DE102007037638A1 - Nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht und Verfahren zur Herstellung derselben Download PDF

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Jae Chul Icheon Om
Seung Ho Yongin Pyi
Seung Ryong Lee
Yong Top Kim
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Abstract

Eine nichtflüchtige Speichervorrichtung umfasst ein Substrat, eine Tunnelschicht über dem Substrat, eine Ladungseinfangschicht, die eine stöchiometrische Siliziumnitridschicht und eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht über der Tunnelschicht umfasst, eine Sperrschicht über der Ladungseinfangschicht und eine Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.

Description

  • Querverweise auf verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nummer 10-2006-103010 , eingereicht am 23. Oktober 2006, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine nichtflüchtige Speichervorrichtung und insbesondere eine nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht und ein Verfahren zur Herstellung der nichtflüchtigen Speichervorrichtung.
  • Halbleiter-Speichervorrichtungen zum Speichern von Daten ordnet man in flüchtige und nichtflüchtige Speichervorrichtungen ein. Wird der Strom weggenommen, verlieren flüchtige Speichervorrichtungen die gespeicherten Daten, aber nichtflüchtige Speichervorrichtungen behalten die gespeicherten Daten. Dementsprechend verwendet man nichtflüchtige Speichervorrichtungen weithin in vielen Vorrichtungen einschließlich Zellulartelephonen, Speicherkarten zum Speichern von Musik- und/oder Bilddaten und anderen Vorrichtungen, welche möglicherweise ungünstigen Strombedingungen ausgesetzt sind, z.B. einer diskontinuierlichen Stromzufuhr, einer unterbrochenen Stromverbindung oder niedrigem Stromverbrauch.
  • Der Zellentransistor so einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung hat einen Stapel-Gate-Aufbau. Der Stapel-Gate-Aufbau umfasst eine isolierende Gate-Schicht, eine Schwebe-Gate-Elektrode, eine dielektrische Zwischengate-Schicht und eine Steuer-Gate-Elektrode, die aufeinander folgend auf einem Kanalbereich eines Zellentransistors gestapelt sind. Der Stapel-Gate-Aufbau erschwert es aber, den Integrationsgrad einer Speichervorrichtung zu verbessern, wegen verschiedener Störungen, die durch den erhöhten Integrationsgrad verursacht werden. Dementsprechend hat man eine nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht entwickelt.
  • Die nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht umfasst ein Siliziumsubstrat mit einem Kanalbereich darin und eine Tunnelschicht, eine Ladungseinfangschicht, eine Sperrschicht und eine Steuer-Gate-Elektrode, die aufeinander folgend auf dem Siliziumsubstrat gestapelt sind. So ein Aufbau wird als SONOS (Silizium-Oxid-Nitrid-Oxid-Silizium) Aufbau oder MONOS (Metall-Oxid-Nitrid-Oxid-Silizium) Aufbau bezeichnet.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer konventionellen Ladungseinfangschicht zeigt. Unter Bezugnahme auf 1 ist eine isolierende Tunnelschicht 110 auf einem Halbleitersubstrat 100, z.B. einen Siliziumsubstrat, ausgebildet. Ein Paar Fremdatombereiche 102 (z.B. Source/Drain-Bereiche) sind im Halbleitersubstrat 100 angeordnet. Die Fremdatombereiche 102 sind voneinander beabstandet. Zwischen den Fremdatombereichen 102 ist ein Kanalbereich 104 angeordnet. Auf der isolierenden Tunnelschicht 110 ist eine als Ladungseinfangschicht ausgebildete Siliziumnitridschicht 120 angeordnet. Auf der Siliziumnitridschicht 120 ist eine isolierende Sperrschicht 130 angeordnet. Auf der isolierenden Sperrschicht 130 ist eine Steuer-Gate-Elektrode 140 angeordnet.
  • Es wird nun ein Verfahren zum Betrieb der nichtflüchtigen Speichervorrichtung mit so einem Aufbau im Detail beschrieben. Die Steuer-Gate-Elektrode 140 wird positiv geladen, und an den Fremdatombereich 102 wird eine vorbestimmte Vorspannung angelegt. Als Folge werden Elektronen aus dem Substrat 100 in einer Einfangstelle der als Ladungseinfangschicht dienenden Siliziumnitridschicht 120 eingefangen. So ein Phänomen führt eine Schreiboperation in jeder Speicherzelle oder eine Programmieroperation an der Speicherzelle durch. Ähnlich wird die Steuer-Gate-Elektrode 140 negativ geladen und wird eine vorbestimmte Vorspannung an den Fremdatombereich 102 angelegt. Als Folge werden Löcher aus dem Substrat 100 in der Einfangstelle der als Ladungseinfangschicht dienenden Siliziumnitridschicht 120 eingefangen. Die eingefangenen Löcher werden dann mit den in der Einfangstelle vorhandenen Elektronen rekombiniert. Dieses Phänomen führt eine Löschoperation an der programmierten Speicherzelle durch.
  • Die nichtflüchtige Speichervorrichtung mit der konventionellen Ladungseinfangschicht hat den Nachteil einer niedrigen Löschgeschwindigkeit. Insbesondere werden bei Programmierung der nichtflüchtigen Speichervorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau Elektronen in einer tiefen Einfangstelle eingefangen, welche relativ weit von einem Leitungsband der Siliziumnitridschicht 120 entfernt ist. Aus diesem Grunde benötigt man eine relative hohe Spannung, um die Vorrichtung zu löschen. Wird eine hohe Spannung an die Steuer-Gate-Elektrode 140 angelegt, um eine Löschoperation durchzuführen, findet Rückwärtstunneln statt, bei dem in der Steuer-Gate-Elektrode 140 vorhandene Elektronen durch die isolierende Sperrschicht 130 hindurchgehen. Daher werden Zellen unbeabsichtigt programmiert, und es tritt ein Fehler auf, z.B. eine Vergrößerung der Schwellenspannung.
  • Um Rückwärtstunneln von Elektronen in der Steuer-Gate-Elektrode 140 zu verhindern, hat man einen Aufbau einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung entwickelt, der stark dielektrische (hohes k) Materialien wie z.B. Aluminiumoxid (Al2O3) für die isolierende Sperrschicht 130 verwendet und Metall-Gates mit einer großen Austrittsarbeit für die Steuer-Gate-Elektrode 140 verwendet. So ein Aufbau wird als MANOS (Metall-Aluminiumoxid-Nitrid-Oxid-Silizium) bezeichnet. Dieser Aufbau verhindert Rückwärtstunneln, verfehlt aber, eine gewünschte Löschgeschwindigkeit zu sichern, und hat eine Beschränkung bei der Realisierung einer genügend niedrigen Schwellenspannung auch nach einer Löschoperation.
  • Kurze Darstellung der Erfindung
  • In einer Ausführungsform umfasst eine nichtflüchtige Speichervorrichtung ein Substrat; eine Tunnelschicht, die über dem Substrat angeordnet ist; eine Ladungseinfangschicht, die eine stöchiometrische Siliziumnitridschicht und eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht umfasst, die aufeinander folgend über der Tunnelschicht angeordnet sind; eine Sperrschicht, die über der Ladungseinfangschicht angeordnet ist; und eine Steuer-Gate-Elektrode, die über der Sperrschicht angeordnet ist.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst eine nichtflüchtige Speichervorrichtung ein Substrat; eine Tunnelschicht, die über dem Substrat angeordnet ist; eine Ladungseinfangschicht, die eine erste stöchiometrische Siliziumnitridschicht, eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht und eine zweite stöchiometrische Siliziumnitridschicht umfasst, die aufeinander folgend über der Tunnelschicht angeordnet sind; eine Sperrschicht, die über der Ladungseinfangschicht angeordnet ist, zum Sperren der Wanderung von Ladungen; und eine Steuer-Gate-Elektrode, die über der Sperrschicht angeordnet ist.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst eine nichtflüchtige Speichervorrichtung ein Substrat; eine Tunnelschicht, die über dem Substrat angeordnet ist; eine Ladungseinfangschicht, die eine Siliziumoxynitridschicht und eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht umfasst, die aufeinander folgend über der Tunnelschicht angeordnet sind; eine Sperrschicht, die über der Ladungseinfangschicht angeordnet ist, zum Sperren der Wanderung von Ladungen; und eine Steuer-Gate-Elektrode, die über der Sperrschicht angeordnet ist.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst eine nichtflüchtige Speichervorrichtung ein Substrat; eine Tunnelschicht, die über dem Substrat angeordnet ist; eine Ladungseinfangschicht, die eine erste Siliziumoxynitridschicht, eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht und eine zweite Siliziumoxynitridschicht umfasst, die aufeinander folgend über der Tunnelschicht angeordnet sind; eine Sperrschicht, die über der Ladungseinfangschicht angeordnet ist, zum Sperren der Wanderung von Ladungen; und eine Steuer-Gate-Elektrode, die über der Sperrschicht angeordnet ist.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung: Ausbildung einer Tunnelschicht über einem Substrat; Ausbildung einer stöchiometrischen Siliziumnitridschicht über der Tunnelschicht; Ausbildung einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht über der stöchiometrischen Siliziumnitridschicht; Ausbildung einer Sperrschicht über der siliziumreichen Siliziumnitridschicht; und Ausbildung einer Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung: Ausbildung einer Tunnelschicht über einem Substrat; Ausbildung einer ersten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht über der Tunnelschicht; Ausbildung einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht über der ersten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht; Ausbildung einer zweiten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht über der siliziumreichen Siliziumnitridschicht; Ausbildung einer Sperrschicht über der zweiten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht; und Ausbildung einer Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung: Ausbildung einer Tunnelschicht über einem Substrat; Ausbildung einer ersten Siliziumoxynitridschicht über der Tunnelschicht; Ausbildung einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht über der ersten Siliziumoxynitridschicht; Ausbildung einer Sperrschicht über der siliziumreichen Siliziumnitridschicht; und Ausbildung einer Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung: Ausbildung einer Tunnelschicht über einem Substrat; Ausbildung einer ersten Siliziumoxynitridschicht über der Tunnelschicht; Ausbildung einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht über der ersten Siliziumoxynitridschicht; Ausbildung einer zweiten Siliziumoxynitridschicht über der siliziumreichen Siliziumnitridschicht; Ausbildung einer Sperrschicht über der zweiten Siliziumoxynitridschicht; und Ausbildung einer Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer konventionellen Ladungseinfangschicht zeigt.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Graph, der Auger-Elektronenspektroskopie (AES) der Ladungseinfangschicht der in 2 gezeigten nichtflüchtigen Speichervorrichtung zeigt.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist ein Graph, der Programmierkennwerte einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist ein Graph, der Löschkennwerte einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist ein Graph, der Auger-Elektronenspektroskopie (AES) der Ladungseinfangschicht der in 2 gezeigten nichtflüchtigen Speichervorrichtung zeigt. Unter Bezugnahme auf 2 enthält die nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Tunnelschicht 210, eine Ladungseinfangschicht 220, eine Sperrschicht 230 und eine Steuer-Gate-Elektrode 240, die aufeinander folgend auf einem Substrat 200 angeordnet sind. Die Ladungseinfangschicht 220 besteht aus einer stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 und einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht 222, die aufeinander folgend gestapelt sind. Das Substrat 200 enthält ein Paar voneinander beabstandete Fremdatombereiche 202 mit einem dazwischen angeordneten Kanalbereich 204. Das Substrat 200 kann ein Siliziumsubstrat oder Silizium auf Isolator (SOI) sein. Die Fremdatombereiche 202 sind konventionelle Source/Drain-Bereiche.
  • Die Tunnelschicht 210 ist eine isolierende Schicht. Unter vorbestimmten Bedingungen können Ladungsträger wie z.B. Elektronen oder Löcher durch die Tunnelschicht 210 in die Ladungseinfangschicht 220 injiziert werden. Die Tunnelschicht 210 kann aus Siliziumoxid (SiO2) ausgebildet sein. Die Tunnelschicht 210 hat eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å. Wenn die Tunnelschicht 210 eine übermäßig kleine Dicke hat, kann sie sich aufgrund von wiederholtem Tunneln von Ladungsträgern verschlechtern, wodurch die Stabilität einer Speichervorrichtung ungünstig beeinflusst wird. Im Gegensatz dazu kann das Tunneln von Ladungsträgern nicht günstig durchgeführt werden, wenn die Tunnelschicht 210 eine übermäßig große Dicke hat.
  • Die Ladungseinfangschicht 220 ist eine isolierende Schicht, welche durch die Tunnelschicht 210 hindurch eingebrachte Elektronen oder Löcher einfängt. Die Ladungseinfangschicht 220 ist eine Doppelschicht, die die stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 und die siliziumreiche Siliziumnitridschicht 222 enthält, welche aufeinander folgend geschichtet sind. Die stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 hat eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å. Die siliziumreiche Siliziumnitridschicht 222 hat eine Dicke von ungefähr 40 Å bis 120 Å. Dementsprechend kann die Gesamtdicke der Ladungseinfangschicht 220 ungefähr 60Å bis 180 Å sein. Die stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 bildet keine Bindungen zwischen Siliziummolekülen aus. Doch da die siliziumreiche Siliziumnitridschicht 222 Bindungen zwischen Siliziummolekülen ausbildet, findet leicht Locheinfang darin statt. Als Folge wird eine Ablösegeschwindigkeit der eingefangenen Elektronen vergrößert, wird eine Löschgeschwindigkeit vergrößert und erhält man nach dem Löschen eine genügend niedrige Schwellenspannung. Das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 ist ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1,33. Das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 222 ist ungefähr 0,85 : 1 bis 3 : 1 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1.
  • Art und Gehalt der Atome in der auf der Tunnelschicht 210 angeordneten Ladungseinfangschicht 220 wurden mittels Auger-Elektronenspektroskopie (AES) evaluiert. Das Ergebnis ist in 3 gezeigt. Aus 3 kann man bestätigen, dass das Verhältnis von Silizium 310 zu Stickstoff 320 für eine Sputterzeit von ungefähr 1 bis 2 Minuten ungefähr 1 : 1 ist (in 3 mit "A" bezeichnet). 3 zeigt auch, dass das Verhältnis für eine Sputterzeit von ungefähr 3 Minuten ungefähr 3 : 4 ist (in 3 mit "B" bezeichnet). Mit anderen Worten, die direkt auf der Ladungseinfangschicht 220 angeordnete stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 enthält Silizium und Stickstoff in einem Verhältnis von ungefähr 3 : 4, während die auf der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 angeordnete siliziumreiche Siliziumnitridschicht 222 Silizium und Stickstoff in einem Verhältnis von ungefähr 1 : 1 enthält.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Schicht Siliziumoxynitrid (SiON) statt der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 verwendet werden. Die Schicht Siliziumoxynitrid (SiON) zeigt überlegende Einfangfähigkeiten und zeigt somit verbesserte Rückhalteeigenschaften verglichen mit der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4).
  • Die Sperrschicht 230 ist eine isolierende Schicht zum Sperren der Wanderung von Ladungen von der Ladungseinfangschicht 220 zur Steuer-Gate-Elektrode 240. Die Sperrschicht 230 enthält eine durch chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschiedene Schicht Siliziumoxid (SiO2) oder eine Schicht Aluminiumoxid (Al2O3). Alternativ enthält die Sperrschicht 230 eine stark dielektrische isolierende Schicht, z.B. eine Schicht Hafniumoxid (HfO2), eine Schicht Hafnium-Aluminium-Oxid (HfAlO), eine Schicht Zirkoniumoxid (ZrO2) oder Kombinationen davon. Wird eine Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) als die Sperrschicht 230 verwendet, ist die Dicke der Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) ungefähr 50 Å bis 300 Å.
  • Die Steuer-Gate-Elektrode 240 ermöglicht es, dass Elektronen oder Löcher aus dem Kanalbereich 204 im Substrat 200 in einer Einfangstelle in der Ladungseinfangschicht 220 eingefangen werden. Die Steuer-Gate-Elektrode 240 kann eine Polysiliziumschicht oder eine Metallschicht sein. Wenn die Steuer-Gate-Elektrode 240 eine Polysiliziumschicht ist, hat sie den Aufbau Silizium-Oxid-Nitrid-Oxid-Silizium (SONOS). Wenn die Steuer-Gate-Elektrode 240 eine Metallschicht ist, hat sie den Aufbau Metall-Oxid-Nitrid-Oxid-Silizium (MONOS). Wenn die Steuer-Gate-Elektrode 240 und die Sperrschicht 230 eine Metallschicht bzw. eine Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) sind, haben sie einen Aufbau Metall-Aluminiumoxid-Nitrid-Oxid-Silizium (MANOS). Die Polysiliziumschicht ist mit n-leitenden Fremdatomen dotiert. Wird eine Metallschicht als die Steuer-Gate-Elektrode 240 verwendet, um den MONOS- oder MANOS-Aufbau auszubilden, hat die Metallschicht eine Austrittsarbeit von ungefähr 4,5 eV oder höher. Beispiele für geeignete Metallschichten umfassen eine Schicht Titannitrid (TiN), eine Schicht Tantalnitrid (TaN), eine Schicht Hafniumnitrid (HfN), eine Schicht Wolframnitrid (WN) und Kombinationen davon. Um den Widerstand einer Steuer-Gate-Leitung zu verringern, kann eine niederohmige Schicht (nicht gezeigt) auf der Steuer-Gate-Elektrode 240 angeordnet sein. Die niederohmige Schicht variiert in Abhängigkeit von dem für die Steuer-Gate-Elektrode 240 verwendeten Material, welches durch das Reaktionsvermögen an der Grenzfläche zwischen der Steuer-Gate-Elektrode 240 und der niederohmigen Schicht bestimmt ist.
  • Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung so einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung im Detail beschrieben. In einem Substrat 200 werden Fremdatombereiche 202 und ein Kanalbereich 204 zwischen den Fremdatombereichen 202 ausgebildet. Auf dem Substrat 200 wird eine Tunnelschicht 210 ausgebildet. Die Tunnelschicht 210 wird aus einer Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å ausgebildet. Auf der Tunnelschicht 210 wird eine Ladungseinfangschicht 220 ausgebildet. Die Ausbildung der Ladungseinfangschicht 220 wird durchgeführt, indem eine stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 und eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht 222 aufeinander folgend auf der Tunnelschicht 210 ausgebildet werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Schicht Siliziumoxynitrid statt der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 ausgebildet werden.
  • Die Ausbildung der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 wird mittels Atomschichtabscheidung (ALD) oder chemischer Dampfabscheidung (CVD) durchgeführt. Die Dicke der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 ist ungefähr 20 Å bis 60 Å. In der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 221 ist das Verhältnis von Silizium und Stickstoff ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1,33. Ähnlich wird die Ausbildung der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 222 mittels Atomschichtabscheidung (ALD) oder chemischer Dampfabscheidung (CVD) durchgeführt. Die Dicke der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 222 ist ungefähr 40 Å bis 120 Å. Als Folge ist die Gesamtdicke der Ladungseinfangschicht 220 ungefähr 60 Å bis 180 Å. In der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 222 ist das Verhältnis von Silizium und Stickstoff ungefähr 0,85 : 1 bis 3 : 1 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1. Das Verhältnis kann durch Steuerung der Flussrate eines Silizium-Quellengases (z.B. Dichlorsilan (DCS, SiCl2H2)) oder eines Stickstoff-Quellengases (z.B. NH3) auf einen gewünschten Pegel eingestellt werden.
  • Nach Ausbildung der Ladungseinfangschicht 220 mit einem Doppelschicht-Aufbau wird eine Sperrschicht 230 auf der Ladungseinfangschicht 220 ausgebildet. Die Ausbildung der Sperrschicht 230 wird durchgeführt, indem durch chemische Dampfabscheidung (CVD) eine Oxidschicht abgeschieden wird. Alternativ kann die Sperrschicht 230 aus einer Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) ausgebildet werden, um die Vorrichtungseigenschaften zu verbessern. Die Sperrschicht 230 wird ausgebildet, indem eine Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) auf eine Dicke von ungefähr 50 Å bis 300 Å abgeschieden wird und die abgeschiedene Aluminiumoxidschicht durch schnelle thermische Bearbeitung (RTP) einer Verdichtung unterzogen wird. Alternativ kann die Sperrschicht 230 eine stark dielektrische isolierende Schicht, z.B. eine Schicht Hafniumoxid (HfO2), eine Schicht Hafnium-Aluminium-Oxid (HfAlO), eine Schicht Zirkoniumoxid (ZrO2) oder Kombinationen davon enthalten.
  • Auf der Sperrschicht 230 wird eine Steuer-Gate-Elektrode 240 ausgebildet. Falls notwendig, kann eine niederohmige Schicht (nicht gezeigt) auf der Steuer-Gate-Elektrode 240 ausgebildet werden. Die Steuer-Gate-Elektrode 240 kann aus einer Polysiliziumschicht oder einer Metallschicht ausgebildet werden. Wird eine Polysiliziumschicht als die Steuer-Gate-Elektrode 240 verwendet, kann die Polysiliziumschicht mit n-leitenden Fremdatomen dotiert werden. Wird eine Metallschicht als die Steuer-Gate-Elektrode 240 verwendet, kann die Metallschicht eine Metallschicht mit einer Austrittsarbeit von ungefähr 4,5 eV oder höher sein. Beispiele für geeignete Metallschichten umfassen eine Schicht Titannitrid (TiN), eine Schicht Tantalnitrid (TaN), eine Schicht Hafniumnitrid (HfN), eine Schicht Wolframnitrid (WN) und Kombinationen davon.
  • Nach der Tunnelschicht 210 werden die Ladungseinfangschicht 220 (einschließlich der Nitridschicht 221 und der Schicht Silizium-Bor-Nitrid (SiBN) 222), die Sperrschicht 230 und die Steuer-Gate-Elektrode 240 aufeinander folgend auf dem Substrat 200 ausgebildet, und der resultierende Aufbau wird unter Verwendung einer Hartmasken-Schichtstruktur gewöhnlicher Strukturierung unterzogen.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 4 enthält die nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Tunnelschicht 410, eine Ladungseinfangschicht 420, eine Sperrschicht 430 und eine Steuer-Gate-Elektrode 440, die aufeinander folgend auf einem Substrat 400 abgeschieden sind, wobei ein Kanal 404 zwischen Fremdatombereichen 402 ausgebildet ist. Die nichtflüchtige Speichervorrichtung dieser Ausführungsform ist von jener der früheren Ausführungsform verschieden. Speziell hat die Ladungseinfangschicht 420 der vorliegenden Ausführungsform einen Dreischichtaufbau, bei dem eine erste stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421, eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht 422 und eine zweite stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 aufeinander folgend geschichtet sind. Die Ladungseinfangschicht 420 der früheren Ausführungsform hat einen Doppelschichtaufbau.
  • Insbesondere ist die erste stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 auf der Tunnelschicht 410 angeordnet. Die erste stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 hat eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å. Das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 ist ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1,33. Die siliziumreiche Siliziumnitridschicht 422 hat eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å. Das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 422 ist ungefähr 0,85 : 1 bis 3 : 1 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1. Die zweite stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 hat eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å. Das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 ist ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1,33. Dementsprechend ist die Gesamtdicke der Ladungseinfangschicht 420 ungefähr 60 Å bis 180 Å.
  • In dieser Ausführungsform ist die zweite stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 zwischen der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 422 und der Sperrschicht 430 angeordnet, was Stromverlust von der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 422 zur Sperrschicht 430 verhindert und zu einer Verbesserung der Rückhalteeigenschaften führt. Außerdem verhindert die zweite stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 wirkungsvoller Rückwärtstunneln von der Steuer-Gate-Elektrode 440 zur Sperrschicht 430. Als Folge kann die Dicke der Sperrschicht 430 weiter reduziert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine erste Siliziumoxynitridschicht und eine zweite Siliziumoxynitridschicht statt der ersten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 bzw. der zweiten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 verwendet werden.
  • Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung so einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung im Detail beschrieben. In einem Substrat 400 werden Fremdatombereiche 402 und ein Kanalbereich 404 zwischen den Fremdatombereichen 402 ausgebildet. Auf dem Substrat 400 wird eine Tunnelschicht 410 ausgebildet. Die Tunnelschicht 410 wird aus einer Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å ausgebildet. Auf der Tunnelschicht 410 wird eine Ladungseinfangschicht 420 ausgebildet. Die Ausbildung der Ladungseinfangschicht 420 wird durchgeführt, indem eine erste stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421, eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht 422 und eine zweite stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 aufeinander folgend auf der Tunnelschicht 410 ausgebildet werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine erste Siliziumoxynitridschicht und eine zweite Siliziumoxynitridschicht statt der ersten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 bzw. der zweiten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 verwendet werden.
  • Die Ausbildung der ersten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 wird mittels Atomschichtabscheidung (ALD) oder chemischer Dampfabscheidung (CVD) durchgeführt. Die Dicke der ersten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 ist ungefähr 20 Å bis 60 Å. Das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der ersten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 ist ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1,33. Die Ausbildung der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 422 wird mittels Atomschichtabscheidung (ALD) oder chemischer Dampfabscheidung (CVD) durchgeführt. Die Dicke der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 422 ist ungefähr 20 Å bis 120 Å. Das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 422 ist ungefähr 0,85 : 1 bis 3 : 1 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1. Das Verhältnis kann durch Steuerung der Flussrate eines Silizium-Quellengases (z.B. Dichlorsilan (DCS, SiCl2H2)) oder eines Stickstoff-Quellengases (z.B. NH3) auf einen gewünschten Pegel eingestellt werden. Die Ausbildung der ersten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 wird mittels Atomschichtabscheidung (ALD) oder chemischer Dampfabscheidung (CVD) durchgeführt. Die Ausbildung der zweiten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 wird mittels Atomschichtabscheidung (ALD) oder chemischer Dampfabscheidung (CVD) durchgeführt. Die Dicke der zweiten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 ist ungefähr 20 Å bis 60 Å. Die Gesamtdicke der Ladungseinfangschicht 420 ist ungefähr 60 Å bis 180 Å. Das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der zweiten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423 ist ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 und vorzugsweise ungefähr 1 : 1,33.
  • Nach Ausbildung der Ladungseinfangschicht 420 mit einem Dreischicht-Aufbau wird eine Sperrschicht 430 auf der Ladungseinfangschicht 420 ausgebildet. Die Sperrschicht 430 enthält eine durch chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschiedene Oxidschicht. Alternativ kann die Sperrschicht 430 eine Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) enthalten, um die Vorrichtungseigenschaften zu verbessern. Die Sperrschicht 430 wird ausgebildet, indem Aluminiumoxid (Al2O3) auf eine Dicke von ungefähr 50 Å bis 300 Å abgeschieden wird und das abgeschiedene Aluminiumoxid durch schnelle thermische Bearbeitung (RTP) einer Verdichtung unterzogen wird. Die Sperrschicht 430 kann eine stark dielektrische (hohes k) isolierende Schicht, z.B. eine Schicht Hafniumoxid (HfO2), eine Schicht Hafnium-Aluminium-Oxid (HfAlO), eine Schicht Zirkoniumoxid (ZrO2) oder Kombinationen davon sein.
  • Auf der Sperrschicht 430 wird eine Steuer-Gate-Elektrode 440 ausgebildet. Falls notwendig, kann eine niederohmige Schicht (nicht gezeigt) auf der Steuer-Gate-Elektrode 440 ausgebildet werden. Die Steuer-Gate-Elektrode 440 kann aus einer Polysiliziumschicht oder einer Metallschicht ausgebildet werden. Wird eine Polysiliziumschicht als die Steuer-Gate-Elektrode 440 verwendet, kann die Polysiliziumschicht mit n-leitenden Fremdatomen dotiert werden. Wird eine Metallschicht als die Steuer-Gate-Elektrode 440 verwendet, kann die Metallschicht eine Metallschicht mit einer Austrittsarbeit von ungefähr 4,5 eV oder höher sein. Beispiele für geeignete Metallschichten umfassen eine Schicht Titannitrid (TiN), eine Schicht Tantalnitrid (TaN), eine Schicht Hafniumnitrid (HfN), eine Schicht Wolframnitrid (WN) und Kombinationen davon.
  • Nach der Tunnelschicht 410 werden die Ladungseinfangschicht 420 (einschließlich der ersten stöchiometrischen Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 421 und der siliziumreichen Siliziumnitridschicht 422), die zweite stöchiometrische Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) 423, die Sperrschicht 430 und die Steuer-Gate-Elektrode 440 aufeinander folgend auf dem Substrat 400 ausgebildet, und der resultierende Aufbau wird unter Verwendung einer Hartmasken-Schichtstruktur gewöhnlicher Strukturierung unterzogen.
  • 5 ist ein Graph, der Programmierkennwerte einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 5 zeigen eine Speichervorrichtung, die eine konventionelle Ladungseinfangschicht verwendet, welche einen Einschichtaufbau mit einer stöchiometrischen Siliziumnitridschicht hat (vergleiche die mit "510" bezeichnete Kurve), und eine Speichervorrichtung, die eine Ladungseinfangschicht gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, welche einen Doppelschichtaufbau mit einer stöchiometrischen Siliziumnitridschicht und einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht hat (vergleiche die mit "520" bezeichnete Kurve) Abweichungen in ähnlichen Zuständen der Delta-Schwellenspannung (ΔVT) mit fortschreitender Programmierzeit. Die Ladungseinfangschicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt relativ überlegene Programmiereigenschaften aufgrund einer frühen Programmierzeitspanne.
  • 6 ist ein Graph, der Löschkennwerte einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 6 zeigt eine Speichervorrichtung, die eine Ladungseinfangschicht gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, welche einen Doppelschichtaufbau mit einer stöchiometrischen Siliziumnitridschicht und einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht hat (vergleiche die mit "620" bezeichnete Kurve), eine signifikante Verminderung einer Delta-Schwellenspannung (ΔVT) mit fortschreitender Löschzeit verglichen mit einer Speichervorrichtung, die eine konventionelle Ladungseinfangschicht verwendet, welche einen Einschichtaufbau mit einer stöchiometrischen Siliziumnitridschicht hat (vergleiche die mit "610" bezeichnete Kurve). Aus diesem Phänomen kann man bestätigen, dass die Ladungseinfangschicht gemäß der vorliegenden Erfindung hohe Löschgeschwindigkeit und überlegene Schwellenspannungseigenschaften verglichen mit der konventionellen Ladungseinfangschicht zeigt.

Claims (64)

  1. Nichtflüchtige Speichervorrichtung, umfassend: ein Substrat; eine Tunnelschicht über dem Substrat; eine Ladungseinfangschicht, die eine stöchiometrische Siliziumnitridschicht und eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht über der Tunnelschicht umfasst; eine Sperrschicht über der Ladungseinfangschicht; und eine Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  2. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Tunnelschicht eine Schicht Siliziumoxid (SiO2) ist.
  3. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Dicke der Schicht Siliziumoxid (SiO2) ungefähr 20 Å bis 60 Å ist.
  4. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Dicke der Ladungseinfangschicht ungefähr 60 Å bis 180 Å ist.
  5. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die stöchiometrische Siliziumnitridschicht eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å hat.
  6. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 ist.
  7. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,33 ist.
  8. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die siliziumreiche Siliziumnitridschicht eine Dicke von ungefähr 40 Å bis 120 Å hat.
  9. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht ungefähr 0,85 : 1 bis 3 : 1 ist.
  10. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1 ist.
  11. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Sperrschicht eine Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) enthält.
  12. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) eine Dicke von ungefähr 50 Å bis 300 Å hat.
  13. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Sperrschicht eine durch chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschiedene Siliziumoxidschicht enthält.
  14. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Sperrschicht eine Schicht Hafniumoxid (HfO2), eine Schicht Hafnium-Aluminium-Oxid (HfAlO), eine Schicht Zirkoniumoxid (ZrO2) oder eine Kombination davon enthält.
  15. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Steuer-Gate-Elektrode eine Metallschicht mit einer Austrittsarbeit von ungefähr 4,5 eV oder höher enthält.
  16. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Metallschicht eine Schicht Titannitrid (TiN), eine Schicht Tantalnitrid (TaN), eine Schicht Hafniumnitrid (HfN), eine Schicht Wolframnitrid (WN) oder eine Kombination davon enthält.
  17. Nichtflüchtige Speichervorrichtung, umfassend: ein Substrat; eine Tunnelschicht über dem Substrat; eine Ladungseinfangschicht, die eine erste stöchiometrische Siliziumnitridschicht, eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht und eine zweite stöchiometrische Siliziumnitridschicht über der Tunnelschicht umfasst; eine Sperrschicht über der Ladungseinfangschicht; und eine Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  18. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die Ladungseinfangschicht eine Dicke von ungefähr 60 Å bis 180 Å hat.
  19. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei die Dicke der ersten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 20 Å bis 60 Å ist.
  20. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 17, 18 oder 19, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der ersten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 ist.
  21. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der ersten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,33 ist.
  22. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die siliziumreiche Siliziumnitridschicht eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å hat.
  23. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht ungefähr 0,85 : 1 bis 3 : 1 ist.
  24. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 23, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1 ist.
  25. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei die zweite stöchiometrische Siliziumnitridschicht eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å hat.
  26. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der zweiten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 ist.
  27. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 26, wobei das Verhältnis von Silizium und Stickstoff in der zweiten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,33 ist.
  28. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei die Sperrschicht eine Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) enthält.
  29. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 28, wobei die Schicht Aluminiumoxid (Al2O3) eine Dicke von ungefähr 50 Å bis 300 Å hat.
  30. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei die Sperrschicht eine durch chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschiedene Siliziumoxidschicht enthält.
  31. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei die Sperrschicht eine Schicht Hafniumoxid (HfO2), eine Schicht Hafnium-Aluminium-Oxid (HfAlO), eine Schicht Zirkoniumoxid (ZrO2) oder eine Kombination davon enthält.
  32. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 31, wobei die Steuer-Gate-Elektrode eine Metallschicht mit einer Austrittsarbeit von ungefähr 4,5 eV oder höher enthält.
  33. Nichtflüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 32, wobei die Metallschicht eine Schicht Titannitrid (TiN), eine Schicht Tantalnitrid (TaN), eine Schicht Hafniumnitrid (HfN), eine Schicht Wolframnitrid (WN) oder eine Kombination davon enthält.
  34. Nichtflüchtige Speichervorrichtung, umfassend: ein Substrat; eine Tunnelschicht über dem Substrat; eine Ladungseinfangschicht, die eine Siliziumoxynitridschicht und eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht über der Tunnelschicht umfasst; eine Sperrschicht über der Ladungseinfangschicht; und eine Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  35. Nichtflüchtige Speichervorrichtung, umfassend: ein Substrat; eine Tunnelschicht über dem Substrat; eine Ladungseinfangschicht, die eine erste Siliziumoxynitridschicht, eine siliziumreiche Siliziumnitridschicht und eine zweite Siliziumoxynitridschicht über der Tunnelschicht umfasst; eine Sperrschicht über der Ladungseinfangschicht; und eine Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  36. Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung, welches Verfahren umfasst: Ausbildung einer Tunnelschicht über einem Substrat; Ausbildung einer stöchiometrischen Siliziumnitridschicht über der Tunnelschicht; Ausbildung einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht über der stöchiometrischen Siliziumnitridschicht; Ausbildung einer Sperrschicht über der siliziumreichen Siliziumnitridschicht; und Ausbildung einer Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  37. Verfahren gemäß Anspruch 36, wobei die stöchiometrische Siliziumnitridschicht auf eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å ausgebildet wird.
  38. Verfahren gemäß Anspruch 36 oder 37, wobei die Ausbildung der stöchiometrischen Siliziumnitridschicht durch Atomschichtabscheidung (ALD) oder chemische Dampfabscheidung (CVD) durchgeführt wird.
  39. Verfahren gemäß Anspruch 36, 37 oder 38, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 ist.
  40. Verfahren gemäß Anspruch 39, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,33 ist.
  41. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 36 bis 40, wobei die siliziumreiche Siliziumnitridschicht auf eine Dicke von ungefähr 40 Å bis 120 Å ausgebildet wird.
  42. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 36 bis 41, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht ungefähr 0,85 : 1 bis 3 : 1 ist.
  43. Verfahren gemäß Anspruch 42, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1 ist.
  44. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 36 bis 43, wobei die Sperrschicht eine stark dielektrische isolierende Schicht umfasst.
  45. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 36 bis 43, wobei die Sperrschicht eine durch chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschiedene Oxidschicht umfasst.
  46. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 38 bis 45, das weiterhin umfasst: Durchführung eines Glühprozesses an der Sperrschicht.
  47. Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung, welches Verfahren umfasst: Ausbildung einer Tunnelschicht über einem Substrat; Ausbildung einer ersten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht über der Tunnelschicht; Ausbildung einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht über der ersten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht; Ausbildung einer zweiten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht über der siliziumreichen Siliziumnitridschicht; Ausbildung einer Sperrschicht über der zweiten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht; und Ausbildung einer Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  48. Verfahren gemäß Anspruch 47, wobei die erste stöchiometrische Siliziumnitridschicht auf eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å ausgebildet wird.
  49. Verfahren gemäß Anspruch 47 oder 48, wobei die Ausbildung der stöchiometrischen Siliziumnitridschicht durch Atomschichtabscheidung (ALD) oder chemische Dampfabscheidung (CVD) durchgeführt wird.
  50. Verfahren gemäß Anspruch 47, 48 oder 49, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der ersten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 ist.
  51. Verfahren gemäß Anspruch 50, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der ersten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,33 ist.
  52. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 47 bis 51, wobei die siliziumreiche Siliziumnitridschicht auf eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å ausgebildet wird.
  53. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 47 bis 52, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht ungefähr 0,85 : 1 bis 3 : 1 ist.
  54. Verfahren gemäß Anspruch 53, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der siliziumreichen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1 ist.
  55. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 47 bis 54, wobei die zweite stöchiometrische Siliziumnitridschicht auf eine Dicke von ungefähr 20 Å bis 60 Å ausgebildet wird.
  56. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 47 bis 55, wobei die Ausbildung der zweiten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht durch Atomschichtabscheidung (ALD) oder chemische Dampfabscheidung (CVD) durchgeführt wird.
  57. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 47 bis 56, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der zweiten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,2 bis 1 : 1,5 ist.
  58. Verfahren gemäß Anspruch 57, wobei das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff in der zweiten stöchiometrischen Siliziumnitridschicht ungefähr 1 : 1,33 ist.
  59. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 47 bis 58, wobei die Sperrschicht eine stark dielektrische isolierende Schicht umfasst.
  60. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 47 bis 59, wobei die Sperrschicht eine durch chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschiedene Oxidschicht umfasst.
  61. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 47 bis 60, das weiterhin umfasst: Durchführung eines Glühprozesses an der Sperrschicht.
  62. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 47 bis 61, wobei die Steuer-Gate-Elektrode eine Metallschicht umfasst.
  63. Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung, welches Verfahren umfasst: Ausbildung einer Tunnelschicht über einem Substrat; Ausbildung einer ersten Siliziumoxynitridschicht über der Tunnelschicht; Ausbildung einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht über der ersten Siliziumoxynitridschicht; Ausbildung einer Sperrschicht über der siliziumreichen Siliziumnitridschicht; und Ausbildung einer Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
  64. Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung, welches Verfahren umfasst: Ausbildung einer Tunnelschicht über einem Substrat; Ausbildung einer ersten Siliziumoxynitridschicht über der Tunnelschicht; Ausbildung einer siliziumreichen Siliziumnitridschicht über der ersten Siliziumoxynitridschicht; Ausbildung einer zweiten Siliziumoxynitridschicht über der siliziumreichen Siliziumnitridschicht; Ausbildung einer Sperrschicht über der zweiten Siliziumoxynitridschicht; und Ausbildung einer Steuer-Gate-Elektrode über der Sperrschicht.
DE102007037638A 2006-10-23 2007-08-09 Nichtflüchtige Speichervorrichtung mit einer Ladungseinfangschicht und Verfahren zur Herstellung derselben Withdrawn DE102007037638A1 (de)

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