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Die
Erfindung betrifft Speichereinrichtungen und insbesondere eine Speicherarray-Architektur
mit einer Leiterbahn-Struktur und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
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Speicherarrays
sind in vielen elektronischen Einrichtungen weit verbreitet, sowohl
als einzelne separate Vorrichtungen, als Peripherieeinrichtungen oder
in eingebetteter Form, und ihr Einsatzbereich wird weiter in neue
Anwendungsgebiete hinein expandieren. Nicht-flüchtige Speichertechnologien
wie beispielsweise Flash-Speicher, magnetoresistive Vielfachzugriffsspeicher
(Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM) und Phasenänderungsspeicher
(Phase Change Memory, PCM) sind viel versprechende Technologien,
da die Haltezeit von Daten in diesen Speichertypen selbst ohne verfügbare Energieversorgung
erhebliche Vorteile mit sich bringt, insbesondere bei mobilen Anwendungen.
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Ein
Faktor, der die weitere Anwendung von Speichereinrichtungen beeinflusst,
ist jedoch in der beschränkten
Speicherdichte einer Speichereinrichtung zu sehen. Insbesondere
ist die Anzahl von Speicherzellen oder genauer die Anzahl von Bits,
die eine Speichereinrichtung speichern kann, beschränkt. Diese
Beschränkung
ist zurückzuführen auf
die Größe der Speicherzellen
sowie darauf, wie viele Speicherzellen miteinander verbunden werden.
In vielen Speicherzellen benötigt
die Verbindungsstruktur zum Verbinden der Speicherzellen eine große Fläche, die, wenn über die
gesamte Fläche
des Speicherarrays betrachtet, einen signifikanten Anteil des Speicherarrays
einnehmen kann.
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Somit
besteht ein Bedarf an einer verbesserten Bitleitungs-Verbindungsstruktur,
die hinsichtlich des Platzbedarfs effizienter ist.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Speicherarray bereitgestellt, das eine Mehrzahl
von Speicherzellenstrings aufweist mit einem ersten Speicherzellenstring,
einem zweiten Speicherzellenstring, einem dritten Speicherzellenstring
und einem vierten Speicherzellenstring, wobei jeder Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings, des zweiten Speicherzellenstrings,
des dritten Speicherzellenstrings und des vierten Speicherzellenstrings
eine Mehrzahl von seriell-gekoppelten Speicherzellen aufweist, aufweisend
eine erste Speicherzelle und eine letzte Speicherzelle, eine erste
Bitleitung und eine erste Verbindung, die mit der ersten Bitleitung
und mit jedem Speicherzellenstring des ersten Speicherzellenstrings,
des zweiten Speicherzellenstrings, des dritten Speicherzellenstrings und
des vierten Speicherzellenstrings gekoppelt ist, wobei die erste
Verbindung ein jeweiliges erstes Stringausgang-Auswählgate,
ein zweites Stringeingang-Auswählgate,
ein drittes Stringeingang-Auswählgate
und ein viertes Stringeingang-Auswählgate aufweist,
wobei jedes Stringeingang-Auswählgate
einen ersten Anschluss aufweist, welcher mit der ersten Bitleitung
gekoppelt ist und einen zweiten Anschluss, der mit einem Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings, des zweiten Speicherzellenstrings,
des dritten Speicherzellenstrings bzw. des vierten Speicherzellenstrings
gekoppelt ist.
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Bei
einem Verfahren zum Herstellen eines Speicherarrays werden ein erster
Speicherzellenstring, ein zweiter Speicherzellenstring, ein dritter
Speicherzellenstring und ein vierter Speicherzellenstring gebildet,
wobei jeder Speicherzellenstring eine Mehrzahl von seriell-gekoppelten
Speicherzellen aufweist mit einer ersten Speicherzelle und einer
zweiten Speicherzelle. Ferner wird eine erste Bitleitung gebildet,
die eingerichtet ist zum Bereitstellen einer Spannung an die Speicherzellen
in jedem Speicherzellenstring des ersten Speicherzellenstrings,
des zweiten Speicherzellenstrings, des dritten Speicherzellenstrings
und des vierten Speicherzellenstrings, und es wird eine erste Verbindung
gebildet, die eingerichtet ist zum Bereitstellen einer elektrischen
Verbindung zwischen der ersten Bitleitung und jedem Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings, des zweiten Speicherzellenstrings,
des dritten Speicherzellenstrings und des vierten Speicherzellenstrings, wobei
ein erstes Stringeingang-Auswählgate,
ein zweites Stringeingang-Auswählgate,
ein drittes Stringeingang-Auswählgate
und ein viertes Stringeingang-Auswählgate gebildet werden, wobei
jedes der Stringeingang-Auswählgates
zwischen die erste Bitleitung und einen jeweiligen Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings, des zweiten Speicherzellenstrings,
des dritten Speicherzellenstrings und des vierten Speicherzellenstrings
gekoppelt wird.
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Beispielhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung weisen zwei Stringeingang-Auswählgates
des ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates eine Durchgangsverbindung
auf und die restlichen zwei Stringeingang-Auswählgates des ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates weisen einen Schalter
auf.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das
erste Stringeingang-Auswählgate
zwischen die erste Bitleitung und die erste Speicherzelle in dem
ersten Speicherzellenstring geschaltet ist, das zweite Stringeingang-Auswählgate zwischen
die erste Bitleitung und die erste Speicherzelle in dem zweiten
Speicherzellenstring geschaltet ist, das dritte Stringeingang-Auswählgate zwischen
die erste Bitleitung und die erste Speicherzelle in dem dritten
Speicherzellenstring geschaltet ist und das vierte Stringeingang-Auswählgate zwischen
die erste Bitleitung und die erste Speicherzelle in dem vierten
Speicherzellenstring geschaltet ist.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung weisen entweder (i) das zweite
Stringeingang-Auswählgate
und das dritte Stringeingang-Auswählgate eine Durchgangsverbindung
auf und das erste Stringeingang-Auswählgate und das vierte Stringeingang-Auswählgate einen
Schalter, oder (ii) das zweite Stringeingang-Auswählgate
und das dritte Stringeingang-Auswählgate einen Schalter auf und das
erste Stringeingang-Auswählgate
und das vierte Stringeingang-Auswählgate Durchgangsverbindungen.
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Gemäß noch einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind der erste Speicherzellenstring und der dritte
Speicherzellenstring von seriell-gekoppelten Speicherzellen im Wesentlichen
entlang einer ersten longitudinalen Achse angeordnet und der zweite
Speicherzellenstring und der vierte Speicherzellenstring sind im
Wesentlichen entlang einer zweiten longitudinalen Achse angeordnet.
Die erste Bitleitung ist zwischen der ersten longitudinalen Achse
und der zweiten longitudinalen Achse angeordnet.
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Die
Speicherzellen, die in dem Speicherzellenstring, dem zweiten Speicherzellenstring,
dem dritten Speicherzellenstring enthalten sind, können nicht-flüchtige Speicherzellen
sein.
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Gemäß noch einer
Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die letzte Speicherzelle in
dem ersten Speicherzellenstring und die letzte Speicherzelle in
dem zweiten Speicherzellenstring mit einer ersten gemeinsamen Source/Drainleitung gekoppelt
und dass die letzte Speicherzelle in dem dritten Speicherzellenstring
und die letzte Speicherzelle in dem vierten Speicherzellenstring
mit einer zweiten gemeinsamen Source/Drainleitung gekoppelt sind.
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Gemäß dieser
Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ein erstes
Stringausgang-Auswählgate
zwischen die letzte Speicherzelle in dem ersten Speicherzellenstring
und der ersten gemeinsamen Source/Drainleitung geschaltet ist, dass
ein zweites Stringausgang-Auswählgate
zwischen die letzte Speicherzelle in dem zweiten Speicherzellenstring
und die ersten gemeinsame Source/Drainleitung gekoppelt ist, dass
ein drittes Stringausgang-Auswählgate
zwischen die letzte Speicherzelle in dem dritten Speicherzellenstring
und die zweite gemeinsame Source/Drainleitung geschaltet ist und
dass ein viertes Stringausgang-Auswählgate zwischen die letzte
Speicherzelle in dem vierten Speicherzellenstring und die zweite
gemeinsame Source/Drainleitung geschaltet ist.
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Weiterhin
kann ein fünfter
Speicherzellenstring vorgesehen sein mit einem String von seriell-gekoppelten
Speicherzellen mit einer ersten Speicherzelle und einer letzten
Speicherzelle. Ferner kann in dem Speicherarray ein sechster Speicherzellenstring vorgesehen
sein mit einem String von seriell-gekoppelten Speicherzellen mit
einer ersten Speicherzelle und einer letzten Speicherzelle. Weiterhin
ist gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung eine zweite Bitleitung vorgesehen. Eine
ebenfalls vorgesehene zweite Verbindung ist zwischen die zweite
Bitleitung und jeden Speicherzellenstring des fünften Speicherzellenstrings
und des sechsten Speicherzellenstrings gekoppelt, wobei die zweite
Verbindung ein fünftes Stringeingang-Auswählgate aufweist,
welches zwischen die zweite Bitleitung und dem fünften Speicherzellenstring
geschaltet ist sowie ein sechstes Stringeingang-Auswählgate,
das zwischen die zweite Bitleitung und den sechsten Speicherzellenstring
geschaltet ist.
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Ein
Stringeingang-Auswählgate
des fünften Stringeingang-Auswählgates
und des sechsten Stringeingang-Auswählgates weist eine Durchgangsverbindung
auf und das andere Stingeingang-Auswählgate des
fünften
Stringeingang-Auswählgates
und des sechsten Stringeingang-Auswählgates weist einen Schalter
auf.
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Die
Speicherzellen in dem ersten Speicherzellenstring, dem zweiten Speicherzellenstring,
dem dritten Speicherzellenstring, dem vierten Speicherzellenstring,
dem fünften
Speicherzellenstring und dem sechsten Speicherzellenstring weisen nicht-flüchtige Speicherzellen
auf.
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Die
letzte Speicherzelle in dem fünften
Speicherzellenstring kann gekoppelt sein mit der ersten gemeinsamen
Source/Drainleitung und die letzte Speicherzelle in dem sechsten
Speicherzellenstring kann gekoppelt sein mit der zweiten gemeinsamen Source/Drainleitung.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Speicherarray ein
fünftes
Stringausgang-Auswählgate
auf, das zwischen die letzte Speicherzelle in dem fünften Speicherzellenstring und
die erste gemeinsame Source/Drainleitung geschaltet ist, sowie ein
sechstes Stringausgang-Auswählgate,
das zwischen die letzte Speicherzelle in dem sechsten Speicherzellenstring
und die zweite gemeinsame Source/Drainleitung geschaltet ist.
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Weiterhin
kann das Speicherarray einen fünften
Speicherzellenstring mit einer Mehrzahl von seriell-gekoppelten
Speicherzellen aufweisen mit einer ersten Speicherzelle und einer
letzten Speicherzelle. Das Speicherarray kann ferner eine zweite
Bitleitung sowie eine zweite Verbindung aufweisen, wobei die zweite
Verbindung zwischen die zweite Bitleitung und jeden Speicherzellenstring
des zweiten Speicherzellenstrings und des fünften Speicherzellenstrings
gekoppelt ist, und wobei die zweite Verbindung ein zweites Stringausgang-Auswählgate aufweist,
das zwischen den zweiten Speicherzellenstring und die zweite Bitleitung
gekoppelt ist sowie ein fünftes
Stringausgang-Auswählgate,
das zwischen den fünften
Speicherzellenstring und die zweite Bitleitung gekoppelt ist.
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Weiterhin
kann das Speicherarray einen sechsten Speicherzellenstring mit einer
Mehrzahl von seriell-gekoppelten Speicherzellen aufweisen mit einer
ersten Speicherzelle und einer letzten Speicherzelle. Weiterhin
ist gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung eine dritte Verbindung vorgesehen, die zwischen
die zweite Bitleitung und jeden Speicherzellenstring des vierten
Speicherzellenstrings und des sechsten Speicherzellenstrings gekoppelt
ist, wobei die dritte Verbindung aufweist ein viertes Stringausgang-Auswählgate,
das zwischen den vierten Speicherzellenstring und die zweite Bitleitung
gekoppelt ist und ein sechstes Stringausgang-Auswählgate,
das zwischen den sechsten Speicherzellenstring und die zweite Bitleitung
gekoppelt ist.
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Ein
Stringausgang-Auswählgate
des vierten Stringausgang-Auswählgate und
des sechsten Stringausgang-Auswählgate
weist eine Durchgangsverbindung auf und das andere Stringausgang-Auswählgate des
vierten Stringausgang-Auswählgates und
des sechsten Stringausgang-Auswählgates weist
einen Schalter auf.
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Die
Speicherzellen, die in dem ersten Speicherzellenstring, dem zweiten
Speicherzellenstring, dem dritten Speicherzellenstring, dem vierten
Speicherzellenstring, dem fünften
Speicherzellenstring und dem sechsten Speicherzellenstring enthalten sind,
weisen gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung nicht-flüchtige Speicherzellen auf.
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Das
Speicherarray kann ferner eine dritte Bitleitung aufweisen sowie
eine vierte Verbindung, die mit dritten Bitleitung und mit jedem
Speicherzellenstring des fünften
Speicherzellenstrings und des sechsten Speicherzellenstrings gekoppelt
ist. Die vierte Verbindung weist ein fünftes Stringeingang-Auswählgate auf,
das zwischen den fünften Speicherzellenstring
und die dritte Bitleitung gekoppelt ist und ein sechstes Stringeingang-Auswählgate, das
zwischen den sechsten Speicherzellenstring und die dritte Bitleitung
gekoppelt ist.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein
Stringeingang-Auswählgate
des fünften
Stringeingang-Auswählgates
und des sechsten Stringeingang-Auswählgates
eine Durchgangsverbindung aufweist und das andere Stringeingang-Auswählgate des
fünften
Stringeingang-Auswählgates
und des sechsten Stringeingang-Auswählgates einen Schalter aufweist.
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Die
Speicherzellen, die in dem ersten Speicherzellenstring, dem Speicherzellenstring,
dem dritten Speicherzellenstring, dem vierten Speicherzellenstring,
dem fünften
Speicherzellenstring und dem sechsten Speicherzellenstring enthalten
sind, können
nicht-flüchtige
Speicherzellen sein.
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Im
Folgenden werden beispielhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen
Verfahrens zum Herstellen eines Speicherarrays erläutert.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung werden beim Ausbilden der ersten Verbindung
zwei Stringeingang-Auswählgates
des ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates und
des vierten Stringeingang-Auswählgates
als Schalter ausgebildet und die anderen zwei Stringeingang-Auswählgates
des ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates werden als Durchgangsverbindungen
ausgebildet.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung werden der erste Speicherzellenstring und der dritte
Speicherzellenstring im Wesentlichen ausgerichtet entlang einer
ersten longitudinalen Achse ausgebildet und der zweite Speicherzellenstring
und der vierte Speicherzellenstring werden im Wesentlichen entlang
einer zweiten longitudinalen Achse ausgerichtet ausgebildet. Die
erste Bitleitung wird ausgebildet zwischen der ersten longitudinalen
Achse und der zweiten longitudinalen Achse.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung werden beim Herstellen des ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates Feldeffekttransistoren
hergestellt, wobei jeder Feldeffekttransistor einen ersten Anschluss
aufweist, der mit der ersten Bitleitung gekoppelt ist und einen zweiten
Anschluss, der mit einem jeweiligen Speicherzellenstring des ersten
Speicherzellenstrings, des zweiten Speicherzellenstrings, des dritten
Speicherzellenstrings und des vierten Speicherzellenstrings gekoppelt
ist sowie einen Gate-Anschluss, der eingerichtet ist zum Steuern
der Leitfähigkeit
eines jeweiligen Feldeffekttransistors zwischen dem jeweiligen ersten
Anschluss und dem jeweiligen zweiten Anschluss.
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Die
Speicherzellen, die in dem ersten Speicherzellenstring, dem zweiten
Speicherzellenstring, dem dritten Speicherzellenstring und dem vierten Speicherzellenstring
enthalten ist, können
als nicht-flüchtige
Speicherzellen ausgebildet werden.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ein Ausbilden
einer ersten gemeinsamen Source/Drainleitung auf, die mit jeder
letzten Speicherzelle in dem ersten Speicherzellenstring und dem
zweiten Speicherzellenstring gekoppelt ist sowie ein Ausbilden einer
zweiten gemeinsamen Source/Drainleitung, die mit jeder letzten Speicherzelle
in dem dritten Speicherzellenstring und dem vierten Speicherzellenstring
gekoppelt ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, ein erstes
Stringausgang-Auswählgate
auszubilden, welches zwischen die letzte Speicherzelle in dem ersten
Speicherzellenstring und die erste gemeinsame Source/Drainleitung
gekoppelt ist. Weiterhin wird gemäß dieser Ausgestaltung der
Erfindung ein zweites Stringausgang-Auswählgate
ausgebildet, das zwischen die letzte Speicherzelle in dem zweiten
Speicherzellenstring und die erste gemeinsame Source/Drainleitung gekoppelt
ist. Weiterhin wird ein drittes Stringausgang-Auswählgate ausgebildet,
das zwischen die letzte Speicherzelle in dem dritten Speicherzellenstring
und die zweite gemeinsame Source/Drainleitung gekoppelt ist. Ferner
wird ein viertes Stringausgang-Auswählgate ausgebildet, das zwischen
die letzte Speicherzelle in dem vierten Speicherzellenstring und
die zweite gemeinsame Source/Drainleitung geschaltet ist.
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Weiterhin
kann ein fünfter
Speicherzellenstring mit einer Mehrzahl von seriell-gekoppelten
Speicherzellen mit einer ersten Speicherzelle und einer letzten
Speicherzellen ausgebildet werden sowie eine zweite Bitleitung,
die eingerichtet ist zum Bereitstellen einer Spannung für die Speicherzellen
in jedem Speicherzellenstring des zweiten Speicherzellenstrings
und des fünften
Speicherzellenstrings. Ferner kann das Verfahren ein Ausbilden einer
zweiten Verbindung aufweisen, die eingerichtet ist zum Bereitstellen
einer elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Bitleitung und
jedem Speicherzellenstring des ersten Speicherzellenstrings, des
zweiten Speicherzellenstrings, des dritten Speicherzellenstrings
und des vierten Speicherzellenstrings, wobei das Ausbilden der zweiten
Verbindung aufweisen kann: Herstellen eines zweiten Stringausgang-Auswählgates,
das zwischen die zweite Bitleitung und die letzte Speicherzelle
in dem zweiten Speicherzellenstring geschaltet ist und Herstellen
eines fünften
Stringausgang-Auswählgates,
das zwischen die zweite Bitleitung und die letzte Speicherzelle
in dem fünften Speicherzellenstring
geschaltet ist. Das Verfahren kann ferner aufweisen ein Herstellen
von einem Stringausgang-Auswählgate
des zweiten Stringausgang-Auswählgates
und des fünften
Stringausgang-Auswählgates
als einen Schalter und ein Herstellen des anderen Stringausgang-Auswählgates des
zweiten Stringausgang-Auswählgates
und des fünften
Stringausgang-Auswählgates
als eine Durchgangsverbindung.
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Der
erste Speicherzellenstring und der dritte Speicherzellenstring können ausgebildet
werden derart, dass sie im Wesentlichen ausgerichtet sind entlang
einer ersten longitudinalen Achse und der zweite Speicherzellenstring
und der vierte Speicherzellenstring können ausgebildet werden derart,
dass sie im Wesentlichen ausgerichtet sind entlang einer zweiten
longitudinalen Achse. Der fünfte
Speicherzellenstring kann ausgebildet werden derart, dass er im
Wesentlichen ausgerichtet ist entlang einer dritten longitudinalen
Achse. Die erste Bitleitung kann ausgebildet werden zwischen der
ersten longitudinalen Achse und der zweiten longitudinalen Achse
und die zweite Bitleitung kann ausgebildet werden zwischen der zweiten
longitudinalen Achse und der dritte longitudinalen Achse.
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Weiterhin
kann das Herstellen des zweiten Stringausgang-Auswählgates
und des fünften
Stringausgang-Auswählgates
aufweisen ein Herstellen von Feldeffekttransistoren, wobei jeder
Feldeffekttransistor einen ersten Anschluss aufweist, der mit der
ersten Bitleitung gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss, der mit
einem jeweiligen Speicherzellenstring des zweiten Speicherzellenstrings
und des fünften
Speicherzellenstrings gekoppelt ist und einen Gate-Anschluss, der
eingerichtet ist zum Steuern der Leitfähigkeit des Bereichs des Feldeffekttransistors
zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss.
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Die
Speicherzellen, die in dem ersten Speicherzellenstring, dem zweiten
Speicherzellenstring, dem dritten Speicherzellenstring, dem vierten
Speicherzellenstring und dem fünften
Speicherzellenstring enthalten sind, können als nicht-flüchtige Speicherzellen
ausgebildet werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
Teil eines Speicherarrays mit einer Verbindungsstruktur gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines Gemeinsame-Source-Speicherarrays mit einer Verbindungsstruktur
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung eines Virtuelle-Masse-Speicherarrays mit einer Verbindungsstruktur
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 ein
Verfahren zum Herstellen eines Speicherarrays mit einer Verbindungsstruktur
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 einen
beispielhaften Prozess zum Herstellen des Speicherarrays gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer Gemeinsame-Source/Drainleitungs-Konfiguration;
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6 einen
beispielhaften Prozess zum Herstellen eines Speicherarrays gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer Virtuelle-Masse-Konfiguration;
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7 eine
Querschnittsansicht eines Transistors, angewendet in einer Verbindungsstruktur
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8A eine
Draufsicht auf ein Gemeinsame-Source/Drainleitungs-Speicherarray-Teil
gemäß 2;
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8B bis 8H eine
erste Querschnittsansicht eines Gemeinsame-Source/Drainleitungs-Speicherarray-Teils
in unterschiedlichen Herstellungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8L bis 8K eine
zweite Querschnittsansicht eines Gemeinsame-Source/Drainleitungs-Speicherarrays-Teils
in unterschiedlichen Herstellungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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9A eine
Draufsicht auf ein Virtuell-Masse-Speicherarray-Teil gemäß 3;
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9B bis 9S eine
erste Querschnittsansicht eines Virtuelle-Masse-Speicherarray-Bereichs
in unterschiedlichen Herstellungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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9T bis 9V eine
zweite Querschnittsansicht eines Virtuelle-Masse-Speicherarray-Bereichs
in unterschiedlichen Herstellungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Aus
Gründen
der Klarheit werden ähnliche oder
gleiche Elemente im Rahmen dieser Beschreibung soweit sinnvoll mit
identischen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
einen Bereich eines Speicherarrays mit einer Bitleitungs-Verbindungsstruktur
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Der
Speicherarraybereich 100 weist eine Mehrzahl von Speicherzellenstrings
auf mit einem ersten Speicherzellenstring 100a, einem zweiten Speicherzellenstring 100b,
einem dritten Speicherzellenstring 100c und einem vierten
Speicherzellenstring 100d, wobei jeder Speicherzellenstring
eine Mehrzahl von seriell-gekoppelten (Source-zu-Drain) Speicherzellen,
wie in der NAND-Konfiguration gezeigt. Jeder Speicherzellenstring
der Mehrzahl von Speicherzellenstrings weist eine erste Speicherzelle (M1) und eine letzte Speicherzelle (Mn) auf und es können eine beliebige Anzahl
von Speicherzellen innerhalb eines Speicherzellenstrings vorgesehen sein,
beispielsweise 8, 16, 32 Speicherzellen und jede Speicherzelle der
Mehrzahl von Speicherzellen M1–Mn kann ein einzelnes Bit oder mehrere Bit
Daten speichern. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Speicherzellen M1–Mn nicht-flüchtige Speicherzellen, beispielsweise
Flash-Speicherzellen, magnetoresistive Vielfachzugriffspeicher-Speicherzellen
(Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM), Phasenänderungsspeicher-Speicherzellen
(Phase Change Memory, PCM) und andere nicht-flüchtige Speicherstrukturen,
wie sie an sich bekannt sind. Im Rahmen dieser unterschiedlichen
Arten von Speichertechnologien kann der Aufbau der Speicherzellen
variieren. Beispielsweise können
bei Flash-Speichern die Speicherzellen eine Floating-Gate-Struktur
aufweisen oder eine Ladungsfänger-Struktur
(charge trapping), einen planaren Kanal oder einen Recessed-Kanal
aufweisen oder sie können
eine Fin-Feldeffekttransistor-Speicherzelle aufweisen. Es ist für den Fachmann
ersichtlich, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf eine Speicherzelle eines
bestimmten Aufbaus und unterschiedliche Arten von Speichern können gemäß alternativen
Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden.
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Wie
gezeigt sind der erste Speicherzellenstring 100a und der
zweite Speicherzellenstring 100b mit einer ersten Gruppe
von Wortleitungen WLA1–WLAn gekoppelt
und der dritte Speicherzellenstring 100c und der vierte
Speicherzellenstring 100d sind mit einer zweiten Gruppe
von Wortleitungen WLB1–WLBn gekoppelt.
Ferner ist in 1 dargestellt, dass der erste
Speicherzellenstring 100a und der dritte Speicherzellenstring 100c im
Wesentlichen ausgerichtet sind entlang einer ersten longitudinalen Achse
und dass der zweite Speicherzellenstring 100b und der vierte
Speicherzellenstring 100d im Wesentlichen ausgerichtet
sind entlang einer zweiten longitudinalen Achse. In einem alternativen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind der erste Speicherzellenstring 100a und
der dritte Speicherzellenstring 100c ausgerichtet entlang
einer ersten Zickzack-Struktur und der zweite Speicherzellenstring 100b und
der vierte Speicherzellenstring 100d sind ausgerichtet
entlang einer zweiten Zickzack-Struktur, wobei die erste Zickzack-Struktur und die
zweite Zickzack-Struktur einander nicht kreuzen, in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Es
ist anzumerken, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf die oben beschriebenen
Strukturen. Jede andere Struktur kann im Rahmen der Erfindung verwendet
werden.
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Ferner
ist in dem Speicherarray-Bereich 100 eine Bitleitung 120 enthalten,
die derart eingerichtet ist bzw. die derart betreibbar ist, dass
eine Bitleitungsspannung und/oder ein Bitleitungsstrom jedem Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings 100a, des zweiten Speicherzellenstrings 100b, des
dritten Speicherzellenstrings 100c und des vierten Speicherzellenstrings 100d bereitgestellt
werden/wird. Wie gezeigt ist die Bitleitung 120 zwischen der
zuvor beschriebenen ersten longitudinalen Achse und der zweiten
longitudinalen Achse angeordnet, eine Konfiguration, die es ermöglicht,
einen Bitleitungskontakt herzustellen mit jedem Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings 100a, des zweiten Speicherzellenstrings 100b,
des dritten Speicherzellenstrings 100c und des vierten
Speicherzellenstrings 100d.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Bitleitung 120 ausgebildet aus unterschiedlichen
Niedrig-Widerstand-Materialien
wie beispielsweise Wolfram, Aluminium oder dergleichen. Weiter beispielhaft
kann die Bitleitung 50 nm breit sein (in horizontaler Dimension,
wie dargestellt) oder kleiner als mit der verwendeten Prozesstechnologie ermöglicht.
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Der
Speicherarray-Bereich 100 weist ferner eine Verbindungsstruktur
(im Folgenden auch bezeichnet als Verbindung oder als Bitleitungs-Verbindungsstruktur
oder Bitleitungs-Verbindung) 130 auf, die
eingerichtet oder derart betreibbar ist, dass die Bitleitungsspannung
und/oder der Bitleitungsstrom an jeden Speicherzellenstring des
ersten Speicherzellenstrings 100a, des zweiten Speicherzellenstrings 100b,
des dritten Speicherzellenstrings 100c und des vierten
Speicherzellenstrings 100d verteilt werden können/kann.
Die Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130 weist
ein erstes String-Auswählgate 132a,
ein zweites String-Auswählgate 134a,
ein drittes String-Auswählgate 136a und
ein viertes String-Auswählgate 138a auf,
wie dargestellt, mittels welchen die Bitleitungsspannung jedem Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings 100a, des zweiten Speicherzellenstrings 100b,
des dritten Speicherzellenstrings 100c und des vierten
Speicherzellenstrings 100d bereitgestellt wird. Um die
Erläuterung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung zu vereinfachen, werden die Auswählgates im Folgenden auch bezeichnet
als „Eingangs"-Auswählgates, da
sie betrieben werden zum Durchlassen von Strom (wie mittels Pfeilen
angezeigt) zu ihrem jeweiligen Speicherzellenstring 100a bis 100d.
In anderen Ausführungsformen
der Erfindung, die im Folgenden dargestellt sind, enthält die Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130 „Ausgangs"-Auswählgates,
welche den Strom, der durch den jeweiligen Ausgang-Auswählgate entsprechenden
Speicherzellenstring hindurch geführt wurde, empfängt. Die
Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130 ist nur zwischen den
Speicherzellenstrings 100a, 100b, 100c und 100d angeordnet und
mit diesen gekoppelt. Keine anderen peripheren Einheiten bis auf
die jeweilige Bitleitung und die Komponenten, die mit der Bitleitung
gekoppelt sind, sind mit der Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130 gekoppelt.
In anderen Worten stellt die Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130 eine
lokale Verteilung von der Bitleitungsspannung und/oder des Bitleitungsstroms, welche
mittels der Bitleitung 120 bereitgestellt werden/wird zu
einem Speicherzellenstring oder einer Mehrzahl von gekoppelten Speicherzellenstrings 100a, 100b, 100c und 100d.
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Jedes
Eingang-Auswählgate
weist einen ersten Anschluss auf, der mit der Bitleitung gekoppelt ist
und einen zweiten Anschluss, der mit einem jeweiligen Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings, des zweiten Speicherzellenstrings,
des dritten Speicherzellenstrings und des vierten Speicherzellenstrings
gekoppelt ist. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist jedes
Stringeingang-Auswählgate
der Stringeingang-Auswählgates
gekoppelt mit der ersten Speicherzelle des jeweiligen Speicherzellenstrings;
beispielsweise ist das erste Stringeingang-Auswählgate 132 gekoppelt
mit der ersten Speicherzelle M1 des ersten
Speicherzellenstrings 100a usw. für das zweite Stringeingang-Auswählgate,
das dritte Stringeingang-Auswählgate
und das vierte Stringeingang-Auswählgate. Weiter beispielhaft
ist jedes Stringeingang-Auswählgate
der Stringeingang-Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a Transistoren,
bei denen der jeweilige erste Anschluss (Source/Drain) mit der Bitleitung
gekoppelt ist, der jeweilige zweite Anschluss (Source/Drain) mit
einem Speicherzellenstring der Speicherzellenstrings gekoppelt ist
und der jeweilige Steueranschluss (Gate) gekoppelt ist zum Empfangen
eines Steuersignals 132c, 134c, 136c und 138c,
wobei das Steuersignal dazu dient, den Leitfähigkeitszustand eines oder mehrerer
Stringeingang-Auswählgates
der Stringeingang-Auswählgates
zu steuern.
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In
einem spezifischen Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind zwei Stringeingang-Auswählgates der Stringeingang-Auswählgates
als Durchgangsverbindungen eingerichtet, und die anderen verbleibenden
zwei Stringeingang-Auswählgates
als Schalter. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind das zweite Stringeingang-Auswählgate 134a und das
dritte Stringeingang-Auswählgate 136a als
Durchgangsverbindungen eingerichtet, so dass ein Verbindungspfad 133 ausgebildet
ist und das erste Stringeingang-Auswählgate 132a und das
vierte Stringeingang-Auswählgate 138a sind
als Schalter eingerichtet, deren Schaltzustand mittels der Signale 132c bzw. 138c gesteuert
wird. Der Durchgangsverbindungs-Zustand kann auf unterschiedliche
Weise erreicht werden, beispielsweise mittels eines vorwärts-vorgespannten
Transistors oder mittels einer leitfähigen Verbindung wie beispielsweise
einem leitfähigen
Via, einem Nanodraht oder ein anderen physikalischen Verbindungsstruktur.
Wenn die Durchgangsverbindung als Transistor realisiert ist, so
kann die Durchgangsverbindung erreicht werden, indem ein Steuersignal
bereitgestellt wird, das ausreichend ist, um den Transistor vorwärts-vorzuspannen,
oder indem der Transistor derart eingerichtet ist, dass er als Durchlasselement
wirkt (beispielsweise als Normal-An-Transistor, auch bezeichnet
als Dauerhaft-An-Transistor). Ein Fachmann wird erkennen, dass die
Art der Struktur, die verwendet wird zum Erreichen der Durchgangsverbindung
abhängig
von den verwendeten Prozesstechnologien variieren kann.
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Die
oben beschriebene Durchgangsverbindungs-Anordnung ist beispielhaft
und andere Anordnungen können
in einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können das erste Stringeingang-Auswählgate 132a und
das vierte Stringeingang-Auswählgate 138a als
Durchgangsverbindungen eingerichtet sein und das zweite Stringeingang-Auswählgate 134a und
das dritte Stringeingang-Auswählgate 136a können als
Schalter eingerichtet sein. Ferner können zwei Stringeingang-Auswählgates
entlang der Achse des aktiven Bereichs eingerichtet sein als Auswählgates,
beispielsweise das erste Stringeingang-Auswählgate 132a und
das dritte Stringeingang-Auswählgate 136a oder
das zweite Stringeingang-Auswählgate 134a und
das vierte Stringeingang-Auswählgate 138a.
Weiterhin kann das Stringeingang-Auswählgate an jedem Ende der jeweiligen Speicherzellenstrings
eingerichtet sein als Durchgangsverbindung, beispielsweise das erste
Stringeingang-Auswählgate 132a und
das zweite Stringeingang-Auswählgate 134a oder
das dritte Stringeingang-Auswählgate 136a und
das vierte Stringeingang-Auswählgate 138a.
Es ist lediglich erforderlich, dass mindestens ein Stringeingang-Auswählgate und
das Stringausgang-Auswählgate,
das dem jeweiligen Speicherzellenstring entspricht, als Schalter wirkt
zum Steuern des Betriebs des entsprechenden Speicherzellenstrings.
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Der
Speicherarray-Bereich 100 weist ferner ein Auswählgate 132b, 134b, 136b und 138b auf, wobei
jedes Auswählgate
als ein „Ausgangs"-Auswählgate bezeichnet
wird, da jedes dieser Auswählgates
betrieben wird derart und eingerichtet ist derart, dass es den durch
den jeweils gekoppelten Speicherzellenstring durchgeführte Strom
empfängt.
Wie dargestellt weist jedes Stringausgang-Auswählgate auf einen jeweiligen
ersten Anschluss (Source/Drain), der mit der letzten Speicherzelle
in dem jeweiligen Speicherzellenstring gekoppelt ist, einen jeweiligen zweiten
Anschluss (Source/Drain), der mit einer anderen Spannung 140a, 140b, 140c und 140d gekoppelt
ist, und einen jeweiligen Steueranschluss (gate) zum Steuern des
Leitfähigkeits-Zustands
des jeweiligen Stringausgang-Auswählgates. Spezifische Ausführungsbeispiele
hinsichtlich der Verschaltung der Stringausgang-Auswählgates
werden im Folgenden näher
erläutert.
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Während des
Betriebs werden/wird eine Bitleitungsspannung und/oder ein Bitleitungsstrom
der Bitleitung 120 zugeführt, und darüber der
Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130. Es sei angenommen,
dass der Verbindungsstruktur-Pfad 133 bereitgestellt wird
und es sei ferner angenommen, dass der erste Speicherzellenstring 100a gelesen
oder beschrieben werden soll. In diesem Fall wird das erste Stringeingang-Auswählgate 132a angeschaltet
(derart gesteuert, dass es in einem Leitfähig-Zustand ist) und dass erste Stringausgang-Auswählgate 132b wird
angeschaltet, womit ein Strompfad für den ersten Speicherzellenstring 100a bereitgestellt
wird. Die anderen Speicherzellenstrings 100b, 100c und 100d werden
abgeschaltet, in dem die zugehörigen
Stringausgang-Auswählgates 134b, 136b und 138b sowie das
Stringeingang-Auswählgate 138a abgeschaltet werden.
Es ist zu erkennen, dass jeder Speicherzellenstring der Speicherzellenstrings 100a bis 100d individuell
aktiviert werden kann mittels eines ähnlichen Prozesses und mittels
des Verbindungsstruktur-Pfads 133, oder alternativ mit
dem Verbindungsstruktur-Pfad 133, der zwischen dem ersten
Stringeingang-Auswählgate 132 und
dem vierten Stringeingang-Auswählgate 138a ausgebildet
ist, wie oben beschrieben.
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Ausgang-Auswählgate-Spannungen 140a, 140b, 140c und 140d können mittels
unterschiedlicher Anordnungen bereitgestellt werden, abhängig von
der gewünschten
Speichereinrichtungs-Architektur.
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Beispielsweise
kann eine Gemeinsame-Source/Drainleitung-Architektur verwendet werden, wobei
die Ausgang-Auswählgate-Spannungen 140a und 140b mittels
einer ersten gemeinsamen Sourceleitung bereitgestellt werden und
die Ausgang-Auswählgate-Spannungen 140c und 140d mittels
einer zweiten gemeinsamen Sourceleitung bereitgestellt werden. Alternativ
können
zusätzliche
Bitleitungs-Verbindungsstrukturen verwendet werden zum Zuführen der
Ausgang-Auswählgate-Spannungen.
Jedes der Ausführungsbeispiele
wird im Folgenden näher
erläutert.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Gemeinsame-Sourceleitung-Speicherarrays mit einer
Bitleitungs-Verbindungsstruktur
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei zuvor beschriebene Merkmale die Bezugszeichen
beibehalten. Wie dargestellt sind das erste Stringausgang-Auswählgate 132b und
das zweite Stringausgang-Auswählgate 134b mit
einer ersten gemeinsamen Sourceleitung 210a gekoppelt und
das dritte Stringausgang-Auswählgate 136b und
das vierte Stringausgang-Auswählgate 138b sind
mit einer zweiten gemeinsamen Sourceleitung 210b gekoppelt.
Mittels der Stringausgang-Auswählgates 132b und 134b ist
die jeweils letzte Speicherzelle in dem jeweiligen Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings 100a und des zweiten Speicherzellenstrings 100b gekoppelt
mit der ersten gemeinsamen Sourceleitung und entsprechend stellen
die Stringausgang-Auswählgates 136b und 138b eine
Kopplung zwischen der letzten Speicherzelle eines jeden Speicherzellenstrings
des dritten Speicherzellenstrings 100c und des vierten
Speicherzellenstrings 100d mit der zweiten gemeinsamen
Sourceleitung 210b bereit.
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Die
gemeinsame Sourceleitungs-Konfiguration enthält ferner eine zweite Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130b,
die mit einer zweiten Bitleitung 120b gekoppelt ist sowie
mit einem fünften
Speicherzellenstring 100e, einem sechsten Speicherzellenstring 100f,
einem siebten Speicherzellenstring 100g und einem achten
Speicherzellenstring 100h, mittels Stringeingang-Auswählgates 132e, 134e, 136e bzw. 138e.
Stringausgang-Auswählgates 132f, 134f, 136f und 138f dienen
zum Vervollständigen
des Schaltkreises zwischen der zweiten Bitleitung 120b und entweder
der ersten gemeinsamen Sourceleitung 210a (für den fünften Speicherzellenstring 100e und dem
siebten Speicherzellenstring 100g) oder der zweiten gemeinsamen
Sourceleitung 210b (für
den sechsten Speicherzellenstring 100f und dem achten Speicherzellenstring 100h).
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In
einer spezifischen Ausführungsform
der Erfindung ist die oben zuvor beschriebene Durchgangsverbindungs-Anordnung,
die in der ersten Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a angewendet
ist, welche die gleiche Struktur hat wie die Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130 des
in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wiederholt
vorgesehen in der zweiten Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130b. Insbesondere
weisen zwei Stringeingang-Auswählgates
der vier Stringeingang-Auswählgates
Durchgangsverbindungen auf, so dass ein Verbindungspfad 133b ausgebildet
wird und die verbleibenden zwei Stringeingang-Auswählgates
der vier Stringeingang-Auswählgates
werden als Schalter betrieben, wie im Zusammenhang mit der ersten
Verbindungsstruktur 130a beschrieben. Weiter sind gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung entweder das fünfte
Stringeingang-Auswählgate 132e oder
das sechste Stringeingang-Auswählgate 136e als
Durchgangsverbindung ausgebildet und entsprechend sind entweder
das siebte Stringeingang-Auswählgate 134e oder
das achte Stringeingang-Auswählgate 138e als
Durchgangsverbindung ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung sind die erste Verbindungsstruktur 130a und
die zweite Verbindungsstruktur 130b unterschiedlich eingerichtet;
beispielsweise setzt die erste Verbindungsstruktur 130a das
erste Stringeingang-Auswählgate
und das vierte Stringeingang-Auswählgate als Durchgangsverbindungen
ein, wohingegen die zweite Verbindungsstruktur 130b das
sechste Stringeingang-Auswählgate 134e und
das siebte Stringeingang-Auswählgate als
Durchgangsverbindungen implementiert hat. Weiterhin kann eine Verbindungsstruktur
der Mehrzahl von Verbindungsstrukturen überhaupt keine Durchgangsverbindung
vorsehen.
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Ein
Fachmann erkennt, dass der Speicherarray-Bereich wiederholt vorgesehen
sein kann. Beispielsweise können
eine zusätzliche
Bitleitung und vier Speicherzellenstrings miteinander gekoppelt werden
mittels einer zusätzlichen
Bitleitungs-Verbindungsstruktur,
die zwischen die erste gemeinsame Sourceleitung 110a und
die zweite gemeinsame Sourceleitung 110b eingefügt werden
kann. Ferner kann der dargestellte Speicherarray-Bereich wiederholt
nebeneinander angeordnet sein.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Virtuelle-Masse-Speicherarrays mit
einer Bitleitungs-Verbindungsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei zuvor beschriebene und identifizierte Merkmale
mit denselben Bezugszeichen versehen sind. In diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Ausgang-Auswählgate-Spannungen 140a bis 140d bereitgestellt
mittels zusätzlicher
Bitleitungs-Verbindungsstrukturen,
so dass ein Vorspannen des gewünschten
Speicherzellenstrings ermöglicht
ist.
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Wie
dargestellt weist der Speicherarray-Bereich zusätzlich zu der Ausführungsform
von 1 eine erste Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a, eine zweite
Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130b,
eine dritte Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130c sowie eine
vierte Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130d auf und
einen fünften
Speicherzellenstring 100e, einen sechsten Speicherzellenstring 100f,
einen siebten Speicherzellenstring 100g und einen achten
Speicherzellenstring 100h. Die erste Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a weist
die Stringeingang-Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a auf,
wie zuvor beschrieben. Die zweite Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130b weist
ein zweites Stringausgang-Auswählgate 134b,
ein fünftes
Stringausgang-Auswählgate 132f und
zwei zusätzliche
Stringausgang-Auswählgates 134y und 132z auf,
die mit Speicherzellenstrings gekoppelt sind, die oberhalb der Figur
verlaufen.
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Die
dritte Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130c weist Stringausgang-Auswählgates
auf, insbesondere das vierte Stringausgang-Auswählgate 138b, das sechste
Stringausgang-Auswählgate 136f und
zwei zusätzliche
Stringausgang-Auswählgates 138y und 136z,
die mit Speicherzellenstrings gekoppelt sind, die unterhalb der
Figur verlaufen. Die vierte Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130d weist
Stringeingang-Auswählgates
auf, insbesondere das fünfte Stringeingang-Auswählgate 132e,
das sechste Stringeingang-Auswählgate 134e,
ein siebtes Stringeingang-Auswählgate 136e und
ein achtes Stringeingang-Auswählgate 138e.
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Bezug
nehmend auf den Betrieb der zweiten Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130b wird
das darin enthaltene zweite Stringausgang-Auswählgate 134b mittels
der zweiten Bitleitung 120b vorgespannt. Insbesondere wenn
ein Aktivieren des zweiten Speicherzellenstrings 100b gewünscht ist,
wird das zweite Stringausgang-Auswählgate 134b ein-vorgespannt
mittels des Steuersignals 134d, womit die Spannung und/oder
der Strom, der auf der zweiten Bitleitung 120b vorhanden
ist, der letzten Speicherzelle innerhalb des zweiten Speicherzellenstrings 100b zugeführt wird.
Gleichzeitig wird eine erste Bitleitungsspannung an die erste Bitleitung 120a angelegt,
welche erste Bitleitungsspannung der ersten Speicherzelle in dem
zweiten Speicherzellenstring 100b mittels des Stringeingang-Auswählgates 134a zugeführt wird,
welches in der dargestellten Ausführungsform eingerichtet ist
als Durchgangsverbindung. Auf diese Weise können Spannungen von zwei Bitleitungen
an einen Speicherzellenstring angelegt werden.
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Um
einen problemlosen Betrieb zu ermöglichen werden benachbarte
Speicherzellenstrings entlang der ersten Bitleitung 120a und
der zweiten Bitleitung 120 deaktiviert. In einem solchen
Prozess werden die Stringeingang-Auswählgates 132a und 138a ausgeschaltet,
das Stringausgang-Auswählgate 136b wird
ausgeschaltet, das Stringausgang-Auswählgate 132z in der
zweiten Verbindungsstruktur 130b wird ausgeschaltet und
die Stringeingang-Auswählgates 136f und 138y in
der dritten Verbindungsstruktur 130c werden ausgeschaltet.
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Die
zweite Verbindungsstruktur weist ferner ein fünftes Stringausgang-Auswählgate 132f auf,
das zwischen die letzte Speicherzelle in dem fünften Speicherzellenstring 100e und
die zweite Bitleitung 120b geschaltet ist. Das fünfte Stringausgang-Auswählgate 132f ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung als Durchgangsverbindung eingerichtet, obwohl in einer
alternativen Ausführungsform
das fünfte
Stringausgang-Auswählgate 132f auch
als Schalter eingerichtet sein kann.
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Der
Betrieb des fünften
Speicherzellenstrings 100e wird erreicht mittels Zuführens einer
ersten Spannung zu der dritten Bitleitung 120c, wobei die
erste Spannung der ersten Speicherzelle in dem fünften Speicherzellenstring 100e mittels
der vierten Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130d mittels
des Stringeingang-Auswählgates 132e zugeführt wird. Eine
zweite Spannung wird der letzten Speicherzelle in dem fünften Speicherzellenstring 100e mittels
der zweiten Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130b mittels des
Stringausgang-Auswählgates 132f zugeführt. Benachbarte
Speicherzellenstrings, die entlang der zweiten Bitleitung 120b und
der dritten Bitleitung 120c gekoppelt sind, werden ausgeschaltet,
insbesondere wird der zweite Speicherzellenstring 100b deaktiviert
mittels Ausschaltens seines Stringausgang-Auswählgates 134b, der
sechste Speicherzellenstring 100f wird deaktiviert mittels
Ausschaltens seines Stringausgang-Auswählgates 136f, der
siebte Speicherzellenstring 100g wird deaktiviert mittels Ausschaltens
seines Stringausgang-Auswählgates 134f,
der neunte Speicherzellenstring 100h wird deaktiviert mittels
Ausschaltens seines Stringeingang-Auswählgates 138e. Ferner
werden die Stringausgang-Auswählgates 132z und 138y ausgeschaltet
um zu verhindern, dass ihre zugehörigen Speicherzellen leitfähig werden.
Die Speicherzellenstrings, die die Stringausgang-Auswählgates 134y und 136z aufweisen,
haben schaltbare Auswählgates, welche
ausgeschaltet sind um zu verhindern, dass diese Speicherzellenstrings
leitfähig
sind.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist jede Bitleitungs-Verbindungsstruktur der Bitleitungs-Verbindungsstrukturen 130a bis 130d versehen
mit einem Verbindungsstruktur-Pfad 133a bis 133d,
die ausgebildet sind mittels zwei Durchgangsverbindungen innerhalb
der Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a bis 130d.
Jede der oben beschriebenen Durchgangsverbindungs-Anordnungen kann
eingesetzt werden. Das zweite Stringeingang-Auswählgate und das dritte Stringeingang-Auswählgate können verwendet
werden, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt. Alternativ
können
das erste Stringeingang-Auswählgate
und das vierte Stringeingang-Auswählgate als Durchgangsverbindungen verwendet
werden. Ferner können
das erste Stringeingang-Auswählgate
und das dritte Stringeingang-Auswählgate oder das zweite Stringeingang-Auswählgate und
das vierte Stringeingang-Auswählgate verwendet
werden, beispielsweise, wenn die erste Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a derart
angeordnet ist und die zweite Verbindungsstruktur 130b die
gleiche Durchgangsverbindungs-Anordnung aufweist. Weiterhin können das erste
Stringeingang-Auswählgate
und das zweite Stringeingang-Auswählgate oder
das dritte Stringeingang-Auswählgate
und das vierte Stringeingang-Auswählgate als Durchgangsverbindungen eingerichtet
sein. Es ist lediglich erforderlich, dass das Stringeingang-Auswählgate und
das Stringausgang-Auswählgate,
das demselben Speicherzellenstring zugehörig ist (134a und 134b zugehörig zu dem
zweiten Speicherzellenstring 100b) nicht beide als Durchgangsverbindungen
eingerichtet sind, da dies ein Steuern des Aktivierens des Speicherzellenstrings
verhindern würde.
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4 zeigt
ein Verfahren zum Herstellen eines Speicherarrays mit einer Bitleitungs-Verbindungsstruktur
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Das Verfahren weist einen Prozess 410 auf
zum Ausbilden eines ersten Speicherzellenstrings, eines zweiten
Speicherzellenstrings, eines dritten Speicherzellenstrings und eines
vierten Speicherzellenstrings, wobei jeder Speicherzellenstring eine
Mehrzahl von seriell-gekoppelten Speicherzellen aufweist mit einer
ersten Speicherzelle und einer letzten Speicherzelle. Der Prozess
des Bildens der seriell-gekoppelten Speicherzellen hängt ab von
dem Typ und der Struktur der Speicherzelle. In einem spezifischen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden diese Prozesse implementiert im Rahmen des
Herstellens von Flash-Typ-Speicherzellen,
Ausführungsbeispiele
hierfür
werden im Folgenden näher
erläutert.
Die Speicherzellenstrings können
ferner hergestellt werden in MRAM, PCM oder anderen Speicherzellen-Technologien.
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Dann,
in 420, wird eine erste Bitleitung ausgebildet, die eingerichtet
ist oder betreibbar ist zum Bereitstellen einer Spannung an die
Speicherzellen in jedem Speicherzellenstring des ersten Speicherzellenstrings,
des zweiten Speicherzellenstrings, des dritten Speicherzellenstrings
und des vierten Speicherzellenstrings. In alternativen Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann das Ausbilden der Bitleitung im Rahmen des Herstellens
des ersten Speicherzellenstrings, des zweiten Speicherzellenstrings, des
dritten Speicherzellenstrings und des vierten Speicherzellenstrings
durchgeführt
werden. In diesem Fall wird Prozess 420 ausgelassen.
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In 430 wird
eine erste Bitleitungs-Verbindungsstruktur ausgebildet, wobei die
Verbindungsstruktur eingerichtet ist oder betreibbar ist zum Bereitstellen
einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Bitleitung und
jedem Speicherzellenstring des ersten Speicherzellenstrings, des
zweiten Speicherzellenstrings, des dritten Speicherzellenstrings und
des vierten Speicherzellenstrings. In einem spezifischen Ausführungsbeispiel
dieses Prozesses werden das erste Stringeingang-Auswählgate,
das zweite Stringeingang-Auswählgate,
das dritte Stringeingang-Auswählgate
und das vierte Stringeingang-Auswählgate hergestellt, wobei jedes
Stringeingang-Auswählgate
zwischen die erste Bitleitung und einem jeweiligen Speicherzellenstring
des ersten Speicherzellenstrings, des zweiten Speicherzellenstrings,
des dritten Speicherzellenstrings und des vierten Speicherzellenstrings
geschaltet wird. Ein beispielhafter Prozess für 430 weist ferner
den Prozess des Einrichtens von zwei Stringeingang-Auswählgates
des ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates als Schalter auf und
das Einrichten der restlichen zwei Stringeingang-Auswählgates
des ersten Stringeingang-Auswählgates, des
zweiten Stringeingang Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates als Durchgangsverbindung.
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Jeder
dieser Prozesse wird im Folgenden näher erläutert.
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In
einem spezifischen Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird der Prozess 410 des Ausbildens von mindestens
dem ersten Speicherzellenstring, dem zweiten Speicherzellenstring,
dem dritten Speicherzellenstring und dem vierten Speicherzellenstring
derart durchgeführt,
dass zwei der Speicherzellenstrings der Speicherzellenstrings (beispielsweise der
erste Speicherzellenstring 100a und der dritte Speicherzellenstring 100c)
im Wesentlichen entlang einer ersten longitudinalen Achse ausgerichtet
werden und derart, dass zwei andere Speicherzellenstrings (beispielsweise
der zweite Speicherzellenstring 100b und der vierte Speicherzellenstring 100d) ebenfalls
im Wesentlichen entlang einer zweiten longitudinalen Achse ausgerichtet
werden. Ferner wird die Operation 420 des Ausbildens einer
Bitleitung durchgeführt
derart, dass die Bitleitung zwischen der ersten longitudinalen Achse
und der zweiten longitudinalen Achse ausgebildet wird. Diese Konfiguration ermöglicht es,
dass die Bitleitung die Bitleitungs-Verbindungsstruktur kontaktiert,
ohne dass sie interferiert mit oder stört die Steuerleitungen oder
den aktiven Bereich, der entlang des Speicherzellenstrings angeordnet
ist. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die erste longitudinale Achse und die zweite
longitudinale Achse im Wesentlichen parallel zueinander.
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In
einem weiteren spezifischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist die Operation des Herstellens des ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates auf das Herstellen
von Feldeffekttransistoren für
jedes der Stringeingang-Auswählgates.
In diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist jeder Auswählgate-Feldeffekttransistor
einen jeweiligen ersten Anschluss (beispielsweise einen ersten Source/Drain-Anschluss)
auf, der mit der ersten Bitleitung gekoppelt ist, einen jeweiligen
zweiten Anschluss (beispielsweise einen zweiten Source/Drain-Anschluss),
der mit einem jeweiligen Speicherzellenstrings des ersten Speicherzellenstrings, des
zweiten Speicherzellenstrings, des dritten Speicherzellenstrings
bzw. des vierten Speicherzellenstrings gekoppelt ist, sowie einen
jeweiligen Gate-Anschluss, der eingerichtet bzw. betreibbar ist
zum Steuern der Leitfähigkeit
des Feldeffekttransistors zwischen dem ersten Anschluss und dem
zweiten Anschluss. Nachfolgend werden die aktiven Bereiche zwischen
dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss von zwei Stringeingang-Auswählgates des
ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates implantiert, so dass
diese Transistoren leitfähig
gemacht werden. Ein Ausführungsbeispiel
dieses Prozesses wird im Folgenden näher beschrieben.
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5 beschreibt
einen beispielhaften Prozess zum Herstellen des Speicherarrays gemäß der Erfindung
in einer Gemeinsame-Sourceleitung-Konfiguration.
Diese Operationen können
enthalten sein in jedem der oben beschriebenen Prozesse 410–430 oder können in
anderen Ausführungsformen
der Erfindung separat durchgeführt
werden.
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In 510 wird
eine erste gemeinsame Source/Drainleitung (beispielsweise 210a)
ausgebildet, die gekoppelt wird mit jeder der letzten Speicherzellen
Mn in dem ersten Speicherzellenstring und
dem zweiten Speicherzellenstring (beispielsweise 100a und 100b).
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In 520 wird
eine zweite gemeinsame Source/Drainleitung ausgebildet, welche gekoppelt
wird mit jeder der letzten Speicherzellen Mn in
dem dritten Speicherzellenstring und dem vierten Speicherzellenstring,
beispielsweise 100c und 100d.
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In 530 werden
die folgenden Strukturen ausgebildet:
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(i)
ein erstes Stringausgang-Auswählgate (beispielsweise 132b),
welche zwischen die letzte Zelle in dem ersten Speicherzellenstring
und die erste gemeinsame Source/Drainleitung geschaltet wird,
- (ii) ein zweites Stringausgang-Auswählgate (beispielsweise 134b),
das zwischen die letzte Speicherzelle in dem zweiten Speicherzellenstring
und die erste gemeinsame Source/Drainleitung geschaltet wird,
- (iii) ein drittes Stringausgang-Auswählgate (beispielsweise 136b),
das zwischen die letzte Speicherzelle in dem dritten Speicherzellenstring
und die zweite gemeinsame Source/Drainleitung geschaltet wird, und
- (iv) ein viertes Stringausgang-Auswählgate (beispielsweise 138b),
das zwischen die letzte Speicherzelle in dem vierten Speicherzellenstring
und die zweite gemeinsame Source/Drainleitung geschaltet wird.
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Die
resultierende Struktur ist so, wie in 1 gezeigt.
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6 zeigt
einen beispielhaften Prozess zum Herstellen des Speicherarrays gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer Virtuelle-Masse-Konfiguration.
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Diese
Operationen können
in jedem der zuvor beschriebenen Prozesse 410 bis 430 enthalten sein
oder sie können
in anderen Ausführungsformen der
Erfindung als separate Operationen durchgeführt werden.
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In 610 wird
ein fünfter
Speicherzellenstring (beispielsweise 100e) ausgebildet,
wobei der fünfte Speicherzellenstring
eine Mehrzahl von seriell-gekoppelten Speicherzellen aufweist mit
einer ersten Speicherzelle und einer letzten Speicherzelle.
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In 620 wird
eine zweite Bitleitung (beispielsweise 120b) ausgebildet,
die eingerichtet und betreibbar ist zum Bereitstellen einer Spannung
für die Speicherzellen
in jedem Speicherzellenstring des zweiten Speicherzellenstrings
und des fünften
Speicherzellenstrings.
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In 630 wird
eine zweite Bitleitungs-Verbindungsstruktur (beispielsweise 130b)
ausgebildet, wobei die Bitleitungs-Verbindungsstruktur (beispielsweise 130b)
eingerichtet ist und betreibbar ist zum Bereitstellen einer elektrischen
Verbindung zwischen der zweiten Bitleitung (beispielsweise 120b)
und dem zweiten Speicherzellenstring und dem fünften Speicherzellenstring
(100b und 100e). In einem Ausführungsbeispiel dieses Prozesses
werden ein zweites Stringausgang-Auswählgate (beispielsweise 134b) und
ein fünftes
Stringausgang-Auswählgate
(beispielsweise 132f) hergestellt, wobei das zweite Stringausgang-Auswählgate (beispielsweise 134d)
zwischen die zweite Bitleitung (beispielsweise 120b) und
die letzte Speicherzelle in dem zweiten Speicherzellenstring (beispielsweise 100b)
gekoppelt wird und das fünfte
Stringausgang-Auswählgate
(beispielsweise 132f) zwischen die zweite Bitleitung (beispielsweise 120b)
und die letzte Speicherzelle in dem fünften Speicherzellenstring
(beispielsweise 100e) gekoppelt wird. Prozess 630 kann
weiterhin enthalten ein Konfigurieren eines Stringausgang-Auswählgates
des zweiten Stringausgang-Auswählgates
und des fünften
Stringausgang-Auswählgates
(beispielsweise 134b und 132f) derart, dass sie als
Schalter eingerichtet sind und das andere Stringausgang-Auswählgate des
zweiten Stringausgang-Auswählgates
und des fünften
Stringausgang-Auswählgates
(beispielsweise 134b und 132f) derart, dass es
als Durchgangsverbindung wirkt.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist die Operation des Herstellens des ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates
(beispielsweise 130a, 130b, 130c und 130d)
auf ein Herstellen von Feldeffekttransistoren für jedes der Stringeingang-Auswählgates (beispielsweise 130a, 130b, 130c, 130d).
In diesem Ausführungsbeispiel
weist jeder Auswählgate-Feldeffekttransistor
einen jeweiligen ersten Anschluss (beispielsweise einen ersten Source/Drain-Anschluss)
auf, der mit der ersten Bitleitung (beispielsweise 120a)
gekoppelt ist, einen jeweiligen zweiten Anschluss (beispielsweise
einen zweiten Source/Drain-Anschluss), der mit einem jeweiligen
Speicherzellenstring des ersten Speicherzellenstrings, des zweiten
Speicherzellenstrings, des dritten Speicherzellenstrings oder des
vierten Speicherzellenstrings (beispielsweise 100a, 100b, 100c und 100d) und
einen jeweiligen Gate-Anschluss, der eingerichtet ist und betreibbar
ist zum Steuern der Leitfähigkeit der
jeweiligen Speicherzelle zwischen dem jeweiligen ersten Anschluss
und dem jeweiligen zweiten Anschluss. Anschließend wird der Gate-Anschluss von
zwei Stringeingang-Auswählgates
des ersten Stringeingang-Auswählgates,
des zweiten Stringeingang-Auswählgates,
des dritten Stringeingang-Auswählgates
und des vierten Stringeingang-Auswählgates (beispielsweise 130a, 130b, 130c und 130d) implantiert,
so dass diese Transistoren leitfähig
werden.
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Ein
Beispiel für
diesen Prozess wird im Folgenden näher erläutert.
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In
einem spezifischen Ausführungsbeispiel der
Erfindung weist die zuvor beschriebene Operation des Herstellens
des zweitens Stringausgang-Auswählgates
und des fünften
Stringausgang-Auswählgates
(beispielsweise 134b und 132f) den Prozess des
Herstellens von Feldeffekttransistoren für jedes Stringausgang-Auswählgate des
zweiten Stringausgang-Auswählgates
und des fünften
Stringausgang-Auswählgates
(beispielsweise 134b und 132f) auf, wobei jeder
Feldeffekttransistor einen jeweiligen ersten Anschluss (beispielsweise
einen ersten Source/Drain-Anschluss)
aufweist, der mit der ersten Bitleitung gekoppelt ist, einen jeweiligen
zweiten Anschluss (beispielsweise einen zweiten Source/Drain-Anschluss),
der mit einem jeweiligen Speicherzellenstring des zweiten Speicherzellenstrings oder
des fünften
Speicherzellenstrings gekoppelt ist (beispielsweise 100b und 100e)
und einen jeweiligen Gate-Anschluss, der eingerichtet ist und betreibbar ist
zum Steuern der Leitfähigkeit
des Feldeffekttransistors zwischen dem jeweiligen ersten Anschluss und
dem jeweiligen zweiten Anschluss.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Operation 610 des Ausbildens eines
fünften Speicherzellenstrings
durchgeführt
derart, dass der fünfte
Speicherzellenstring entlang einer dritten longitudinalen Achse
verläuft
(der erste Speicherzellenstring und der dritte Speicherzellenstring
verlaufen im Wesentlichen ausgerichtet entlang einer ersten longitudinalen
Achse und der zweite Speicherzellenstring und der vierte Speicherzellenstring
verlaufen im Wesentlichen ausgerichtet entlang einer zweiten longitudinalen
Achse). Ferner wird die Operation 620 des Ausbildens einer
zweiten Bitleitung derart durchgeführt, dass die zweite Bitleitung
zwischen der zweiten longitudinalen Achse und der dritten longitudinalen Achse
ausgebildet wird. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die erste longitudinale Achse, die zweite longitudinale
Achse und die dritte longitudinale Achse im Wesentlichen parallel
zueinander.
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7 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Transistoranordnung 700 mit
einer Steuerleitung 710, die entlang dem Gate-Stapel einer
jeden Speicherzelle innerhalb des dargestellten Speicherzellenstrings 730 angeordnet
ist. Die Transistoranordnung 700 kann eine Mehrzahl von
seriell-Source-zu-Drain-gekoppelten
Speicherzellen 740 aufweisen, die in, auf oder über einem
Träger 760 ausgebildet
sind. Der Träger 760 kann
ein Substrat sein wie beispielsweise ein Halbleitersubstrat. Das
Halbleitersubstrat kann gebildet sein aus einem Silizium-Bulk-Substrat, obwohl
in einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung das Halbleitersubstrat ein Silizium-auf-Isolator (SOI)-Substrat
sein kann. Jedes andere geeignete Halbleitermaterial wie beispielsweise
ein Verbundhalbleiter-Material
(beispielsweise ein IV-IV-Verbundhalbleiter-Material (beispielsweise
SiGe), ein III-V-Verbundhalbleiter-Material (beispielsweise GaAs),
ein II-VI-Verbundhalbleiter-Material) kann in einer alternativen
Ausführungsform
der Erfindung eingesetzt werden. Jede der Speicherzellen 740 kann
eine Ladungsspeicher-Speicherzelle sein wie beispielsweise eine
Ladungsfänger-Speicherzelle
(Charge Trapping-Speicherzelle) oder eine Floating-Gate-Speicherzelle.
In dem Fall einer Floating-Gate-Speicherzelle 740 weist
diese einen ersten Source/Drain-Bereich 746 und
einen zweiten Source/Drain-Bereich 748 auf. Ein aktiver Bereich 750 ist
vorgesehen zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich 746 und
dem zweiten Source/Drain-Bereich 748. Ferner ist eine Tunnel-Dielektrikumschicht 752,
beispielsweise hergestellt aus einem Oxid wie beispielsweise Siliziumoxid,
angeordnet auf oder über
dem aktiven Bereich 750. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist ein Floating-Gate-Bereich 754 angeordnet
auf oder über
der Tunneloxidschicht 752, wobei der Floating-Gate-Bereich 754 hergestellt
ist aus einem elektrisch leitfähigen
Material wie beispielsweise Polysilizium. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein Steuergate-Dielektrikum-Bereich 744 angeordnet
auf oder über
dem Floating-Gate-Bereich 754, wobei der Steuergate-Dielektrikum-Bereich 744 aus
einer dielektrischen Schicht hergestellt ist, beispielsweise hergestellt
aus einem Oxid wie beispielsweise Siliziumoxid oder Aluminiumoxid.
Ein Steuergate-Bereich ist auf oder über dem Steuergate-Dielektrikum-Bereich 744 angeordnet,
wobei der Steuergate-Bereich hergestellt ist aus einem elektrisch
leitfähigen
Material wie beispielsweise Polysilizium und mit einer Wortleitung 742 verbunden
ist. Im Betrieb kann ein Kanal in dem aktiven Bereich 750 ausgebildet
werden, womit ein Stromfluss zwischen dem ersten Source/Drain-Bereich 746 und
dem zweiten Source/Drain-Bereich 748 in Antwort auf das
Anliegen einer geeigneten Gate-Spannung, Source-Spannung und Drain-Spannung und einer
an die Steuerleitung 710 angelegten Spannung ermöglicht wird.
Eine Spannungsdifferenz wird angelegt zwischen die Steuerleitung 710 und
eine der Wortleitungen, beispielsweise 742, wobei die angelegte
Spannungsdifferenz eine niedrige effektive Barrierendicke erzeugt innerhalb
der Dielektrikumschicht 744 der Speicherzelle 740.
Die Reduktion in der effektiven Barriere der dielektrischen Schicht 744 ermöglicht die
Verwendung niedrigerer Programmier- und Lösch-Spannungen.
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Ein
Hindernis, das bei der Anwendung der Steuerleitung 710 zum
Erniedrigen der Programmier- und Lösch-Spannung in Betracht zu
ziehen ist, ist darin zu sehen, dass die Steuerleitung den Zugriff
des NAND-Speicherzellenstrings auf eine Bitleitung behindern kann,
die normalerweise positioniert ist an der Stelle, an der die Steuerleitung 710 implementiert ist.
Die geringe Fläche
der Bitleitungs-Verbindungsstruktur ermöglicht es, dass sie zwischen
benachbarten Steuerleitungen positioniert wird, so dass eine schaltbare
Verbindung zwischen einer gemeinsamen Bitleitung und zwei benachbarten
NAND-Speicherzellenstrings
bereitgestellt wird.
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8 zeigt eine Draufsicht auf einen Gemeinsame-Source-Speicherarray-Bereich
gemäß 2 und
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei zuvor beschriebene Merkmale mit denselben Bezugszeichen
versehen werden. Die Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a ist
mit dem dritten Speicherzellenstring 100c und dem vierten
Speicherzellenstring 100d gekoppelt. Auf den aktiven Bereichen
des dritten Speicherzellenstrings 100c und des vierten
Speicherzellenstrings 100d sind Steuerleitungen C/L 710 angeordnet,
die im Wesentlichen den aktiven Bereichen der Speicherzellenstrings
folgen, wie in 7 dargestellt. In dieser Ausführungsform stellen
die Steuerleitungen 710 Kopplungen bereit zu den Wortleitungen
innerhalb jeder der Speicherzellen, wobei die Spannungsdifferenz
zwischen der Steuerleitung 710 und der Wortleitung innerhalb
einer bestimmten Speicherzelle eine reduzierte effektive Barriere
der dielektrischen Schicht der Speicherzelle zwischen dem Floating-Gate
der Speicherzelle und der Wortleitung bereitstellt, so dass eine
niedrigere Betriebs-Programmier-
und -Löschspannung bereitgestellt
werden. Die erste Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a weist
Stringeingang-Auswählgates 132a, 134a, 136a, 138a und
einen Kontakt 120a für
die erste Bitleitung 120 (nicht dargestellt) auf, welche
sich im Wesentlichen parallel (über,
unter oder koplanar mit) dem dritten Speicherzellenstring 100c und
dem vierten Speicherzellenstring 100d verläuft. Der
dritte Speicherzellenstring 100c und der vierte Speicherzellenstring 100d sind
mit Stringausgang-Auswählgates 136b und 138b gekoppelt,
welche gekoppelt sind mit der zweiten gemeinsamen Source/Drainleitung 210b.
Der erste Speicherzellenstring und der zweite Speicherzellenstring
sind außerhalb
der Figur über
der ersten Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a angeordnet.
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Stringeingang-Auswählgate-Steuersignale 132c, 134c, 136c und 138c werden
bereitgestellt zum Steuern der Stringeingang-Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a und
Stringausgang-Auswählgates-Steuersignale 136d und 138d stellen
Steuersignale bereit für
die Stringausgang-Auswählgates 136b und 138b und 136f und 138f.
In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind zwei Stringeingang-Auswählgates der Stringeingang-Auswählgates,
beispielsweise das zweite Stringeingang-Auswählgate 134a und das dritte
Stringeingang-Auswählgate 134a und 136a eingerichtet
als Durchgangsverbindungen (entweder mittels Vorspannbedingungen
oder mittels der entsprechenden physikalischen Struktur) und die
verbleibenden zwei Stringeingang-Auswählgates, beispielsweise das
erste Stringeingang-Auswählgate 132a und
das vierte Stringeingang-Auswählgate 138a sind
als Schalter eingerichtet. In einer Ausführungsform der Erfindung ist
jedes der Stringeingang-Auswählgates 132a bis 138a ausgebildet
als Feldeffekttransistoren, wobei zwei Stringeingang-Auswählgates
implantiert sind derart, dass sie als Durchgangsverbindungen ausgestaltet
sind. Ein Ausführungsbeispiel
dieses Prozesses wird im Folgenden näher beschrieben. Die zweite Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130b weist
Stringeingang-Auswählgates 132e, 134e, 136e und 138e sowie
einen Kontakt 120b für
die zweite Bitleitung auf.
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In
einem spezifischen Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind die Stringeingang-Auswählgates 132e, 134e, 136e und 138e eingerichtet
in der gleichen Weise wie die Stringeingang-Auswählgates
der ersten Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a. In einer alternativen
Ausführungsform
der Erfindung kann das Verschaltungsschema unterschiedlich sein,
beispielsweise kann die erste Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a das
erste Stringeingang-Auswählgate und
das vierte Stringeingang-Auswählgate als Durchgangsverbindungen
einsetzen und die zweite Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130b das
zweite Stringeingang-Auswählgate und
das dritte Stringeingang-Auswählgate
als Durchgangsverbindungen.
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In
einem spezifischen Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind die aktiven Bereiche, die die Speicherzellenstrings 100c und 100d bilden,
50 nm breit und voneinander in einem Abstand von 50 nm angeordnet
und voneinander getrennt. In einigen Ausführungsformen ist die Gatelänge der
Auswählgates größer aufgrund
ihrer höheren
Betriebsspannung im Vergleich zu den Speicherzellen. Die Größe der Zellenfläche für jede der
Auswählgates,
den Bitleitungskontakt und den Sourceleitungskontakt kann in der Größenordnung
von 4F2 liegen.
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Querschnittsansichten
AA und BB in dem Speicherarray-Bereich in verschiedenen Herstellungszuständen sind
in den 8B bis 8H und den 8I bis 8K dargestellt
und werden im Folgenden näher
beschrieben.
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Wie
in 8A dargestellt, ist es gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung nicht erforderlich, dass die Auswähltransistoren einen isolierten Floating-Gate-Bereich
aufweisen. Der Floating-Gate-Bereich und der Steuergate-Bereich
können
miteinander elektrisch verbunden sein.
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Die 8B bis 8H zeigen
Querschnittsansichten AA (wie in 8A angezeigt)
des Gemeinsame-Source-Speicherarray-Bereichs in verschiedenen Herstellungszuständen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Ansicht ist eine Querschnittsansicht in der Stromflussrichtung
durch die Speicherzellen, wobei der Querschnitt genommen wurde durch
die Steuerleitung C/L 710, die neben einer Bitleitung 120 ausgebildet
ist, und es sind vier Auswählgates,
beispielsweise Stringeingang-Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a gezeigt. 8B bis 8H zeigen
Querschnittsansichten von vier Speicherzellen 132, 134, 136, 138 zum besseren
Darstellen eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung, obwohl die Querschnittsansichten von nur zwei Speicherzellen
in der Ansicht AA gezeigt würden,
wie sie in 8A dargestellt ist. Die dargestellte Speicherzellen-Struktur
ist eine Flash-Floating-Gate-Architektur,
jedoch können
Speicherzellen unterschiedlicher Technologien und/oder Architekturen
stattdessen verwendet werden, wie oben beschrieben. In dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel
weisen die vier Auswählgates,
beispielsweise Stringeingang-Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a die
gleiche Struktur auf wie die Speicherzellen in den Speicherzellenstrings 100a, 100b, 100d,
obwohl die vier Auswählgates
als Durchgangsverbindungen (beispielsweise als Normal-an-Feldeffekttransistor)
oder als Schalter eingerichtet sind, wie oben beschrieben. Daher
werden in den 8B bis 8H dieselben
Bezugszeichen verwendet für
die Elemente der vier Auswählgates,
beispielsweise der Stringeingang-Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a,
wie für
die Transistoranordnung 700 in 7.
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Zu
Beginn werden die Gate-Stapel der Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a gleichzeitig mit
den Gate-Stapeln der Speicherzellen ausgebildet. Während dieses
Prozesses werden die aktiven Bereiche 750 der Auswählgates,
welche als Durchgangsverbindungen ausgebildet werden sollen (beispielsweise 134a und 136a)
in den Träger 760 implantiert
mit einem Material, welches die aktiven Bereiche 750 im
Wesentlichen leitfähig
macht. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird Arsen als Implantier-Material verwendet, obwohl
andere Materialien in alternativen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet werden können.
Das Arsen-Implant wird durchgeführt
zu Beginn des so genannten Schwellenspannungs-Implants (Vt-Implant) der aktiven Bereiche der auszubildenden
Transistoren. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann ein
Antimon-Implant verwendet werden anstelle des Arsen-Implants.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden die Gate-Stapel
ausgebildet mittels Abscheidens einer Tunnel-Dielektrikumschicht 752, beispielsweise
hergestellt aus einem Oxid wie beispielsweise Siliziumoxid auf oder über zumindest
einem Teil der, beispielsweise auf oder über der gesamten, Hauptprozessierungsoberfläche des
Trägers 760. Dann
wird eine elektrisch leitfähige
Schicht, aus welcher der Floating-Gate-Bereich 754 ausgebildet wird, beispielsweise
hergestellt aus Polysilizium, abgeschieden auf oder über zumindest
einem Teil der, beispielsweise auf oder über der gesamten, Tunnel-Dielektrikumschicht 752.
Dann wird eine zusätzliche
Dielektrikumschicht, beispielsweise hergestellt aus einem Oxid wie
beispielsweise Siliziumoxid oder Aluminiumoxid, aus welcher der
Steuergate-Dielektrikum-Bereich 744 ausgebildet wird, abgeschieden
auf oder über
zumindest einem Teil der, beispielsweise auf oder über der
gesamten, elektrisch leitfähigen Schicht.
Dann wird eine zusätzliche
elektrisch leitfähige
Schicht, aus der die Steuergate-Bereiche 742 und die Wortleitungen
ausgebildet werden, beispielsweise hergestellt aus Polysilizium,
abgeschieden auf oder über
zumindest einem Teil der, beispielsweise auf oder über der
gesamten, zusätzlichen
Dielektrikumschicht. Dann wird eine Siliziumoxidschicht 802 auf
den Steuergate-Bereichen 742 abgeschieden. In einem nachfolgenden
Prozess werden die Gate-Stapel ausgebildet mittels Strukturierens
der elektrisch leitfähigen
Schicht, der zusätzlichen
Dielektrikumschicht und der zusätzlichen
elektrisch leitfähigen Schicht.
Dies wird durchgeführt
unter Verwendung eines lithographischen Prozesses und eines entsprechenden Ätzprozesses.
Dann wird Seitenwand-Siliziumoxid abgeschieden. Dann werden unter
Verwendung eines anisotropen Ätzprozesses
wie beispielsweise einem reaktiven Ionenätzen (RIE) Gate-Stapel-Seitenwandspacer
ausgebildet mittels anisotropen Ätzens
des Siliziumoxids zwischen den Gate-Stapeln. Auf diese Weise werden
die Gate-Stapel vollständig
in Oxid eingekapselt. Dann wird eine Nitridschicht (beispielsweise
Siliziumnitrid) 804 auf der strukturierten eingekapselten
Struktur des Gate-Stapels abgeschieden. Ferner wird eine Schicht 806 aus
elektrisch leitfähigem
Material (dotiert oder undotiert) wie beispielsweise Polysilizium auf
der Nitridschicht 804 sowie in den Gräben zwischen den Gate-Stapeln
abgeschieden. Die Schicht 806 aus elektrisch leitfähigem Material
wird dann planarisiert, beispielsweise mittels eines chemisch mechanischen
Polierverfahrens (chemical mechanical polishing, CMP) mit Stopp
auf der oberen Oberfläche der
Nitridschicht 804 über
den Gate-Stapeln. 8B zeigt
die resultierende Struktur 808.
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Dann
werden die Bitleitungs-Verbindungsstrukturen 130a bis 130d unter
Verwendung eines lithographischen Prozesses ausgebildet, der im
Folgenden näher
erläutert
wird. Eine Hartmaskenschicht, beispielsweise hergestellt aus Siliziumoxid oder
Kohlenstoff, wird auf oder über
der oberen Oberfläche
der Struktur 808 aus 8B abgeschieden.
Dann wird eine Photoresistschicht auf oder über der Hartmaskenschicht abgeschieden.
Die Photoresistschicht wird belichtet und entwickelt, womit die Photoresistschicht
strukturiert wird. Auf diese Weise werden Bereiche der Hartmaskenschicht
freigelegt. Es ist zu bemerken, dass der Bereich der Hartmaskenschicht über dem
Bereich der Schicht 806 aus elektrisch leitfähigem Material,
der zwischen den Auswählgates 132a und 138a angeordnet
ist, nicht freigelegt wird und somit auch nicht entfernt wird. Das Strukturieren
der Photoresistschicht wird derart durchgeführt, dass die Bereiche der
Hartmaskenschicht über
dem Bereich der Photoresistschicht, die zwischen den anderen Auswählgates
angeordnet sind (beispielsweise zwischen den Auswählgates 134a und 132a und
zwischen den Auswählgates 138a und 136a)
freigelegt werden. Dann werden die freigelegten Bereiche der Hartmaskenschicht
geätzt, womit
jene Bereiche der Schicht 806 aus elektrisch leitfähigem Material
freigelegt werden, die zwischen den geätzten Bereichen der Hartmaske
(beispielsweise zwischen den Auswählgates 134a und 132a) angeordnet
sind. Dann werden die freigelegten Bereiche 806 aus elektrisch
leitfähigem
Material (beispielsweise hergestellt aus Polysilizum) entfernt,
beispielsweise unter Verwendung eines Nassätzprozesses oder unter Verwendung
eines Trockenätzprozesses.
Dann werden nur die Bereiche der Schicht 806 aus elektrisch
leitfähigem
Material zwischen den Auswählgates 132a und 138a nicht
entfernt. 8C zeigt die resultierende Struktur 810.
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Dann
wird eine Dielektrikumschicht 812, beispielsweise hergestellt
aus einem Oxid, beispielsweise Siliziumoxid, auf oder über der
Struktur 810 aus 8C abgeschieden.
Die Dielektrikumschicht 812 wird teilweise beispielsweise
unter Verwendung eines CMP-Prozesses mit Stopp auf der oberen Oberfläche der
Nitridschicht 804 über
den Gate-Stapeln entfernt. 8D zeigt
die resultierende Struktur 814.
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Dann
werden die freigelegten verbleibenden Bereiche der Schicht 806 aus
elektrisch leitfähigem Material
zwischen den Auswählgates 132a und 138a, welche
anschaulich als eine Opferschicht dienen (beispielsweise Opfer-Polysiliziumschicht) entfernt, beispielsweise
unter Verwendung eines Nassätzprozesses
oder eines Trockenätzprozesses,
womit ein Graben 816 ausgebildet wird. Dann wird der Boden des
Grabens 816, welcher gebildet wird von einem Teil der Tunnel-Dielektrikumschicht 752 und
der Nitridschicht 804, entfernt mittels eines Spacerätzens, womit
ein Verbindungs-Bereich 818 des Trägers 760 zwischen
dem zweiten Source/Drain-Bereich 748 des Auswählgates 132a und
dem ersten Source/Drain-Bereich 746 des Auswählgates 138a freigelegt
wird. Zusätzlich
wird Arsen oder ein anderes ähnliches
Dotiermaterial in den Boden des Verbindungsbereichs 818 implantiert,
so dass ein leitfähiger Übergang
mit dem Source/Drain-Bereich des benachbarten Auswählgates
(beispielsweise 132a und 138a) gekoppelt wird.
Das Implantieren der Dotieratome wie beispielsweise Arsen wird durchgeführt mit einer
Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 1019 cm
cm–3.
Die resultierende Struktur 820 ist in 8E dargestellt.
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Dann
wird Polysilizium 822 in dem Graben 816 abgeschieden,
beispielsweise mittels eines dotierten in-situ-Abscheideverfahrens aus der Gasphase
(chemical vapor deposition, CVD), und dann wird die Polysiliziumschicht 822 mittels
CMP planarisiert, so dass die Polysiliziumschicht 822 eben
ist mit der Nitridschicht 804 der Stapel-Strukturen. Die
resultierende Struktur 824 ist in 8F dargestellt.
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Dann
wird die Dielektrikumschicht 812, beispielsweise hergestellt
aus einem Oxid, beispielsweise Siliziumoxid, der Struktur 824 aus 8F mittels eines
Nassätzprozesses
entfernt. Ferner wird die Nitridschicht 804 mittels eines
Nassätzprozesses
entfernt bis auf die Bereiche, die sich zwischen der Polysiliziumschicht 822 und
den Auswählgates 132a und 138a befinden.
Die Nitridschicht und die Oxidschicht 812, die benachbart
sind zu den Durchgangsverbindungs-Auswählgates (beispielsweise 134a und 136a)
werden somit geätzt,
womit ein Verbindungs-Pfosten 822 ausgebildet wird, an
welchen die Bitleitung in der Ansicht BB kontaktiert wird, wie im Folgenden näher erläutert wird.
Die resultierende Struktur 826 ist in 8G gezeigt.
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Dann
werden die Oxidschichten, d.h. die freigelegten Bereiche der Siliziumoxidschicht 802 und die
freigelegten Bereiche der Tunnel-Dielektrikumschicht 752,
entfernt mittels eines Nassätzprozesses, gefolgt
von einem Oxidationsprozess des Gate-Stapels, womit eine „frische" qualitativ hochwertige Oxidschicht 828 ausgebildet
wird, welche die Gate-Stapel einkapselt und die freigelegte Oberfläche des
Trägers 760 und
der Polysiliziumschicht 822 bedeckt. Die obere Oberfläche des
Verbindungs-Pfostens 822 ist von der Steuerleitung C/L 710 mittels
der Oxidschicht 828 isoliert. Die Steuerleitung C/L 710,
welche den Gatebereich einer jeden Speicherzelle in dem NAND-Speicherzellenstring
koppelt, wird abgeschieden, planarisiert, maskiert und geätzt, so
dass die NAND-Speicherzellenstrings ausgebildet werden derart, dass
sie mit den Auswählgates
der Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130 koppeln. Dann wird die
Photoresistschicht, die für
das vorangegangene Maskieren und Ätzen verwendet wurde, entfernt.
Die resultierende Struktur 830 ist in 8H gezeigt.
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8I bis 8K zeigen
Querschnittsansichten BB (wie in 8A gezeigt)
des Gemeinsame-Source/Drain-Speicherarray-Bereichs in unterschiedlichen
Herstellungszuständen
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Wie
in 8A gezeigt ist die Ansicht genommen entlang des
Bitleitungskontakts 120a, welcher zwischen benachbarten
Steuerleitungen 710 (und möglicherweise davon vertikal
beabstandet) ausgebildet wird. 8I bis 8K zeigen
Querschnittsansichten von vier Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a,
um das Ausführungsbeispiel
der Erfindung klarer zu erläutern,
obwohl in Ansicht BB in 8A die
Querschnittsansichten von nur zwei Auswählgates gezeigt sind. Die erläuterte Zellenstruktur
ist eine Flash-Floating-Gate-Architektur,
jedoch können
Auswählgates
aus unterschiedlichen Technologien und/oder Architekturen stattdessen
verwendet werden, wie oben beschrieben wurde.
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Der
Prozess beginnt nach dem Herstellungszeitpunkt, wie er in 8H dargestellt
ist und fährt fort
mit dem Abscheiden der Oxidschicht 832, beispielsweise
einer Siliziumoxidschicht, wobei dann die Oxidschicht 832 mittels
eines CMP-Prozesses planarisiert wird. 8I zeigt
die resultierende Struktur 834.
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Nachfolgend
wird die Oxidschicht 832 geätzt, so dass ein Graben gebildet
wird, indem die Bitleitungs-Verbindungsstruktur 120a ausgebildet
wird in Kontakt mit dem Verbindungs-Pfosten 822. In einer spezifischen
Ausführungsform
der Erfindung wird Wolfram als das Material zum Ausbilden des Bitleitungskontakts 120a verwendet,
obwohl andere Materialien in alternativen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet werden können,
beispielsweise dotiertes Polysilizium. Die resultierende Struktur 836 ist in 8J gezeigt.
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Dann
wird eine Bitleitung (beispielsweise 120) in Kontakt mit
dem Bitleitungskontakt 120a ausgebildet, das Bitleitungsmetall
wird strukturiert und geätzt
zu seiner endgültigen
Form. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Bitleitung 120 aus Aluminium gebildet,
obwohl andere Materialien in anderen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet werden können.
Die resultierende Struktur 138 ist in 8K gezeigt.
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9A zeigt
eine Draufsicht auf einen Virtuelle-Masse-Speicherarray-Bereich gemäß 3 und gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei zuvor beschriebene Merkmale mit denselben Bezugszeichen
versehen werden.
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Über den
aktiven Bereichen des dritten Speicherzellenstrings 100c und
des vierten Speicherzellenstrings 100d sind Steuerleitungen
C/L 710 angeordnet, welche im Wesentlichen den aktiven
Bereichen der Speicherzellenstrings folgen, wie in 7 gezeigt.
In diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung stellen die Steuerleitungen 710 eine Kopplung zu
den Wortleitungen innerhalb einer jeden Speicherzelle bereit, wobei
die Spannungsdifferenzen zwischen der Steuerleitung 710 und
der Wortleitung innerhalb einer bestimmten Speicherzelle eine reduzierte
effektive Dicke für
die Dielektrikumschicht der Speicherzelle zwischen dem Floating-Gate
der Speicherzelle und der Wortleitung bereit, so dass eine niedrigere
Betriebs-Programmier- und Lösch-Spannung
ermöglicht
ist. Die erste Bitleitungs-Verbindungsstruktur 130a weist
Stringeingang-Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a sowie
einen Kontakt 120a für
die erste Bitleitung 120 (nicht gezeigt) auf, welche im
Wesentlichen parallel (über,
unter oder koplanar mit) dem dritten Speicherzellenstring 100c und
dem vierten Speicherzellenstring 100d verläuft. Der
dritte Speicherzellenstring 100c und der vierte Speicherzellenstring 100d sind
mit den Stringausgang-Auswählgates 136b und 138b gekoppelt.
Die dritte Verbindungsstruktur 130c ist dargestellt als eine
Brücke
zwischen dem vierten Speicherzellenstring 100d und dem
sechsten Speicherzellenstring 100f, womit für jeden
Speicherzellenstring (von der Bitleitung 120b) eine Bitleitungs-Spannung bereitgestellt
wird an den Stringausgang-Auswählgates
für den
vierten Speicherzellenstring 100d und den sechsten Speicherzellenstring 100f,
wenn diese aktiviert sind. Dieses Muster wird wiederholt, so dass
ein Array von Speicherzellen ausgebildet wird, wie es hier dargestellt
und beschrieben ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die aktiven Bereiche, welche die Speicherzellenstrings 100c, 100d, 100f und 100h bilden,
50 nm breit und voneinander in einem Abstand von 50 nm angeordnet
und voneinander getrennt. Die Größe der Zellenfläche für die Auswählgates,
den Bitleitungskontakt und den Sourceleitungskontakt kann bis zu
4F2 klein sein.
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Querschnittsansichten
AA und BB des Speicherarray-Bereichs in verschiedenen Herstellungszuständen sind
in den 9B bis 9S und 9T bis 9V im Folgenden näher erläutert.
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Die 9B bis 9S zeigen
die Querschnittsansicht AA (wie in 9A gezeigt)
des Virtuelle-Masse-Speicherarray-Bereichs in unterschiedlichen
Herstellungszuständen
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Wie
in 9A gezeigt, ist die Ansicht genommen entlang der
Steuerleitung 710, welche zwischen benachbarten Bitleitungskontakten
ausgebildet ist (und möglicherweise
davon vertikal verschoben). Die 9B bis 9H zeigen
Querschnittsansichten der Speicherzellen des Speicherzellenstrings.
Die 9B bis 9R zeigen
Querschnittsansichten der Speicherzellen (9B bis 9H)
und von vier Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a (9I bis 9R),
so dass das Ausführungsbeispiel
der Erfindung klarer erläutert
wird, obwohl in Ansicht BB, wie in 9A angedeutet,
die Querschnittsansichten von nur zwei Auswählgates gezeigt sind. Die beschriebene
Zellenstruktur ist eine Flash-Recessed-Gate-Architektur. Wie oben beschrieben
wurde, können
Speicherzellen anderer Technologien und/oder Architekturen stattdessen verwendet
werden.
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Zu
Beginn wird, nachdem die Shallow-Trench-Isolationen (STI) in dem
Träger 760 ausgebildet
worden sind, die Hartmaskenschicht, die zum Ausbilden der Shallow-Trench-Isolationen
verwendet wurde, entfernt, beispielsweise mittels Nassätzens oder
mittels Trockenätzens.
Dann wird eine Oxidschicht 902, beispielsweise hergestellt
aus Siliziumoxid, auf der oberen Oberfläche des Trägers 760 abgeschieden.
Die resultierende Struktur 904 ist in 9B gezeigt.
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Dann
werden Gräben 906 für die Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a gebildet
durch die Oxidschicht 902 hindurch, wobei die Gräben durch die
Oxidschicht 902 hindurch in den Träger 760 hinein sich
erstreckend ausgebildet werden. Die Gräben 906 weisen eine
gekrümmte
Boden-Oberfläche
auf. Um die Gräben 906 auszubilden
wird ein lithographischer Prozess durchgeführt mit einem Ausbilden einer
Hartmaskenschicht auf oder über
der oberen Oberfläche
der Oxidschicht 902, einem Ausbilden einer Photoresistschicht
auf oder über
der Hartmaskenschicht, einem Belichten der Photoresistschicht mit
Licht gemäß der Struktur
der auszubildenden Speicherzellen (beispielsweise Speichertransistoren).
Die Photoresistschicht wird dann strukturiert und die auf diese
Weise freigelegten Bereiche der Hartmaskenschicht werden geätzt, womit
Bereiche der oberen Oberfläche
der Oxidschicht 902 freigelegt werden, in denen die Gräben ausgebildet
werden sollen. Dann wird die Photoresistschicht entfernt (beispielsweise
gestripped) und die Oxidschicht 902 und die Bereiche des
Trägers 760 (beispielsweise
hergestellt aus Silizium), geätzt
unter Verwendung der Hartmaskenschicht als Ätzmaske. Die resultierende Struktur 908 ist
in 9C gezeigt.
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Dann
werden die freigelegten Bereiche der Trägerabschnitte des Grabens 906 oxidiert,
womit U-förmige
Oxidschichten 910 an den Seitenwänden und dem Boden der Gräben 906 ausgebildet
werden. Dann wird eine Nitridschicht abgeschieden, gefolgt von einem
Oxidationsprozess, so dass eine Oxid-Nitrid-Oxid-Schicht 912 ausgebildet
wird (im Folgenden auch bezeichnet als Nitrid/Oxid-Spacer 912)
an den Seitenwänden
der Gräben 906.
Dann wird ein anisotroper Ätzprozess
durchgeführt,
beispielsweise mittels reaktiven Ionenätzens (RIE), womit Nitrid/Oxid-Spacer 912 an
den Seitenwänden
der Gräben 906 gebildet
werden. Die resultierende Struktur 914 ist in 9D gezeigt.
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Dann
werden die Gräben 906 gefüllt und möglicherweise überfüllt mit
elektrisch leitfähigem Material
wie beispielsweise Polysilizium. Das überfüllende Material wird entfernt
unter Verwendung von beispielsweise CMP. Anschließend wird
das elektrisch leitfähige
Material in den Gräben
wieder teilweise entfernt unter Verwendung eines Vertiefungs-Ätzprozesses,
womit eine elektrisch leitfähige
Materialschicht 916 in dem unteren Bereich der Gräben 906 gebildet
wird. Die resultierende Struktur 918 ist in 9E gezeigt.
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In
einem nachfolgenden Prozess wird gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung das Top-Oxid entfernt, beispielsweise mittels eines
Nassätzprozesses.
Dann werden die Nitrid/Oxid-Spacer 912 teilweise entfernt
mittels beispielsweise eines Nassätzprozesses mit Stopp auf der
Ebene der oberen Oberfläche
der elektrisch leitfähigen
Materialschicht 916. Dann wird die elektrisch leitfähige Materialschicht 916 in
den Gräben
vollständig
entfernt. Auf diese Weise werden verkürzte Nitrid-Spacer 920 in den Gräben 906 ausgebildet,
wobei die verkürzten Nitrid-Spacer 920 sich
erstrecken bis zu der Höhe
der entfernten elektrisch leitfähigen
Materialschicht. Die resultierende Struktur 922 ist in 9F gezeigt.
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Dann
wird in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Top-Dielektrikumschicht
abgeschieden (beispielsweise Aluminiumoxid, Al2O3). In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
werden die Gräben 906 wieder
gefüllt
und möglicherweise überfüllt mit
einem elektrisch leitfähigen
Material wie beispielsweise Polysilizium. Ferner wird ein Vertiefungsätzen des
elektrisch leitfähigen
Materials durchgeführt
derart, dass das elektrisch leitfähige Material in den Gräben 906 teilweise
entfernt wird, womit eine zusätzliche
elektrisch leitfähige
Materialschicht 924 ausgebildet wird. Dann werden die verbleibenden Bereiche
der Gräben 906 gefüllt und
möglicherweise überfüllt mit
Wolframsilizid. Das über
die Gräben 906 überstehende
Wolframsilizid wird entfernt, beispielsweise mittels CMP, womit
Wolframsilizid-Schichten 926 in den Gräben 906 gebildet werden.
Andere elektrisch leitfähige
Materialien und andere Silizide können in alternativen Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden. Die resultierende Struktur 928 ist in 9G gezeigt.
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Dann
wird die Oxidschicht 902 gemäß der gewünschten Struktur der auszubildenden
Transistoren geätzt
mit Stopp auf der oberen Oberfläche
des Trägers 760.
In einem nachfolgenden Prozess werden die freigelegten Bereiche
des Trägers 760 mit n-Typ
Dotieratomen implantiert (für
n-Typ Speicherzellen) (n+-Implant) obwohl
in einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung, in welcher die Speicherzellen als p-Typ Speicherzellen
ausgebildet werden sollen, die freigelegten Bereiche des Trägers 760 mit p- Typ Dotieratomen
implantiert werden (p+-Implant). Die Implantation
wird durchgeführt
unter Verwendung der verbleibenden Bereiche der Oxidschicht 902 als
Implantationsmaske. Auf diese Weise werden Source/Drain-Bereiche 930 der
Speicherzellen der Speicherzellenstrings ausgebildet. Die resultierende
Struktur 932 ist in 9H gezeigt.
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Bezug
nehmend nun auf 9I werden zum Ausbilden der
vier Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a,
nachdem die Gräben
in der gleichen Weise wie unter Bezugnahme auf 9C und 9D beschrieben,
aufweisend ein Oxidieren der freiliegenden Bereiche des Siliziummaterials
des Trägers 760 und
des Ausbildens der Nitrid-Spacer 912, die Gräben 906 gefüllt und
möglicherweise überfüllt mit elektrisch
leitfähigem
Material wie beispielsweise Polysilizium. Das überschüssige Polysilizium, anders ausgedrückt das überstehende
Polysilizium wird mittels eines CMP-Prozesses entfernt. Dann wird
ein Vertiefungs-Polysiliziumätzen
durchgeführt,
gefolgt von einem Ausbilden einer Vertiefungs-Gate-Struktur (Recessed-Gate-Struktur)
unter Verwendung eines lithographischen Prozesses. Dann wird das
verbleibende elektrisch leitfähige
Material wie beispielsweise Polysilizium vollständig entfernt, beispielsweise geätzt. Dann
wird das für
das lithographische Ausbilden der Recessed-Gate-Struktur verwendete
Photoresist entfernt (gestripped). Dann wird eine Top-Oxidschicht
(beispielsweise aus Nitrid) geätzt,
beispielsweise mittels Nassätzens.
Die resultierende Struktur 934 ist in 9I gezeigt.
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Ferner
werden die Nitrid/Oxid-Spacer 912 entfernt, beispielsweise
mittels Nassätzens.
Die resultierende Struktur 936 ist in 9J gezeigt.
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Dann
wird ein lithographischer Prozess zum Ausbilden der Normal-ein-Auswählgates
(beispielsweise 134a und 136a) durchgeführt (in
anderen Worten werden die Durchgangsverbindungen ausgebildet), beispielsweise
mittels Bedeckens der Gräben 906,
die über
denjenigen Auswählgates
angeordnet sind, welche als Schalter ausgebildet werden sollen, mit
Photoresist. Die freigelegten Bodenbereiche der Gräben 906 derjenigen
auszubildenden Auswählgates,
die als Durchgangsverbindungen ausgebildet werden sollen (beispielsweise 134a und 136a),
werden einer Implantation von Dotieratomen wie beispielsweise Arsen
unterzogen. Jedoch können
andere Materialien in alternativen Ausführungsformen für das Implant
verwendet werden. Somit werden implantierte Bereich 938 in
den Bodenbereichen der Gräben 906 der
als Durchgangsverbindungen auszubildenden Auswählgates (beispielsweise 134a und 136a)
unterhalb der Boden-Oxidschicht 910 ausgebildet. Die resultierende
Struktur 940 ist in 9K gezeigt.
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Dann
werden gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung die Gräben 906 erneut
gefüllt
und möglicherweise überfüllt mit
einem elektrisch leitfähigen
Material wie beispielsweise Polysilizium. Ferner wird ein Vertiefungsätzen des
elektrisch leitfähigen Materials
durchgeführt
derart, dass das elektrisch leitfähige Material teilweise in
den Gräben 906 entfernt
wird, womit eine zusätzliche
elektrisch leitfähige Materialschicht 944 ausgebildet
wird. Dann werden die verbleibenden Bereiche der Gräben 906 gefüllt und
möglicherweise überfüllt mit
Wolframsilizid. Das über
die Gräben überstehende
Wolframsilizid wird entfernt, beispielsweise mittels CMP-Prozesses,
womit Wolframsilizidschichten 946 in den Gräben 906 ausgebildet
werden. Andere elektrisch leitfähige
Materialien und andere Silizide können in alternativen Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden. Die resultierende Struktur 948 ist
in 9L gezeigt.
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Dann
wird die von der Oxidschicht 902 gebildete Hartmaske entfernt
gemäß der gewünschten Struktur
der auszubildenden Transistoren, mit Stopp auf der oberen Oberfläche des
Trägers 760.
In einem nachfolgenden Prozess werden die freigelegten Bereiche
des Trägers 760 implantiert
mit n-Typ Dotieratomen (für
n-Typ Auswählgates)
(n+-Implant) obwohl in einer alternativen
Ausführungsform
der Erfindung, in der die Auswählgates
als p-Typ Auswählgates
ausgebildet werden sollen, die freigelegten Bereiche des Trägers 760 mit
p-Typ Dotieratomen implantiert werden (p+-Implant).
Das Implantieren wird durchgeführt unter
Verwendung der verbleibenden Bereiche der Oxidschicht 902 als
Implantationsmaske. Auf diese Weise werden Source/Drain-Bereiche 950 der
Auswählgates 132a, 134a, 136a und 138a gebildet.
Die resultierende Struktur 952 ist in 9M dargestellt.
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Dann
wird eine Oxidschicht 954, beispielsweise hergestellt aus
Siliziumoxid, auf oder über
der Struktur 952 aus 9M abgeschieden.
Ferner wird eine Nitridschicht 956, beispielsweise hergestellt
aus Siliziumnitrid, auf oder über
der Oxidschicht 954 abgeschieden. Die resultierende Struktur 958 ist
in 9N gezeigt.
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Ferner
wird elektrisch leitfähiges
Material wie beispielsweise Polysilizium auf oder über der
Struktur 958 aus 9N abgeschieden.
Das elektrisch leitfähige
Material wird dann teilweise wieder entfernt, so dass die Struktur
mittels CMP mit Stopp auf der oberen Oberfläche der Nitridschicht 956 planarisiert
wird, womit eine elektrisch leitfähige Materialschicht 960 gebildet
wird. Die resultierende Struktur 962 ist in 9O dargestellt.
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Dann
wird die Bitleitungs-Verbindungsstruktur ausgebildet unter Verwendung
eines lithographischen Prozesses, welcher im Folgenden näher erläutert wird.
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Eine
Hartmaskenschicht, beispielsweise hergestellt aus Siliziumoxid oder
Kohlenstoff, wird auf die obere Oberfläche der Struktur 962 aus 9O abgeschieden.
Dann wird eine Photoresistschicht auf die Hartmaskenschicht abgeschieden.
Die Photoresistschicht wird belichtet und entwickelt, womit die Photoresistschicht
strukturiert wird. Auf diese Weise werden Bereiche der Hartmaskenschicht
freigelegt. Es ist anzumerken, dass die Bereiche der Hartmaskenschicht über dem
Abschnitt der Schicht 960 aus elektrisch leitfähigem Material,
der angeordnet ist zwischen den Auswählgates 132a und 138a nicht freigelegt
wird und somit nicht entfernt wird. Das Strukturieren der Photoresistschicht
wird durchgeführt
derart, dass die Bereiche der Hartmaskenschicht über dem Bereich der Schicht 960 aus
elektrisch leitfähigem
Material, die angeordnet sind zwischen den anderen Auswählgates
(beispielsweise zwischen den Auswählgates 134a und 132a und
zwischen den Auswählgates 138a und 136a)
freigelegt werden. Dann werden die freigelegten Bereiche der Hartmaskenschicht
geätzt,
womit diejenigen Bereiche der Schicht 960 aus elektrisch
leitfähigem
Material freigelegt werden, die unterhalb der geätzten Bereiche der Hartmaske
angeordnet sind. Dann werden die freigelegten Bereiche der Schicht 960 aus
elektrisch leitfähigem
Material (beispielsweise hergestellt aus Polysilizium) entfernt,
beispielsweise unter Verwendung eines Nassätzprozesses. Somit werden nur die
Bereiche der Schicht 960 aus elektrisch leitfähigem Material
zwischen den Auswählgates 132a und 138a nicht
entfernt. 9P zeigt die resultierende Struktur 964.
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Dann
wird eine Dielektrikumschicht 966, beispielsweise hergestellt
aus einem Oxid, beispielsweise Siliziumoxid, auf oder über der
Struktur 964 aus 9P abgeschieden.
Die Dielektrikumschicht 966 wird teilweise entfernt beispielsweise
unter Verwendung eines CMP-Prozesses mit Stopp auf der oberen Oberfläche der
Nitridschicht 956 über
dem Gate-Stapeln. 9Q zeigt die resultierende Struktur 968.
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Dann
werden die freigelegten verbleibenden Bereiche der Schicht 960 aus
elektrisch leitfähigem Material
zwischen den Auswählgates 132a und 138a, welche
anschaulich als eine Opferschicht dient (beispielsweise Opfer-Polysilizium-Schicht)
entfernt, beispielsweise unter Verwendung eines Nassätzprozesses
oder eines Trockenätzprozesses,
womit ein Graben 970 gebildet wird. dann wird der Boden
des Grabens 970, welcher gebildet wird von einem Teil der Tunnel-Dielektrikumschicht 954 und
der Nitridschicht 956 mittels eines Spacer-Ätzens entfernt,
womit ein Verbindungsbereich 972 des Trägers 760 zwischen dem
zweiten Source/Drain-Bereich 950 des Auswählgates 132a und
der erste Source/Drain-Bereich 950 des Auswählgates 138a freigelegt
wird. Zusätzlich
wird Arsen oder ein anderes ähnliches
Material in den Boden des Verbindungsbereichs 972 implantiert, so
dass ein leitfähiger
Bereich den Source/Drain-Bereich der benachbarten Auswählgates
(beispielsweise 132a und 138a) koppelt. Das Implantieren
der Dotieratome wie beispielsweise Arsen wird durchgeführt mit
einer Dotierkonzentration in einem Bereich 1019 cm–3 bis
1020 cm–3.
Die resultierende Struktur 974 ist in 9R gezeigt.
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Dann
wird Polysilizium 976 in dem Graben 970 abgeschieden,
beispielsweise mittels eines dotierten in-situ-Abscheideverfahrens aus der Gasphase
(chemical vapor deposition, CVD), wobei die Polysiliziumschicht 976 anschließend planarisiert
wird mittels eines CMP-Prozesses auf eine Ebene mit der Nitridschicht 956 der
Stapel-Strukturen. Die resultierende Struktur 978 ist in 9S gezeigt.
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Die 9T bis 9V zeigen die Querschnittsansicht BB (wie in 9A gezeigt)
des Gemeinsame-Source/Drain-Speicherarray-Bereichs in unterschiedlichen Herstellungszuständen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Wie
in 9A dargestellt, ist die Ansicht genommen entlang
des Bitleitungskontakts 120A, welcher zwischen benachbarten
Steuerleitungen 710 ausgebildet ist (und möglicherweise
davon vertikal verschoben). Die 9T bis 9V zeigen Querschnittsansichten von vier Auswählgates 132a, 134x, 136a und 138a,
um das Ausführungsbeispiel
der Erfindung deutlicher zu erläutern,
obwohl in der Ansicht BB in 9A die
Querschnittsansichten von nur zwei Auswählgates dargestellt sind. Die
beschriebene Zellstruktur ist eine Flash-Floating-Gate-Architektur, jedoch
können
stattdessen, wie oben beschrieben, Auswählgates aus anderen Technologien
und/oder mit anderen Architekturen verwendet werden.
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Der
Prozess beginnt in dem Herstellungszustand, wie er in 9S gezeigt
ist und wird fortgeführt
mit dem Abscheiden der Oxidschicht 980, beispielsweise
einer Siliziumoxidschicht, wobei die Oxidschicht dann mittels eines
CMP-Prozesses planarisiert wird. 9T zeigt
die resultierende Struktur 982.
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Anschließend wird
die Oxidschicht 980 geätzt,
so dass ein Graben gebildet wird, indem die Bitleitungs-Verbindungsstruktur 120a gebildet
wird in Kontakt mit dem Verbindungs-Pfosten 976. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird Wolfram als das Material zum Ausbilden des Bitleitungskontakts 120a verwendet,
obwohl andere Materialien in alternativen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet werden können.
Die resultierende Struktur 984 ist in 9U gezeigt.
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Dann
wird eine Bitleitung (beispielsweise 120) ausgebildet in
Kontakt mit dem Bitleitungskontakt 120a, das Bitleitungsmetall
wird strukturiert und geätzt
zu seiner endgültigen
Form. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Bitleitung 120 aus Aluminium ausgebildet,
obwohl andere Metalle in anderen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet werden können.
Die resultierende Struktur 968 ist in 9V gezeigt.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird eine Bitleitungs-Verbindungsstruktur bereitgestellt,
die eingerichtet ist und betreibbar ist zum Bereitstellen von Bitleitungsspannungen
an jeden beliebigen Speicherzellenstring der Mehrzahl von Speicherzellenstrings.
Ferner wird die Fläche
der Bitleitungs-Verbindungsstruktur einzigartig klein und ihre Implementierung über einer
kleineren Fläche
der Speicherzelle ermöglicht
eine erhöhte
Speicherdichte der Speichereinrichtung.
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In
den Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
die Hartmaskenschicht(en) hergestellt sein aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid
oder Kohlenstoff. Jedes andere geeignete Material kann in alternativen Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden. Ferner kann in einer anderen alternativen Ausführungsform
der Erfindung eine andere Maskenschicht, beispielsweise hergestellt
aus Photoresistmaterial anstelle der Hartmaskenschicht(en) verwendet
werden, wenn dies geeignet erscheint.
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Wie
für einen
Fachmann ersichtlich können die
beschriebenen Prozesse implementiert sein in Hardware, Software,
Firmware oder einer Kombination dieser Implementierungen, wie gewünscht. Zusätzlich können einige
oder alle der beschriebenen Prozesse implementiert werden als computerlesbarer
Instruktionscode, der auf einem computerlesbaren Speichermedium
gespeichert ist (entfernbare Platte, flüchtiger Speicher oder nicht-flüchtiger
Speicher, eingebettete Prozessoren, etc.), wobei der Instruktionscode
eingerichtet ist zum Programmieren eines Computers oder einer anderen
programmierbaren Einrichtung zum Ausführen der gewünschten Funktionen.