines Ionenimplantationsverfahrens erfolgt.A method according to claim 30, wherein the doping is carried out by means of an ion implantation method. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 23 bis 31, bei dem in dem Substrat (505) zumindest unterhalb der Grabenstruktur (501) ein dotierter Wannenbereich (520) ausgebildet wird. Method according to one of claims 23 to 31, wherein in the substrate ( 505 ) at least below the trench structure ( 501 ) a doped well area ( 520 ) is formed. Verfahren gemäß Anspruch 32, bei dem das Ausbilden des dotierten Wannenbereiches (520) mit Hilfe eines Ionenimplantationsverfahrens erfolgt.The method of claim 32, wherein forming the doped well region ( 520 ) by means of an ion implantation process. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 33, bei dem mindestens ein elektrisch isolierender Teilbereich als Oxid-Schicht ausgebildet wird.Method according to one of claims 24 to 33, wherein at least one electrically insulating portion is formed as an oxide layer. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 34, bei dem der mindestens eine elektrisch isolierende Teilbereich mit Hilfe eines Abscheideverfahrens und/oder eines Aufwachsverfahrens und/oder eines Oxidationsverfahrens ausgebildet wird.Method according to one of claims 24 to 34, wherein the at least one electrically insulating portion is formed by means of a deposition method and / or a growth method and / or an oxidation method. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 35, bei dem nach dem Ausbilden des Grabens (501') und vor dem Ausbilden des elektrisch isolierenden Bereiches (503) eine Opferoxidschicht zumindest über einem Teilbereich der Seitenwände (501a') und/oder des Bodens (501b') des Grabens (501') ausgebildet wird.Method according to one of claims 24 to 35, wherein after the formation of the trench ( 501 ' ) and before forming the electrically insulating region ( 503 ) a sacrificial oxide layer at least over a portion of the sidewalls ( 501a ' ) and / or the soil ( 501b ' ) of the trench ( 501 ' ) is formed.
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