DE19533165C2 - Verfahren zur Herstellung einer nicht-flüchtigen Speicherzelle mit einer Stapelgateelektrode in einem zellenförmigen Oxidatonsbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer nicht flüchtigen Speicherzelle einer Stapelgateelektrode in einem zellenförmigen Oxidationsbereich.

Im allgemeinen besteht eine nicht-flüchtige Speichervorrichtung, wie beispielsweise ein Flash-EEPROM aus einer Stapelgateelektrode, einem Sourcegebiet und einem Draingebiet, wobei die Stapelgateelektrode aus einer Tunneloxidschicht, einem Floatinggate, einer dielektrischen Schicht und einem Steuergate gebildet ist. Die nicht flüchtige Speichervorrichtung besitzt eine Programmier- und Löschfunktion. Eine Spannung grösser als 12 V wird an das Steuergate angelegt, um den Programmier- oder Löschvorgang der nicht flüchtigen Speichervorrichtung durchzuführen, wodurch um die Tunneloxidschicht ein starkes elektrisches Feld gebildet wird. Hierbei können elektrische Erscheinungen, wie eine Feldinversion oder ein Durchgreifeffekt in einem peripheren Stromkreisbereich infolge der hohen Spannung auftreten. Bei der Herstellung der Speichervorrichtung werden zwei Verfahren angewandt, um die Feldinversion und den Durchgreifeffekt zu verhindern. Das erste Verfahren ist die Vergrösserung der Dicke der Feldoxidschicht oder des Raumes zwischen eingegrabenen N+ Schichten. Das zweite Verfahren ist die Vergrösserung des kapazitiven Kopplungsverhältnisses zwischen dem Steuergate und dem Floatinggate. Da das erst genannte Verfahren auch die Abmessungen der Speicherzelle vergrössert, wird dadurch der Grad der Integration der Speichervorrichtung herabgesetzt. Dagegen vergrössert das zweite genannte Verfahren die Fläche der Gateelektrode, und verringert es die Dicke der dielektrischen Schicht. Die Abmessung und Zuverlässigkeit der Speicherzelle werden daher verbessert.

Seit kurzem wird ein Verfahren, welches die Zuverlässigkeit der Speicherzelle verbessert, bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung angewandt. Das Verfahren sieht die Bildung eines sog. Spacers an der Seitenwand der Stapelgateelektrode vor. Dieser Spacer wird aus einer CVD- (chemische Abscheidung aus der Gasphase) Oxidschicht oder einer Schicht gebildet, auf der ein CVD-Oxid, ein Nitrid und ein Oxid übereinander angeordnet sind. Hierbei kann jedoch leicht ein durch den Spacer bedingter Verschlechterungseffekt durch einen Programmiervorgang unter Verwendung einer Heiße- Elektroen-Injektion auftreten. Ein Verlust an elektrischer Ladung längs einer Ecke der Gateelektrode entsteht, wodurch das Vermögen der Speicherzelle, Ladung zu speichern, herabgesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer nicht-flüchtigen Speicherzelle mit vergrösserter Datenhalte- oder -speicherzeit. Ferner soll die Überlappungsfläche eines Floatinggates und eines Steuergates vergrössert werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei sind aus der US-A-5019881 grundsätzlich die folgenden Schritte bei der Bildung einer nicht flüchtigen Speicherzelle bekannt: Bildung einer Oxidationsschicht durch Oxidation eines bestimmten Bereiches einer Unterlagenoxidschicht; Ätzen eines freigelegten Bereiches der Oxidationsschicht unter Bildung einer Ausnehmung; Bildung einer Tunneloxidschicht auf einem Siliciumsubstrat, das durch Ätzen der Oxidationsschicht freigelegt wurde; aufeinander folgende Bildung einer ersten leitenden Schicht, einer dielektrischen Schicht und einer zweiten leitenden Schicht auf der erhaltenen Struktur nach der Bildung der Tunneloxidschicht; Bildung einer Stapelgateelektrode durch aufeinander folgendes Mustern der zweiten leitenden Schicht, der dielektrischen Schicht und der ersten leitenden Schicht; und Bildung von Source- und Draingebieten durch Injektion von Dotierungsionen in das Siliciumsubstrat und anschließendes Ausheilen des Siliciumsubstrates.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A bis 1G geschnittene Ansichten zur Darstellung der Schritte bei der Herstellung einer nicht flüchtigen Speicherzelle nach der Erfindung.

In der Zeichnung tragen gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen.

Nach Fig. 1A wird ein Unterlagenoxidfilm 3 auf einem eine Feldoxidschicht 2 aufweisenden Siliciumsubstrat 1 mit einer Dicke von 5 bis 10 nm durch eine thermische Oxidation gebildet. Dann wird auf der Unterlagenoxidschicht 3 eine Nitridschicht 4 mit einer Dicke von 50 bis 100 nm gebildet.

Nach Fig. 1B wird ein Fotolack auf der Nitridschicht 4 aufgegeben und der Fotolack dann gemustert, so dass ein Fotolackmuster 5 entsteht. Ein freigelegter Bereich der Nitridschicht 4 wird geätzt, um einen Bereich der Unterlagenoxidschicht 3 freizulegen.

Nach Fig. 1C wird das Fotolackmuster 5 entfernt und wird die Unterlagenoxidschicht 3, die durch Ätzen eines freigelegten Bereiches der Nitridschicht 4 freigelegt wurde, durch eine thermische Oxidation unter Verwendung der verbleibenden Nitridschicht 4 als Oxidationssperre aufgebaut, wodurch eine Oxidationszellenschicht 6 mit einer Dicke von 250 bis 350 nm gebildet wird.

Nach Fig. 1D wird ein freigelegter Bereich der Oxidationszellenschicht 6 durch Ätzen unter Verwendung der verbleibenden Nitridschicht 4 als Ätzsperre geätzt, was eine Ausnehmung an einer zentralen Stelle des Siliciumsubstrates 1 bildet. Gewünscht ist es, den freigelegten Bereich der Oxidationszellenschicht 6 nach einem trockenen Ätzverfahren zu behandeln. Um das Siliciumsubstrat 1 gegen Beschädigung zu schützen, wird jedoch die Oxidationszellenschicht 6 nach dem Trockenätzverfahren nur geätzt, bis die Dicke der Schicht 20 bis 30 nm beträgt, während der Rest nach einem Nassätzverfahren geätzt wird.

Nach Fig. 1E wird auf dem Siliciumsubstrat 1, das durch das Ätzen der Oxidationszellenschicht 6 freigelegt wurde, eine Tunneloxidschicht 7 mit einer Dicke von 8 bis 12 nm vorgesehen, und werden dann nach der Bildung der Tunneloxidschicht 7 eine erste leitende Schicht 8, eine dielektrische Schicht 9 und eine zweite leitende Schicht 10 nacheinander auf der erhaltenen Struktur geschaffen. Sowohl die erste als auch die zweite leitende Schicht 8, 10 werden durch Aufgeben eines Polysiliciums und mittels Injektion eines Dotierungsions, wie beispielsweise POCl₃, in das Polysilicium gebildet. Erwünscht wird die Bildung der ersten leitenden Schicht 8 mit einer Dicke von einem Drittel (1/3) der Oxidationszellenschicht 6, d. h. mit einer Dicke von 80 bis 12 nm.

Nach Fig. 1F werden die zweite leitende Schicht 10, die dielektrische Schicht 9 und die erste leitende Schicht 8 nacheinander nach einem fotolithografischen Verfahren unter Verwendung einer Maske für eine Gatelektrode gemustert, was eine Stapelgateelektrode 20 vorsieht, die eine Tunneloxidschicht 7, ein Floatinggate 8A, eine dielektrischen Schicht 9 und ein Steuergate 10A umfasst.

Nach Fig. 1G wird ein Dotierungsion, z. B. Arsen, in das Siliciumsubstrat 1 injiziert und wird dann ein Ausheilprozess vorgenommen, was die Bildung eines Source- und Draingebietes 11 schafft.

Wie beschrieben, wird erfindungsgemäss die Oberfläche des Floatinggates vergrössert, was die Kapazität zwischen dem Floatinggate und dem Steuergate heraufsetzt. Obgleich ferner an das Steuergate eine niedrige Spannung angelegt wird, kann ein Programmier- oder Löschvorgang effektiv durchgeführt werden. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Feldinversion und eines Durchgreifeffektes wird ebenfalls verringert. Eine Spacer induzierte Degradierung tritt nicht auf, da das Floatinggate von einer thermischen Oxidschicht anstelle einer CVD-Oxidschicht umgeben ist. Die Zuverlässigkeit der nicht flüchtigen Speichervorrichtung wird daher verbessert und der Verlust an elektrischer Ladung herabgesetzt, was die Datenrückhalte- oder -speicherzeit verlängert.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer nicht-flüchtigen Speicherzelle, mit den folgenden Schritten:
aufeinanderfolgende Bildung einer Unterlagenoxidschicht (3) und einer Nitridschicht (4) auf einem Siliciumsubstrat (1) mit einer Feldoxidschicht (2);
Musterung der Nitridschicht (4) dergestalt, dass ein bestimmter Bereich der Unterlagenoxidschicht (3) freigelegt wird;
Bildung eines zellenförmigen Oxidationsschichtbereiches (6) durch Oxidation des bestimmten Bereiches der Unterlagenoxidschicht(3);
Ätzen eines freigelegten Bereiches des zellenförmigen Oxidationsschichtbereiches (6), um eine Ausnehmung zu bilden;
Bildung einer Tunneloxidschicht (7) auf dem Siliciumsubstrat (1), das durch Ätzen des zellenförmigen Oxidationsschichtbereiches (6) freigelegt wurde;
aufeinanderfolgende Bildung einer ersten leitenden Schicht (8), einer dielektrischen Schicht (9) und einer zweiten leitenden Schicht (10) auf der erhaltenen Struktur nach der Bildung der Tunneloxidschicht (7);
Bildung einer Stapelgateelektrode durch aufeinanderfolgendes Mustern der zweiten leitenden Schicht (10), der dielektrischen Schicht (9) und der ersten leitenden Schicht (8); und
Bildung eines Sourcegebietes (11) und eines Draingebietes (11) durch Injektion von Dotierungsionen in das Siliciumsubstrat (1) und anschließendes Ausheilen des Siliciumsubstrates (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Unterlagenoxidschicht (3) auf eine Dicke von 5 bis 10 nm durch einen thermischen Oxidationsprozess gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Nitridschicht (4) mit einer Dicke von 50 bis 100 nm gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zellenförmige Oxidationsschichtbereich (6) mit einer Dicke von 250 bis 350 nm durch einen thermischen Oxidationsprozess gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zellenförmige Oxidationsschichtbereich (6) zunächst durch Ätzen nach einem Trockenätzverfahren bis zu einer Dicke von 20 bis 30 nm und danach die restlich Dicke durch Ätzen nach einem Nassätzverfahren gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Tunneloxidschicht mit einer Dicke von 8 bis 12 nm gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dicke der ersten leitenden Schicht (8) ein Drittel der Dicke des zellenförmigen Oxidationsschichtbereiches (6) beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste leitende Schicht (8) mit einer Dicke von 80 bis 120 nm gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sowohl die erste leitende Schicht (8) als auch die dritte leitende Schicht (10) durch Aufbringen von Polysilicium und Injektion von Dotierungsionen gebildet werden.