DE10256200B4

DE10256200B4 - Flash-Speicherzelle und Verfahren zur Herstellung dieser, sowie ein Programmier-/Lösch-/Lese-Verfahren in der Flash-Speicherzelle

Info

Publication number: DE10256200B4
Application number: DE10256200.8A
Authority: DE
Inventors: Byung Jin Ahn; Byung Soo Park; Sung Jae Chung
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 2001-12-29
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2008219027A; US20040135195A1; JP2003218246A; US6703275B2; US6960805B2; KR20030057874A; US20030123285A1; KR100426488B1; JP4813513B2; DE10256200A1; JP4177084B2

Abstract

Flash-Speicherzelle (200), mit: einem Tunneloxidfilm (27), der an einem gegebenen Bereich eines SOI-Substrats (20) gebildet ist; einem Ladungseinfangfilm (28) auf dem Tunneloxidfilm; einem dielektrischen Film (29) auf dem Ladungseinfangfilm (28); ersten und zweiten Kanal-Bereichen (23a, 23b) an dem SOI-Substrat (20) unter beiden Enden des Ladungseinfangfilms (28); einem Source-Bereich (21), der zwischen den ersten und zweiten Kanal-Bereichen (23a, 23b) gebildet ist; erste und zweite Drain-Bereiche (25a, 25b) an dem SOI-Substrat (20) an beiden Seiten des Ladungseinfangfilms (28); eine auf dem dielektrischen Film (29) gebildete Wortleitung (31); und einem Source-Bereich (21), der zwischen den ersten und zweiten Kanal-Bereichen (23a, 23b) gebildet ist, wobei sich der Source-Bereich (21) unterhalb des Ladungseinfangfilms (28) befindet, und wobei Daten von zwei Bits oder vier Bits in einer einzigen Zelle gespeichert werden können, indem Elektronen individuell in den Ladungseinfangfilm (28) auf den ersten und zweiten Kanal-Bereichen (23a, 23b) eingespeist werden, oder die eingespeisten Elektronen entladen werden, abhängig von an den Source-Bereich (21), die Wortleitung (31) und die ersten und zweiten Drain-Bereiche (25a, 25b) angelegten Spannungen.

Description

Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flash-Speicherzelle und ein Verfahren zur Herstellung dieser, sowie ein Programmier-/Lösch-/Lese-Verfahren in der Flash-Speicherzelle. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Flash-Speicherzelle mit einer Silicium-Oxid-Nitrid-Oxid-Silicium(SONOS)-Struktur, in welcher Silicium, ein Oxidfilm, ein Nitridfilm, ein Oxidfilm und Silicium aufeinanderfolgend gestapelt sind, und ein Verfahren zur Herstellung dieser, sowie ein Programmier-/Lösch-/Lese-Verfahren in der Flash-Speicherzelle.
Stand der Technik:
Eine Flash-Speicherzelle ist eine permanente Speichervorrichtung, die elektrisch programmiert und gelöscht wird. Eine Grundstruktur und der Programmier-/Lösch-Betrieb der Flash-Speicherzelle sind unten beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Flash-Speicherzelle zur Erläuterung der Struktur und der Programmier-/Lösch-Operation der Flash-Speicherzelle.
Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Flash-Speicherzelle einen Tunneloxidfilm 12, einen Ladungseinfangfilm 13, welches aus einer ersten Polysiliciumschicht besteht, einen dielektrischen ONO-Film 14, ein Steuer-Gate 15, bestehend aus einer zweiten Polysiliciumschicht, und Source- und Drain-Bereiche 16a, 16b, die an beiden Kanten des Tunneloxidfilms 12 ausgebildet sind, wobei alle diese Bestandteile aufeinanderfolgend auf einem Halbleitersubstrat 11 gestapelt sind.
In der wie oben konstruierten Flash-Speicherzelle werden, wenn das Steuer-Gate 15 mit einer hohen Spannung von ungefähr 9 V versehen wird, und der Drain-Bereich 16b mit einer Spannung von ungefähr 5 V mit einem Puls von ungefähr 5 μs versehen wird, heiße Kanalelektronen (channel hot eletrons) auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 unterhalb des Gate-Oxidfilms 12 erzeugt. Die erzeugten heißen Elektronen werden anschließend in dem Ladungseinfangfilm 13 durch den Gate-Oxidfilm 12 gespeichert, so dass eine Programmieroperation durchgeführt wird.
Weiterhin werden, wenn das Steuer-Gate 15 in der Flash-Speicherzelle mit einer negativen Spannung von ungefähr –9 V versehen wird, und das Halbleitersubstrat 11 mit einer hohen Spannung von ungefähr 9 V versehen wird, die an dem Ladungseinfangfilm 13 gespeicherten Elektronen von dem Ladungseinfangfilm 13 entladen, basierend auf einem Fowler-Nordheim-Tunneleffekt, so dass eine Löschoperation durchgeführt wird.
Die wie oben konstruierte Flash-Speicherzelle wird durch mehrmalige Behandlungs-/Ätz-Verfahren gebildet. Daher bestehen Probleme darin, dass die Prozessschritte kompliziert sind, und es schwierig ist, einen Prozessrahmen zu erhalten. Weiterhin erfordert eine herkömmliche Flash-Speicherzelle einen großen Bereich im Vergleich zu peripheren Vorrichtungen, und es können nur Daten mit einem Bit pro Zelle gespeichert werden. Daher besteht ein Problem dahingehend, dass die Effizienz hinsichtlich des Integrationsgrads vermindert ist.
Mit der Zeit wird ein Kantenteil des Tunneloxidfilms durch verschiedene Ätz- und/oder Ionenimplantationsverfahren zur Bildung des Steuer-Gates und des Ladungseinfangfilms, nachdem ein Tunneloxidfilm dünn ausgebildet wurde, beschädigt. Es besteht daher ein Problem darin, dass die Ladungsspeicherkapazität des Ladungseinfangfilms abgebaut wird. In diesem Fall besteht aufgrund dessen, dass in einem ungünstigen Fall eine fehlerhafte Zelle auftreten kann, ein Problem darin, dass die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und des Verfahrens verschlechtert wird.
In der US 6 274 907 B1 sind eine Flash-Speicherzelle und ihre Herstellung beschrieben. Die Herstellung der Flash-Speicherzelle umfasst ein Bilden eines Source-Bereichs an einem SOI-Substrat, ein Bilden eines Drain-Bereichs, bestehend aus einem N-Typ-Störstellenbereich, ein Bilden eines Vorrichtungsisolationsfilms auf dem Drain-Bereich, ein Bilden einer Stapelstruktur, in welcher ein Tunneloxidfilm, ein Floating Gate und ein dielektrischer Film auf dem Source-Bereich gestapelt sind, wobei die Stapelstruktur durch den Vorrichtungsisolationsfilm abgetrennt ist. Des Weiteren umfasst das Herstellungsverfahren ein Bilden einer Schicht eines leitfähigen Materials und anschließend ein Bilden einer Wortleitung mittels eines Ätzprozesses unter Verwendung einer Wortleitungsmaske.
Die US 6 044 022 A betrifft ein Verfahren zur Programmierung einer Flash-Speicherzelle. Ein weiteres Verfahren zur Programmierung einer Flash-Speicherzelle geht ist in der US 6 181 597 B1 beschrieben.
Des Weiteren betreffen die WO 00/54335 A1 und die WO 01/31695 A1 Halbleiterspeichervorrichtungen mit nicht-löschbaren Speichern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flash-Speicherzelle und ein Verfahren zur Herstellung von dieser sowie ein Programmier-/Lösch-/Lese-Verfahren, mittels welcher die Flash-Speicherzelle betreibbar ist, bereitzustellen, wobei eine Beschädigung des Tunneloxidfilms verhinderbar ist.
Die Aufgabe wird durch die Flash-Speicherzelle gemäß Anspruch 1, das Verfahren zur Herstellung einer Flash-Speicherzelle gemäß dem Anspruch 9, das Verfahren zur Herstellung einer Flash-Speicherzelle gemäß dem Anspruch 15, das verfahren zur Programmierung einer Flash-Speicherzelle gemäß dem Anspruch 21, das Verfahren zur Programmierung einer Flash-Speicherzelle gemäß dem Anspruch 24, das Verfahren zum Programmieren einer Flash-Speicherzelle gemäß dem Anspruch 27, das Verfahren zum Löschen einer Flash-Speicherzelle gemäß dem Anspruch 31, das Verfahren zum Lesen einer Flash-Speicherzelle gemäß dem Anspruch 34 und das Verfahren zum Lesen einer Flash-Speicherzelle gemäß dem Anspruch 37 gelöst.
Bezüglich Obigem besteht der Ladungseinfangfilm aus einem Nitridfilm und der Tunneloxidfilm, der Ladungseinfangfilm und der dielektrische Film weisen eine ONO-Struktur auf.
Nachdem eine Flash-Speicherzelle hergestellt wurde, wird ein Zwischenschicht-Isolationsfilm auf der gesamten Struktur gebildet, und ein Kontaktstopfen bzw. Kontaktstecker bzw. Kontaktanschluss wird anschließend zur Verbindung mit gegebenen Bereichen einer Source-Region und einer Drain-Region gebildet. Zu dieser Zeit wird der Kontaktstopfen einer nach dem anderen alle 5 bis 10 Zellen gebildet. Die Anzahl der Kontaktstopfen wird abhängig von einer Konstruktionsvorgabe bzw. -regel oder einer anzulegenden Spannung eingestellt.
Bezüglich dem oben Erwähnten beinhalten die vier Zustände einen ersten Zustand, in dem Elektronen nicht in ein Ende des Ladungseinfangfilms eingespeist bzw. eingeströmt werden, einen zweiten Zustand, in dem Elektronen nur in eine linke Seite einer Seite des Ladungseinfangfilms eingespeist werden, einen dritten Zustand, in dem Elektronen nur in eine rechte Seite einer Seite des Ladungseinfangfilms eingespeist werden, und einen vierten Zustand, in dem Elektronen in das gesamte eine Ende des Ladungseinfangfilms eingespeist werden.
Zu dieser Zeit beträgt die Programmierspannung 9 V bis 10 V und alle Bereiche der anderen Zellen sind in dem Verfahren der Elektroneneinspeisung in den Ladungseinfangfilm gefloatet.
Bei dem oben erwähnten beträgt unterstützende Löschspannung –10 V bis –12 V, und sämtliche Bereiche der anderen Zellen werden in dem Prozess der Entladung von Elektronen, die in den Ladungseinfangfilm eingespeist wurden, gefloatet.
Bei dem oben Erwähnten werden die Daten von zwei Bits unterschieden als ’11’, entsprechend einem Fall, dass sowohl die ersten und zweiten Ströme mit einem gegebenen Wert erfasst werden, und ’10’, entsprechend einem Fall, dass der erste Strom mit einem gegebenen Wert erfasst wird, und der zweite Strom mit 0 A erfasst wird, ’01’ entsprechend einem Fall, dass der erste Strom mit 0 A erfasst wird, und der zweite Strom mit einem gegebenen Wert erfasst wird, und ’00’ entsprechend einem Fall, dass sowohl die ersten und zweiten Ströme mit 0 A erfasst werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorher erwähnten Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, die im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen zu sehen ist, wobei:
1 eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Flash-Speicherzelle zur Beschreibung einer Struktur und einer Programmier-/Lösch-Operation der Flash-Speicherzelle ist;
2 ein Layout-Diagramm einer Flash-Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Querschnittsansicht der Flash-Speicherzelle entlang der Linie X-X' in 2 ist;
4A bis 4E Layout-Diagramme der Flash-Speicherzellen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung der Flash-Speicherzelle sind;
5A bis 5E Querschnittsansichten von Flash-Speicherzellen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung der Flash-Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
6A und 6B Querschnittsansichten von Bereichen sind, in welchen ein Source-Kontakt-Stopfen und ein Drain-Kontakt-Stopfen gebildet werden, die entlang einer X-Achsenrichtung in der in 4E gezeigten Flash-Speicherzelle, entnommen sind;
7A bis 7D Querschnittsansichten der Flash-Speicherzellen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Programmierung der Flash-Speicherzelle sind, die in 3 gezeigt ist;
8 eine Querschnittsansicht der Flash-Speicherzelle zur Beschreibung eines Verfahrens zum Löschen der Flash-Speicherzelle ist, die in 3 gezeigt ist;
9 eine Querschnittsansicht der Flash-Speicherzelle zur Beschreibung eines Verfahrens zum Lesen von in der Flash-Speicherzelle gespeicherten Daten ist; und
10A und 10B Querschnittsansichten von Flash-Speicherzellen zur Beschreibung eines Verfahrens zum Lesen der Flash-Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird im Detail mittels einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche oder ähnliche Teile anzuzeigen.
2 ist ein Layout-Diagramm einer Flash-Speicherzelle der vorliegenden Erfindung und 3 ist eine Querschnittsansicht der Flash-Speicherzelle entlang der Linie X-X' in 2.
Mit Bezug nun auf 2 und 3 beinhaltet eine Flash-Speicherzelle 200 gemäß der vorliegenden Erfindung einen ONO-Film 30, der auf einem gegebenen Bereich eines SOI-Halbleitersubstrats 20 gebildet ist, erste und zweite Kanalbereiche 23a, 23b, die über dem SOI-Substrat 20 an beiden Kanten des ONO-Films 30 gebildet sind, einen Source-Bereich 21, der zwischen den ersten und zweiten Kanalbereichen 23a, 23b gebildet ist, erste und zweite Drain-Bereiche 25a, 25b, die über dem SOI-Substrat 20 an beiden Seiten des ONO-Films 30 gebildet sind, und eine Wortleitung 31, die auf dem ONO-Film 30 gebildet ist.
Der ONO-Film 30 weist eine Struktur auf, in welcher ein unterer Oxidfilm 27, ein Nitridfilm 28 und ein oberer Oxidfilm 29 aufeinanderfolgend gestapelt sind. Zu dieser Zeit dient der untere Oxidfilm 27 als ein Tunneloxidfilm, der Nitridfilm 28 dient als einen Ladungseinfangfilm, und der obere Oxidfilm 29 dient als ein Isolierfilm zur Verhinderung, dass Elektronen, die in den Nitridfilm 28 eingeströmt wurden, zur Wortleitung 31 fließen.
Die ersten und zweiten Kanalbereiche 23a, 23b bestehen aus einem P-Typ-Störstellenbereich 23. Die ersten und zweiten Drain-Bereiche 25a, 25b bestehen aus einem N-Typ-Störstellenbereich. Zu diesem Zeitpunkt werden die ersten und zweiten Drain-Bereiche 25a, 25b in dem P-Typ-Störstellenbereich 23 gebildet, um den ersten Kanalbereich 23a zu bilden, sowie den P-Typ-Störstellenbereich 23, der den zweiten Kanalbereich 23b bildet. Der Source-Bereich 21 wird durch eine Isolierschicht 20b isoliert, die in dem SOI-Substrat 20 und dem P-Typ-Störstellenbereich 23 an dessen beiden Seiten vorhanden ist. Der Source-Bereich 21 wird so elektrisch von einem anderen Source-Bereich getrennt. Ein Vorrichtungsisolationsfilm 26 wird auf den ersten und zweiten Drain-Bereichen 25a, 25b gebildet, so dass der ONO-Film 30 elektrisch getrennt wird.
Ein Source-Kontaktstopfen 33a wird auf dem Source-Bereich 21 der Flash-Speicherzelle 200, die oben konstruiert wurde, gebildet. Ein Drain-Kontaktstopfen 33b wird in dem Drain-Bereich 25a, 25b gebildet. Der Source-Kontaktstopfen 33a und der Drain-Kontaktstopfen 33b, werden einer nach dem anderen, alle 5 bis 10 Zellen 200, gebildet. Die Zahl der Stopfen kann variieren, abhängig von einer Konstruktionsregel oder einer anzulegenden Spannung.
Ein Verfahren zur Herstellung der oben konstruierten Flash-Speicherzelle wird unten beschrieben.
4A bis 4E sind Layout-Diagramme der Flash-Speicherzellen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung der Flash-Speicherzelle und 5A bis 5E sind Querschnittsansichten der Flash-Speicherzellen zur Beschreibung eines Verfahrens von Herstellung der Flash-Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Bezug auf 4A und 5A wird ein erstes Photoresistmuster 22 auf dem SOI-Substrat 20 gebildet, in welchem die Isolierschicht 20b einer gegebenen Tiefe gebildet wird. Ein erster Ionenimplantationsprozess wird anschließend durchgeführt, um einen P-Typ-Störstellenbereich 23 zu bilden. Zu dieser zeit ist die Tiefe des P-Typ-Störstellenbereichs 23 auf eine Tiefe begrenzt, in welcher die Isolierschicht 20b gebildet wird.
Das SOI-Substrat 20 weist eine Stapelstruktur auf, wobei ein Siliciumsubstrat 20a, eine Isolierschicht 20b und eine Siliciumschicht 20c, die mit N-Typ-Störstellen dotiert ist, aufeinandergefolgend gebildet. Die Siliciumschicht 20c des SOI-Substrats 20, für welche ein erster Ionenimplantationsprozess nicht durchgeführt wird, ist durch den Source-Bereich 21 definiert. Der P-Typ-Störstellenbereich 23 wird in einer Y-Achsenrichtung gebildet, und der Source-Bereich 21 wird ebenfalls in einer Y-Achsenrichtung gebildet und bildet einen gemeinsamen Source-Bereich. Die Siliciumschicht 20c wird gebildet unter Verwendung von N-Typ-Störstellen. Der Source-Bereich 21 wird ebenfalls ein N-Typ. Daher ist es nicht erforderlich, einen Störstellen-Ionenimplantationsprozess durchzuführen, um den Source-Bereich 21 zu definieren. Im Fall, dass die Konzentration an Störstellen des Source-Bereichs 21 erhöht werden soll, wird ein zusätzlicher Ionenimplantationsprozess für den Source-Bereich 21 durchgeführt.
Mit Bezug auf 4A und 5B wird nun das erste Photoresistmuster 22 entfernt. Ein zweites Photoresistmuster 24, mit welchem ein zentraler Bereich des P-Typ-Störstellenbereichs 23 belichtet wird, wird anschließend gebildet. Die Drain-Bereiche 25a, 25b, die aus einem N-Typ-Störstellenbereich bestehen, werden an dem zentralen Bereich des P-Typ-Störstellenbereichs 23 mittels eines zweiten Störstellen-Ionenimplantationsprozesses gebildet. Zwei N-Typ-Störstellenbereiche machen ein Paar aus und werden erste und zweite Drain-Bereiche 25a, 25b für eine einzige Flash-Speicherzelle. Zu diesem Zeitpunkt werden erste und zweite Drain-Bereiche 25a, 25b mit hohen Konzentrationen, verglichen mit dem P-Typ-Störstellenbereich 23, gebildet. Die ersten und zweiten Drain-Bereiche 25a, 25b werden in einer Y-Achsenrichtung gebildet, um einen gemeinsamen Drain-Bereich zu bilden.
Während die ersten und zweiten Drain-Bereiche 25a, 25b an dem zentralen Bereich des P-Typ-Störstellenbereichs 23 gebildet werden, wird ein Kantenteil des P-Typ-Störstellenbereichs 23, in welchem die ersten und zweiten Drain-Bereiche 25a, 25b nicht gebildet werden, durch die ersten und zweiten Kanal-Bereiche 23a, 23b definiert.
Mit Bezug nun auf 4B und 5C wird, nachdem das zweite Photoresistmuster 24 entfernt wurde, ein Vorrichtungsisolationsfilm 26 an den Drain-Bereichen 25a, 25b gebildet. Zu dieser Zeit besteht der Vorrichtungsisolierungsfilm 26 aus einem Oxidfilm, der mittels eines thermischen Oxidationsverfahrens erzeugt wurde. Der Vorrichtungsisolationsfilm 26, der durch den thermischen Oxidationsprozess gebildet wurde, wird schnell an den Drain-Bereichen 25a, 25b, die eine relativ höhere Konzentration an Störstellen aufweisen als andere Bereiche, aufgewachsen. Der an anderen Stellen, ausgenommen den Drain-Bereichen 25a, 25b, gebildete Oxidfilm kann daher leicht mittels eines Reinigungsverfahrens entfernt werden.
Bezüglich 4C und 5D werden ein unterer Oxidfilm 27, ein Nitridfilm 28 und ein oberer Oxidfilm 29 aufeinanderfolgend auf der gesamten Struktur ausgebildet. Der obere Oxidfilm 29, der Nitridfilm 28 und der untere Oxidfilm 27 auf dem Vorrichtungsisolationsfilm 26 werden anschließend mittels eines Muster- bzw. Maskenverfahrens entfernt. Der obere Oxidfilm 29, der Nitridfilm 28 und der untere Oxidfilm 27 verbleiben nur auf dem Source-Bereich 21 und dem ersten und zweiten Kanal-Bereich 23a, 23b des P-Typ-Störstellenbereichs 23. So wird ein ONO-Film 30, bestehend aus dem oberen Oxidfilm 29, dem Nitridfilm 28 und dem unteren Oxidfilm 27 gebildet. Zu dieser Zeit dient der untere Oxidfilm 27 als ein Tunneloxidfilm, der Nitridfilm 28 dient als Ladungseinfangfilm und der obere Oxidfilm 29 dient als Isolierfilm zur Verhinderung, dass in den Nitridfilm 28 eingeflossene Elektronen zu einer Wortleitung fließen, die in einem nachfolgenden Schritt gebildet werden soll. zu dieser zeit überlappen beide Enden des ONO-Films 30 mit den ersten und zweiten Kanal-Bereichen 23a, 23b. Aufgrund dessen können verschiedene Daten an beiden Enden des Nitridfilms 28 durch die ersten und zweiten Kanal-Bereiche 23a, 23b gespeichert werden. So ist es möglich, zwei Bits in einer einzigen Zelle zu speichern.
Währenddessen können in dem Verfahren zur Bildung des unteren Oxidfilms 27 in dem ONO-Film 30 der Vorrichtungsisolationsfilm 26 und der untere Oxidfilm 27 gleichzeitig gebildet werden. Mit anderen Worten kann in 5C der untere Oxidfilm 27 direkt gebildet werden, ohne den Vorrichtungsisolationsfilm 26 zu bilden. Ähnlich wird der untere Oxidfilm 27 schnell in den Drain-Bereichen 25a, 25b, welche eine relativ höhere Störstellenkonzentration als andere Bereiche aufweisen, aufgewachsen. Daher wird der untere Oxidfilm 27 in den Drain-Bereichen 25a, 25b dick ausgebildet. Unter Verwendung dieses Phänomens kann der Vorrichtungsisolationsfilm 26 auch unter Verwendung des Verfahrens zur Bildung des unteren Oxidfilms 27 gebildet werden.
Mit Bezug auf 4D und 5E wird eine leitfähige Materialschicht auf der gesamten Struktur ausgebildet. Eine Wortleitung 31, die aus dem leitfähigen Material gebildet wird, wird anschließend durch ein Maskenverfahren gebildet. Die leitfähige Materialschicht besteht aus einer Polysiliciumschicht. Auf diese Weise wird die Flash-Speicherzelle 200, die ein Gate aus einer SONOS-Struktur aufweist, wobei der ONO-Film 30 und die Polysiliciumschicht gestapelt sind, auf dem SOI-Substrat 20 gebildet.
In der Flash-Speicherzelle 200 dient der Nitridfilm 28 in dem ONO-Film 30 als einen Ladungseinfangfilm. Beide Enden des ONO-Films 30 überlappen mit den ersten und zweiten Kanal-Bereichen 23a, 23b, die aus dem P-Typ-Störstellenbereich 23 bestehen. Daten werden unabhängig an dem ONO-Film 30 gespeichert, indem Elektronen an beiden Enden des Nitridfilms 28 durch die ersten und zweiten Kanal-Bereiche 23a, 23b eingespeist werden oder die Elektronen entladen werden. So ist es möglich, Daten von zwei Bits in einer Flash-Speicherzelle 200 zu speichern.
Anschließend wird ein Stopfen bzw. Anschluss in dem Source-Bereich 21 und den ersten und zweiten Drain-Bereichen 25a, 25b gebildet.
6A ist eine Querschnittsansicht eines Bereichs, in welchem ein Source-Anschluss bzw. -Stopfen gebildet werden wird, gesehen in einer X-Achsenrichtung in 4E, und 6B ist eine Querschnittsansicht eines Bereichs, in welchem ein Drain-Anschluss gebildet werden wird, betrachtet in einer X-Achsenrichtung in 4E.
Mit Bezug auf 4E, 6A und 6B wird eine Zwischenisolationsschicht 32 auf der gesamten Struktur gebildet. Die Zwischenisolationsschicht 32 auf dem Source-Bereich 21 und dem Vorrichtungsisolationsfilm 26 und die Zwischenisolationsschicht 32 auf den Drain-Bereichen 25a, 25b werden anschließend geätzt, um ein Kontaktloch zu bilden. Anschließend wird ein leitfähiges Material in das Kontaktloch eingebracht, um einen Source-Kontaktstopfen 33a und einen Drain-Kontaktstopfen 33b zu bilden. Zu dieser Zeit werden der Source-Kontaktstopfen 33a und der Drain-Kontaktstopfen 33b einer nach dem anderen in 5 bis 10 Zellen 200 gebildet. Die Anzahl der Stopfen kann variiert werden, abhängig von einer Konstruktionsvorgabe oder einer anzulegenden Spannung.
Mit dem obigen Verfahren wird die Flash-Speicherzelle 200 hergestellt, welche den ONO-Film 30, die ersten und zweiten Kanal-Bereiche 23a, 23b, den Source-Bereich 21 und erste und zweite Drain-Bereiche 25a, 25b sowie die Wortleitung 31 aufweist.
Ein Verfahren zur Programmierung der oben konstruierten Flash-Speicherzelle wird unten beschrieben.
7A bis 7D sind Querschnittsansichten der Flash-Speicherzellen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Programmierung der Flash-Speicherzelle, die in 3 gezeigt ist.
Mit Bezug auf 7A ist es mit der Flash-Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, unabhängig Daten zu speichern, indem Elektronen in das andere Ende des Nitridfilms 28 eingespeist werden, unterschiedlich von dem des durch den ersten Kanalbereich 23a gehenden Endes.
Eine Operation des Einströmens der Elektronen in ein Ende des Ladungseinfangfilms, bestehend aus dem Nitridfilm 28, durch den ersten Kanal-Bereich 23a, wird unten mit Bezug auf die 7A und 7B beschrieben.
Mit Bezug auf 7A wird, um die Flash-Speicherzelle zu programmieren, die Wortleitung 31 mit einer Programmierspannung von 9 V bis 12 V versehen, und der erste Drain-Bereich 25a wird mit einer Spannung von ungefähr 5 V versehen. Der Source-Bereich 21 ist mit einem Erdungsanschluss GND verbunden. Weiterhin wird, um zu verhindern, dass Elektronen in das andere Ende des Nitridfilms 28 durch den zweiten Kanal-Bereich 23b einfließen, der zweite Drain-Bereich 25b ebenfalls an den Erdungsanschluss GND angeschlossen. Zu dieser Zeit sind alle Bereiche um die Flash-Speicherzelle gefloatet, wodurch eine Programmieroperation verhindert wird.
Wenn die Spannung mit den obigen Bedingungen angelegt wird, werden von dem ersten Kanal-Bereich 23a heiße Träger (Englisch: hot carriers) erzeugt. Die heißen Träger werden anschließend an dem einen Ende des Nitridfilms 28 durch den unteren Oxidfilm 27 des ONO-Films 30 mittels der an die Wortleitung 31 angelegten Spannung eingefangen. Hierdurch ist die Programmieroperation für ein Ende des Ladungseinfangfilms, bestehend aus dem Nitridfilm 28, abgeschlossen.
Eine andere Ausführungsform einer Programmieroperation zur Einspeisung von Elektronen in ein Ende des Ladungseinfangfilms, bestehend aus dem Nitridfilm 28, durch den ersten Kanal-Bereich 23a, wird nun beschrieben.
Mit Bezug auf 7B wird, um die Flash-Speicherzelle zu programmieren, die Wortleitung 31 mit einer Programmierspannung von 9 V bis 12 V versehen, und der Source-Bereich 21 mit einer Spannung von etwa 5 V versehen. Zu dieser Zeit ist der erste Drain-Bereich 25a mit dem Erdungsanschluss GND verbunden. Weiterhin ist, um zu verhindern, dass Elektronen in das andere Ende des Nitridfilms 28 durch den zweiten Kanal-Bereich 23b fließen, der zweite Drain-Bereich 25b gefloatet. Zu dieser Zeit sind alle Bereiche um die Flash-Speicherzellen herum gefloatet, wodurch eine Programmieroperation verhindert wird.
Wenn die Spannung mit den obigen Bedingungen angelegt wird, werden heiße Träger von dem ersten Kanal-Bereich 23a gebildet. Die heißen Träger werden anschließend an einem Ende des Nitridfilms 28 durch den unteren Oxidfilm 27 des ONO-Films 30 mittels der an die Wortleitung 31 angelegten Spannung aufgefangen. Dadurch ist die Programmieroperation für ein Ende des Ladungseinfangfilms, bestehend aus dem Nitridfilm 28, abgeschlossen.
Mit Bezug nun auf 7C ist es mit der Flash-Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, unabhängig Daten zu speichern, indem die Elektronen in das andere Ende des Nitridfilms 28 eingespeist werden, unterschiedlich von dem des durch den zweiten Kanalbereich 23b gehenden Endes.
Eine Operation zum Einspeisen der Elektronen in das andere Ende des aus dem Nitridfilm 28 bestehenden Ladungseinfangfilms wird unten beschrieben.
Um die Flash-Speicherzelle zu programmieren wird an die Wortleitung 31 eine Programmierspannung von 9 V bis 12 V angelegt, und der zweite Drain-Bereich 25b wird mit einer Spannung von ungefähr 5 V versehen. Zu dieser Zeit ist der Source-Bereich 21 mit dem Erdungsanschluss GND verbunden. Weiterhin ist, um zu verhindern, dass Elektronen in ein Ende des Nitridfilms 28 durch den ersten Kanal-Bereich 23a einfließen, der erste Drain-Bereich 25a an den Erdungsanschluss GND angeschlossen. Zu dieser Zeit sind alle Bereiche um die Flash-Speicherzelle herum gefloatet, wodurch eine Programmieroperation verhindert wird.
Wenn die Spannung mit den obigen Bedingungen angelegt wird, werden heiße Träger von dem zweiten Kanal-Bereich 23b erzeugt. Die heißen Träger werden anschließend an dem anderen Ende des Nitridfilms 28 durch den unteren Oxidfilm 27 des ONO-Films 30 mittels der an die Wortleitung 31 angelegten Spannung eingefangen. Dadurch ist die Programmieroperation für das andere Ende des Ladungseinfangfilms, bestehend aus dem Nitridfilm 28, abgeschlossen.
Eine andere Ausführungsform einer Programmieroperation zum Einspeisen von Elektronen in ein Ende des Ladungseinfangfilms, bestehend aus dem Nitridfilm 28, durch den zweiten Kanal-Bereich 23b wird mit Bezug auf die 7D beschrieben.
Um die Flash-Speicherzelle zu programmieren, wird die Wortleitung 31 mit einer Programmierspannung von 9 V bis 12 V versehen, und der Source-Bereich 21 wird mit einer Spannung von ungefähr 5 V versehen. Zu dieser Zeit ist der zweite Drain-Bereich 25b an den Erdungsanschluss GND angeschlossen. Weiterhin wird, um zu verhindern, dass Elektronen in ein Ende des Nitridfilms 28 durch den ersten Kanal-Bereich 23a fließen, der erste Drain-Bereich 25a gefloatet. Zu dieser Zeit sind alle Bereiche um die Flash-Speicherzelle herum gefloatet, wodurch eine Programmieroperation verhindert wird.
Wenn die Spannung mit den obigen Bedingungen angelegt wird, werden heiße Träger von dem zweiten Kanal-Bereich 23b erzeugt. Die heißen Träger werden anschließend an dem anderen Ende des Nitridfilms 28 durch den unteren Oxidfilm 27 des ONO-Films 30 mittels der an die Wortleitung 31 angelegten Spannung eingefangen. Dadurch ist die Programmieroperation für das andere Ende des Ladungseinfangfilms, bestehend aus dem Nitridfilm 28, abgeschlossen.
Ein Verfahren zum Löschen der Flash-Speicherzelle wird unten beschrieben.
8 zeigt eine Querschnittsansicht der Flash-Speicherzelle zur Beschreibung eines Verfahrens zum Löschen der Flash-Speicherzelle, die in 3 gezeigt ist.
Wie in 8 gezeigt ist, wird, um die Elektronen zu entladen, die in den Ladungseinfangfilm, bestehend aus dem Nitridfilm 28, mittels einer Programmieroperation eingespeist wurden, die Wortleitung 31 mit einer Löschspannung von ungefähr –10 V versehen, und die ersten und zweiten Drain-Bereiche 25a, 25b werden mit einer Spannung von etwa 5 V versehen, in einem Zustand, in dem der Source-Bereich 21 gefloatet ist. Zu dieser Zeit sind alle Bereiche um die Flash-Speicherzelle gefloatet, wodurch eine Löschoperation verhindert wird.
Wenn die Spannung mit den obigen Bedingungen angelegt wird, werden Elektronen, die in ein Ende und das andere Ende des Nitridfilms 28 eingeflossen sind, durch die ersten und zweiten Kanal-Bereiche 23a und 23b entladen. Dadurch ist die Löscheroperation für ein Ende und das andere Ende des Ladungseinfangfilms, bestehend aus dem Nitridfilm 28, abgeschlossen.
Ein Verfahren zum Lesen von Daten, die in der Flash-Speicherzelle gespeichert sind, wird unten beschrieben.
9 ist eine Querschnittsansicht der Flash-Speicherzelle zur Beschreibung eines Verfahrens zum Lesen von in der Flash-Speicherzelle gespeicherten Daten.
Wie in 9 gezeigt ist, wird, um die in der Flash-Speicherzelle gespeicherten Daten zu lesen, die Wortleitung 31 mit einer Lesespannung von ungefähr 4 V versehen, und der Source-Bereich 21 wird mit einer Spannung von 0 bis 0,8 V versehen. Ein Stromspiegel (Englisch: current mirror) (nicht gezeigt) ist an die ersten und zweiten Drain-Bereiche 25a, 25b angeschlossen. Wenn die Lesespannung an die Wortleitung 31 angelegt wird, werden Kanäle in den ersten und zweiten Kanal-Bereichen 23a und 23b gebildet. So strömen erste und zweite Zellströme I_C1 und I_C2 in den ersten und zweiten Kanal-Bereich 23a und 23b. Durch die ersten und zweiten Zellströme I_C1 und I_C2 wird ein Programmierzustand an einem Ende und dem anderen Ende des Nitridfilms 28 detektiert. Daten von zwei Bits, die in der Flash-Speicherzelle gespeichert sind, werden so gelesen.
Bezüglich Obigem ist es möglich, obwohl Daten von zwei Bits gespeichert werden, abhängig von Elektronen, die in beide Enden des Nitridfilms 28 eingespeist wurden, Daten von zwei Bits an einem Ende und dem anderen Ende des Nitridfilms 28 zu speichern, indem eine Programmieroperationsbedingung zur Einspeisung der Elektronen an jedem Ende gesteuert wird. Es ist so möglich, Daten von vier Bits in einer einzigen Zelle zu speichern.
Ein Verfahren zur Speicherung von vier Bits in einer einzigen Zelle und das Lesen hiervon wird unten beschrieben.
Obwohl die Elektronen in ein Ende des Nitridfilms 28 eingespeist werden unter Verwendung des Programmierverfahrens, welches mit Bezug auf die 7A und 7B beschrieben wurde, kann ein Ort eines Endes des Nitridfilms 28, in welchen die Elektronen eingespeist werden, variiert werden, abhängig von dem in 7A beschriebenen Programmierverfahren und dem in 7B beschriebenen Programmierverfahren. Mit anderen Worten, wenn die Elektronen basierend auf dem in 7A beschriebenen Verfahren eingespeist werden, werden die Elektronen in eine linke Seite eines Ende des Nitridfilms 28 eingespeist. Auf der anderen Seite werden, wenn die Elektronen mit dem in 7B beschriebenen Verfahren eingespeist werden, die Elektronen in eine rechte Seite eines Endes des Nitridfilms 28 eingespeist. Dies trifft auch zu, wenn Elektronen in das andere Ende des Nitridfilms 28 eingespeist werden, unter Verwendung des Programmierverfahrens, das in 7C und 7D beschrieben ist.
Insbesondere ist es möglich, wenn ein Zustand, bei dem keine Elektronen in ein Ende des Nitridfilms 28 geströmt werden, da die Programmieroperation nicht durchgeführt wird, als ’11’ definiert wird, ein Zustand, bei dem Elektronen nur in eine linke Seite eines Endes des Nitridfilms 28 durch die in 7A beschriebenen Programmieroperation eingespeist werden, als ’10’ definiert wird, ein Zustand, bei dem die Elektronen nur in eine rechte Seite eines Endes des Nitridfilms 28 durch die in 7D beschriebene Programmieroperation eingespeist werden, als ’01’ definiert wird, und ein Zustand, bei dem die Elektronen, die in die linken und rechten Seiten eines Endes des Nitridfilms 28 durch die in 7A und 7B beschriebenen Programmieroperationen eingespeist werden, als ’00’ definiert wird, Daten von zwei Bits nur an einem Ende des Nitridfilms 28 zu speichern. Ähnlich ist es möglich, wenn das obige Verfahren an dem anderen Ende des Nitridfilms 28 durchgeführt wird, Daten von vier Bits in einer einzigen Flash-Speicherzelle zu speichern, unter Verwendung von beiden Enden des Nitridfilms 28.
Ein Verfahren zum Lesen von Daten durch Erfassen der vier Zustände, die durch die oben beschriebenen Programmierverfahren definiert werden, wird unten beschrieben.
10A und 10B sind Querschnittsansichten von Flash-Speicherzellen zur Beschreibung eines Verfahrens zum Lesen der Flash-Speicherzelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein Verfahren zum Messen eines Zellstroms und Lesen von Daten, abhängig von einem Zustand der Elektronen, die in ein Ende des Nitridfilms eingespeist wurden, wird mit Bezug auf die 10A und 10B beschrieben.
Ein erster Zellstrom I_C11, gemessen an dem Source-Bereich 21, und ein zweiter Zellstrom I_C12, gemessen an dem ersten Drain-Bereich 25a, können variiert werden, abhängig von der Position der Elektronen, die in ein Ende des Nitridfilms 28 eingespeist wurden, und einer an den ersten Drain-Bereich 25a und dem Source-Bereich 21 angelegten Spannung.
Wie in 10A gezeigt ist, wird in einem Zustand, in welchem der erste Drain-Bereich 25a mit dem Erdungsanschluss GND verbunden ist, der erste Zellstrom I_C11, der in den Source-Bereich 21 fließt, durch Anlegen einer Spannung von ungefähr 3 V an die Wortleitung 31 und einer Spannung von ungefähr 1 V an den Source-Bereich 21 erfasst. Zu dieser Zeit ist der zweite Drain-Bereich 25b gefloatet, um einen Fehler aufgrund des Stromflusses in den zweiten Drain-Bereich 25b in dem Prozess der Erfassung des ersten Zellstroms I_C11 zu verhindern.
Anschließend wird, wie in 10B gezeigt ist, in einem Zustand, in dem der Source-Bereich 25a mit dem Erdungsanschluss GND verbunden ist, der zweite Zellstrom I_C12, der in den ersten Drain-Bereich 25a fließt, durch Anlegen einer Spannung von etwa 3 V an die Wortleitung 31 und Anlegen einer Spannung von ungefähr 1 V an den ersten Drain-Bereich 25a erfasst. Ähnlich wird der zweite Drain-Bereich 25b gefloatet, um einen Fehler aufgrund des Stromflusses in den zweiten Drain-Bereich 25b in dem Verfahren des Abtastens des zweiten Zellstroms I_C12 zu verhindern.
Bei den obigen Lesebedingungen, wenn sowohl der erste Strom I_C11 als auch der zweite Strom I_C12 auf einen gegebenen Wert hin erfasst werden, bedeutet dies, dass keine Elektronen in nur ein Ende des Nitridfilms 28 eingespeist werden, da die Programmieroperation nicht durchgeführt wird. Daher entsprechen die gespeicherten Daten dem Zustand ’11’.
Andererseits bedeutet es, wenn der erste Strom I_C11 auf einen bestimmten Wert hin erfasst wird, und der zweite Strom I_C12 mit 0 A erfasst wird, dass Elektronen in die linke Seite eines Ende des Nitridfilms 28 durch das in 7A gezeigte Programmierverfahren eingespeist werden. Daher entsprechen die gespeicherten Daten ’10’.
Weiterhin bedeutet es, wenn der erste Strom I_C11 mit 0 V erfasst wird, und der zweite Strom I_C12 mit einem gegebenen Wert erfasst wird, dass die Elektronen nur in die rechte Seite eines Endes des Nitridfilms 28 durch das in 7B gezeigte Programmierverfahren eingespeist werden. Daher entsprechen die gespeicherten Daten ’01’.
Wenn sowohl die ersten und die zweiten Ströme I_C11 und I_C12 mit 0 A erfasst werden, bedeutet dies, dass die Elektronen in beide Seiten eines Endes des Nitridfilms 28 durch die beiden in 7A und 7B gezeigten Programmierverfahren eingespeist werden. Die gespeicherten Daten entsprechen daher ’00’.
So ist es möglich, Daten von zwei Bits an einem Ende des Nitridfilms 28 zu speichern, und die gespeicherten Daten zu lesen, indem Elektronen in ein Ende des Nitridfilms, abhängig von dem in 7A und 7B gezeigten Programmierverfahren, eingespeist werden und anschließend die ersten und zweiten Zellströme, abhängig von den in 10A und 10B gezeigten Leseverfahren, erfasst werden.
Ähnlich ist es möglich, Daten von zwei Bits an dem anderen Ende des Nitridfilms zu speichern und die gespeicherten Daten zu lesen, wenn das Verfahren mit dem anderen Ende des Nitridfilms durchgeführt wird. So ist es möglich, Daten von vier Bits in einer einzigen Speicherzelle zu speichern.
Wie oben beschrieben ist, können Daten von zwei oder mehr Bits gemäß der vorliegenden Erfindung stabil in einer einzigen Zelle gespeichert werden. Daher weist die vorliegende Erfindung einen herausragenden Effekt dahingehend auf, dass der Integrationsgrad einer Vorrichtung verbessert werden kann.
Weiterhin werden zunächst ein Source-Bereich und ein Drain-Bereich gebildet, und anschließend wird der Tunneloxidfilm gebildet. So ist es möglich, eine Beschädigung eines Tunneloxidfilms aufgrund eines Ionenimplantationsverfahrens zu verhindern. Als ein Ergebnis kann die vorliegende Erfindung die elektrischen Eigenschaften einer Vorrichtung bzw. Komponente aufweisen.
Weiterhin wird die Flash-Speicherzelle so ausgebildet, dass sie eine SONOS-Struktur aufweist. Daher können die Verfahrensschritte vermindert werden, und die Zuverlässigkeit des Verfahrens verbessert werden.

Claims

Flash-Speicherzelle (200), mit: einem Tunneloxidfilm (27), der an einem gegebenen Bereich eines SOI-Substrats (20) gebildet ist; einem Ladungseinfangfilm (28) auf dem Tunneloxidfilm; einem dielektrischen Film (29) auf dem Ladungseinfangfilm (28); ersten und zweiten Kanal-Bereichen (23a, 23b) an dem SOI-Substrat (20) unter beiden Enden des Ladungseinfangfilms (28); einem Source-Bereich (21), der zwischen den ersten und zweiten Kanal-Bereichen (23a, 23b) gebildet ist; erste und zweite Drain-Bereiche (25a, 25b) an dem SOI-Substrat (20) an beiden Seiten des Ladungseinfangfilms (28); eine auf dem dielektrischen Film (29) gebildete Wortleitung (31); und einem Source-Bereich (21), der zwischen den ersten und zweiten Kanal-Bereichen (23a, 23b) gebildet ist, wobei sich der Source-Bereich (21) unterhalb des Ladungseinfangfilms (28) befindet, und wobei Daten von zwei Bits oder vier Bits in einer einzigen Zelle gespeichert werden können, indem Elektronen individuell in den Ladungseinfangfilm (28) auf den ersten und zweiten Kanal-Bereichen (23a, 23b) eingespeist werden, oder die eingespeisten Elektronen entladen werden, abhängig von an den Source-Bereich (21), die Wortleitung (31) und die ersten und zweiten Drain-Bereiche (25a, 25b) angelegten Spannungen.
Flash-Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, wobei der Ladungseinfangfilm (28) aus einem Nitridfilm besteht.
Flash-Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Kanal-Bereiche (23a, 23b) jeweils aus einem P-Typ-Störstellenbereich (23) bestehen, und wobei die ersten und zweiten Drain-Bereiche (25a, 25b) aus einem N-Typ-Störstellenbereich bestehen.
Flash-Speicherzelle (200) nach Anspruch 3, wobei die ersten und zweiten Drain-Bereiche (25a, 25b) in einem P-Typ-Störstellenbereich (23) gebildet sind, welcher den ersten Kanal-Bereich (23a) bildet, und einem P-Typ-Störstellenbereich (23), der den zweiten Kanal-Bereich (23b) bildet.
Flash-Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, wobei ein unterer Teil des Source-Bereichs (21) von einem in dem SOI-Substrat (20) enthaltenen Isolierfilm begrenzt wird, wodurch der Source-Bereich (21) von anderen Source-Bereichen (21) elektrisch isoliert ist.
Flash-Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Vorrichtungsisolationsfilm (26), der auf den ersten und zweiten Drain-Bereichen (25a, 25b) ausgebildet ist, wodurch der Ladungseinfangfilm (28) durch den Vorrichtungsisolationsfilm (26) getrennt ist.
Flash-Speicherzelle (200) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Kontaktstopfen (33a, 33b), der zur elektrischen Verbindung mit dem Source-Bereich (21) und den ersten und zweiten Drain-Bereichen (25a, 25b) ausgebildet ist.
Flash-Speicherzelle (200) nach Anspruch 7, wobei der Kontaktstopfen (33a, 33b) einer nach dem anderen alle 5 bis 10 Zellen angeordnet ist, und die Anzahl der Kontaktstopfen (33a, 33b) durch eine Konstruktionsregel oder anzulegende Spannung variiert ist.
Verfahren zur Herstellung einer Flash-Speicherzelle (200), mit den Schritten: Bilden eines P-Typ-Störstellenbereichs (23) und eines Source-Bereichs (21) an einem SOI-Substrat (20); Bilden eines Drain-Bereichs (25a, 25b), bestehend aus einem N-Typ-Störstellenbereich, an einem zentralen Bereich des P-Typ-Störstellenbereichs (23); Bilden eines Vorrichtungsisolationsfilms (26) auf dem Drain-Bereich (25a, 25b); Bilden einer Stapelstruktur, in welcher ein Tunneloxidfilm (27), ein Ladungseinfangfilm (28) und ein dielektrischer Film auf dem Source-Bereich (21) und dem P-Typ-Störstellenbereich (23) gestapelt sind, wobei die Stapelstruktur durch den Vorrichtungsisolationsfilm (26) abgetrennt ist, und beide Enden der Stapelstruktur mit einem Teil des P-Typ-Störstellenbereichs (23) überlappen; und Bilden einer Schicht eines leitfähigen Materials und anschließend Bilden einer Wortleitung (31) mittels eines Ätzprozesses unter Verwendung einer Wortleitungsmaske.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das SOI-Substrat (20) eine Stapelstruktur aufweist, in welcher ein Siliciumsubstrat (20a), eine Isolierschicht (20b) und eine N-Typ-Störstellen enthaltende Siliciumschicht (20c) aufeinanderfolgend gebildet werden, wobei der Source-Bereich (21) aus der Siliciumschicht (20c) besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Ladungseinfangfilm (28) aus einem Nitridfilm besteht und der dielektrische Film (29) aus einem Oxidfilm besteht, und wobei der Tunneloxidfilm (27), der Ladungseinfangfilm (28) und der dielektrische Film (29) eine ONO-Struktur aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend den Schritt, dass nach Durchführung des Ätzprozesses für die Wortleitung (31) der dielektrische Film (29), der Ladungsein- fangfilm (28) und der Tunneloxidfilm (27) mittels eines selbstjustierenden Prozesses geätzt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend den Schritt, dass nachdem der Zwischenschichtisolationsfilm auf der gesamten Struktur gebildet wird, ein Kontaktstopfen (33a, 33b) gebildet wird, der mit einem gegebenen Bereich des Source-Bereichs (21) und des Drain-Bereichs (25a, 25b) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Kontaktstopfen (33a, 33b) einer nach dem anderen alle 5 bis 10 Zellen gebildet wird, und die Anzahl der Kontaktstopfen (33a, 33b) abhängig von einer Konstruktionsregel oder einer anzulegenden Spannung variiert wird.
Verfahren zur Herstellung einer Flash-Speicherzelle (200), mit den Schritten: Bilden eines P-Typ-Störstellenbereichs (23) und eines Source-Bereichs (21) in einem SOI-Substrat (20); Bilden eines Drain-Bereichs (25a, 25b), bestehend aus N-Typ-Störstellenbereich, an dem zentralen Bereich des P-Typ-Störstellenbereichs (23); Bilden eines Vorrichtungsisolationsfilms (26) an dem Drain-Bereich (25a, 25b) und eines Tunneloxidfilms an dem P-Typ-Störstellenbereich (23) und dem Source-Bereich (21), mittels eines thermischen Oxidationsverfahrens; Bilden eines Ladungseinfangfilms (28) und eines dielektrischen Films (29) mit einer Stapelstruktur auf dem Tunneloxidfilm (27); und Bilden einer Schicht eines leitfähigen Materials und anschließend Bilden einer Wortleitung (31) mittels eines Ätzprozesses unter Verwendung einer Wortleitungsmaske.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das SOI-Substrat (20) eine Stapelstruktur aufweist, in welcher ein Siliciumsubstrat (20a), eine Isolierschicht (20b) und eine mit N-Typ-Störstellen dotierte Siliciumschicht (20c) aufeinanderfolgend gebildet werden, wobei der Source-Bereich (21) aus der Siliciumschicht (20c) besteht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Ladungseinfangfilm (28) aus einem Nitridfilm besteht und der dielektrische Film (29) aus einem Oxidfilm besteht und wobei der Tunneloxidfilm (27), der Ladungseinfangfilm (28) und der dielektrische Film (29) eine ONO-Struktur aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend den Schritt, dass nachdem der Ätzprozess für die Wortleitung (31) durchgeführt wurde, der dielektrische Film (29), der La- dungseinfangfilm (28) und der Tunneloxidfilm (27) mittels ei- nes selbstjustierenden Ätzprozesses geätzt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend den Schritt, dass nachdem der Zwischenisolationsfilm auf der gesamten Struktur gebildet wird, ein Kontaktstopfen (33a, 33b) gebildet wird, der mit einem gegebenen Bereich des Source-Bereichs (21) und des Drain-Bereichs (25a, 25b) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Kontaktstopfen (33a, 33b) einer nach dem anderen alle 5 bis 10 Zellen gebildet wird, und die Anzahl der Kontaktstopfen (33a, 33b) abhängig von einer Konstruktionsregel oder einer anzulegenden Spannung variiert wird.
Verfahren zur Programmierung einer Flash-Speicherzelle (200) zum Speichern von Daten in der in Anspruch 1 beanspruchten Flash-Speicherzelle (200), dadurch gekennzeichnet, dass: in einem Zustand, in welchem an die Wortleitung (31) eine Programmierspannung angelegt wird, und der Source-Bereich (21) mit einem Erdungsanschluss verbunden ist, der zweite Drain-Bereich (25b) mit dem Erdungsanschluss (GND) verbunden ist, und der erste Drain-Bereich (25a) mit einer Spannung von ungefähr 5 V versehen wird, in dem Fall, dass die Elektronen in ein Ende des Ladungseinfangfilms (28), bestehend aus einem Nitridfilm, eingespeist werden; und der erste Drain-Bereich (25a) mit dem Erdungsanschluss (GND) verbunden ist, und der zweite Drain-Bereich (25b) mit einer Spannung von ungefähr 5 V versehen wird, in dem Fall, dass Elektronen in das andere Ende des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden; wobei Elektronen unabhängig in ein Ende und das andere Ende des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden, um Daten von zwei Bits in einer einzigen Zelle zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Programmierspannung 9 V bis 10 V beträgt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei alle Bereiche der anderen Zellen in dem Prozess des Einspeisens von Elektronen in den Ladungseinfangfilm (28) gefloatet sind.
Verfahren zur Programmierung einer Flash-Speicherzelle (200) zum Speichern von Daten in der Flash-Speicherzelle (200), die in Anspruch 1 beansprucht wurde, dadurch gekennzeichnet, dass: in einem Zustand, in welchem die Wortleitung (31) mit einer Programmierspannung versehen wird, und der Source-Bereich (21) mit einer Spannung von ungefähr 5 V versehen wird, der erste Drain-Bereich (25a) mit dem Erdungsanschluss (GND) verbunden ist, und der zweite Drain-Bereich (25b) gefloatet wird in dem Fall, dass die Elektronen in ein Ende des Ladungseinfangfilms (28), bestehend aus einem Nitridfilm, eingespeist werden; und der zweite Drain-Bereich (25b) mit dem Erdungsanschluss (GND) verbunden ist, und der erste Drain-Bereich (25a) gefloatet wird in dem Fall, dass Elektronen in das andere Ende des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden; wobei Elektronen unabhängig in ein Ende und das andere Ende des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden, um Daten von zwei Bits in einer einzigen Zelle zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Programmierspannung 9 V bis 10 V beträgt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei alle Bereiche der anderen Zellen in dem Prozess des Einspeisens von Elektronen in dem Ladungseinfangfilm (28) gefloatet sind.
Verfahren zum Programmieren einer Flash-Speicherzelle (200) zum Speichern von Daten in der in Anspruch 1 beanspruchten Flash-Speicherzelle (200), dadurch gekennzeichnet, dass: ein Ende des Ladungseinfangfilms (28) mit vier Zuständen programmiert wird, indem selektiv folgendes durchgeführt wird: eine erste Programmieroperation, durch welche Elektronen in eine linke Seite eines Endes des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden, indem der Source-Bereich (21) an den Erdungsanschluss (GND) angeschlossen wird, und eine Spannung von ungefähr 5 V an den ersten Drain-Bereich (25a) angeschlossen wird, in einem Zustand, in welchem die Wortleitung (31) mit einer Programmierspannung versehen wird, und der zweite Drain-Bereich (25b) mit dem Erdungsanschluss (GND) verbunden ist; und eine zweite Programmieroperation, durch welche Elektronen in eine rechte Seite eines Endes des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden, indem eine Spannung von ungefähr 5 V an den Source-Bereich (21) angelegt wird, und der erste Drain-Bereich (25a) an den Erdungsanschluss (GND) angeschlossen wird, in einem Zustand, in dem die Wortleitung (31) mit einer Programmierspannung versehen ist, und der zweite Drain-Bereich (25b) gefloatet ist, und das andere Ende des Ladungseinfangfilms (28) durch das gleiche Verfahren programmiert wird, wobei Daten von vier Bits in einer einzigen Flash-Speicherzelle (200) gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die vier Zustände beinhalten: einen ersten Zustand, in dem Elektronen nicht in ein Ende des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden; einen zweiten Zustand, in dem Elektronen nur in eine linke Seite einer Seite des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden, einen dritten Zustand, in dem Elektronen nur in eine rechte Seite einer Seite des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden, und einen vierten Zustand, in dem Elektronen in das gesamte eine Ende des Ladungseinfangfilms (28) eingespeist werden.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Programmierspannung 9 V bis 10 V beträgt.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei alle Bereiche der anderen Zellen in dem Prozess des Einspeisens von Elektronen in den Ladungseinfangfilm (28) gefloatet sind.
Verfahren zum Löschen einer Flash-Speicherzelle (200) zum Löschen von in der in Anspruch 1 beanspruchten Flash-Speicherzelle (200) gespeicherten Daten, dadurch gekennzeichnet, dass: in einem Zustand, in dem die Wortleitung (31) mit einer Löschspannung versehen wird, und der Source-Bereich (21) gefloatet ist, eine Spannung von 5 V an die ersten und zweiten Drain-Bereiche (25a, 25b) angelegt wird, um Elektronen zu entladen, die in ein Ende und das andere Ende des Ladungseinfangfilms (28), bestehend aus einem Nitridfilm, eingespeist wurden, wodurch die Löschoperation durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Löschspannung –10 V bis –12 V beträgt.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei alle Bereiche anderer Zellen in dem Prozess des Entladens von Elektronen, die in den Ladungseinfangfilm (28) eingespeist wurden, gefloatet sind.
Verfahren zum Lesen einer Flash-Speicherzelle (200) zum Lesen von Daten, die in der in Anspruch 1 beanspruchten Flash-Speicherzelle (200) gespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass: in einem Zustand, in dem die Wortleitung (31) mit einer Lesespannung versehen wird, und der Source-Bereich (21) mit einer Spannung von 0 V bis 0,8 V versehen ist, die ersten und zweiten Zellströme, die in den ersten und zweiten Kanal-Bereichen (23a, 23b) fließen, erfasst werden, um einen Programmierzustand eines Endes und des anderen Endes des Ladungseinfangfilms (28) zu bestimmen, wodurch Daten von zwei Bits, die in der Flash-Speicherzelle (200) gespeichert sind, gelesen werden.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Lesespannung ungefähr 3 V beträgt.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die ersten und zweiten Zellströme der ersten und zweiten Drain-Bereiche (25a, 25b) erfasst werden, indem ein Stromspiegel an die ersten und zweiten Drain-Bereiche (25a, 25b) angeschlossen wird.
Verfahren zum Lesen einer Flash-Speicherzelle (200) zum Lesen von Daten, die in der in Anspruch 1 beanspruchten Flash-Speicherzelle (200) gespeichert sind, für welche die Programmieroperation durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: der erste Drain-Bereich (25a) an den Erdungsanschluss (GND) angeschlossen ist, und der erste Zellstrom, der in den Source-Bereich (21) fließt, anschließend erfasst wird, in einem Zustand, in dem die Wortleitung (31) mit einer Lesespannung versehen ist, und der Source-Bereich (21) mit einer Spannung von ungefähr 1 V versehen ist, und der Source-Bereich (21) an den Erdungsanschluss (GND) angeschlossen ist, und anschließend der zweite Zellstrom, der in den ersten Drain-Bereich (25a) fließt, erfasst wird, in einem Zustand, in welchem die Wortleitung (31) mit einer Lesespannung versehen wird, und der erste Drain-Bereich (25a) mit einer Spannung von ungefähr 1 V versehen wird, wobei Daten von zwei Bits, die an einem Ende des Ladungseinfangfilms (28) gespeichert sind, detektiert werden; und Daten von vier Bits, die in der Flash-Speicherzelle (200) gespeichert sind, gelesen werden, indem der Strom erfasst wird, der in das andere Ende des Ladungseinfangfilms (28) fließt, wobei das gleiche Verfahren verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Lesespannung ungefähr 3 V beträgt.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der zweite Drain-Bereich (25b) in dem Prozess des Abtastens der ersten und zweiten Ströme gefloatet ist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Daten von zwei Bits wie folgt unterschieden werden: ’11’ entsprechend einem Fall, dass die ersten und zweiten Ströme mit einem gegebenen Wert erfasst werden, ’10’ entsprechend einem Fall, dass der erste Strom mit einem gegebenen Wert erfasst wird, und der zweite Strom mit 0 A erfasst wird, ’01’ entsprechend einem Fall, dass der erste Strom mit 0 A erfasst wird, und der zweite Strom mit einem gegebenen Wert erfasst wird, und ’00’ entsprechend einem Fall, dass der erste und der zweite Strom mit 0 A erfasst werden.