Die Erfindung betrifft eine Minoritätsträgersenke für
ein Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen mit Minoritätsträgersenke.
Beim Betrieb von Speicherzellenfeldern mit nicht-flüchtigen Speicherzellen
wie etwa Twin-Flash-Speicherzellen entstehen Minoritätsträger innerhalb
einer Halbleiterzone wie etwa einer Wannenzone der Speicherzellen. Die Lebensdauer
derartiger Minoritätsträger ist beispielsweise in bekannten Speicherzellenfelder
aus kristallinem Silizium derart groß, dass diese viele Mikrometer weit diffundieren
können, bevor eine Rekombination mit einem Majoritätsträger erfolgt.
Während dieser Diffusion können die Minoritätsträger auch Grenzflächenzustände
einer unteren Oxidschicht einer ONO-(Oxid-Nitrid-Oxid)-Speicherschicht von benachbarten
Speicherzellen erreichen, dort eingefangen werden oder sogar bei Vorhandensein entsprechender
elektrischer Felder in die Nitridschicht injiziert werden. Hierbei ändert sich
der Ladungszustand innerhalb der ONO-Speicherschicht der benachbarten Speicherzellen,
was einen unerwünschten Informationsverlust mit sich bringt.
WO 86/02202 A1 betrifft einen Entladeschutz für ein Ladungsspeicherverarmungsgebiet.
Hierzu wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abschirmen von Halbleiterladungsspeichervorrichtungen
vor Einflüssen durch Partikel oder ionisierende Strahlung, die innerhalb des
Volumens des Halbleitersubstrats absorbiert werden, angegeben durch Bereitstellen
einer freien Ladungsträgerabschirmung bestehend aus einer vergrabenen Schicht
mit sehr geringer Lebensdauer im ungestörten Material unterhalb der Verarmungsgebiete,
welche mit den Ladungsspeichervorrichtungen verknüpft sind. Die Schicht mit
sehr niedriger Lebensdauer wird durch Ionenimplantation einer übersättigten
Zone von Fremdstoffen wie Sauerstoff, die tiefe Rekombinationszentren angeben und
chemisch mit dem Substratmaterial reagieren, bereitgestellt, wodurch thermisch stabile
Komplexe angegeben werden, die während eines nachgelagerten Implantationserhitzungszyklus
nicht ausheilen.
US 2006/0049464 A1 betrifft eine Halbleitervorrichtung mit abgestuften
Dotierstoffgebieten. Die überwiegende Anzahl heutzutage hergestellter Halbleitervorrichtungen
weist gemäß dieser Druckschrift eine gleichmäßige Dotierstoffkonzentration
auf, entweder entlang der lateralen als auch der vertikalen aktiven (und isolierten)
Gebiete der Vorrichtung. Durch Abstufen der Dotierstoffkonzentration lässt
sich das Leistungsverhalten in verschiedenartigen Halbleitervorrichtungen erheblich
verbessern. Die Verbesserungen können in Applikations-spezifischen Gebieten
erzielt werden, z. B. eine Erhöhung der Betriebsfrequenz digitaler Logik, verschiedenartiger
Leistungs-MOSFETS und IGBT ICs, eine Verbesserung in der Refreshzeit für DRAMS,
eine Erniedrigung der Programmierzeit für nichtflüchtige Speicher, eine
bessere sichtbare Qualität einschließlich der Pixelauflösung und
Farbempfindlichkeit für abbildende ICs, einer besseren Empfindlichkeit für
Varaktoren in abstimmbaren Filtern, eine höhere Treiberfähigkeit für
JFETS.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Minoritätsträgersenke
für ein Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
anzugeben, das der oben im Zusammenhang mit der Diffusion von Minoritätsträgern
erläuterten Problematik entgegenwirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Speicherzellenfeld
von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen gemäß den unabhängigen
Patentansprüchen 1, 5 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein zur Erläuterung der Erfindung dienendes Beispiel betrifft
ein Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen mit einem
Halbleiterkörper mit einer bis zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers
reichenden Halbleiterzone von einem ersten Leitfähigkeitstyp, innerhalb der
Halbleiterzone ausgebildeten und als Source/Drain-Gebiete dienenden vergrabenen
Bitleitungen, einem an der Oberfläche zwischen jeweils zwei der vergrabenen
Bitleitungen ausgebildeten Kanalbereich, einem auf dem Kanalbereich ausgebildeten
und als Ladungsspeicherzone dienenden dielektrischen Schichtstapel, einer auf dem
dielektrischen Schichtstapel ausgebildeten Gateelektrode, wobei die Gateelektrode
elektrisch an eine Wortleitung angeschlossen ist, einer Raumladungszonenstruktur,
die jene Bereiche innerhalb der Halbleiterzone umfasst, in denen sich während
des Betriebs der Halbleiterspeicherzellen eine Raumladungszone ausbilden kann, und
wenigstens einer innerhalb des Halbleiterkörpers ausgebildeten Minoritätsträgersenke,
wobei die wenigstens eine Minoritätsträgersenke außerhalb der Raumladungszonenstruktur
angeordnet ist und eine im Vergleich zur Halbleiterzone geringere Minoritätsträgerlebensdauer
aufweist.
Der Halbleiterkörper kann beispielsweise aus Si, Ge, SiGe, SiC,
III-V Verbindungshalbleitern wie GaAs oder auch weiteren Halbleitermaterialien oder
Verbindungshalbleitern ausgebildet sein. Die als Source/Drain-Gebiete dienenden
vergrabenen Bitleitungen sind vorzugsweise als dotierte Halbleitergebiete ausgebildet
und erstrecken sich innerhalb des Speicherzellenfeldes entlang einer Abfolge von
nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen.
Der dielektrische Schichtstapel weist vorzugsweise aufeinander gestapelte
dielektrische Schichten auf, wobei wenigstens eine dieser dielektrischen Schichten
derart gewählt ist, dass diese als Ladungsspeicherschicht dient. Beispielsweise
kann der dielektrische Schichtstapel ein ONO-Stapel sein, bei dem die Nitridschicht
als Ladungsträgerspeicherschicht dient. Die Gateelektrode ist vorzugsweise
aus einem leitfähigen Material ausgebildet und kann beispielsweise aus einem
dotierten Halbleitermaterial, aus einem intrinsischen Halbleitermaterial bei ausreichender
intrinsischer Leitfähigkeit oder auch aus einem Metall bestehen. Beispielsweise
ist die Gateelektrode aus dotiertem polykristallinen Silizium ausgebildet. An die
Wortleitung ist ebenso eine Abfolge von Halbleiterspeicherzellen angeschlossen.
Die Wortleitung kann beispielsweise aus demselben Material wie die Gateelektrode
gebildet sein oder aber auch aus einem vom Material der Gateelektrode verschiedenen
leitfähigen Material. Wie auch bei der Gateelektrode kann es sich hierbei beispielsweise
um ein dotiertes Halbleitermaterial, um ein intrinsisches Halbleitermaterial bei
ausreichender intrinsischer Leitfähigkeit oder aber auch um ein Metall handeln.
In vorteilhafter Weise lässt sich über ausgewählte Bitleitungen sowie
eine Wortleitung eine bestimmte Halbleiterspeicherzelle im Speicherzellenfeld ansteuern.
Die Raumladungszonenstruktur umfasst alle Bereiche innerhalb der Halbleiterzone,
in denen sich unter Betriebsbedingungen eine Raumladungszone ausbilden kann. Hierbei
kann es sich beispielsweise um eine die Bitleitungen umgebende Raumladungszone bei
vorliegendem Spannungsabfall zwischen Bitleitung und Halbleiterzone handeln. Ebenso
werden hierdurch mögliche Raumladungszonenbereiche erfasst, die auf einen Spannungsabfall
zwischen der Gateelektrode und der Halbleiterzone zurückzuführen sind.
Die Halbleiterzone kann beispielsweise eine dotierte Wannenzone sein. Der erste
Leitfähigkeitstyp kann ein p-Typ sein, so dass ein hierzu entgegengesetzter
zweiter Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist. Ebenso ist es möglich, dass der
erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp
als p-Typ ausgebildet ist.
Die Minoritätsträgersenke stellt ein Gebiet oder eine Ansammlung
von Gebieten innerhalb des Halbleiterkörpers dar und weist keine Überlappung
mit der Raumladungszonenstruktur auf. Dadurch wird sichergestellt, dass kein zusätzlicher
Leckstrom innerhalb der Halbleiterzone erzeugt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Minoritätsträgerlebensdauer
innerhalb der wenigstens einen Minoritätsträgersenke wenigstens 10 mal
geringer als innerhalb der Halbleiterzone. Hierdurch lässt sich einer unerwünschten
Diffusion von Minoritätsträgern in benachbarte Halbleiterspeicherzellen
und insbesondere in die Umgebung dortiger Ladungsspeicherzonen entgegenwirken.
Vorteilhaft ist es, falls eine der Minoritätsträgerlebensdauer
entsprechende Diffusionslänge innerhalb der wenigstens einen Minoritätsträgersenke
kleiner als ein Abstand benachbarter Speicherzellen eingestellt ist. Eine Verringerung
der Minoritätsträgerlebensdauer und damit eine Verkürzung der Diffusionslänge
von Minoritätsträgern lässt sich durch Erhöhen der Minoritätsträgerrekombination
innerhalb der wenigstens einen Minoritätsträgersenke erzielen. Eine erhöhte
Rekombinationsrate kann beispielsweise durch Vergrößern einer Kristalldefektdichte
und damit dem Einbringen von Rekombinationszentren oder auch durch Vergrößern
einer Dotierstoffkonzentration innerhalb der wenigstens einen Minoritätsträgersenke
zur Erhöhung von Auger-Rekombination erzielt werden.
In vorteilhafter Weise weist die wenigstens eine Minoritätsträgersenke
wenigstens eine tiefe Störstelle oder eine tiefe Störstellenverteilung
auf. Hierdurch lässt sich eine verstärkte Rekombination erzielen, die
beispielsweise durch das so genannte Shockley-Read-Hall-Rekombinationsmodell beschrieben
werden kann.
Bei einer Ausführungsform weist die wenigstens eine Minoritätsträgersenke
wenigstens eines der tiefe Störstellen verursachenden Elemente der Gruppe bestehend
aus Au, Ge, Fe, Ni, Cu, C, Ta, V, Cd und Co auf. Bei Einbringen derartiger metallischer
Verunreinigungen in den Halbleiterkörper ist jedoch darauf zu achten, dass
ein nach dem Einbringen eines oder mehrerer dieser Elemente während des weiteren
Prozessablaufs noch durchzuführendes Temperaturbudget zu keiner derart starken
Ausdiffusion dieser Elemente führt, dass die elektrischen Eigenschaften der
Halbleiterspeicherzellen dadurch verschlechtert werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die wenigstens
eine Minoritätsträgersenke wenigstens teilweise einen amorphen Aufbau
auf. Der amorphe Aufbau führt zu einer tiefen Störstellenverteilung innerhalb
einer Energiebandlücke des Halbleiterkörpers und damit zur gewünschten
Verstärkung der Rekombination. Denkbar ist es, die Halbleiterzone von der Oberfläche
aus bis zu einer bestimmten Tiefe in den Halbleiterkörper hinein zu rekristallisieren,
z.B. mittels Laserkristallisation, wobei ein unterhalb des rekristallisierten Gebietes
verbleibender amorpher Bereich als Minoritätsträgersenke dient.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind innerhalb
der wenigstens einen Minoritätsträgersenke Versetzungen mit einer Dichte
von wenigstens 1011 cm–2 ausgebildet. An Versetzungen tritt
eine verstärkte Rekombination auf und mit Versetzungsdichten oberhalb von 1011
cm–2 lässt sich eine vorteilhafte Reduzierung der Minoritätsträgerlebensdauer
erzielen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die wenigstens
eine Minoritätsträgersenke eine maximale Dotierstoffkonzentration von
größer als 1017 cm–3 auf. Derart hohe Dotierstoffkonzentrationen
führen etwa zu einer verstärkten Auger-Rekombination in Silizium. Der
Mechanismus der Auger-Rekombination kann somit über die Dotierstoffkonzentration
zur Einstellung der Minoritätsträgerlebensdauer genutzt werden. Die wenigstens
eine Minoritätsträgersenke kann beispielsweise als tief in den Halbleiterkörper
implantierte Wannenzone ausgebildet sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die wenigstens
eine Minoritätsträgersenke innerhalb der Halbleiterzone eingebettet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird ein Speicherzellenfeld mit nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
angegeben mit einem Halbleiterkörper mit einer bis zu einer Oberfläche
des Halbleiterkörpers reichenden Halbleiterzone von einem ersten Leitfähigkeitstyp,
innerhalb der Halbleiterzone ausgebildeten und als Source/Drain-Gebiete dienenden
vergrabenen Bitleitungen, einem an der Oberfläche zwischen jeweils zwei der
vergrabenen Bitleitungen ausgebildeten Kanalbereich, einem auf dem Kanalbereich
ausgebildeten und als Ladungsspeicherzone dienenden dielektrischen Schichtstapel,
einer auf dem dielektrischen Schichtstapel ausgebildeten Gateelektrode, wobei die
Gateelektrode elektrisch an eine Wortleitung angeschlossen ist, einer Raumladungszonenstruktur,
die jene Bereiche innerhalb der Halbleiterzone umfasst, in denen sich während
des Betriebs der Halbleiterspeicherzellen eine Raumladungszone ausbilden kann, wenigstens
einer innerhalb des Halbleiterkörpers ausgebildeten Minoritätsträgersenke
von einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp,
wobei die wenigstens eine Minoritätsträgersenke außerhalb der Raumladungszonenstruktur
angeordnet und mit der Halbleiterzone kurzgeschlossen ist.
Somit können die Minoritätsträger wie bei einer Solarzelle
im Kurzschluss über ein zwischen der wenigstens einen Minoritätsträgersenke
und der Halbleiterzone eingebautes elektrisches Feld in vorteilhafter Weise abgesaugt
werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die wenigstens
eine Minoritätsträgersenke und die Halbleiterzone über eine elektrische
Verbindung außerhalb des Halbleiterkörpers kurzgeschlossen. Beispielsweise
können die Halbleiterzone als auch die wenigstens eine Minoritätsträgersenke
über die Oberfläche kontaktiert, z.B. mit einem leitfähigen Kontaktstöpsel
und an eine gemeinsame Metallebene angeschlossen und damit kurzgeschlossen werden.
Die wenigstens eine Minoritätsträgersenke innerhalb des Halbleiterkörpers
kann beispielsweise über eine weitere Halbleiterzone vom selben Leitfähigkeitstyp
zur Oberfläche geführt werden, z.B. über einen so genannten Buried-Layer.
Ebenso kann die wenigstens eine Minoritätsträgersenke beispielsweise über
einen Graben mit leitfähigem Füllmaterial zur Oberfläche geführt
werden.
Alternativ hierzu kann es ebenso von Vorteil sein, falls die wenigstens
eine Minoritätsträgersenke und die Halbleiterzone innerhalb des Halbleiterkörpers
kurzgeschlossen sind. Ein derartiger Kurzschluss zwischen diesen beiden Zonen kann
beispielsweise über ein Silizid innerhalb des Halbleiterkörpers bereitgestellt
werden. Ebenso ist es möglich, einen Kurzschluss durch Ladungsträgertunneln
bei entsprechend hoher Dotierstoffkonzentration in einem hierfür vorgesehenen
Übergangsbereich bereitzustellen.
In vorteilhafter Weise sind die wenigstens eine Minoritätsträgersenke
und die Halbleiterzone an eine untere Versorgungsspannung angeschlossen. Bei der
unteren Versorgungsspannung kann es sich beispielsweise um ein Ground- (GND), Masse-
oder Erd-Potenzial handeln.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Speicherzellenfeld
von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen angegeben mit einem Halbleiterkörper
mit einer bis zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers reichenden Halbleiterzone
von einem ersten Leitfähigkeitstyp, innerhalb der Halbleiterzone ausgebildeten
und als Source/Drain-Gebiete dienenden vergrabenen Bitleitungen, einem an der Oberfläche
zwischen jeweils zwei der vergrabenen Bitleitungen ausgebildeten Kanalbereich, einem
auf dem Kanalbereich ausgebildeten und als Ladungsspeicherzone dienenden dielektrischen
Schichtstapel, einer auf dem dielektrischen Schichtstapel ausgebildeten Gateelektrode,
wobei die Gateelektrode elektrisch an eine Wortleitung angeschlossen ist, einer
Raumladungszonenstruktur, die jene Bereiche innerhalb der Halbleiterzone umfasst,
in denen sich während des Betriebs der Halbleiterspeicherzellen eine Raumladungszone
ausbilden kann, und wenigstens einer innerhalb des Halbleiterkörpers ausgebildeten
Minoritätsträgersenke von einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten
zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die wenigstens eine Minoritätsträgersenke
außerhalb der Raumladungszonenstruktur floatend angeordnet ist. Somit ist die
wenigstens eine Minoritätsträgersenke an kein definiertes Potenzial angeschlossen,
d.h. diese ist potenzialfrei. Beispielsweise kann die wenigstens
eine Minoritätsträgersenke gänzlich von einer Halbleiterzone vom
entgegengesetzten ersten Leitfähigkeitstyp umgeben sein.
In vorteilhafter Weise ist die wenigstens eine Minoritätsträgersenke
innerhalb der Halbleiterzone eingebettet. Eine derartige Einbettung lässt sich
beispielsweise durch eine tiefe Implantation zur Ausbildung der Senke erzielen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
wird ein Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen angegeben
mit einem Halbleiterkörper mit einer bis zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers
reichenden Halbleiterzone von einem ersten Leitfähigkeitstyp, innerhalb der
Halbleiterzone ausgebildeten und als Source/Drain-Gebiete dienenden vergrabenen
Bitleitungen, einem an der Oberfläche zwischen jeweils zwei der vergrabenen
Bitleitungen ausgebildeten Kanalbereich, einem auf dem Kanalbereich ausgebildeten
und als Ladungsspeicherzone dienenden dielektrischen Schichtstapel, einer auf dem
dielektrischen Schichtstapel ausgebildeten Gateelektrode, wobei die Gateelektrode
elektrisch an eine Wortleitung angeschlossen ist, einer Raumladungszonenstruktur,
die jene Bereiche innerhalb der Halbleiterzone umfasst, in denen sich während
des Betriebs der Halbleiterspeicherzellen eine Raumladungszone ausbilden kann, und
wenigstens einer innerhalb des Halbleiterkörpers ausgebildeten Minoritätsträgersenke
von einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp,
wobei die wenigstens eine Minoritätsträgersenke außerhalb der Raumladungszonenstruktur
angeordnet ist und die Halbleiterzone an eine relativ zur wenigstens einen Minoritätsträgersenke
im Bereich von –2 V bis 0 V bzw. 0 V bis 2 V liegende Spannung angeschlossen
ist, falls die Halbleiterzone vom p-Leitfähigkeitstyp bzw. n-Leitfähigkeitstyp
ist. Somit ist die Halbleiterzone gegenüber der wenigstens einen Minoritätsträgersenke
in Sperrrichtung gepolt. Während dies einerseits eine Sekundärgeneration
von Minoritätsträgern geringfügig erhöht, kann andererseits
infolge der sich ausgehend von der wenigstens einen Minoritätsträgersenke
zur Oberfläche hin ausdehnenden weiteren Raumladungszonenstruktur ein wirksamere
Absaugung der Minoritätsträger erzielt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Spannung
zwischen der Halbleiterzone und der wenigstens einen Minoritätsträgersenke
regelbar. Abhängig vom Betriebszustand des Speicherzellenfeldes kann somit
eine vorteilhafte Absaugung der Minoritätsträger erzielt werden.
In vorteilhafter Weise ist die wenigstens eine Minoritätsträgersenke
hierbei an eine untere Versorgungsspannung angeschlossen.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die nicht-flüchtigen
Halbleiterspeicherzellen Twin-Flash-Speicherzellen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die wenigstens
eine Minoritätsträgersenke als Mehrzahl von in regelmäßigem
Abstand angeordneten einzelnen Minoritätsträgersenken ausgebildet. Der
Abstand der benachbarten einzelnen Minoritätsträgersenken kann beispielsweise
übereinstimmend zum Abstand benachbarter Halbleiterspeicherzellen gewählt
sein. Besonders vorteilhaft ist es, falls die einzelnen Minoritätsträgersenken
ohne eine eigens hierfür vorgesehene Lithographie-Maske ausgebildet werden
können. Beispielsweise könnten die einzelnen Minoritätsträgersenken
über einen Implantationsschritt unter Zuhilfenahme einer im Prozess inhärent
vorhandenen Source/Drain-Maske ausgebildet werden. Selbstverständlich ist es
zur Ausbildung der einzelnen Minoritätsträgersenken ebenso möglich
weitere geeignete Masken heranzuziehen. Somit können die einzelnen Minoritätsträgersenken
deckungsgleich zu weiteren Halbleiterzonen innerhalb des Halbleiterkörpers
ausgebildet werden.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
Es zeigen:
1A und B eine schematische Querschnittsansicht sowie
eine schematische Aufsicht eines Ausschnitts aus einem Speicherzellenfeld von bekannten
nicht-flüchigen Halbleiterspeicherzellen;
2 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts
aus einem Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts
aus einem Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts
aus einem Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts
aus einem Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
In 1A ist eine schematische Querschnittsansicht
eines Ausschnitts aus einem Speicherzellenfeld von bekannten nichtflüchtigen
Halbleiterspeicherzellen dargestellt. Innerhalb eines Halbleiterkörpers
1 ist eine Halbleiterzone 2 bis zu einer Oberfläche
3 des Halbleiterkörpers 1 ausgebildet. Innerhalb der Halbleiterzone
2 sind zueinander benachbarte und als Source/Drain-Gebiete dienende Bitleitungen
4 ausgebildet. Zwischen benachbarten Bitleitungen 4 liegt ein
Kanalbereich 5. Auf dem Kanalbereich 5 ist ein dielektrischer
Schichtstapel 6 vereinfacht dargestellt. Der dielektrische Schichtstapel
6 kann beispielsweise als ONO-(Oxid-Nitrid-Oxid)-Schichtabfolge ausgebildet
sein und dient als Ladungsspeicherzone. Auf dem dielektrischen Schichtstapel
6 liegt eine Gateelektrode 7, welche an eine vereinfacht dargestellte
Wortleitung 8 angeschlossen ist. Die Wortleitung 8 ist mit einer
Mehrzahl von Gateelektroden 7 einer Abfolge von aufeinander folgend angeordneten
Speicherzellen verbunden. Hierbei wird eine Speicherzelle beispielsweise über
zwei benachbarte Bitleitungen 4 als jeweiliges Source- und Drain-Gebiet
sowie dem dazwischen liegenden Kanalbereich 5, der dielektrischen Schichtstruktur
6 und der Gateelektrode 7 ausgebildet. Wie dem in 1A
dargestellten Ausschnitt des Speicherzellenfeldes zu entnehmen ist, dient etwa die
mittlere der drei dargestellten Bitleitungen 4 als gemeinsames Source/Drain-Gebiet
einer links bzw. rechts zur besagten Bitleitung 4 angrenzenden Halbleiterspeicherzelle.
Die Halbleiterzone 2 ist vereinfacht dargestellt an eine untere Versorgungsspannung
GND angeschlossen. Ein derartiger Anschluss kann beispielsweise mittels einer die
Halbleiterzone 2 über die Oberfläche 3 kontaktierenden
Dummy-Wortleitung bereitgestellt werden. Es sei angenommen, dass am Ort A ein Minoritätsträger
(vereinfacht als "–" gekennzeichnet) erzeugt wurde. Der Minoritätsträger
kann nun zu einer benachbarten Speicherzelle zum schematisch gekennzeichneten Ort
B diffundieren und dort bei Vorhandensein von elektrischen Feldern auch in eine
Ladungsspeicherschicht des dielektrischen Schichtstapels 6 gelangen. Dies
kann den Speicherzustand der entsprechenden Speicherzelle ändern.
In 1B ist eine schematische Aufsicht
auf das in 1A als Querschnitt dargestellte Speicherzellenfeld
gezeigt. Hierbei verlaufen die Bitleitungen 4 senkrecht zu den Wortleitungen
8, wobei die Abmessungen einer einzelnen Speicherzelle 9 schematisch
gekennzeichnet sind. Die einzelne Speicherzelle 9 lässt sich somit
über eine zugeordnete Wortleitung 8 als auch über zwei zugeordnete
Bitleitungen 4 ansteuern.
In 2 ist eine schematische Querschnittsansicht
eines Ausschnitts aus einem Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Komponenten, die mit denjenigen des bekannten Speicherzellenfeldes
in 1A übereinstimmen, werden in 2
als auch in den weiteren Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und
auf eine erneute Beschreibung derselbigen wird verzichtet. Hierbei sei auf die Beschreibung
zur 1A verwiesen.
Das Speicherzellenfeld weist eine Raumladungszonenstruktur
10 auf, wodurch diejenigen Bereiche innerhalb der Halbleiterzone
2 kennzeichnet werden, in denen sich während des Betriebs der Halbleiterspeicherzellen
eine Raumladungszone ausbilden kann. Außerhalb der Raumladungszonenstruktur
10 und tiefer innerhalb des Halbleiterkörpers 1 gelegen ist
eine Minoritätsträgersenke 11 ausgebildet. Die Minoritätsträgersenke
11 weist einen vom Leitfähigkeitstyp der Halbleiterzone
2 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf. Beispielsweise können
die Halbleiterzone 2 vom p-Typ und die Minoritätsträgersenke
11 vom n-Typ sein. Die Minoritätsträgersenke 11 grenzt
nach unten an eine weitere Halbleiterzone 2' an. Die weitere Halbleiterzone
2' ist vom selben Leitfähigkeitstyp wie die Halbleiterzone
2. Beispielsweise kann die Halbleiterzone 2 und die weitere Halbleiterzone
2' als gemeinsame Wannenzone ausgebildet sein, so dass die Minoritätsträgersenke
11 darin eingebettet ist. Eine derartige Einbettung der Minoritätsträgersenke
11 kann beispielsweise über eine tiefe Implantation erzielt werden.
Die Halbleiterzone 2, die Minoritätsträgersenke 11 als
auch die weitere Halbleiterzone 2' sind kurzgeschlossen und mit einem unteren
Versorgungspotenzial GND verbunden. Ein in der 2 vereinfacht
dargestelltes Kurzschließen der Zonen 2, 11, 2'
kann beispielsweise innerhalb des Halbleiterkörpers 1 erfolgen. Ebenso
können die Zonen 2, 11, 2' auch außerhalb des
Halbleiterkörpers 1 kurzgeschlossen werden, z.B. mittels einer Metallebene
und Kontaktstöpseln. Im Übergangsbereich zwischen der Minoritätsträgersenke
11 und der Halbleiterzone 2 als auch der Minoritätsträgersenke
11 und der weiteren Halbleiterzone 2' bildet sich trotz der kurzgeschlossenen
Gebiete eine weitere Raumladungszonenstruktur 10' mit einem eingebauten
elektrischen Feld aus. Ein am Ort A generierter Minoritätsträger kann
somit am Ort B über das eingebaute elektrische Feld der weiteren Raumladungszonenstruktur
10' abgesaugt werden. Dadurch lässt sich einer Diffusion der Minoritätsladungsträger
zu benachbarten Speicherzellen entgegenwirken.
In 3 ist eine schematische Querschnittsansicht
eines Ausschnitts aus einem Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im
Gegensatz zur in 2 gezeigten ersten Ausführungsform
kann die Minoritätsträgersenke 11 floatend, d.h. potenzialfrei,
ausgebildet sind. Ebenso kann die Minoritätsträgersenke 11 beispielsweise
als Zone mit Rekombinationszentren ausgebildet sein. In diesem Falle ist es nicht
erforderlich, dass die Minoritätsträgersenke einen von den Halbleiterzonen
2, 2' verschiedenen Leitfähigkeitstyp aufweist, was im ersteren
Falle der floatenden Minoritätsträgersenke 11 jedoch gegeben
ist. Eine Verringerung der Minoritätsträgerlebensdauer kann durch verstärkte
Rekombination an Rekombinationszentren innerhalb der Minoritätsträgersenke
erzielt werden, z.B. mittels so genannter Lifetime-Killer, wie Au, oder Kristallfehlern
wie etwa Versetzungen. Wie schon im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
in 2 erläutert, wird es durch Erniedrigung der
Minoritätsträgerlebensdauer beispielsweise erschwert, dass ein am Ort
A erzeugter Minoritätsträger zu einer benachbarten Speicherzelle diffundiert,
da der Minoritätsträger am Ort B von der Minoritätsträgersenke
11 abgesaugt werden kann.
In 4 ist eine schematische Querschnittsansicht
eines Ausschnitts auf ein Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im
Gegensatz zu den in den 2 und 3
dargestellten ersten und zweiten Ausführungsformen weist die dritte Ausführungsform
der Erfindung einzelne innerhalb der Halbleiterzone 2 eingebettete Minoritätsträgersenken
11' auf. Die Halbleiterzone 2 ist hierbei an die untere Versorgungsspannung
GND angeschlossen. Die einzelnen Minoritätsträgersenken 11' sind
in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet. Die Positionierung
der einzelnen Minoritätsträgersenken 11' deckt sich mit der Anordnung
der Bitleitungen 4. Vorzugsweise wird zu deren Ausbildung eine für
die Bitleitungen 4 vorgesehene Maske verwendet. Die einzelnen Minoritätsträgersenken
11 weisen beispielsweise eine im Vergleich zur Halbleiterzone
2 erhöhte Konzentration von Rekombinationszentren auf. Die Rekombinationszentren
können etwa durch so genannte Lifetime-Killer wie Au oder auch durch Kristalldefekte
wie etwa Versetzungen ausgebildet sein. Ebenso ist es denkbar, die einzelnen Minoritätsträgersenken
als floatende Halbleitergebiete von einem im Vergleich zur Halbleiterzone
2 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auszubilden.
In 5 ist eine schematische Querschnittsansicht
eines Ausschnitts auf ein Speicherzellenfeld von nicht-flüchtigen Halbleiterspeicherzellen
gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im
Gegensatz zu der in den 2 gezeigten ersten Ausführungsform
weist die Halbleiterzone 2 ein Potenzial im Bereich von –2V bis
0V auf. Es sei angenommen, dass die Halbleiterzone 2 als auch die weitere
Halbleiterzone 2' vom p-Leitfähigkeitstyp seien. Die Minoritätsträgersenke
sei vom n-Leitfähigkeitstyp. Somit ist ein pn-Übergang zwischen der Halbleiterzone
2 und der Minoritätsträgersenke 11 in Sperrrichtung
gepolt, weshalb sich die weitere Halbleiterzonenstruktur 10' nach oben
in die Halbleiterzone 2 hinein erstreckt und ein besseres Absaugen von
Minoritätsträgern möglich wird. Ein Beschränkung der Vorspannung
der Halbleiterzone 2 auf Spannungen bis –2V ermöglicht es,
eine Erzeugung von sekundären Minoritätsträgern auf einem für
den Betrieb der Speicherzellen unschädlichen Niveau zu halten.
- 1
- Halbleiterkörper
- 2
- Halbleiterzone
- 2'
- weitere Halbleiterzone
- 3
- Oberfläche
- 4
- Bitleitung
- 5
- Kanalbereich
- 6
- dielektrischer Schichtstapel
- 7
- Gateelektrode
- 8
- Wortleitung
- 9
- einzelne Speicherzelle
- 10
- Raumladungszonenstruktur
- 10'
- weitere Raumladungszonenstruktur
- 11
- Minoritätsträgersenke
- 11'
- einzelne Minoritätsträgersenken
