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Die
Erfindung betrifft allgemein Halbleitereinrichtungen und Verfahren
zum Herstellen von Halbleitereinrichtungen. Insbesondere betrifft
die Erfindung die Anwendung von Allotropen von Kohlenstoff auf die
Halbleitertechnologie.
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Halbleitereinrichtungen
werden in vielen elektronischen Anwendungen und anderen Anwendungen
eingesetzt. Halbleitereinrichtungen weisen integrierte Schaltkreise
auf, die auf Halbleiterwafern gebildet werden mittels Aufbringens
oder Abscheidens verschiedener Arten von Material-Dünnschichten auf den Halbleiterwafern,
und durch Strukturieren der Material-Dünnschichten, so dass die integrierten Schaltkreise
gebildet werden.
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Eine
Art von Halbleitereinrichtung ist eine Speichereinrichtung, in welcher
Daten üblicherweise gespeichert
werden als logische „1” oder logische „0”. Eine
Art von Speichervorrichtung ist eine Ladungsspeicher-Speichereinrichtung.
Ein Beispiel einer Ladungsspeicher-Speichereinrichtung ist eine Floating Gate-Einrichtung.
Ein anderes Beispiel einer Ladungsspeicher-Speichereinrichtung ist
eine Ladungsfänger-Speichereinrichtung.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Halbleitereinrichtung
mit einer erhöhten
Performanz beispielsweise beim Löschen
oder beim Programmieren bereitzustellen.
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Das
Problem wird gelöst
durch die Speichereinrichtungen mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Speichereinrichtung, die aufweist: ein Substrat; eine Ladungsspeicherschicht,
angeordnet über
dem Substrat; und eine Steuergate-Schicht, angeordnet über der
Ladungsspeicherschicht, wobei die Ladungsspeicherschicht und/oder
die Steuergate-Schicht ein Kohlenstoff-Allotrop aufweist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Speichereinrichtung, die aufweist: ein Substrat; und
einen Gate-Stapel, angeordnet über
dem Substrat, wobei der Gate-Stapel
aufweist ein Steuergate, angeordnet über der Ladungsspeicherschicht,
wobei das Steuergate und/oder die Ladungsspeicherschicht ein Kohlenstoff-Allotrop
aufweist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Speichereinrichtung, die aufweist: ein Substrat; einen
Gate-Stapel, angeordnet über dem
Substrat, wobei der Gate-Stapel ein Steuergate aufweist, angeordnet über einer
Ladungsspeicherschicht; und ein Abstandshalter-Auswählgate (Spacer-Auswählgate),
angeordnet über
dem Substrat und lateral in einem Abstand von dem Gate-Stapel angeordnet,
wobei das Auswählgate
ein Kohlenstoff-Allotrop aufweist.
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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 bis 5 Ausführungsbeispiele
zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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6 ein
Ausführungsbeispiel
einer Halbleitereinrichtung der Erfindung.
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Im
Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet
zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung,
eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder
indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Die
folgende detailierte Beschreibung nimmt Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen, die mittels Erläuterungen
spezifische Details und Ausführungsbeispiele
zeigen, in welchen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese
Ausführungsbeispiele
werden in ausreichendem Detail beschrieben, so dass ein Fachmann
in die Lage versetzt wird, die Erfindung auszuführen. Andere Ausführungsbeispiele
können verwendet
werden und strukturelle, logische und elektrische Veränderungen
können
durchgeführt werden,
ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Die verschiedenen
Ausführungsbeispiele sind
nicht notwendigerweise einander ausschließend, da einige Ausführungsbeispiele
mit einem oder mehreren anderen Ausführungsbeispielen kombiniert
werden können,
so dass neue Ausführungsbeispiel
gebildet werden.
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In
diesem Dokument wird der Ausdruck „ein” verwendet, wie in Patentdokumenten üblich, derart, dass
sie „ein” oder mehr
als „ein” einschließen. In
diesem Dokument wird der Ausdruck „oder” verwendet zum Bezeichnen
eines „Nicht-Exklusiv-ODER”, derart,
dass „A
oder B” einschließt „A, aber
nicht B”, „B, aber
nicht A”,
und „A
und B”,
wenn es nicht anders beschrieben ist.
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Bezugnehmend
auf 1 ist ein Halbleitersubstrat 210 vorgesehen.
Das Substrat 210 kann jede Art eines Substrats 210 sein.
In einem Ausführungsbeispiel
kann das Substrat 210 ein p-Typ-Substrat 210 sein.
Jedoch kann allgemeiner in einem oder in mehr Ausführungsbeispielen
der Erfindung das Substrat 210 ein Silizium-Substrat 210 oder
ein anderes geeignetes Substrat 210 sein. Das Substrat 210 kann
ein Bulk-Einzelkristallines-Siliziumsubstrat 210 sein
(oder eine Schicht, die darauf gewachsen oder anders gebildet worden ist),
eine Schicht aus (110)-Silizium auf einem (100)-Silizium-Wafer, oder ein
Silizium-auf-Isolator(silicon-on-insulator, SOI)-Substrat 210.
Das SOI-Substrat 210 kann beispielsweise gebildet sein
oder werden mittels eines SIMOX-Prozesses.
Das Substrat 210 kann ein Silizium-auf-Saphir(silicon-on-sapphire,
SOS)-Substrat 210 sein. Das Substrat 210 kann
ein Germanium-auf-Isolator(germanium-on-insulator, GeOI)-Substrat 210 sein.
Das Substrat 210 kann ein Material oder mehrere Materialien
aufweisen wie beispielsweise Halbleitermaterialien wie beispielsweise
Silizium-Germanium, Germanium-Arsenid, Indium-Gallium-Arsenid, oder
Indium-Antimonid.
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Dann
wird eine erste dielektrische Schicht 220 über dem
Substrat 210 gebildet. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die erste dielektrische Schicht 220 aufweisen ein
Oxid (wie beispielsweise Siliziumdioxid SiO2),
ein Nitrid (wie beispielsweise Siliziumnitrid, Si3N4 oder SixNy), ein Oxinitrid (wie beispielsweise Siliziumoxinitrid,
S-O-N oder SiOxNy),
einen Oxid/Nitrid-Stapel
wie beispielsweise einen SiO2/SixNy-Stapel (wobei
die Schichten in jeder beliebigen Reihenfolge angeordnet sein können), einen
Oxid/Nitrid/Oxid-Stapel (beispielsweise einen ONO-Stapel) oder Kombinationen
derselben.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die erste dielektrische Schicht 220 ein Hohes-k-dielektrisches
Material aufweisen. Das Hohes-k-Material kann eine Dielektrizitätskonstante
von größer als
3,9 aufweisen. Das Hohes-k-Material kann eine Dielektrizitätskonstante
aufweisen, die größer ist
als die Dielektrizitätskonstante
von Siliziumdioxid. Das Hohes-k-Material kann ein Hafniumbasiertes Material
aufweisen. Das Hohes-k-Material kann eines oder mehr der Elemente
Hf, Al, Si, Zr, O, N, Ta, La, Ti, Y, Pr, Gd, und Kombinationen derselben
aufweisen. Das Hohes-k-Material
kann aufweisen HfSiON, HfSiO, HfO2, HfSiOx, HfAlOx, HfAlOxNy, HfSiAlOx, HfSiAlOxNy, Al2O3,
ZrO2, ZrSiOx, Ta2O5, SrTiO3, La2O3,
Y2O3, Gd2O3, Pr2O3, TiO2, ZrAlOx, ZrAlOxNy, SiAlOx, SiAlOxNy, ZrSiAlOx, ZrSiAlOxNy, oder Kombinationen derselben. Das Hohes-k-Material
kann Al2O3 aufweisen.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die erste dielektrische Schicht 220 jedes andere beliebige
dielektrische Material oder Hohes-k-dielektrisches Material aufweisen.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die dielektrische Schicht 220 aufweisen einen Oxid/Hohes-k-Material-Stapel wie
beispielsweise SiO2/Al2O3-Stapel.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die erste dielektrische Schicht 220 eine Schichtdicke von
mindestens 4 nm (nm: Nanometer) aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die erste dielektrische Schicht 220 eine Schichtdicke von
mindesten 6 nm aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die erste dielektrische Schicht 220 eine Schichtdicke
von mindestens 8 nm aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die erste dielektrische Schicht 220 eine Schichtdicke
von weniger als ungefähr
15 nm aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die erste
dielektrische Schicht 220 eine Schichtdicke von weniger
als ungefähr
12 nm aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die erste
dielektrische Schicht 220 eine einzige (d. h. genau eine)
Materialschicht aufweisen oder sie kann zwei oder mehr Materialschichten
aufweisen.
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Die
erste dielektrische Schicht 220 kann auf viele verschiedene
Arten gebildet werden oder sein. Beispielsweise kann die erste dielektrische
Schicht 220 mittels thermischer Oxidation gewachsen werden
oder sein, sie kann mittels eines chemischen Abscheideverfahrens
aus der Gasphase (chemical vapor deposition, CVD) aufgebracht oder
abgeschieden werden oder sein, mittels eines Atomlagen-Abscheideprozesses
(atomic layer deposition, ALD), mittels eines physikalischen Abscheideverfahrens aus
der Gasphase (physical vapor deposition PVD), oder mittels eines
Sprüh-Abscheideprozesses aus der
Gasphase (jet vapor deposition). Somit kann die erste dielektrische
Schicht 220 gebildet werden oder sein mittels eines Aufwachs-Prozesses
oder mittels eines Abscheide-Prozesses.
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Ein
Hohes-k-Material kann gebildet werden oder sein beispielsweise mittels
eines Abscheide-Prozesses. Beispiele von Abscheide-Prozessen, die
eingesetzt werden können,
schließen
ein: ein chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase (CVD), ein
physikalisches Abscheideverfahren aus der Gasphase (PVD), ein Atomlagen-Abscheideverfahren
(ALD), ein Molekularstrahl-Epitaxieverfahren (molecular beam epitaxy,
MBE), oder andere Abscheide-Prozesse.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die erste dielektrische Schicht 220 als eine dielektrische
Tunnelschicht für
eine Floating Gate-Speichereinrichtung dienen. In einem anderen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann die erste dielektrische Schicht 220 als
eine erste dielektrische Schicht für eine Ladungsfänger-Speichereinrichtung
dienen.
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In
einem nachfolgenden Prozessschritt kann eine Ladungsspeicherschicht 230 über der
ersten dielektrischen Schicht 220 gebildet werden. In einem oder
mehr Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht 230 gebildet werden oder
sein aus jedem beliebigen leitfähigen
Material. Somit kann in einem oder mehr Ausführungsbeispielen die Ladungsspeicherschicht
jedes beliebige leitfähige
Material aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Ladungsspeicherschicht
aufweisen beispielsweise ein Polysilizium-Material. Das Polysilizium
kann dotiert sein mit einem n-Typ-Dotierstoff (wie beispielsweise
Phosphor (P)) oder mit einem p-Typ-Dotierstoff (wie beispielsweise
Bor (B)). Das Dotieren kann durchgeführt werden unter Verwendung
eines Ionen-Implantationsprozesses oder es kann in-situ durchgeführt werden.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicherschicht 230 ein metallisches Material
aufweisen wie beispielsweise reines Metall oder eine Metalllegierung.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht 230 ein leitfähiges Material
aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Ladungsspeicherschicht 230 ein
Halbleitermaterial aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen ist
es möglich,
dass die Ladungsspeicherschicht 230 ein dielektrisches
Material aufweisen kann. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Ladungsspeicherschicht 230 ein
Metall-Silizid oder ein Metall-Nitrid aufweisen.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicherschicht 230 aufweisen TiN, TiC, HfN,
TaN, TaC, W, Al, Ru, RuTa, TaSiN, NiSix, CoSix, TiSix, Ir, Y,
Pt, I, PtTi, Pd, Re, Rh, Boride von Ti, Boride von Hf, Boride von
Zr, Phosphide von Ti, Phosphide von Hf, Phosphide von Zr, Antimonide
von Ti, Antimonide von Hf, Antimonide von Zr, TiAlN, Mo, MoN, ZrSiN,
ZrN, HfN, HfSiN, WN, Ni, Pr, VN, TiW, und/oder Kombinationen derselben.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicherschicht 230 das Element Kohlenstoff
aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Ladungsspeicherschicht 230 eine
Kohlenstoffverbindung aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht 230 molekularen Kohlenstoff
aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Ladungsspeicherschicht 230 ein
Allotrop von Kohlenstoff aufweisen oder aus einem solchen bestehen.
Ein Allotrop von Kohlenstoff kann auch als ein Kohlenstoff-Allotrop
bezeichnet werden. Beispiele von Kohlenstoff-Allotropen weisen auf,
sind jedoch nicht beschränkt
auf, Diamant, Graphit, amorpher Kohlenstoff, und Fullerene (beispielsweise
Buckminster-Fullerene).
Beispiele von Fullerenen weisen auf, sind jedoch nicht beschränkt auf,
Buckyballs, Kohlenstoff-Nanoröhren,
und Nanobuds, beispielsweise Kohlenstoff-Nanobuds. Weitere Beispiele
von Kohlenstoff-Allotropen schließen ein, sind jedoch nicht
beschränkt
auf, aggregierte Diamant-Nanostäbchen
(oder ADNRs), glasartigen Kohlenstoff (”glassy” Kohlenstoff), Kohlenstoff-Nanogebilde,
Lonsdaleit (auch bezeichnet als hexagonaler Diamant), und linearer
Acetylen-Kohlenstoff (auch bezeichnet als LAC). In einem oder mehr
Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicherschicht 230 ein leitfähiges Allotrop
von Kohlenstoff aufweisen (auch bezeichnet als leitfähiges Kohlenstoff-Allotrop)
oder aus einem solchen bestehen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht 230 Graphit aufweisen.
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Wenn
die Ladungsspeicherschicht 230 ein Allotrop von Kohlenstoff
aufweist, ist es möglich, dass
der Kohlenstoff mittels eines Kohlenstoff-Chemisches Abscheideverfahrens
aus der Gasphase abgeschieden wird. Als ein Beispiel kann dies ein
CxHy-basierter CVD-Prozess
sein.
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Wenn
die Ladungsspeicherschicht 230 ein Allotrop von Kohlenstoff
aufweist, so ist es in einem optionalen Schritt nützlich,
einen Kohlenstoff-Passivierungsschritt durchzuführen zum Abkapseln des Kohlenstoff-Allotrops
in der Ladungsspeicherschicht 230. Die Kohlenstoff-Passivierung
kann durchgeführt werden
unter Verwendung eines SiH4-Aufquell-Prozesses (Soak-Prozesses),
welcher eine SiC-Schicht auf der Ladungsspeicherschicht 230 bildet.
Dies kann durchgeführt
werden entweder vor oder nachdem der Gate-Stapel strukturiert wird
(wobei das Strukturieren des Gate-Stapels im Folgenden näher erläutert wird).
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicherschicht 230 ein Nitrid aufweisen. In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicherschicht 230 ein nanokristallines Material
aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Ladungsspeicherschicht 230 ein
Hohes-k-dielektrisches Material aufweisen.
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Die
Ladungsspeicherschicht 230 kann eine einzige Schicht aufweisen
oder aus einer solchen bestehen oder eine Mehrzahl gestapelter Schichten (wie
beispielsweise eine Polysiliziumschicht, angeordnet über einer
Metallschicht). In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Dicke
der Ladungsspeicherschicht 230 in einem Bereich liegen
von ungefähr
30 nm bis ungefähr
300 nm, obwohl andere Schichtdicken ebenso möglich sind. Die Ladungsspeicherschicht 230 kann
auf unterschiedliche Arten abgeschieden oder aufgebracht werden.
Beispiele schließen
ein ein chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase, ein physikalisches
Abscheideverfahren aus der Gasphase, und ein Atomlagen-Abscheiden. In einem
oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht 230 eine Mischung (beispielsweise
eine heterogene Mischung) von zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien sein.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicherschicht 230 als Floating Gate-Schicht
einer Floating Gate-Einrichtung dienen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht 230 als eine Ladungsfängerschicht
für eine
Ladungsfänger-Einrichtung
dienen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
ist es möglich,
dass jedes beliebige der oben beschriebenen Materialien für die Ladungsspeicherschicht nützlich sein
kann für
entweder eine Floating Gate-Schicht für eine Floating Gate-Einrichtung
oder als eine Ladungsfängerschicht
für eine
Ladungsfänger-Einrichtung.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicherschicht 230 als eine Floating Gate-Schicht
einer Floating Gate-Speichereinrichtung dienen. Somit kann die Ladungsspeicherschicht 230 aufweisen
jedes beliebige Material, das als ein Floating Gate für eine Floating
Gate-Einrichtung
dienen kann.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
das Material für
eine Floating Gate-Schicht gebildet werden aus jedem beliebigen
leitfähigen
Material. Somit kann in einem oder mehr Ausführungsbeispielen das Floating
Gate-Material jedes beliebige leitfähige Material aufweisen. In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann das Floating Gate-Material aufweisen beispielsweise ein Polysilizium-Material.
Das Polysilizium kann dotiert sein mit einem n-Typ-Dotierstoff (wie
beispielsweise Phosphor (P)) oder einem p-Typ-Dotierstoff (wie beispielsweise Bor (B)).
Das Dotieren kann durchgeführt
werden unter Verwendung eines Ionen-Implantationsprozesses oder es kann
in-situ durchgeführt
werden.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
das Floating Gate-Material aufweisen ein metallisches Material wie
beispielsweise ein reines Metall oder eine Metalllegierung. In einem
oder mehr Ausführungsbeispielen
kann das Floating Gate-Material ein leitfähiges Material aufweisen. In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann das Floating Gate-Material
aufweisen ein Halbleitermaterial. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
ist es möglich,
dass das Floating Gate-Material
ein dielektrisches Material aufweist. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann das Floating Gate-Material ein Metall-Silizid oder ein Metall-Nitrid
aufweisen.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
das Floating Gate-Material aufweisen TiN, TiC, HfN, TaN, TaC, W,
Al, Ru, RuTa, TaSiN, NiSix, CoSix, TiSix, Ir, Y,
Pt, I, Pt, Ti, Pd, Re, Rh, Boride von Ti, Boride von Hf, Boride
von Zr, Phosphide von Ti, Phosphide von Hf, Phosphide von Zr, Antimonide
von Ti, Antimonide von Hf, Antimonide von Zr, TiAlN, Mo, MoN, ZrSiN,
ZrN, HfN, HfSiN, WN, Ni, Pr, VN, TiW, und/oder Kombinationen derselben.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
das Floating Gate-Material das Element Kohlenstoff aufweisen. In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann das Floating Gate-Material
eine Kohlenstoffverbindung aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann das Floating Gate-Material molekularen Kohlenstoff aufweisen.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann das Floating Gate-Material ein Allotrop von Kohlenstoff (welches auch
bezeichnet wird als ein Kohlenstoff-Allotrop) aufweisen oder aus
einem solchen bestehen. Beispiele von Kohlenstoff-Allotropen schließen ein,
sind jedoch nicht beschränkt
auf, Diamant, Graphit, amorpher Kohlenstoff, und Fullerene (beispielsweise Buckminster-Fullerene). Beispiele
von Fullerenen schließen
ein, sind jedoch nicht beschränkt
auf, Buckyballs, Kohlenstoff-Nanoröhren und
Nanobuds, beispielsweise Kohlenstoff-Nanobuds. Weitere Beispiele
von Kohlenstoff-Allotropen schließen ein, sind jedoch nicht
beschränkt
auf, aggregierte Diamant-Nanostäbchen (oder
ADNRs), glasartiger Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanogebilde, Lonsdaleit,
und linearer acetylener Kohlenstoff (oder LAC). In einem oder mehr
Ausführungsbeispielen
kann das Floating Gate-Material ein leitfähiges Allotrop von Kohlenstoff (auch
bezeichnet als ein leitfähiges
Kohlenstoff-Allotrop) aufweisen oder aus einem solchen bestehen.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann das Floating Gate-Material Graphit aufweisen oder daraus bestehen.
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Wenn
das Floating Gate-Material ein Allotrop von Kohlenstoff aufweist,
so ist es möglich,
dass der Kohlenstoff abgeschieden oder aufgebracht werden kann mittels
eines Kohlenstoff-chemischen Abscheideprozesses aus der Gasphase.
Beispielsweise kann dies ein CxHy-basierter CVD-Prozess sein. Wenn das Floating
Gate-Material ein Allotrop von Kohlenstoff aufweist, kann es in
einem optionalen Schritt nützlich
sein, einen Kohlenstoff-Passivierungsschritt durchzuführen zum
Abkapseln des Kohlenstoff-Allotrops in dem Floating Gate- Material. Die Kohlenstoff-Passivierung
kann durchgeführt
werden unter Verwendung eines SiH4-Aufquell-Prozesses (Soak-Prozesses), der eine
SiC-Schicht auf dem Floating Gate-Material bildet. Dies kann entweder durchgeführt werden
vor oder nachdem der Gate-Stapel strukturiert wird (wobei das Strukturieren des
Gate-Stapels im Folgenden näher
erläutert
wird).
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicherschicht 230 als eine Ladungsfängerschicht
für eine
Ladungsfänger-Speichereinrichtung
(Charge Trapping-Speichereinrichtung)
dienen. Somit kann die Ladungsspeicherschicht jedes beliebige Material
aufweisen, das als eine Ladungsfängerschicht
für eine
Ladungsfänger-Speichereinrichtung
dienen kann.
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Beispiele
für Ladungsfänger-Materialien
enthalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, Nitride (wie beispielsweise
Siliziumnitrid), nanokristalline Materialien, und, möglicherweise
bestimmte Hohes-k-Materialien. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsfängerschicht
ein dielektrisches Material aufweisen.
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Wiederum
bezugnehmend auf 1 kann nach dem Bilden der Ladungsspeicherschicht 230 eine
zweite dielektrische Schicht 240 über der Ladungsspeicherschicht 230 gebildet
werden. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die zweite dielektrische Schicht 240 mittels eines
Abscheide-Prozesses gebildet werden. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die zweite dielektrische Schicht 240 mittels eines
Aufwachs-Prozesses gebildet werden. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die zweite dielektrische Schicht 240 ein Oxid (wie beispielsweise
Siliziumdioxid, SiO2) aufweisen, ein Nitrid
(wie beispielsweise Si3N4 oder
SixNy), ein Oxinitrid
(wie beispielsweise Silizium-Oxinitrid, S-O-N oder SiOxNy), oder Kombinationen derselben. In einem
oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die zweite dielektrische Schicht 240 einen Stapel
von zwei oder mehr Schichten (oder einen Stapel von drei oder mehr
Schichten) aufweisen, wie beispielsweise einen Oxid/Nitrid-Stapel
wie beispielsweise einen SiO2/Si3N4-Stapel oder einen
SiO2/SixNy-Stapel oder einen Nitrid/Oxid-Stapel, einen
Oxid/Nitrid/Oxid-Stapel (beispielsweise einen ONO-Stapel), oder
Kombinationen derselben.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die zweite dielektrische Schicht 240 ein Hohes-k-dielektrisches
Material aufweisen. Das Hohes-k-Material kann eine Dielektrizitätskonstante
von größer als
3,9 aufweisen. Das Hohes-k-Material kann eine Dielektrizitätskonstante
aufweisen, die größer ist
als die Dielektrizitätskonstante
von Siliziumdioxid. Das Hohes-k-Material kann ein Hafniumbasiertes Material
aufweisen. Das Hohes-k-Material kann eines oder mehr der Elemente
Hf, Al, Si, Zr, O, N, Ta, La, Ti, Y, Pr, Gd, und Kombinationen derselben,
aufweisen. Das Hohes-k-Material
kann aufweisen HfSiON, HfSiO, HfO2, HfSiOx, HfAlOx, HfAlOxNy, HfSiAlOx, HfSiAlOxNy, Al2O3,
ZrO2, ZrSiOx, Ta2O5, SrTiO3, La2O3,
Y2O3, Gd2O3, Pr2O3, TiO2, ZrAlOx, ZrAlOxNy, SiAlOx, SiAlOxNy, ZrSiAlOx, ZrSiAlOxNy, oder Kombinationen derselben. Das Hohes-k-Material
kann Al2O3 aufweisen.
Alternativ kann die zweite dielektrische Schicht 240 jedes
andere dielektrische Material oder Hohes-k-dielektrische Material
aufweisen.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die zweite dielektrische Schicht 240 eine Schichtdicke
von mindestens 4 nm (nm: Nanometer) aufweisen. In einem oder mehr
Ausführungsbeispielen
kann die zweite dielektrische Schicht 240 eine Schichtdicke
von mindestens 6 nm aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die zweite dielektrische Schicht 240 eine Schichtdicke von
mindestens 8 nm aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die zweite dielektrische Schicht 240 eine Schichtdicke
von weniger als ungefähr
20 nm aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die zweite
dielektrische Schicht 240 eine Schichtdicke von weniger
als ungefähr
15 nm aufweisen. Andere Schichtdicken sind ebenfalls möglich. In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die zweite dielektrische Schicht 240 eine einzige Materialschicht
aufweisen oder aus einer solchen bestehen oder sie kann zwei oder
mehr Materialschichten aufweisen.
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Die
zweite dielektrische Schicht 240 kann auf unterschiedliche
Arten gebildet werden oder sein. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die zweite dielektrische Schicht 240 gebildet werden oder
sein mittels eines Abscheideprozesses. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die zweite dielektrische Schicht 240 gebildet werden oder
sein mittels eines Aufwachs-Prozesses (beispielsweise mittels eines
thermischen Aufwachs-Prozesses). Beispielsweise kann die zweite
dielektrische Schicht 240 aufgewachsen werden oder sein
mittels einer thermischen Oxidation, sie kann abgeschieden werden
oder sein mittels eines chemischen Abscheideverfahrens aus der Gasphase
(chemical vapor deposition, CVD), mittels eines Atomlagen-Abscheideprozesses
(atomic layer deposition, ALD), mittels eines physikalischen Abscheideverfahrens
aus der Gasphase (physical vapor deposition, PVD), oder mittels
eines Sprüh-Abscheideverfahrens
(jet vapor deposition). Somit kann die zweite dielektrische Schicht 240 beispielsweise
gebildet werden oder sein mittels eines Aufwachs-Prozesses oder
mittels eines Abscheide-Prozesses.
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Wie
oben beschrieben worden ist kann ein Hohes-k-Material beispielsweise
mittels eines Abscheide-Prozesses gebildet werden oder sein. Beispiele
eines Abscheide-Prozesses, der verwendet werden kann, schließen ein
ein chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase (CVD), ein physikalisches
Abscheideverfahren aus der Gasphase (PVD), ein Atomlagen-Abscheideverfahren
(ALD), ein Molekularstrahl- Epitaxieverfahren
(molecular beam epitaxy, MBE), oder andere Abscheide-Prozesse.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die zweite dielektrische Schicht 240 als eine Zwischen-Gate-Dielektrikum-Schicht
dienen zwischen einem Floating Gate und einem Steuergate einer Floating
Gate-Speichereinrichtung. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
können
das Floating Gate und das Steuergate aus Polysilizium-Material gebildet
werden oder sein. In diesem Fall kann die zweite dielektrische Schicht 240 als
Zwischen-Poly-Dielektrikum-Material
dienen.
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Es
ist anzumerken, dass der Einsatz eines Hohes-k-Materials als eine
Zwischen-Gate-Dielektrikum-Schicht (oder als eine Zwischen-Poly-Dielektrikum-Schicht)
in einer Floating Gate-Speichereinrichtung
vorteilhaft sein kann, da die größere Dielektrizitätskonstante
zu einer stärkeren
kapazitiven Kopplung führen
kann. Dies kann zu einer Reduktion in dem Energiebedarf zum Betreiben
der Einrichtung führen.
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Dann
kann eine Steuergate-Schicht 250 auf der zweiten dielektrischen
Schicht 240 gebildet werden oder sein. Die Steuergate-Schicht 250 kann
eine obere Gate-Schicht sein. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Steuergate-Schicht 250 gebildet
werden oder sein aus jedem beliebigen leitfähigen Material. Somit kann
in einem oder mehr Ausführungsbeispielen
die Steuergate-Schicht 250 jedes beliebige elektrisch leitfähige Material
aufweisen.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Steuergate-Schicht 250 beispielsweise
ein Polysilizium-Material aufweisen. Das Polysilizium kann dotiert
sein mit einem n-Typ-Dotierstoff
(wie beispielsweise Phosphor (P)), oder einem p-Typ-Dotierstoff
(wie beispielsweise Bor (B)). Das Dotieren kann durchgeführt werden
unter Verwendung eines Ionen-Implantationsprozesses
oder es kann in-situ durchgeführt werden.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann das Dotieren zumindest teilweise durchgeführt werden nach dem Bilden
des Gate-Stapels, wie es oben beschrieben worden ist. In einem oder
mehr Ausführungsbeispielen
kann das Dotieren der Steuergate-Schicht 250 zumindest
teilweise durchgeführt
werden während
des Bildens der Source/Drain-Erweiterungen und/oder der Source/Drain-Bereiche.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Steuergate-Schicht 250 ein
metallisches Material wie beispielsweise reines Metall oder eine Metalllegierung
aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Steuergate-Schicht 250 jedes
andere geeignete Material sein, das als ein Steuergate für eine Ladungsspeicher-Speichereinrichtung
geeignet ist. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Steuergate-Schicht 250 ein Metall-Silizid
oder ein Metall-Nitrid aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Steuergate-Schicht 250 aufweisen TiN, TiC, HfN, TaN,
TaC, W, Al, Ru, RuTa, TaSiN, NiSix, CoSix, TiSix, Ir, Y,
Pt, I, PtTi, Pd, Re, Rh, Boride, Phosphide, oder Antimonide von
Ti, Hf, Zr, TiAlN, Mo, MoN, ZrSiN, ZrN, HfN, HfSiN, WN, Ni, Pr,
VN, TiW, andere Metalle, und/oder Kombinationen derselben.
-
In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Steuergate-Schicht 250 das
Element Kohlenstoff aufweisen oder aus diesem bestehen. In einem
oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Steuergate-Schicht 250 eine Kohlenstoffverbindung aufweisen
oder aus einer solchen bestehen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Steuergate-Schicht molekularen Kohlenstoff aufweisen oder
daraus bestehen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Steuergate-Schicht 250 ein Allotrop
von Kohlenstoff aufweisen (welches auch bezeichnet wird als ein
Kohlenstoff-Allotrop) oder aus einem solchen bestehen. Beispiele
von Kohlenstoff-Allotropen enthalten, sind jedoch nicht beschränkt auf,
Diamant, Graphit, amorpher Kohlenstoff, und Fullerene (beispielsweise Buckminster-Fullerene).
Beispiele von Fullerene enthalten, sind jedoch nicht beschränkt auf,
Buckyballs, Kohlenstoff-Nanoröhren, und
Nanobuds, beispielsweise Kohlenstoff-Nanobuds. Weitere Beispiele von Kohlenstoff-Allotropen
enthalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, aggregierte Diamant-Nanostäbchen (oder
ADNRs), glasartiger Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanogebilde, Lonsdaleit,
und linearer acetylener Kohlenstoff (oder LAC). In einem oder mehr
Ausführungsbeispielen
kann die Steuergate-Schicht 250 ein leitfähiges Allotrop
von Kohlenstoff aufweisen (auch bezeichnet als ein leitfähiges Kohlenstoff-Allotrop)
oder aus einem solchen bestehen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Steuergate-Schicht 250 Graphit aufweisen.
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Die
Steuergate-Schicht 250 kann eine einzige Schicht aufweisen
oder aus einer solchen bestehen oder eine Mehrzahl von (beispielsweise übereinander)
gestapelten Schichten (wie beispielsweise einer Polysilizium-Schicht,
angeordnet auf einer Metall-Schicht). Die Steuergate-Schicht 250 kann
eine Mischung aufweisen (wie beispielsweise eine heterogene Mischung)
von zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien. In einem oder
mehr Ausführungsbeispielen
kann die Schichtdicke der Steuergate-Schicht 250 in einem
Bereich liegen von ungefähr
30 nm bis ungefähr
300 nm, es sind jedoch auch andere Schichtdicken möglich. Die
Steuergate-Schicht 250 kann in vielen unterschiedlichen
Arten abgeschieden oder aufgebracht werden oder sein. Beispiele
enthalten chemisches Abscheiden aus der Gasphase (CVD), physikalisches
Abscheiden aus der Gasphase (PVD), und Atomlagen-Abscheiden (ALD).
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Wenn
die Steuergate-Schicht 250 ein Allotrop von Kohlenstoff
aufweist, so ist es möglich,
dass der Kohlenstoff abgeschieden werden kann mittels eines Kohlenstoffchemischen-Abscheideprozesses aus
der Gasphase. Als ein Beispiel kann dies ein CxHy-basierter CVD-Prozess sein.
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Wenn
die Steuergate-Schicht 250 ein Allotrop von Kohlenstoff
aufweist, so kann es in einem optionalen Schritt nützlich sein,
einen Kohlenstoff-Passivierungsschritt durchzuführen zum Abkapseln des Kohlenstoff-Allotrops
in der Steuergate-Schicht 250.
Die Kohlenstoff-Passivierung kann durchgeführt werden unter Verwendung
eines SiH4-Aufquell-Prozesses (SiH4-Soak-Prozesses),
der eine SiC-Schicht auf der Steuergate-Schicht 250 bildet. Dies kann
durchgeführt
werden entweder vor oder nachdem der Gate-Stapel strukturiert wird
(wobei das Strukturieren im Folgenden näher erläutert wird).
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Steuergate-Schicht 250 als
ein Steuergate für
eine Floating Gate-Speichereinrichtung
dienen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Steuergate-Schicht 250 als ein Steuergate für eine Ladungsfänger-Speichereinrichtung
dienen.
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In
einem nachfolgenden Prozessschritt können die Schichten 220, 230, 240 und 250 maskiert werden
und geätzt
werden, so dass der in 2A gezeigte Gate-Stapel 300 gebildet
wird. Der Gate-Stapel 300 weist eine erste dielektrische Schicht 220' auf, die ein
Teil ist von der ersten dielektrische Schicht 220 aus 1.
Die erste dielektrische Schicht 220' kann auch bezeichnet werden als
ein erstes Gate-Dielektrikum.
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Der
Gate-Stapel 300 weist ferner eine Ladungsspeicherschicht 230' auf, die ein
Teil ist der Ladungsspeicherschicht 230 aus 1.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht 230' eine Floating Gate-Schicht 230' für eine Floating
Gate-Speichereinrichtung sein. Eine Floating Gate-Schicht 230' kann auch als
ein Floating Gate bezeichnet werden. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht 230' eine Ladungsfängerschicht 230' für eine Ladungsfänger-Speichereinrichtung
sein.
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Der
Gate-Stapel 300 weist ferner eine zweite dielektrische
Schicht 240' auf,
die ein Teil der zweiten dielektrischen Schicht 240 aus 1 ist.
Der Gate-Stapel 300 weist ferner eine Steuergate-Schicht 250' auf, die ein
Teil ist der Steuergate-Schicht 250 aus 1.
Die Steuergate-Schicht 250' kann
auch bezeichnet werden als ein Steuergate für die Ladungsspeicher-Speichereinrichtung.
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Es
ist anzumerken, dass der Ätzprozess
zum Bilden des Gate-Stapels 300 einen
oder zwei oder mehr Ätzschritte
enthalten kann. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann mindestens
eine Ätzchemie
involviert sein. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen können mindestens
zwei Ätzchemikalien
involviert sein.
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Bezugnehmend
auf 2B kann in einem oder mehr Ausführungsbeispielen
der Ätzprozess zum
Bilden des Gate-Stapels
auf (oder in) der ersten dielektrischen Schicht 220 stoppen.
Bezugnehmend auf 2C kann in diesem Ausführungsbeispiel
der Gate-Stapel 300 mindestens einen Teil 220' der ersten
dielektrischen Schicht 220 aufweisen, der unterhalb der
Steuergate-Schicht 250 liegt. Somit kann als ein Beispiel
der Gate-Stapel 300 den schraffierten Bereich 220' der ersten
dielektrischen Schicht 220 aufweisen, wie in 2C dargestellt.
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Bezugnehmend
auf die in 2A gezeigte Struktur oder auf
die in 2C gezeigte Struktur ist es
in einem oder mehr Ausführungsbeispielen
möglich,
dass die Ladungsspeicherschicht 230' und/oder die Steuergate-Schicht 250' ein Kohlenstoff-Allotrop aufweisen/aufweist
oder daraus bestehen/besteht. Nach dem Bilden des Gate-Stapels 300 ist
es möglich,
das Kohlenstoff-Material unter Verwendung eines Kohlenstoff-Passivierungsschrittes
zu passivieren. Der Kohlenstoff-Passivierungsschritt kann enthalten
ein Passivieren mit einem SiH4-Aufquell-Prozess
(SiH4-Soak-Prozess). Dies kann zu dem Bilden einer
SiC-Schicht auf mindestens einem Teil der Oberfläche der Kohlenstoff-Gate-Schichten führen. Zusätzlich ist
es, wenn entweder die Ladungsspeicherschicht 230 und/oder
die Steuergate-Schicht 250 aus 1 ein Kohlenstoff-Allotrop
aufweisen/aufweist, möglich,
dass die Prozesse, die verwendet werden zum Bilden des Gate-Stapels 300,
und die entweder in 2A oder in 2C gezeigt
sind, ein Kohlstoff-Ätzen
mit O2-basiertem reaktiven Ionenätzen oder
H2-basiertem reaktiven Ionenätzen enthalten.
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Bezugnehmend
auf die in 2A gezeigte Struktur oder auf
die in 2C gezeigte Struktur, ist es
in einem oder mehr Ausführungsbeispielen
möglich,
dass die Ladungsspeicherschicht 230' des Gate-Stapels 300 ein
Kohlenstoff-Allotrop aufweist oder daraus besteht, aber dass die
Steuergate-Schicht 250' kein
Kohlenstoff-Allotrop aufweist. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
ist es möglich,
dass die Steuergate-Schicht 250' ein Kohlenstoff-Allotrop aufweist
oder daraus besteht, aber dass die Ladungsspeicherschicht 230' kein Kohlenstoff-Allotrop
aufweist. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass
die Ladungsspeicherschicht 230' ein Kohlenstoff-Allotrop aufweist
oder daraus besteht und dass die Steuergate-Schicht 250' ebenfalls ein
Kohlenstoff-Allotrop aufweist
oder daraus besteht. Das für
die Ladungsspeicherschicht 230' verwendete Kohlenstoff-Allotrop
muss nicht notwendigerweise dasselbe sein wie das Kohlenstoff-Allotrop,
das für
die Steuergate-Schicht 250' verwendet
wird.
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Wie
oben beschrieben worden ist kann das Kohlenstoff-Allotrop ein leitfähiges Kohlenstoff-Allotrop
sein. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
das verwendete Kohlenstoff-Allotrop
Kohlenstoff aufweisen. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Ladungsspeicherschicht
eine Floating Gate-Schicht sein. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht eine Ladungsfängerschicht sein.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
mindestens eines der Kohlenstoff-Allotrope keine oder nur ein wenig
einer Ladungsverarmungsschicht aufweisen oder enthalten. In dem
Fall, dass eine Kohlenstoff-Allotrop-Ladungsspeicherschicht als Floating
Gate verwendet wird für
eine Floating Gate-Speichereinrichtung kann dies in einer verbesserten
Löschperformanz
resultieren, da die Steuergatezu-Floating Gate-Kapazität erhöht werden
kann verglichen mit dem Fall, dass das Floating Gate ein dotiertes
Polysilizium aufweist. In dem Fall eines Kohlenstoff-Allotrop-Steuergates
kann dies in einer verbesserten Programmierperformanz resultieren, da
die effektive Tunneloxid-Dicke reduziert werden kann.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen können Kohlenstoff-Allotrope als Materialien
für das Steuergate
und/oder für
die Ladungsspeicherschicht des Gate-Stapels verwendet werden. Die
Ladungsspeicherschicht kann als eine Floating Gate-Schicht dienen
(beispielsweise als ein Floating Gate) für eine Floating Gate-Speichereinrichtung,
oder sie kann als eine Ladungsspeicherschicht dienen.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
das Kohlenstoff-Allotrop eine Mitten-Bandlücke(Midgap)-Austrittsarbeit von ungefähr 4,6 eV
aufweisen. Dies kann die Tunnelbarriere erhöhen und somit die Daten-Haltefähigkeit
ebenfalls erhöhen.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann ein Kohlenstoff-Allotrop eine exzellente thermische Stabilität aufweisen
(wie beispielsweise Temperaturen größer als ungefähr 1500°C). In einem
oder mehr Ausführungsbeispielen
kann ein Kohlenstoff-Allotrop eine niedrige chemische Reaktivität aufweisen.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann eine Kohlenstoff-Allotrop einen spezifischen elektrischen Widerstand
aufweisen von ungefähr 50 × 10–6 Ohm-Meter
oder niedriger. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann ein Kohlenstoff-Allotrop eine
Unreinheit-Dotierung nicht benötigen
und es kann daher eine geringe Oberflächenrauigkeit aufweisen und
eine relativ glatte Schnittstelle zu Dielektrika.
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In
einem nachfolgenden Prozessschritt kann die in 2A gezeigte
Struktur einem Ionen-Implantationsprozess unterzogen werden zum
Bilden von Source/Drain-Erweiterungsbereichen 310, wie
in 3 gezeigt (selbstverständlich kann in einem anderen
Ausführungsbeispiel
die in 2C gezeigte Struktur verwendet
werden). Bezugnehmend auf 3 können in
einem oder mehr Ausführungsbeispielen
die Source/Drain-Erweiterungsbereiche 310 beispielsweise
leicht dotierte Drain-Bereiche (lightly doped drain, LDD) sein.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
können
die Erweiterungsbereiche 310 beispielsweise Mittel-dotierte
Drain-Bereiche (medium doped drain, MDD) sein.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen können die
Erweiterungsbereiche 310 von einem n-Typ sein. In einem
oder mehr Ausführungsbeispielen
können
die Erweiterungsbereiche 310 von einem p-Typ sein.
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Bezugnehmend
auf 4 können
nach dem Bilden der Erweiterungsbereiche 310 Seitenwand-Abstandshalter
(Seitenwand-Spacer) 320 über den Seitenwänden des
Gate-Stapels 300 gebildet werden.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen können die
Seitenwand-Abstandshalter 320 gebildet werden aus jedem
beliebigen dielektrischen Material. Beispiele von dielektrischen
Materialien schließen ein,
sind jedoch nicht beschränkt
auf, Oxide, Nitride, Oxinitride oder Mischungen derselben. Die Seitenwand-Abstandshalter 320 können beispielsweise
gebildet werden mittels des konformen Abscheidens eines dielektrischen
Materials, gefolgt von einem anisotropen Ätzen des Materials.
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Bezugnehmend
auf 5 kann nach dem Bilden der Seitenwand-Abstandshalter 320 ein
zusätzlicher
Ionen-Implantationsschritt
durchgeführt werden
zum Bilden der Source/Drain-Bereiche 330. In einem oder
mehr Ausführungsbeispielen
können die
Source/Drain-Bereiche 330 gebildet werden als hoch-dotierte
Drain(heavily doped drain, HDD)-Bereiche. Der Dotiertyp der Source/Drain-Bereiche 330 kann
derselbe sein wie der Dotiertyp der Erweiterungsbereiche 310.
Die Dotierstoffkonzentration der Source/Drain-Bereiche 330 kann
größer sein
als die Dotierstoffkonzentration der Erweiterungsbereiche 310.
Die Tiefe der Source/Drain-Bereiche kann größer sein als die Tiefe der
Erweiterungsbereiche 310.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
der zum Bilden der Source/Drain-Erweiterung 310 verwendete
Ionen-Implantationsschritt
auch dienen zum Dotieren der Steuergate-Schicht 250' mit entweder n-Typ-Dotierstoffen
oder p-Typ-Dotierstoffen.
In gleicher Weise kann in einem oder mehr Ausführungsbeispielen der zum Bilden
der Source/Drain-Bereiche 330 verwendete
Ionen-Implantationsschritt verwendet werden zum Dotieren der Steuergate-Schicht 250' mit n-Typ-Dotierstoffen oder p-Typ-Dotierstoffen.
-
In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Einrichtung 1010, welche in 5 gezeigt ist,
nützlich
sein als eine Speichereinrichtung wie beispielsweise eine Ladungsspeicher-Speichereinrichtung.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicher-Speichereinrichtung eine Floating Gate-Speichereinrichtung
sein. In diesem Fall kann die Ladungsspeicherschicht 230' eine Floating
Gate-Schicht sein. Die Floating Gate-Schicht 230' kann auch bezeichnet
werden als ein Floating Gate für
die Floating Gate-Speichereinrichtung.
Die Floating Gate-Schicht 230' kann beispielsweise gebildet werden
oder sein aus einem Kohlenstoff-Allotrop (wie beispielsweise aus
Graphit). Die Steuergate-Schicht 250' (welche auch bezeichnet werden kann
als Steuergate 250')
kann beispielsweise ebenfalls gebildet werden aus einem Kohlenstoff-Allotrop. In
einem anderen Ausführungsbeispiel
kann das Steuergate 250' beispielsweise
gebildet werden oder sein aus einem dotierten Polysilizium oder
einem anderen Material oder mehreren anderen leitfähigen Materialien.
Die erste dielektrische Schicht 220' kann beispielsweise gebildet werden
oder sein aus einem Oxid wie beispielsweise Siliziumdioxid (welches
gebildet werden kann mittels eines Aufwachs-Prozesses). Die zweite
dielektrische Schicht 240' kann
beispielsweise gebildet werden oder sein aus einem Oxidmaterial
oder aus einem Hohes-k-Material. In einem anderen Ausführungsbeispiel
kann die zweite dielektrische Schicht 240' gebildet werden oder sein aus
einem Oxid-Nitrid-Oxid-Stapel. Natürlich sind die genannten Materialien
nur Beispiele und andere Materialien können die beschriebenen Materialien
ersetzen.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicher-Einrichtung 1010 eine Floating Gate-Einrichtung sein.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann eine Floating Gate-Einrichtung möglicherweise programmiert werden
mittels Fowler-Nordheim-Tunnelns oder mittels „heiße-Ladungsträger-Injektion” (hot-carrier
injection). In einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann das Löschen möglicherweise
erreicht werden mittels UV-Emission oder mittels Fowler-Nordheim-Tunnelns.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
ist es möglich,
dass elektrische Ladung auf dem Floating Gate gespeichert wird,
so dass die Schwellenspannung VT der Einrichtung
eingestellt oder angepasst wird. Natürlich sind diese oben genannten Möglichkeiten
lediglich Beispiele von möglichen
Arten zum Betreiben einer Floating Gate-Einrichtung und andere Arten
sind ebenfalls möglich.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Ladungsspeicher-Speichereinrichtung 1010 eine Ladungsfänger-Speichereinrichtung
sein. In diesem Fall kann die Ladungsspeicherschicht 230' eine Ladungsfängerschicht
sein.
-
Die
Ladungsfängerschicht
kann beispielsweise ein Nitrid aufweisen (wie beispielsweise Siliziumnitrid),
ein Oxinitrid, ein nanokristallines Material oder ein Hohes-k-Material.
In einem mehr oder Ausführungsbeispielen
kann die Ladungsspeicherschicht ein dielektrisches Material aufweisen.
Die erste dielektrische Schicht 220' kann beispielsweise ein Oxid (wie
beispielsweise ein Siliziumdioxid) sein. Das Oxid kann beispielsweise
gebildet werden oder sein mittels eines Aufwachs-Prozesses. Die
zweite dielektrische Schicht 240' kann beispielsweise ein Oxid oder möglicherweise
ein Hohes-k-Material
sein. Die Steuergate-Schicht 250' kann beispielsweise ein Kohlenstoff-Allotrop
sein wie beispielsweise Graphit (oder möglicherweise ein anderes leitfähiges Kohlenstoff-Allotrop).
Natürlich
sind die beschriebenen Materialien nur Beispiele und andere Materialien
können ersatzweise
für die
beschriebenen Materialien verwendet werden.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die Einrichtung 1010 eine Ladungsfänger-Einrichtung sein. In einem
oder mehr Ausführungsbeispielen
kann eine Ladungsfänger-Einrichtung
möglicherweise
programmiert werden mittels Anlegens einer ausreichend hohen positiven
Spannung an das Steuergate 250'. Dies kann zu einem Elektronen-Tunnelstrom
führen
(beispielsweise mittels Fowler-Nordheim-Tunnelns) von dem Substrat 210 durch die
erste dielektrische Schicht 220' und zu der Ladungsfängerschicht 230', in der die
Elektronen eingefangen („getrappt”) werden
können.
Die eingefangenen Elektronen können
zu einer erhöhten
Schwellenspannung VT führen, welche anzeigen kann,
dass die Einrichtung programmiert ist. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann eine Ladungsfänger-Einrichtung
möglicherweise
gelöscht
werden mittels Anlegens einer geeigneten negativen Spannung an das
Steuergate 250'.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann als ein anderes Beispiel eine Ladungsfänger-Einrichtung möglicherweise
programmiert werden mittels Injektion heißer Ladungsträger (hot-carrier injection).
Natürlich
sind dies lediglich Beispiele von möglichen Arten zum möglichen Betreiben
einer Ladungsfänger-Einrichtung und andere
Arten zum Betreiben einer Ladungsfänger-Einrichtung sind ebenfalls
möglich.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen ist
anzumerken, dass die in 2C gezeigte
Struktur natürlich
ebenfalls verwendet werden kann zum Bilden einer Ladungsspeicher-Speichereinrichtung
wie beispielsweise einer Floating Gate-Einrichtung oder einer Ladungsfänger-Einrichtung.
-
Ein
anderes Beispiel ist in 6 gezeigt. 6 zeigt
eine Ladungsspeicher-Speichereinrichtung 1020. In dem in 6 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist oder wird eine Schicht 410 über den Seitenwänden des
Gate-Stapels 300 und auf dem Substrat 210 vor
dem Bilden der Seitenwand-Abstandshalter 420 gebildet.
In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Schicht 410 eine dielektrische Schicht sein. In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen
kann die Schicht 410 ein Oxid, ein Nitrid oder ein Oxinitrid,
oder Kombinationen derselben aufweisen. Ein Seitenwand-Abstandshalter 420 wird
dann gebildet auf der Seitenwand-Oberfläche der Schicht 410.
Der Seitenwand-Abstandshalter 420 kann beispielsweise gebildet
werden oder sein aus einem Polysilizium-Material. In einem oder
mehr Ausführungsbeispielen
kann das Polysilizium-Material
n-dotiert oder p-dotiert sein oder werden. Der Seitenwand-Abstandshalter 420 kann
als ein Auswählgate
für die Speichereinrichtung 1020 dienen.
Der Gate-Stapel 300 weist eine erste Gate-Dielektrikum-Schicht 220', eine Ladungsspeicherschicht 230', eine zweite
dielektrische Schicht 240' und
eine Gate-Steuerschicht (oder Steuer-Gate) 250' auf. Die möglichen
Materialien für
die unterschiedlichen Schichten wurden oben beschrieben. Ferner
kann, wie oben beschrieben worden ist, die Ladungsspeicherschicht 230' eine Floating
Gate-Schicht sein (auch bezeichnet als ein Floating Gate) oder sie
kann eine Ladungsfängerschicht
sein. Das Auswählgate 420 und
das Steuergate 250 können
unabhängig
(voneinander) steuerbar eingerichtet sein.
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Bezugnehmend
auf 6 kann in einem oder mehr Ausführungsbeispielen das Abstandshalter(Spacer)-Auswählgate 420 ein
Kohlenstoff-Allotrop aufweisen oder aus einem solchen bestehen.
Als ein Beispiel kann das Abstandshalter-Auswählgate 420 Graphit
aufweisen. Das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel
zeigt die Source/Drain-Erweiterungen 320 wie auch die Source/Drain-Bereiche 330.
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In
einem oder mehr Ausführungsbeispielen kann
die in 5 gezeigte Ladungsspeicher-Speichereinrichtung 1010 oder
die in 6 gezeigte Ladungsspeicher-Speichereinrichtung 1020 eine
eigenständige
(stand-alone) Speichereinrichtung sein. In einem oder mehr Ausführungsbeispielen
können
die in 5 gezeigte Ladungsspeicher-Speichereinrichtung 1010 oder
die in 6 gezeigte Ladungsspeicher-Speichereinrichtung 1020 verwendet
werden als eine eingebettete Speichereinrichtung in Kombination
mit mindestens eine Logik-Einrichtung (beispielsweise einem Logik-Chip
oder mehreren Logik-Schaltkreisen)
auf demselben Chip oder demselben Substrat. Somit kann derselbe
Chip (oder dasselbe Substrat) einen Speicherbereich aufweisen (mit
einer oder mehr Speichereinrichtungen) und einen Logikbereich (mit
einer oder mehr Logik-Speichereinrichtungen).
-
Obwohl
die Erfindung vor allem im Zusammenhang mit spezifischen Ausführungsbeispielen gezeigt
und beschrieben worden ist, sollte es von denjenigen mit dem Fachgebiet
vertrauten Personen verstanden werden, dass vielfältige Änderungen
der Ausgestaltung und der Details daran vorgenommen werden können, ohne
vom Wesen und Bereich der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden
Ansprüche
definiert wird, abzuweichen. Der Bereich der Erfindung wird daher
durch die angefügten
Ansprüche bestimmt,
und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Veränderungen,
welche in Reichweite der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, von
den Ansprüchen
umfasst werden.