DE19929618B4 - Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzelle mit separatem Tunnelfenster - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzelle mit separatem Tunnelfenster und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer EEPROM-Zelle mit geringem Flächenbedarf und einer hohen Anzahl von Programmier/Lösch-Zyklen.
- Wiederbeschreibbare nichtflüchtige Halbleiter-Speicherzellen gewinnen in hochintegrierten Schaltungen zunehmend an Bedeutung, da sie beispielsweise in Chipkarten veränderbare Daten über einen langen Zeitraum und ohne Verwendung einer Spannungsversorgung speichern können.
- Je nach Art der verwendeten nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzellen unterscheidet man grundsätzlich zwischen EEPROMs, EPROMs und FLASH-EPROM-Speichern.
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5 zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen EEPROM-Speicherzelle SZ, die im wesentlichen aus einer Tunnelfenster-Zelle TF und einer Transistor-Speicherzelle TZ besteht. Gemäß5 besteht die Transistor-Speicherzelle TZ aus einer relativ dicken und gegenüber Leckströmen unempfindlichen Gateschicht3 , einer darüber angeordneten Floating-Gate-Schicht5 , einer dielektrischen Schicht6 und einer Steuerelektrodenschicht7 . Eine in der Floating-Gate-Schicht5 eingebrachte Ladung bestimmt hierbei das Schaltverhalten des entsprechenden Feldeffekttransistors, der über Source/Drain-Gebiete1 und die Steuerelektrodenschicht7 angesteuert wird. Zum Einbringen der Ladungen in die Floating-Gate-Schicht5 besitzt die Speicherzelle die Tunnelfenster-Zelle TF, die im wesentlichen die gleiche Schichtfolge wie die Transistor-Speicherzelle TZ aufweist, wobei jedoch eine isolierende Schicht zwischen einem Halbleitersubstrat100 und der Floa ting-Gate-Schicht5 aus einer sehr dünnen Tunnelschicht4 besteht. - Bei der Herstellung dieser herkömmlichen EEPROM-Speicherzelle SZ wird zunächst eine Ionenimplantation im Bereich der Tunnelfenster-Zelle TF zum Ausbilden eines homogenen Tunnelgebietes
2' durchgeführt. Anschließend werden die isolierende Tunnelschicht4 bzw. Gateschicht3 sowie die Floating-Gate-Schicht5 , dielektrische Schicht6 und die Steuerelektrodenschicht7 aufgebracht. Abschließend werden durch eine (oder mehrere) weitere Ionenimplantationen die Source/Drain-Gebiete1 selbstjustierend unter Verwendung der Speicherzelle SZ als Maske im Halbleitersubstrat100 ausgebildet. Auf diese Weise erhält man eine äußerst hochwertige wiederbeschreibbare nichtflüchtige Halbleiter-Speicherzelle, die eine sehr gute „Endurance" aufweist. Die „Endurance" gibt hierbei die Anzahl der Programmier/Lösch-Zyklen an und liegt bei derartigen herkömmlichen EEPROMs üblicherweise bei ca. 106 Zyklen. - Nachteilig ist bei diesen herkömmlichen EEPROMs jedoch der hohe Flächenbedarf für die Speicherzelle SZ, weshalb sie in hochintegrierten Schaltungen nur bedingt zum Einsatz kommt.
- Demgegenüber besitzen FLASH-EPROM-Speicherzellen einen außerordentlich geringen Flächenbedarf.
6 zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen FLASH-EPROM-Speicherzelle, wobei auf einem Halbleitersubstrat100 eine Tunneloxidschicht4 , eine Floating-Gate-Schicht5 , eine dielektrische Schicht6 und eine Steuerelektrodenschicht7 stapelförmig aufgebracht werden. Zum Ausbilden eines Tunnelgebiets in einem Tunnelfensterbereich TF' der FLASH-EPROM-Speicherzelle werden unter Verwendung der stapelförmigen Speicherzelle selbstjustierend Implantationsgebiete2 im Halbleitersubstrat100 ausgebildet. Anschließend werden Source/Drain-Gebiete1 unter Verwendung der Speicherzelle und zusätzlicher Hilfsschichten bzw. Spacer8 in das Halbleitersubstrat100 selbstjustierend eingebracht. Bei dieser herkömmlichen FLASH-EPROM-Speicherzelle wird in ähnlicher Weise wie bei der vorstehend beschriebenen EEPROM-Speicherzelle Ladung durch beispielsweise Injektion heißer Ladungsträger und/oder Fowler-Nordheim-Tunneln im Tunnelfensterbereich TF' über die Tunnelschicht4 in die Floating-Gate-Schicht5 gebracht. Die so eingebrachten Ladungsträger bestimmen anschließend das Schaltverhalten eines Transistorzellenbereichs TZ'. - Trotz des wesentlich geringeren Flächenbedarfs dieser herkömmlichen FLASH-EPROM-Speicherzelle besitzt diese Art von nichtflüchtiger Speicherzelle einen wesentlichen Nachteil dahingehend, daß ihre „Endurance", d. h. Anzahl der Programmier/Lösch-Zyklen wesentlich geringer ist als die der herkömmlichen EEPROM-Speicherzelle gemäß
4 . Üblicherweise liegt die Endurance dieser FLASH-EPROM-Speicherzellen bei ca. 103 Zyklen. - Ein weiterer Nachteil dieser wiederbeschreibbaren herkömmlichen nichtflüchtigen Speicherzellen besteht darin, daß sie nur bedingt in einer gemeinsamen integrierten Schaltung kombiniert werden können. Dies liegt insbesondere daran, daß die gemäß
5 vorab durchgeführte Implantation des Tunnelgebiets2' die Dicke der nachfolgend ausgebildeten Tunnelschicht4 beeinflußt. Genauer gesagt wird bei Verwendung des gleichen Herstellungsprozesses eine Tunnelschicht4 für eine Tunnelfenster-Zelle TF gemäß5 eine andere Dicke aufweisen als in der FLASH-EPROM-Speicherzelle gemäß6 . Ferner ist das Implantationsgebiet2' gemäß5 sehr empfindlich gegenüber einer thermischen Nachbehandlung, während das Implantationsgebiet2 gemäß6 erst zu einem relativ späten Zeitpunkt im Herstellungsprozeß ausgebildet wird. Dadurch ergeben sich für die in der gleichen integrierten Schaltung ausgebildeten Speicherzellen gemäß4 und5 unterschiedliche Programmier/Lösch-Spannungen. - Ferner ist aus der Druckschrift
US 5,565,371 ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Halbleiter- Speicherzelle mit separatem Tunnelfenster bekannt, bei dem ein Programmieren der Transistor-Speicherzelle über Injektion heißer Ladungsträger erfolgt und ein Löschen der Transistor-Speicherzelle über Fowler-Nordheim-Tunneln durchgeführt wird. Nachteilig ist hierbei jedoch der außerordentlich hohe Flächenbedarf sowie die Einführung einer Vielzahl von nichtstandardisierten Herstellungsprozessen. Eine Kombination dieses Verfahrens mit herkömmlichen Verfahren ist daher nicht möglich. - In der
US 5,844,268 ist ein Halbleiterbauelement mit nichtflüchtigem Speicher beschrieben, bei dem eine Floating-Gate-Elektrode eines Speichertransistors auf einem dünnen Tunneloxid über einem n-leitend dotierten Tunnelgebiet angeordnet ist. Ein Auswahltransistor ist getrennt davon angeordnet, dessen Source-Bereich elektrisch leitend mit dem Tunnelgebiet des Speichertransistors verbunden ist und der ein dickeres Gate-Oxid aufweist. Das Tunneloxid wird nach der Implantation des Tunnelgebietes hergestellt. - In der
US 5,793,081 ist ein Halbleiterbauelement mit nichtflüchtiger Speicherzelle beschrieben, bei der ein Speichertransistor und ein Auswahltransistor getrennt voneinander angeordnet sind. Es ist dabei vorgesehen, dass ein dünnes Tunneloxid des Speichertransistors einen den beiden Transistorstrukturen gemeinsamen Source/Drain-Bereich 0,05 μm bis 0,3 μm überlappt. Die dotierten Bereiche werden selbstjustiert zu den Gate-Elektrodenstapeln implantiert. Seitliche Ausdehnungen der implantierten Bereiche unter das Tunneloxid werden durch eine Behandlung bei erhöhter Temperatur hergestellt. - In der
EP 0 782 196 A1 ist ein Herstellungsverfahren für EEPROMs beschrieben, bei dem eine Implantation von Dotierstoff in ein Tunnelgebiet schräg erfolgt, damit eine elektrisch leitende Verbindung zu dem angrenzenden Drain-Gebiet eines Auswahltransistors zuverlässig hergestellt wird. Ein Tunneloxid wird anschließend auf das dotierte Tunnelgebiet aufgebracht. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzelle mit separatem Tunnelfenster zu schaffen, welches unter Verwendung von Standardprozessen den Flächenbedarf der Speicherzelle verringert und gleichzeitig die „Endurance" verbessert. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1, die in Verbindung miteinander aus der
US 5,844,268 A bekannt waren, und den kennzeichnenden weiteren Merkmalen gelöst. - Insbesondere durch das Ausbilden von Tunnelgebieten im aktiven Gebiet der Tunnelfenster-Zellen nach dem Ausbilden der Tunnelschicht kann eine nichtflüchtige Halbleiter-Speicherzelle erzeugt werden, die hinsichtlich ihrer Endurance, d.h. Programmier/Lösch-Zyklen gleichwertig mit einer herkömmlichen EEPROM-Zelle, jedoch bezüglich ihres Flächenbedarfs wesentlich verbessert ist. Darüber hinaus kann eine derart hergestellte Speicherzelle problemlos mit herkömmlichen FLASH-EPROM-Speicherzellen unter Verwendung von Standardprozessen in einer gemeinsamen integrierten Schaltung realisiert werden. Die Einsatzspannungen (Programmier-/Lösch/Lese-Spannungen) können hierbei für die verschiedensten nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzellenformen gleich sein.
- Die Tunnelgebiete werden selbstjustierend unter Verwendung von zumindest einer Schicht der Tunnelfenster-Zelle mittels Implantation ausgebildet. Insbesondere bei hochintegrierten Schaltungen mit Strukturgrößen ≤ 1 μm können auf diese Weise Speicherzellen einfach und zuverlässig hergestellt werden. Die Implantation kann hierbei vertikal und/oder schräg unter die Tunnelschicht erfolgen, wobei sich Implantationsgebiete vollständig unterhalb der Tunnelschicht berühren oder derart nahe zueinander ausgebildet werden, daß bei Anlegen einer Betriebsspannung ihre Raumladungszonen einen sogenannten Punch-Through-Effekt durchführen. Auf diese Weise erhält man ein sehr homogenes Tunnelgebiet unterhalb der Tunnelschicht, das vergleichbar ist mit einem vorab implantierten Tunnelgebiet, weshalb sich beim Programmieren/Löschen gleichmäßige Feldstärken einstellen und die „Endurance" verbessert wird.
- Vorzugsweise wird ein Floating-Gate-Verbindungsbereich und ein Steuerelektroden-Verbindungsbereich gleichzeitig mit den dazugehörigen Floating-Gate-Schichten und Steuerelektrodenschichten der Tunnelfenster-Zelle und der Transistor-Speicherzelle ausgebildet, wodurch eine weitere Vereinfachung des Herstellungsprozesses sichergestellt ist.
- In den weiteren Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
- Es zeigen:
-
1 eine Schnittansicht einer nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzelle mit separatem Tunnelfenster gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; -
2 eine vergrößerte Schnittansicht einer in1 dargestellten Tunnelfenster-Zelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; -
3 eine vergrößerte Schnittansicht einer Tunnelfenster-Zelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; -
4 eine vergrößerte Schnittansicht einer Tunnelfenster-Zelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; -
5 eine Schnittansicht einer EEPROM-Speicherzelle gemäß dem Stand der Technik; und -
6 eine Schnittansicht einer FLASH-EPROM-Speicherzelle gemäß dem Stand der Technik. -
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzelle mit separatem Tunnelfenster gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Schichten bzw. Komponenten wie in5 und6 , weshalb auf eine detaillierte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird. - Gemäß
1 sind auf einem Halbleitersubstrat100 eine Transistor-Speicherzelle TZ, eine Tunnelfenster-Zelle TF und ein Verbindungsbereich VB ausgebildet. Die Transistor-Speicherzelle TZ, der Verbindungsbereich VB und die Tunnelfenster-Zelle TF stellen hierbei eine eigentliche Speicherzelle SZ dar. Vorzugsweise besteht das Halbleitersubstrat100 aus Si, es kann jedoch auch einen III-V-Verbundhalbleiter oder ein sonstiges Halbleitersubstrat aufweisen. Die Speicherzelle SZ kann beispielsweise als PMOS-Zelle, als NMOS-Zelle oder als CMOS-Zellen im Halbleitersubstrat100 realisiert werden, wobei entsprechende p- und/oder n-Wannen vorgesehen sind. - Gemäß
1 besteht die Transistor-Speicherzelle TZ aus einer isolierenden Gateschicht3 , wie z. B. thermisch ausgebildeten SiO2. Über der Gateschicht3 befindet sich eine leitende Floating-Gate-Schicht5 (poly-Si) zum Speichern von Ladungen. Entsprechend der in der Floating-Gate-Schicht5 gespei cherten Ladungen wird ein unterhalb der Gateschicht3 befindliches Kanalgebiet KG leitend oder nichtleitend, wodurch beim Lesen der Speicherzelle SZ die logischen Informationen 0 bzw. 1 ausgelesen werden können. Zum Ansteuern der Transistor-Speicherzelle TZ bzw. Speicherzelle SZ ist eine Steuerelektrodenschicht7 vorgesehen, die durch eine dielektrische Schicht6 von der Floating-Gate-Schicht5 isoliert ist. Auf diese Weise kann die in der Floating-Gate-Schicht5 gehaltene Ladung weder in das Halbleitersubstrat100 noch in die Steuerelektrodenschicht7 abfließen. Von der Transistor-Speicherzelle TZ beabstandet befindet sich gemäß1 eine Tunnelfenster-Zelle TF, die über einen Verbindungsbereich VB mit der Transistor-Speicherzelle TZ in Verbindung steht und dem Schreiben/Löschen über beispielsweise Injektion heißer Ladungsträger und/oder Fowler-Nordheim-Tunneln dient. - Die Tunnelfenster-Zelle TF besteht vorzugsweise aus den gleichen Schichten wie die Transistor-Speicherzelle TZ, wobei lediglich eine Tunnelschicht
4 eine für das Tunneln ausreichend geringe Dicke aufweist. Die Tunnelschicht4 besteht vorzugsweise aus einer Tunneloxidschicht wie z.B. SiO2. Eine darüber liegende Tunnelfenster-Floating-Gate-Schicht T5 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Floating-Gate-Schicht5 der Transistor-Speicherzelle TZ und ist über eine dielektrische Tunnelfenster-Schicht T6 von der elektrisch leitenden Tunnelfenster-Steuerelektrodenschicht T7 isoliert. Die dielektrische Tunnelfenster-Schicht T6 besteht wie die dielektrische Schicht6 vorzugsweise aus einer ONO (Oxid/Nitrid/Oxid) -Schichtenfolge, wobei sie jedoch auch aus einer weiteren isolierenden dielektrischen Schicht bestehen kann. Die leitende Tunnelfenster-Steuerelektrodenschicht T7 sowie die leitende Tunnelfenster-Floating-Gate-Schicht T5 bestehen wie die Steuerelektrodenschicht7 und die Floating-Gate-Schicht5 vorzugsweise aus Poly-Si, können jedoch auch aus einem anderen leitenden und/oder ladungsspeichernden Material bestehen. - Der Verbindungsbereich VB besteht üblicherweise aus der gleichen Schichtenfolge wie die Transistor-Speicherzelle TZ oder die Tunnelfenster-Zelle TF, wobei im wesentlichen die Steuerelektrodenschicht
7 über einen Steuerelektroden-Verbindungsbereich VB7 mit der Tunnelfenster-Steuerelektrodenschicht T7 und die Floating-Gate-Schicht5 über einen Floating-Gate-Verbindungsbereich VB5 mit der Tunnelfenster-Floating-Gate-Schicht T5 in Verbindung steht. Der Steuerelektroden-Verbindungsbereich7 und der Floating-Gate-Verbindungsbereich5 kann jedoch auch über metallisch leitende Bahnen und/oder Diffusionsgebiete im Halbleitersubstrat100 realisiert werden. - Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist insbesondere die voneinander getrennte Ausbildung der Transistor-Speicherzelle TZ und der Tunnelfenster-Zelle TF, die beispielsweise durch eine geeignete Ätzung und/oder Fotolithographie realisiert werden kann. Die Tunnelfenster-Zelle TF kann hierbei einen Vorsprung, eine Nase oder eine sonstige geometrische Struktur aufweisen, bei der vorzugsweise eine beidseitige Implantation mit einer Tunnelimplantation IT möglich ist.
- Gemäß
1 wird demzufolge ein Tunnelgebiet TG durch eine im Herstellungsprozeß relativ spät durchgeführte Tunnelimplantation IT ausgebildet, die vorzugsweise einer Tunnelimplantation bei gleichzeitig hergestellten FLASH-EPROM-Speicherzellen entspricht. Dadurch können sowohl die Tunnelfenster-Zellen TF der Speicherzelle SZ als auch Tunnelfensterbereiche von im gleichen Prozeß hergestellten (nicht dargestellten) FLASH-EPROM-Speicherzellen ausgebildet werden. Da die Tunnelschicht4 der erfindungsgemäßen Speicherzelle SZ vorzugsweise in einem gleichen Herstellungsschritt ausgebildet wird wie eine nicht dargestellte FLASH-EPROM-Speicherzelle, besitzen beide Speicherzellen die gleichen elektrischen Programmier/Lösch-Eigenschaften, wobei der Flächenbedarf verringert und die „Endurance" verbessert sind. - Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung der nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzelle im einzelnen beschrieben. Zunächst werden im Halbleitersubstrat
100 aktive Bereiche mittels einem STI-Prozeß (shallow trench isolation) für die Tunnelfenster-Zelle TF und die Transistor-Speicherzelle TZ ausgebildet. Die so entstehenden Gräben werden vorzugsweise mit einer abgeschiedenen SiO2-Schicht aufgefüllt und anschließend planarisiert. In gleicher Weise kann auch ein LOCOS-Prozeß zur Isolation der aktiven Gebiete verwendet werden. - Nachfolgend werden an den aktiven Gebieten der Transistor-Speicherzelle TZ und der Tunnelfenster-Zelle TF die Gateschicht
3 und die Tunnelschicht4 ausgebildet und entsprechend strukturiert. Anschließend wird die Floating-Gate-Schicht5 , die dielektrische Schicht6 , und die Steuerelektrodenschicht7 aufgebracht und derart strukturiert, daß sich die in1 dargestellte Schnittansicht ergibt. - Gemäß
1 befinden sich die STI-Schichten in parallel zur dargestellten Schnittansicht liegenden (nicht dargestellten) Bereichen der Speicherzelle SZ. In gleicher Weise bezeichnet der Steuerelektroden-Verbindungsbereich VB7 und der Floating-Gate-Verbindungsbereich VB5 die entsprechenden Schichten in einer (räumlich) dahinterliegenden Schnittebene. Zum Ausbilden der Tunnelfenster-Zelle TF und der Transistor-Speicherzelle TZ wird nachfolgend eine Ätzung der Schichten3 ,5 ,6 und7 bzw.4 , T5, T6 und T7 durchgeführt, wodurch sich die in1 dargestellten stapelförmigen Zellen TF und TZ ergeben. In der nachfolgend durchgeführten Tunnelimplantation IT wird hierbei ein Implantationsgebiet2 selbstjustierend neben der stapelförmigen Tunnelfenster-Zelle TF ausgebildet, wobei durch Streueffekte das Tunnelgebiet TG unterhalb der Tunnelschicht4 erzeugt wird. Bei einer nicht dargestellten nachfolgenden Source/Drain-Implantation werden anschießend Source/Drain-Gebiete1 selbstjustierend zwischen der Tunnelfenster-Zelle TF und an beiden Seiten der Transistor- Speicherzelle TZ ausgebildet. Hierbei kann die Tunnelfenster-Zelle TF beispielsweise eine nicht dargestellte Hilfsschicht bzw. einen Spacer verwenden. - Das Source/Drain-Gebiet
1 zwischen der Transistor-Speicherzelle TZ und der Tunnelfenster-Zelle TF stellt hierbei einen Kontakt sowohl zur Tunnelfenster-Zelle TF als auch zur Transistor-Speicherzelle TZ her und dient sowohl dem Lesen als auch dem Programmieren/Löschen der Speicherzelle SZ. -
2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der in1 dargestellten Tunnelfenster-Zelle TF während eines Tunnelimplantationsschritts. Gemäß2 befindet sich auf einem Halbleitersubstrat100 eine stapelförmige Anordnung der Tunnelschicht4 , der Tunnelfenster-Floating-Gate-Schicht T5, der dielektrischen Tunnelfenster-Schicht T6 und der Tunnelfenster-Steuerelektrodenschicht T7. Nach der Strukturierung dieser stapelförmigen Tunnelfenster-Zelle TF erfolgt die eigentliche Tunnelimplantation IT zur Ausbildung des Tunnelgebiets TG unterhalb der Tunnelschicht4 . Hierbei wird in selbstjustierender Weise unter Verwendung der stapelförmigen Tunnelfenster-Zelle TF an beiden Seiten ein Implantationsgebiet2 derart ausgebildet, daß es sich unterhalb der Tunnelschicht4 berührt und damit ein homogenes Tunnelgebiet TG ausbildet. - Ein derartiges Ausbilden von Implantationsgebieten
2 ist insbesondere bei sehr kleinen Strukturgrößen unterhalb von einem μm möglich, wobei Streueffekte bei der Implantation für die Ausbildung der überlappenden Tunnelgebiete TG ausgenutzt werden. Für die Implantation von n-Gebieten eignet sich insbesondere As, da es eine geringe Eindringtiefe und eine relativ hohe Diffusion aufweist. Es kann jedoch auch Ph und/oder Sb zur Dotierung verwendet werden. In gleicher Weise können p-Dotierstoffe zur Ausbildung von p-Gebieten verwendet werden, sofern sie eine ausreichende Streuung unterhalb der Tunnelschicht4 aufweisen und dadurch ein ausreichend homogenes Tunnelgebiet TG erzeugen. - Alternativ zur senkrechten Tunnelimplantation IT kann gemäß
3 auch eine schräge Tunnelimplantation ITS durchgeführt werden, wobei die Implantation in einem Winkel von ca. 5 bis 8 Grad schräg unter die Tunnelschicht4 erfolgt. Hierbei wird beispielsweise das Implantationsgebiet2 von einer Seite vollständig unter die als Maske wirkende Tunnelfenster-Zelle TF im Halbleitersubstrat100 ausgebildet. Auf diese Weise kann ebenfalls ein homogenes Tunnelgebiet TG unterhalb der Tunnelschicht4 erzeugt werden. Alternativ zu der in3 dargestellten einseitig schrägen Tunnelimplantation ITS kann die Tunnelimplantation auch von mehreren Seiten (zwei) schräg unter die Tunnelschicht4 erfolgen. - Gemäß
4 kann die Tunnelimplantation IT ferner derart erfolgen, daß sich die im Halbleitersubstrat100 ausgebildeten jeweiligen Implantationsgebiete2 nicht berühren, sondern sich nur teilweise unter die Tunnelschicht4 erstrecken. Die Implantationsgebiete2 erstrecken sich jedoch derart weit unter die Tunnelschicht4 , daß bei Anlegen einer Betriebsspannung (z.B. Programmier/Löschspannung von beispielsweise –10 Volt/+6 Volt) die Raumladungsszonen RLZ der Implantationsgebiete2 berühren, wodurch ein sogenannter „Punch-Through-Effekt" auftritt und wiederum ein homogenes Tunnelgebiet unterhalb der Tunnelschicht4 ausgebildet wird. Auch in diesem Fall erhält man eine Speicherzelle, die sich durch eine verbesserte „Endurance", d. h. Anzahl der Programmier/Lösch-Zyklen auszeichnet. - Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Tunnelimplantation IT vorzugsweise unter Verwendung der gesamten Tunnelfenster-Zelle TF als Maske durchgeführt. Es kann jedoch auch nur eine der in der Tunnelfenster-Zelle befindlichen Schichten als Maskenschicht verwendet werden, oder eine zusätzliche Maskenschicht in Form eines Fotoresists und/oder einer Hartmaske verwendet werden. Vorzugsweise werden für die Tunnelimplantation IT die in Standardprozessen ohnehin vorhandene LDD- Implantation (lightly doped drain) oder eine MD-Implantation (matrix drain) verwendet.
- Anstelle der vorstehend beschriebenen Schichtenfolge kann auch eine andere Schichtenfolge verwendet werden (z.B SONOX), sofern dadurch eine Ausbildung einer wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzelle möglich ist.
Claims (10)
- Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Halbleiter-Speicherzelle mit separatem Tunnelfenster, bei dem eine Tunnelfenster-Zelle (TF) mit einem Tunnelgebiet (TG) ausgebildet wird und hierzu eine Tunnelschicht (
4 ), eine Tunnelfenster-Speicher-Schicht (T5), eine dielektrische Tunnelfenster-Schicht (T6) und eine Tunnelfenster-Steuerelektrodenschicht (T7) aufgebracht und über dem Tunnelgebiet (TG) stapelförmig strukturiert werden, eine Transistor-Speicherzelle (TZ) mit einem Kanalgebiet (KG) ausgebildet wird und hierzu eine Gateschicht (3 ), eine Speicher-Schicht (5 ), eine dielektrische Schicht (6 ) und eine Steuerelektrodenschicht (7 ) aufgebracht und von der Tunnelfenster-Zelle (TF) getrennt über dem Kanalgebiet (KG) stapelförmig strukturiert werden und ein Verbindungsbereich (VB) zwischen dem Tunnelgebiet (TG) der Tunnelfenster-Zelle (TF) und dem Kanalgebiet (KG) der Transistor-Speicherzelle (TZ) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Implantationsgebiet (2 ) in selbstjustierender Weise unter Verwendung der stapelförmigen Tunnelfenster-Zelle (TF) an beiden Seiten derart ausgebildet wird, dass es sich unterhalb der Tunnelschicht (4 ) berührt und damit ein homogenes Tunnelgebiet (TG) ausbildet wird. - Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beim Ausbilden des Implantationsgebietes (
2 ) eine schräge Implantation (ITS) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die schräge Implantation (ITS) unter einem Winkel zwischen 5 und 8 Grad erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Implantation erfolgt, mit der Source/Drain-Gebiete (
1 ) der Transistor-Speicherzelle (TZ) selbstjustiert bezüglich der stapelförmig strukturierten Schichten (3 ,5 ,6 ,7 ) hergestellt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren des Tunnelgebietes (TG) derart durchgeführt wird, dass sich bei Anlegen einer Betriebsspannung Raumladungszonen (RLZ) des Implantationsgebietes (
2 ) vollständig unter die Tunnelschicht (4 ) erstrecken. - Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicherschicht-Verbindungsbereich (VB5) gleichzeitig mit der Speicher-Schicht (
5 ) und der Tunnelfenster-Speicher-Schicht (T5) ausgebildet wird. - Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerelektroden-Verbindungsbereich (VB7) gleichzeitig mit der Steuerelektrodenschicht (
7 ) und der Tunnelfenster-Steuerelektrodenschicht (T7) ausgebildet wird. - Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren des Tunnelgebietes (TG) mit einer MD-Implantation erfolgt.
- Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren des Tunnelgebietes (TG) mit einer LDD-Implantation erfolgt.
- Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine EEPROM-Speicherzelle hergestellt wird.
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