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Dokumentenidentifikation DE112004000753B4 26.06.2008
Titel Speicherarray mit schwebendem Gate und Verfahren zu dessen Herstellung
Anmelder Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP;
Spansion LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware), Sunnyvale, Calif., US
Erfinder Fastow, Richard, Cupertino, Calif., US;
He, Yue-Song, San Jose, Calif., US;
Mizutani, Kazuhiro, Sunnyvale, Calif., US;
Thurgate, Timothy, Sunnyvale, Calif., US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80802 München
DE-Anmeldedatum 13.04.2004
DE-Aktenzeichen 112004000753
WO-Anmeldetag 13.04.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/US2004/011354
WO-Veröffentlichungsnummer 2004100230
WO-Veröffentlichungsdatum 18.11.2004
Date of publication of WO application in German translation 06.07.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.06.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.06.2008
IPC-Hauptklasse H01L 21/8247(2006.01)A, F, I, 20060628, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 27/115(2006.01)A, L, I, 20060628, B, H, DE   

Beschreibung[de]
1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Halbleiterherstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Halbleiterspeicherzellen in Form von Arrays mit Transistoren mit schwebendem Gate und Verfahren zum Herstellen von Speicherarrays mit schwebendem Gate.

2. Stand der Technik

Nicht-flüchtige Speicherbauelemente werden gegenwärtig in vielen elektronischen Komponenten verwendet, die die Aufbewahrung von Information erfordern, wenn die elektrische Leistungsversorgung nicht eingeschaltet ist. Nicht-flüchtige Speicherbauelemente beinhalten Nur-Lesespeicher (ROM), programmierbare-Lesespeicher (PROM), löschbare programmierbare Nur-Lesespeicher (EPROM) und elektrisch löschbare programmierbare Nur-Lesespeicher (EEPROM). EEPROM-Bauelemente unterscheiden sich von anderen nich-flüchtigen Speicherbauelementen dahingehend, dass diese elektrisch programmiert und gelöscht werden können. Flash-Speicherbauelemente sind ähnlich zu EEPROM-Bauelementen derart, dass die Speicherzellen elektrisch programmiert und gelöscht werden können. Jedoch ermöglichen Flash-Speicherbauelemente die gleichzeitige Löschung aller Speicherzellen.

Die Anstrengungen für die Produktentwicklung in Flash-Speicherbauelementen konzentrieren sich auf die Steigerung der Programmiergeschwindigkeit, das Absenken der Programmier- und Lesespannungen, das Erhöhen der Datenhaltezeit, die Verringerung der Zellenlöschzeiten und das Verringern der Zellenabmessungen. Durch Verringern der Zellenabmessungen können in Flash-Speicherbauelementen höhere Geschwindigkeiten und eine geringere Leistungsaufnahme erreicht werden. Wenn die Größe der Flash-Speicherzelle verringert wird, reduziert sich auch die Größe der Kanallänge der Flash-Speicherzelle. Als Hintergrundinformation sei angeführt, dass in einer Flash-Speicherzelle mit schwebendem bzw. potentialfreiem Gate die Kanallänge die Länge des Gebiets bezeichnet, das zwischen dem Source- und dem Drain-Übergang der Flash-Speicherzelle angeordnet ist, das durch das schwebende Gate der Flash-Speicherzelle gesteuert wird.

Speicherzelle abnimmt, verringert sich der Abstand des Source- und Draingebiets der Speicherzelle, wodurch unerwünschte Kurzkanaleffekte hervorgerufen werden können. Beispielsweise tritt der Kurzkanaleffekt, der als „Durchschlag" bekannt ist, auf, wenn eine hohe Drainspannung einen ungesteuerten Strom hervorruft, d. h. einen Strom, der nicht durch das schwebende Gate der Speicherzelle gesteuert ist. Der Durchschlag kann beispielsweise ab Kanallängen von weniger als 0,5 &mgr;m auftreten. Die Drain-induzierte Barrierenabsenkung („DIBL") ist ein weiterer unerwünschter Kurzkanaleffekt, der auftritt, wenn die Kanallänge abnimmt. Als Folge von DIBL nimmt die effektive Schwellwertspannung bzw. Einsetzspannung der Speicherzelle ab, was in unerwünschter Weise das Leistungsverhalten der Speicherzelle beeinflusst.

In CMOS-Bauelementen werden zwei konventionelle Verfahren angewendet, um Kurzkanaleffekte, etwa den Durchschlag und DIBL, zu reduzieren, und diese sind die Halo-Dotierung und ein retrogrades Potential- bzw. Wannendotierprofil. Bei der Halo-Dotierung wird eine hohe Konzentration an p-Dotierstoffen beispielsweise nahe an den Source- und Drainübergängen eines n-Kanalbauelements, etwa eines n-FET, implantiert. Die hohe Konzentration der p-Dotierstoffe, die um die Source- und Drainübergänge herum implantiert sind, reduzieren die Kurzkanaleffekte, etwa den Durchschlag und DIBL, indem das Verarmungsgebiet an den Source- und Drainübergängen wesentlich kleiner gemacht wird. Bei der retrograden Wannen- bzw. Potentialtopfdotierung wird eine hohe Konzentration an p-Dotierstoffen unter der Substratoberfläche an einer Tiefe in dem p-Potentialtopf gebildet, an der ein Durchschlag in einem n-Kanalbauelement, etwa einem n-FET, auftreten kann. Folglich kann die hohe Konzentration an p-Dotierstoffen in dem p-Potentialtopf die effektive Breite des Verarmungsgebiets an den Source- und Drainübergängen reduzieren, wodurch die Durchschlagsgefahr in n-Kanalbauelementen reduziert wird. Jedoch kann die hohe Konzentration an p-Dotierstoffen, die nahe an dem Drainübergang bei den konventionellen Techniken mit Halo-Dotierung und retrograder Potentialtopfdotierung angeordnet sind, einen unerwünschten Durchschlag am Drainübergang hervorrufen.

JP 2000-357754 A beschreibt ein Speicherarray und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei eine Flachgrabenisolation und eine Silizid-Sourceleitung vorgesehen sind. Dabei wird nach der Herstellung eines Oxidgrabens eine nicht maskierte Implantation durchgeführt, um durch Einführen von Dotiermitteln in die Grabenseitenwände und den Graben die Source-Leitungen zu bilden. Anschließend wird ein Silizidmaterial in den Source-Leitungen gebildet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Speicherarray und Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, derart, dass eine verbesserte Kanalsteuerbarkeit erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Speicherarray nach Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Des weiteren sind die konventionellen Verfahren mit Halo- und retrograder Potentialtopfdotierung, wie sie zuvor erläutert sind, bei Flash-Speicherzellen mit schwebendem Gate mit kleinen Abmessungen anzuwenden, da die implantierten p-Dotierstoffe stark diffundieren.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Speicherarrays mit schwebendem Gate einen Schritt zum Entfernen von dielektrischem Material aus einem Isolationsgebiet, das in einem Substrat angeordnet ist, um damit einen Graben freizulegen, wobei der Graben zwischen einem ersten Sourcegebiet und einem zweiten Sourcegebiet angeordnet ist, und wobei der Graben Seitenwände in dem Substrat bildet. Das Speicherarray mit schwebendem Gate kann beispielsweise ein Flash-Speicherarray mit schwebendem Gate sein. Das dielektrische Material kann beispielsweise in einer selbstjustierten Sourceätzung entfernt werden. Das Verfahren umfasst ferner das Implantieren eines n-Dotierstoffes in das – erste Sourcegebiet, das zweite Sourcegebiet und die Seitenwände des Grabens, wobei das n-Dotiermaterial ein n+-Gebiet bildet.

Das Verfahren umfasst ferner das Implantieren eines p-Dotierstoffes in das erste Sourcegebiet, das zweite Sourcegebiet und die Seitenwände des Grabens, wobei das p-Dotiermaterial ein p-Gebiet bildet und wobei das p-Gebiet unter dem n+-Gebiet angeordnet ist. Das p-Dotiermaterial kann beispielsweise Bor sein. Das p-Dotiermaterial kann unter einem Winkel von beispielsweise von ungefähr 45,0 Grad bis ungefähr 90,0 Grad in Bezug auf die Oberseite des ersten Sourcegebiets implantiert werden. Das p-Dotiermaterial wird nicht in ein Draingebiet implantiert, wobei das Draingebiet von dem ersten Sourcegebiet durch eine Wortleitung getrennt ist. Das Verfahren umfasst ferner das Ausführen eines thermischen Prozesses, wobei der thermische Prozess bewirkt, dass das p-Dotiermaterial ein retrogrades Profil unterhalb des n+-Gebiets und ein abgestuftes Konzentrationsprofil benachbart zu dem n+-Gebiet bildet.

In einer Ausführungsform repräsentiert die Erfindung ein Speicherarray mit schwebendem Gate, das unter Anwendung des zuvor erläuterten Verfahrens hergestellt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine Draufsicht einer Struktur mit beispielhaften Speicherzellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in 1 der Struktur aus 1.

3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 in 1 der Struktur aus 1.

4 ist ein Flussdiagramm entsprechend den beispielhaften Verfahrensschritten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung richtet sich an ein Verfahren zum Reduzieren der Kurzkanaleffekte in Speicherzellen und an eine diesbezügliche Struktur. Die folgende Beschreibung enthält spezielle Informationen, die die Implementierung der vorliegenden Erfindung betreffen. Der Fachmann erkennt, dass die vorliegende Erfindung in einer anderen Weise eingerichtet werden kann, als dies in spezieller Weise in der vorliegenden Anmeldung erläutert ist. Ferner sind einige der speziellen Details der Erfindung hierin nicht erläutert, um die Erfindung nicht unnötig zu verdunkeln.

Die Zeichnungen in der vorliegenden Anmeldung und die dazu gehörige detaillierte Beschreibung betreffen lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Der Kürze halber sind andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht speziell in dieser Anmeldung beschrieben und sind auch nicht durch die vorliegenden Zeichnungen dargestellt.

Die vorliegende Erfindung umfasst einen innovativen Kanaldotierungsprozess zur Reduzierung der Kurzkanaleffekte in Speicherzellen, etwa in Flash-Speicherzellen mit schwebendem Gate. Wie nachfolgend erläutert ist, wird durch Reduzieren der Kurzkanaleffekte in einer Speicherzelle mit schwebendem Gate durch den innovativen Kanaldotierungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung eine Speicherzelle mit schwebendem Gate mit verbessertem Leistungsverhalten vorteilhafterweise ermöglicht. Die vorliegende Erfindung kann auf beliebige nicht-flüchtige Speicher mit schwebendem Gate einschließlich Flash-Speicher mit schwebendem Gate angewendet werden.

1 zeigt eine Draufsicht auf eine beispielhafte Struktur mit mehreren beispielhaften Speicherzellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Struktur 100 umfasst eine Wortleitung 102, Bitleitungen 104, 106 und 108, Oxidoxidationsgebiete 110 und 112, Sourcegebiete 114, 116 und 118, ein Draingebiet 122, Gräben 126 und 128 und Speicherzellen 130, 132 und 134. Die Struktur 100 kann beispielsweise ein Speicherarray mit schwebendem Gate, etwa ein Flash-Speicherarray mit schwebendem Gate sein.

Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Speicherzelle 132 ein schwebendes Gate 136, das unter der Wortleitung 102 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Speicherzelle 132 eine Speicherzelle mit schwebendem Gate. In einer Ausführungsform repräsentiert die Speicherzelle 132 eine Flash-Speicherzelle mit schwebendem Gate. Die Speicherzelle 132 umfasst ferner einen Drainkontakt 138, der das Draingebiet 122 der Speicherzelle 132 mit der Bitleitung 106 verbindet. Die Speicherzelle 132 umfasst ferner das Sourcegebiet 116, das benachbart zu der Wortleitung 102 in einem Substrat (in 1 nicht gezeigt) angeordnet ist. Zu beachten ist, dass obwohl lediglich der Kürze halber die Speicherzelle 132 hierin nur detailliert beschrieben ist, die Speicherzellen 130 und 134 in Aufbau und Fertigungsweise ähnlich zu der Speicherzelle 132 sind.

Wie ferner in 1 gezeigt ist, ist die Wortleitung 102 über und senkrecht ausgerichtet zu den Bitleitungen 104, 106 und 108 angeordnet, die in einem Substrat (in 1 nicht gezeigt) angeordnet sind. Die Wortleitung 102 und die Bitleitungen 104, 106 und 108 können in einer bekannten Art und Weise hergestellt sein. Des weiteren ist in 1 das Oxidisolationsgebiet 110 gezeigt, das zwischen den Bitleitungen 104 und 106 angeordnet ist und das beispielsweise ein Flachgrabenisolations-(„STI")Gebiet sein kann. Das Oxidisolationsgebiet 110 kann Siliziumoxid oder ein anderes dielektrisches Material aufweisen und kann in einem Substrat (in 1 nicht gezeigt) in einer bekannten Weise hergestellt sein. Ferner ist in 1 gezeigt, dass das Oxidisolationsgebiet 112 zwischen den Bitleitungen 106 und 108 angeordnet ist und ein ähnliches Material aufweist wie das Oxidisolationsgebiet 110 und auch in ähnlicher Weise dazu hergestellt ist.

Des weiteren ist in 1 gezeigt, dass der Graben 126 zwischen den Sourcegebieten 114 und 116 angeordnet ist. Der Graben 126 ist durch Entfernung dielektrischen Materials, beispielsweise von Siliziumoxid, in einem Bereich des Oxidisolationsgebiets 110, der zwischen den Sourcegebieten 114 und 116 liegt, die benachbart zu der Wortleitung 102 angeordnet sind, hergestellt. Das dielektrische Material kann durch Ätzen des Bereichs des Oxidisolationsgebiets 110, der zwischen den Sourcegebieten 114 und 116 angeordnet ist, beispielsweise unter Anwendung eines selbstjustierten Source-Ätzprozesses abgetragen werden. Der Graben 126 umfasst Seitenwände 146 und eine Unterseite 144. Weiterhin ist in 1 gezeigt, dass der Graben 128 zwischen den Sourcegebieten 126 und 118 angeordnet ist und in ähnlicher Weise ausgebildet ist wie der Graben 126. Der Graben 128 umfasst Seitenwände 150 und eine Unterseite 148. Es wird eine n+-Sourceimplantation in den Gräben 126 und 128 und in den Sourcegebieten 114, 116 und 118 ausgeführt, um die Sourcegebiete 114, 116 und 118 elektrisch zu verbinden. Die n+-Sourceimplantation kann ein n-Dotierstoffmaterial, etwa Arsen oder einen anderen geeigneten n-Dotierstoff umfassen und bildet ein n+-Gebiet (in 1 nicht gezeigt) in den Sourcegebieten 114, 116, und 118. Des weiteren ist in 1 gezeigt, dass das Draingebiet 122 benachbart zu dem schwebenden Gate 136 angeordnet ist und ein n-Dotiermaterial aufweist. Zu beachten ist, dass lediglich das Draingebiet 122 der Kürze halber speziell hierin erläutert ist.

In der vorliegenden Ausführungsform wird ein p-Dotiermaterial in die Sourcegebiete 114, 116 und 118 und die Gräben 126 und 128 implantiert, um ein p-Gebiet (in 1 nicht gezeigt) zu bilden. Das p-Dotiermaterial kann Bor umfassen und kann unter einem Winkel in Bezug auf die entsprechenden Oberseiten der Sourcegebiete 114, 116 und 118 implantiert werden. In einer Ausführungsform wird das p-Dotiermaterial vor der n+-Source-Implantation implantiert. Das p-Dotiermaterial wird nicht in die Draingebiete, etwa das Draingebiet 122, implantiert. Nachdem das p-Dotiermaterial implantiert ist, wird ein thermischer Prozess ausgeführt, um eine Diffusion des p-Dotiermaterials unter die Sourcegebiete 114, 116 und 118 zu bewirken. Als Folge des erfindungsgemäßen p-Dotierprozesses, der zuvor erläutert ist, wird ein retrogrades Profil und ein abgestuftes Konzentrationsprofil unterhalb eines n+-Gebiets (in 1 nicht gezeigt) gebildet, das in jedem Sourcegebiet ausgebildet ist, wodurch vorteilhafterweise Kurzkanaleffekte, etwa der Durchschlag und DIBL, wie dies zuvor erläutert ist, reduziert werden. Der erfindungsgemäße innovative p-Dotierprozess wird nachfolgend mit Bezug zu den 2 und 3 erläutert.

Eine Struktur 200 in 2 entspricht einer Querschnittsansicht der Struktur 100 entlang der Linie 2-2 in 1. Insbesondere entsprechen Sourcegebiete 214, 216 und 218, Gräben 226 und 228, Seitenwände 246 und 250 und Unterseiten 244 und 248 in der Struktur 200 jeweils den Sourcegebieten 114, 116 und 118, den Gräben 126 und 128, den Seitenwänden 146 und 150 und den Unterseiten 144 und 148 in der Struktur 100. Zu beachten ist, dass die Wortleitung 102 und das schwebende Gate 136 zur einfacheren Darstellung in 2 nicht gezeigt sind.

Wie in 2 gezeigt ist, ist das n+-Gebiet 252 unterhalb den entsprechenden Oberseiten 213, 215 und 217 der Sourcgebiete 214, 216 und 218, den Seitenwänden 246 und der Unterseite 244 des Grabens 226 und den Seitenwänden 250 und der Unterseite 248 des Grabens 228 in dem Substrat 258 angeordnet. Das n+-Gebiet 252 verbindet elektrisch die Sourcegebiete 214, 216 und 218 und wird durch Implantation eines n-Dotiermaterials, etwa Arsen, in die Sourcegebiete 214, 216 und 218 und in die Gräben 226 und 228 hergestellt.

Wie ferner in 2 gezeigt ist, ist der p-Potentialtopf bzw. die p-Wanne 254 unterhalb des n+-Gebiets 252 in dem Substrat 258 angeordnet und kann durch geeignetes Dotieren des Substrats 258 in bekannter Weise gebildet werden. Ferner ist in 2 gezeigt, dass das p-Gebiet 256 unterhalb des p-Potentialtopfs 254 in dem Substrat 258 angeordnet ist und ein p-Dotiermaterial, etwa Bor aufweisen kann. Das p-Gebiet 258 kann durch Anwenden einer p-Implantation 260 gebildet werden, um ein p-Dotiermaterial, beispielsweise Bor, mit einem Implantationswinkel 262 in Bezug auf die Oberseiten 213, 215 und 217 der Sourcegebiete 214, 216 und 218 zu implantieren. Der Implantationswinkel 262 liegt in einer Ebene, die senkrecht zu den Oberseiten 213, 215 und 217 der Sourcegebiete 214, 216 und 218 und parallel zu der Wortleitung 102 in 1 liegt. Beispielsweise kann der Implantationswinkel 262 zwischen ungefähr 45,0 Grad und ungefähr 90,0 Grad liegen. Die p-Implantation 260 kann ein p-Dotiermaterial, etwa Bor, beispielsweise mit einer Implantationsdosis zwischen ungefähr 1 × 1014 Atome/cm2 und ungefähr 1 × 1015 Atome/cm2 implantieren. Z. B. kann die p-Implantation 260 ein p-Dotiermaterial mit einer Leistung von ungefähr 30,0 keV implantieren.

Durch Implantieren eines p-Dotierstoffes unter dem Implantationswinkel 262 kann erfindungsgemäß in effizienter Weise ein p-Dotiermaterial in die entsprechenden Seitenwände 246 und 250 der Gräben 226 und 228, in die entsprechenden Oberseiten 213, 215 und 217 der Sourcegebiete 214, 216 und 218 und in die entsprechenden Unterseiten 244 und 248 der Gräben 226 und 228 implantiert werden. Als Folge davon kann das p-Gebiet 256 unterhalb des n+-Gebiets 252 bei einer gewünschten Tiefe in dem Substrat 258 gebildet werden. Wie nachfolgend mit Bezug zu 3 erläutert ist, wird durch den erfindungsgemäßen p-Dotierprozess vorteilhafterweise ein effizientes retrogrades und abgestuftes Konzentrationsprofil unterhalb den Sourcegebieten 114, 116 und 118 erreicht.

Eine Struktur 300 in 3 entspricht einer Querschnittsansicht der Struktur 100 entlang der Linie 3-3 in 1. Insbesondere entsprechen eine Speicherzelle 332, eine Wortleitung 302, ein schwebendes Gate 336, ein Sourcegebiet 316 und ein Draingebiet 322 in der Struktur 300 jeweils der Speicherzelle 132, der Wortleitung 102, dem schwebenden Gate 136, dem Sourcegebiet 116 und dem Draingebiet 122 in der Struktur 100. Ferner entsprechen ein Sourcegebiet 136, ein n+-Gebiet 352, ein p-Potentialtopf 354 und ein Substrat 358 in der Struktur 300 dem Sourcegebiet 216, dem n+-Gebiet 252, dem p-Potentialtopf 254 und dem Substrat 258 in der Struktur 200 aus 2. Zu beachten ist, das der Kontakt 138 in 3 der Einfachheit halber nicht gezeigt ist.

Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die Speicherzelle 332 eine Tunneloxidschicht 362, die auf der Oberseite 366 des Substrats 358 angeordnet ist, die ein thermisch gewachsenes Tunneloxid aufweisen kann. Ferner ist in 3 gezeigt, dass das schwebende Gate 336 über der Tunneloxidschicht 362 angeordnet ist und polykristallines Silizium aufweisen kann. Des weiteren ist in 3 gezeigt, dass die dielektrische Schicht 364 über dem schwebenden Gate 336 angeordnet ist und beispielsweise einen Oxid-Nitrid-Oxid-(„ONO")Stapel aufweisen kann. Ferner ist in 3 gezeigt, dass die Wortleitung 302 über der dielektrischen Schicht 364 angeordnet ist und polykristallines Silizium aufweisen kann.

Des weiteren ist in 3 gezeigt, dass das n+-Gebiet 352 in dem Sourcegebiet 316 angeordnet ist und durch Implantierung eines geeigneten n-Dotiermaterials in die Oberseitenfläche bzw. die Oberseite 366 des Substrats 358 gebildet werden kann. Des weiteren ist in 3 gezeigt, dass das Draingebiet 322 in dem Substrat 358 angeordnet ist und ein n+-Gebiet ist. Ferner ist in 3 gezeigt, dass das Kanalgebiet 368 zwischen dem Sourceübergang 374 und dem Drainübergang 376 angeordnet ist und ferner unterhalb der Tunneloxidschicht 362 liegt. Des weiteren ist in 3 gezeigt, dass der p-Potentialtopf 354 in dem Substrat 358 unterhalb des n+-Gebiets 352, des Kanalgebiets 368 und des Draingebiets 322 angeordnet ist. Der p-Potentialtopf 354 kann in dem Substrat 358 in einer beliebigen bekannten Art hergestellt werden.

Des weiteren ist in 3 gezeigt, dass das p-Gebiet 356 unterhalb des n+-Gebiets 352 angeordnet ist und hergestellt wird, indem die p-Implantation 260 aus 2 angewendet wird, um ein p-Dotiermaterial, z. B. Bor, zu implantieren. Nach einem nachfolgenden thermischen Ausheizschritt diffundiert das p-Dotiermaterial in dem p-Gebiet 356 in einer Aufwärtsrichtung und nähert sich der Oberseite 366 des Substrats 358 an, wie dies durch die Pfeile 372 gezeigt ist. Als Folge davon bildet das p-Dotiermaterial ein retrogrades Profil unterhalb des n+-Gebiets 352 in dem p-Potentialtopf 354. Das p-Dotiermaterial diffundiert ferner in Richtung auf die Mitte des Kanalgebiets 368, wie dies durch Pfeile 370 angedeutet ist. Als Folge einer p-Dotiermaterialdiffusion, wie sie durch die Pfeile 370 gezeigt ist, bildet das p-Dotiermaterial ein abgestuftes Konzentrationsprofil in einem Bereich des p-Potentialtopfs 354, der unterhalb des schwebenden Gates 336 und ebenso benachbart zu dem n+-Gebiet 352 angeordnet ist, das in dem Sourcegebiet 316 liegt. Da das Draingebiet 322 während des Ausführens der p-Implantation 260 durch eine Maske geschützt ist, wie dies zuvor erläutert ist, werden das retrograde und das abgestufte Konzentrationsprofil nicht benachbart zu dem Draingebiet 322 gebildet. Durch Bereitstellen des retrograden und abgestuften Konzentrationsprofils benachbart zu dem Sourcegebiet 316 kann erfindungsgemäß eine Reduzierung der Kurzkanaleffekte, wie sie zuvor erläutert sind, etwa Durchschlag und DIBL, vorteilhafterweise erreicht werden. Durch Nichtausbilden des retrograden Konzentrationsprofils und des abgestuften Konzentrationsprofils benachbart zu dem Draingebiet 322 vermeidet die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise einen Drain-Übergangsdurchbruch. Als Folge einer Reduzierung der Kurzkanaleffekte wird erfindungsgemäß vorteilhafterweise ein verbessertes Verhalten bei kurzen Kanälen erreicht.

4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Es wurden gewisse Details und Merkmale in dem Flussdiagramm 400 weggelassen, die dem Fachmann auf dem Gebiet geläufig sind. Z. B. kann ein Schritt aus einem oder mehreren Teilschritten bestehen oder kann spezielle Anlagen oder Materialien beinhalten, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.

Im Schritt 402 wird eine Halbleiterscheibe bereitgestellt, die Speicherzellen, etwa die Speicherzellen 130, 132 und 134 aus 1, und eine Wortleitung, etwa die Wortleitung 102, aufweist, die über Bitleitungen, etwa die Bitleitungen 104, 106 und 108, angeordnet ist. Im Schritt 404 wird dielektrisches Material in Oxidisolationsgebieten, etwa den Oxidisolationsgebieten 110 und 112 aus 1, abgetragen, um entsprechende Gräben, etwa die Gräben 126 und 128, freizulegen. Das dielektrische Material kann aus den Oxidisolationsgebieten 110 und 112 entfernt werden, um jeweils die Gräben 126 und 128 freizulegen, indem beispielsweise ein selbstjustierter Source-Ätzprozess ausgeführt wird. Im Schritt 406 wird n-Dotiermaterial, etwa Arsen, in die Gräben, etwa die Gräben 126 und 128, und Sourcegebiete, etwa die Sourcegebiete 114, 116 und 118, implantiert, um die Sourcegebiete elektrisch zu verbinden.

Im Schritt 408 wird ein p-Dotiermaterial in die Gräben, etwa die Gräben 126 und 128, und die Sourcegebiete, etwa die Sourcegebiete 114, 116 und 118, implantiert, um ein p-Gebiet, etwa das p-Gebiet 356, zu bilden, das unterhalb eines n+-Gebiets liegt, etwa das n+-Gebiet 252 aus 2. Z. B. kann Bor tief unter die entsprechenden Oberseiten 213, 215 und 217 der Sourcegebiete 214, 216 und 218, die Seitenwände 246 und die Unterseite 244 des Grabens 226 und die Seitenwände 250 und die Unterseite 248 des Grabens 228 mit einem Implantationswinkel 262 in Bezug auf die jeweiligen Oberseiten 213, 215 und 217 der Sourcegebiete 214, 216 und 218 implantiert werden. Beispielsweise kann der Implantationswinkel 262 von ungefähr 45,0 Grad bis ungefähr 90,0 Grad reichen. Ein thermischer Prozess wird ausgeführt, um das p-Dotiermaterial in dem p-Gebiet 356 durch Diffusion zu verteilen, um damit ein retrogrades Konzentrationsbefehl und ein abgestuftes Konzentrationsprofil benachbart zu den Sourcegebieten, etwa das Sourcegebiet 216, zu bilden. Im Schritt 410 geht die Bearbeitung der Halbleiterscheibe weiter, indem die Gräben, etwa die Gräben 126 und 128 aus 1, mit einem dielektrischen Material, etwa Siliziumoxid, gefüllt werden.

Wie somit zuvor erläutert ist, kann durch Anwenden eines p-Dotiermaterials, etwa Bor, zur Herstellung eines retrograden Konzentrationsprofils und eines abgestuften Konzentrationsprofils benachbart zu den Sourcegebieten und Speicherzellen mit schwebendem Gate, etwa Flash-Speicherzellen mit schwebendem Gate, zur Reduzierung unerwünschter Kurzkanaleffekte erfindungsgemäß ein verbessertes Kurzkanalverhalten in Speicherzellen mit schwebendem Gate vorteilhafterweise erreicht werden.


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen eines Speicherarrays mit schwebendem Gate, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Entfernen (404) eines dielektrischen Materials aus einem Isolationsgebiet (110), das in einem Substrat (258, 358) angeordnet ist, um einen Graben (128, 228) freizulegen, wobei der Graben zwischen einem ersten Sourcegebiet (116, 216, 316) und einem zweiten Sourcegebiet (118, 218) angeordnet ist, wobei der Graben (128, 228) Seitenwände (150, 250) in dem Substrat (258, 358) bildet;

Implantieren (406) eines n-Dotiermaterials in das erste Sourcegebiet (116, 216, 316), das zweite Sourcegebiet (118, 218) und die Seitenwände (150, 250), wobei das n-Dotiermaterial ein n+-Gebiet (252, 352) bildet;

Implantieren (408) eines p-Dotiermaterials in das erste Sourcegebiet (116, 216), das zweite Sourcegebiet (118, 218) und die Seitenwände (150, 250), wobei das p-Dotiermaterial ein p-Gebiet (256, 356) bildet und wobei das p-Gebiet (256, 356) unter dem n+-Gebiet (252, 352) angeordnet ist;

wobei das p-Dotiermaterial nicht in ein Draingebiet (122, 322) implantiert wird, und wobei das Draingebiet (122, 322) von dem ersten Sourcegebiet (116, 216, 316) durch eine Wortleitung (102, 302) getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Implantierens (408) des p-Dotiermaterials in das erste Sourcegebiet (116, 216, 316), das zweite Sourcegebiet (118, 218) und die Seitenwände (150, 250) umfasst: Implantieren des p-Dotiermaterials unter einem Winkel in Bezug auf eine Oberseite (215) des ersten Sourcegebiets (116, 216, 316), wobei der Winkel (262) von ungefähr 45,0 Grad bis ungefähr 90,0 Grad reicht. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen Schritt zum Ausführen (408) eines thermischen Prozesses umfasst, wobei der thermische Prozess bewirkt, dass das p-Dotiermaterial ein retrogrades Profil unter dem n+-Gebiet (252, 352) bildet. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen Schritt zum Ausführen (408) eines thermischen Prozesses umfasst, wobei der thermische Prozess bewirkt, dass das p-Dotiermaterial ein abgestuftes Konzentrationsprofil benachbart zu dem n+-Gebiet (252, 353) bildet. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das p-Dotiermaterial Bor ist. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Entfernens des dielektrischen Materials aus dem Isolationsgebiet (112) Entfernen des dielektrischen Materials in einem selbstjustierten Source-Ätzprozess umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Speicherarray mit schwebendem Gate ein Flash-Speicherarray mit schwebendem Gate ist. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Implantierens (408) des p-Dotiermaterials in das erste Sourcegebiet (116, 216, 316), das zweite Sourcegebiet (118, 219) und die Seitenwände (150, 250) umfasst: Implantieren des p-Dotiermaterials mit einer Dosis zwischen ungefähr 1 × 1014 Atome/cm2 und ungefähr 1 × 1015 Atome/cm2. Speicherarray mit schwebendem Gate, wobei das Speicherarray mit schwebendem Gate umfasst:

ein Draingebiet (122, 322), das in einem Substrat (258, 358) angeordnet ist;

ein erstes Sourcegebiet (116, 216, 316) und ein zweites Sourcegebiet (118, 218), die in dem Substrat (258, 358) angeordnet sind;

eine Wortleitung (102, 302), die zwischen dem Draingebiet (122, 322) und dem ersten Sourcegebiet (116, 216, 316) angeordnet ist;

einen Graben (128, 228), der zwischen dem ersten Sourcegebiet (116, 216, 316) und dem zweiten Sourcegebiet (118, 218) angeordnet ist, wobei der Graben (128, 228) Seitenwände (150, 250) und eine Unterseite (148, 248) in dem Substrat (258, 358) definiert;

ein n+-Gebiet, das in dem ersten Sourcegebiet (116, 216, 316) in dem zweiten Sourcegebiet (118, 218) und unter der Unterseite (148, 248) angeordnet ist, wobei das n+-Gebiet das erste Sourcegebiet (116, 216, 316) und das zweite Sourcegebiet (118, 218) elektrisch verbindet;

ein p-Gebiet (256, 356), das unter dem n+-Gebiet (252, 352) angeordnet ist;

wobei das p-Gebiet (256, 356) nicht unter dem Draingebiet (122, 322) angeordnet ist.
Speicherarray mit schwebendem Gate nach Anspruch 9, wobei das p-Gebiet (256, 356) ein p-Dotiermaterial umfasst, wobei das p-Dotiermaterial ein retrogrades Profil unter dem n+-Gebiet (252, 352) bildet. Speicherarray mit schwebendem Gate nach Anspruch 10, wobei das p-Dotiermaterial ein abgestuftes Konzentrationsprofil benachbart zu dem n+-Gebiet (252, 352) bildet. Speicherarray mit schwebendem Gate nach Anspruch 10, wobei das p-Dotiermaterial Bor aufweist. Speicherarray mit schwebenden Gate nach Anspruch 9, wobei das Speicherarray mit schwebendem Gate ein Flash-Speicherarray mit schwebenden Gate ist.






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