DE102009011876B4 - Speichereinrichtungen aufweisend eine Gate-Elektrode oder Gate-Elektroden mit einem Kohlenstoff-Allotrop - Google Patents

Speichereinrichtungen aufweisend eine Gate-Elektrode oder Gate-Elektroden mit einem Kohlenstoff-Allotrop Download PDF

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Abstract

Speichereinrichtung (1010), aufweisend: • ein Substrat (210); • ein Floating-Gate (230'), angeordnet über dem Substrat (210), und • ein Steuergate (250'), angeordnet über dem Floating Gate (230'), • wobei entweder das Floating-Gate (230') und das Steuergate (250') Graphit aufweisen oder das Floating-Gate (230') Graphit aufweist oder das Steuergate (250') Graphit aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein Halbleitereinrichtungen und Verfahren zum Herstellen von Halbleitereinrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Anwendung von Allotropen von Kohlenstoff auf die Halbleitertechnologie.
  • 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.
  • 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.
  • Die Druckschriften US 2005/0056877 A1 und US 2006/0220094 A1 offenbaren Transistorstrukturen, bei denen ein Steuer-Gate bzw. ein Floating Gate Kohlenstoffnanoröhren aufweisen.
  • Die Druckschrift US 2007/0014151 A1 offenbart einen Speichertransistor mit einer Kohlenstoffnanoröhre als Kanalbereich.
  • Die Druckschrift EP 1 796 162 A2 offenbart einen Feldeffekttransistor mit einer Gate-Elektrode aus Graphit.
  • Die Druckschrift DE 10 2004 030 552 A1 offenbart einen Feldeffekttransistor mit einem Gate-Bereich aus einem Kohlenstoff-Material, beispielsweise Graphit.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Halbleitereinrichtung mit einer erhöhten Performanz beispielsweise beim Löschen oder beim Programmieren bereitzustellen.
  • Das Problem wird gelöst durch die Speichereinrichtungen mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 bis 5 Ausführungsbeispiele zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 ein Ausführungsbeispiel einer Halbleitereinrichtung der Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Hafnium-basiertes 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.
  • 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.
  • 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, CD) 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Hafnium-basiertes 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 einen oder mehr Ausführungsbeispielen kann die Steuergate-Schicht 250 aufweisen TiN, TiC, HfN, TaN, Tal, 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.
  • 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).
  • Wenn die Steuergate-Schicht 250 ein Allotrop von Kohlenstoff aufweist, so ist es möglich, dass der Kohlenstoff abgeschieden werden kann mittels eines Kohlenstoff-chemischen-Abscheideprozesses aus der Gasphase. Als ein Beispiel kann dies ein CxHy-basierter CVD-Prozess sein.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Steuergate-zu-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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).

Claims (12)

  1. Speichereinrichtung (1010), aufweisend: • ein Substrat (210); • ein Floating-Gate (230'), angeordnet über dem Substrat (210), und • ein Steuergate (250'), angeordnet über dem Floating Gate (230'), • wobei entweder das Floating-Gate (230') und das Steuergate (250') Graphit aufweisen oder das Floating-Gate (230') Graphit aufweist oder das Steuergate (250') Graphit aufweist.
  2. Speichereinrichtung (1010) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: • eine erste dielektrische Schicht (220') zwischen dem Substrat (210) und dem Floating Gate (230') und • eine zweite dielektrische Schicht (240') zwischen dem Floating-Gate (230') und dem Steuergate (250').
  3. Speichereinrichtung (1010), aufweisend: • ein Substrat (210) und • einen Gate-Stapel, angeordnet über dem Substrat (210), wobei der Gate-Stapel ein Steuergate (250') aufweist, angeordnet über einem Floating-Gate (230'), wobei entweder das Steuergate (250') und das Floating-Gate (230') Graphit aufweisen oder das Steuergate (250') Graphit aufweist oder das Floating-Gate (230') Graphit aufweist.
  4. Speichereinrichtung (1010) gemäß Anspruch 3, ferner aufweisend: ein Abstandshalter-Auswählgate (420), angeordnet über dem Substrat (210) und lateral in einem Abstand angeordnet zu einer Seitenwand des Gate-Stapels.
  5. Speichereinrichtung (1020) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei der Gate-Stapel ferner aufweist • eine erste dielektrische Schicht (220') zwischen dem Substrat (210) und dem Floating-Gate (230') und • eine zweite dielektrische Schicht (240') zwischen dem Floating-Gate (230') und dem Steuergate (250').
  6. Speichereinrichtung (1020), aufweisend: • ein Substrat (210); • einen Gate-Stapel, angeordnet über dem Substrat (210), wobei der Gate-Stapel aufweist ein Steuergate (250'), angeordnet über einer Ladungsspeicherschicht (230'), und • ein Abstandshalter-Auswählgate (420), angeordnet über dem Substrat (210) und lateral in einem Abstand angeordnet von dem Gate-Stapel, • wobei das Auswählgate (420) ein Kohlenstoff-Allotrop aufweist.
  7. Speichereinrichtung (1020) gemäß Anspruch 6, wobei das Kohlenstoff-Allotrop Graphit aufweist.
  8. Speichereinrichtung (1020) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Ladungsspeicherschicht (230') ein Floating-Gate ist.
  9. Speichereinrichtung (1020) gemäß Anspruch 8, wobei das Floating-Gate (230') ein Polysilizium-Material aufweist.
  10. Speichereinrichtung (1020) gemäß Anspruch 8, wobei die Ladungsspeicherschicht (230') eine Ladungsfängerschicht ist.
  11. Speichereinrichtung (1020) gemäß Anspruch 10, wobei die Ladungsfängerschicht (230') ein Nitrid oder ein nanokristallines Material aufweist.
  12. Speichereinrichtung (1020) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das Steuergate (250') ein leitfähiges Material aufweist.
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