DE10338021A1

DE10338021A1 - Vertikaler NROM und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10338021A1
Application number: DE10338021A
Authority: DE
Inventors: Sohrab Los Altos Kianian; Dana Santa Clara Lee; Bomy Cupertino Chen
Original assignee: Silicon Storage Technology Inc
Current assignee: Silicon Storage Technology Inc
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2004-04-08
Also published as: US20040031984A1; US6940125B2

Abstract

Vertikale NROM-Bauelemente werden aus einem im Wesentlichen einkristallinen Silizium-Substrat (12) mit einer planaren Oberfläche ausgebildet. Die vertikale NROM-Zelle und das Bauelement weisen einen ersten Bereich (14) und einen zweiten Bereich (16) auf, die voneinander durch einen Kanal (18) beabstandet sind. Ein Dielektrikum (22) ist beabstandet von dem Kanal (18) ausgebildet, um von dem Kanal in das Dielektrikum injizierte Elektronen einzufangen. Ein Gate ist über dem Dielektrikum und von diesem beabstandet ausgebildet und steuert den Stromfluss durch den Kanal. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist ein Abschnitt des Kanals im Wesentlichen senkrecht zu der oberen planaren Oberfläche des Substrats (12) ausgebildet. Verfahren zur Herstellung der vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung sind ebenfalls beschrieben.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Divisional-Anmeldung Nr. 60/404,629 vom 19. August 2002, deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit als mitumfasst anzusehen ist.

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft vertikale, nichtflüchtige Festwertspeicher bzw. Nurlesespeicher (NROM) und insbesondere vertikale NROMs und Verfahren zur Herstellung derselben.

Hintergrund der Erfindung

Ein NROM-Bauelement ist ein nichtflüchtiges elektronisches Speicherbauelement, das Ladungen in einer dielektrischen Schicht speichert und wohlbekannt ist. In 12 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes NROM-Bauelement 10 gezeigt. Bei dem NROM-Bauelement 10 des Standes der Technik ist das Bauelement 10 aus einem Silizium-Substrat 12 mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und einem ersten Bereich 14 und einem zweiten Bereich 16 hergestellt, die von einander beabstandet sind, und die von einem zweiten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp des Silizium-Substrats 12 sind. Ein Kanalbereich 18 trennt den ersten Bereich 14 von dem zweiten Bereich 16. Eine erste Isolierschicht 20, wie etwa Siliziumoxid oder Siliziumdioxid, befindet sich über dem Kanalbereich 18. Ein Dielektrikum 22 wie Siliziumnitrid ist über der Siliziumdioxid-Schicht 20 angeordnet. Eine zweite isolierende Schicht 24, wie etwa eine weitere Schicht Siliziumdioxid 24, ist über dem Dielektrikum 22 angeordnet. Zusammen sind die isolierende Schicht 20, die dielektrische Schicht 22 und die zweite dielektrische Schicht 24 auch als ONO-Schicht 20–24 bekannt. Schließlich ist ein Polysilizium-Gate 26 an der zweiten Siliziumdioxid-Schicht 24 angebracht. So ist das Dielektrikum 22 von dem Kanalbereich 18 beabstandet und durch die erste Isolierschicht 20 isoliert. Das Polysilizium-Gate 24 ist isoliert und beabstandet von dem Dielektrikum 22 durch die zweite Isolierschicht aus Siliziumdioxid 24. Zusammenfassend ist das Polysilizium-Gate 26 von dem Kanalbereich 18 durch die ONO-Schicht 20-24 beabstandet und getrennt.

Das NROM-Bauelement 10 ist eine nichtflüchtige Speicherzelle mit doppelter Dichte, die in der Lage ist, zwei Bit in einer Zelle zu speichern. Die Polysilizium-Schicht 26 dient als Gate und steuert den Stromfluss zwischen dem ersten Bereich 14 und dem zweiten Bereich 16 durch den Kanalbereich 18. Um eines der Bits zu programmieren, wird das Polysilizium-Gate 26 auf eine hohe positive Spannung angehoben. Der erste Bereich 14 wird auf oder nahe Erdpotential gehalten und der zweite Bereich 16 wird auf eine hohe positive Spannung angehoben. Elektronen von dem ersten Bereich 14 beschleunigen in den Kanal 18 in Richtung auf den zweiten Bereich 16 und werden durch einen Heißkanal-Elektroneninjektionsmechanismus durch die erste Oxid-Schicht 20 injiziert und werden in dem Dielektrikum 22 nahe dem Bereich 30 der dielektrischen Schicht 22 gefangen. Da die dielektrische Schicht 22 aus dem nicht leitenden Material Siliziumnitrid besteht, sind die Ladungen in dem Bereich 30 gefangen.

Um das andere Bit der Zelle 10 zu programmieren, wird die Polysilizium-Schicht 26 auf eine hohe positive Spannung gelegt. Der zweite Bereich 16 wird nahe oder bei Erdpotential gehalten und der erste Bereich 14 wird auf eine hohe positive Spannung gelegt. Elektronen von dem zweiten Bereich 16 beschleunigen in dem Kanal in Richtung des ersten Bereichs 14 und werden durch einen Heißkanal-Elektroneninjektionsmechanismus durch die erste Siliziumdioxid-Schicht injiziert und in einem Bereich 28 der Siliziumnitrid-Schicht 24 gefangen. Da die Siliziumnitrid-Schicht 24 nichtleitend ist, sind die Ladungen wiederum in dem Bereich 28 gefangen.

Um eines der Bits zu lesen, wird der erste Bereich 14 nahe Erdpotential gehalten. Eine positive Vorspannung wird an die Polysilizium-Schicht 26 angelegt. Die angelegte Spannung ist so, dass, wenn der Bereich 28 keine gefangenen Ladungen enthält bzw. nicht programmiert ist, dass sie den Kanalbereich 18 darunter leitfähig macht. Wenn der Bereich 28 jedoch gefangene Ladungen hat bzw. programmiert ist, besteht kein leitfähiger Kanal. Eine positive Spannung wird auch an dem zweiten Bereich 16 angelegt. Die am zweiten Bereich 16 angelegte Spannung ist so, dass sie eine Vergrößerung des Sperrschichtbereichs des zweiten Bereichs 16 hervorruft, so dass dieser den Kanalbereich 18 außerhalb des Bereichs 30 umfasst. So ist es nicht relevant, ob der Bereich 30 programmiert ist oder nicht. So ist der Leitfähigkeitszustand des Kanals zwischen dem ersten Bereich 14 und dem zweiten Bereich 16 nur abhängig von dem Zustand der in dem Bereich 28 gespeicherten oder gefangenen Ladung.

Um das andere Bit zu lesen, werden die angelegten Spannungen einfach umgekehrt. So wird der zweite Bereich 16 nahe Erdpotential gehalten. Eine positive Vorspannung wird an die Polysilizium-Schicht 26 angelegt. Die angelegte Spannung ist derart, dass, wenn der Bereich 30 nicht programmiert ist, sie den Kanalbereich 18 darunter leitfähig macht. Wenn jedoch der Bereich 30 programmiert ist, existiert kein Leitungskanal. Eine positive Spannung wird auch an den ersten Bereich 14 angelegt. Die an den ersten Bereich 14 angelegte Spannung ist so, dass sie eine Vergrößerung des Sperrbereichs des ersten Bereichs 14 hervorruft, der sich in den Kanalbereich 18 erstreckt, so dass der Ladungszustand der in dem Bereich 28 gespeicherten oder gefangenen Ladung irrelevant ist.

Zum Löschen kann das Substrat 12, der erste Bereich 14 und der zweite Bereich 16 an eine hohe positive Spannung angelegt werden, wodurch ein Fow-ler/Nordheim-Tunneln von Elektronen aus den Speicherbereichen 28 und 30 in das Substrat 12 hervorgerufen wird.

Das Problem der bekannten NROM-Zelle 10 ist, dass der Kanal 18 auf der planaren Oberfläche des Silizium-Substrats 12 ausgebildet ist. Der Kanalbereich 18 liegt in einer Ebene zwischen dem ersten Bereich 14 und dem zweiten Bereich 16. So ist es erforderlich, dass der Kanalbereich 18 genügend groß ist, so dass die Speicherbereiche 28 und 30 genügend von einander entfernt sind. Dies wird zu einem Problem, wenn die Zelle 10 zu kleineren Abmessungen verkleinert wird. Zusätzlich kann die Dicke der ONO-Schichten 20–24 nicht skaliert werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß weist ein nichtflüchtiges Speicherbauelement im Wesentlichen ein einkristallines halbleitendes Material eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer planaren Oberfläche auf. Ein erster Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps unterschiedlich von dem ersten Leitfähigkeitstyp befindet sich in dem halbleitenden Material. Ein zweiter Bereich des zweiten Leitfähigkeitsbereichs befindet sich ebenfalls in dem halbleitenden Material. Ein Kanalbereich verbindet den ersten und zweiten Bereich zur Leitung von Ladungen. Ein Dielektrikum ist von dem Kanalbereich zum Einfangen von Ladungen beabstandet. Eine Gate-Elektrode ist von dem Dielektrikum beabstandet zur Steuerung der Leitung von Ladungen in dem Kanalbereich. Schließlich weist der Kanalbereich einen Abschnitt auf, der im Wesentlichen senkrecht zu der planaren Oberfläche ausgebildet ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine nichtflüchtige Speicheranordnung mit einer Vielzahl der vorgenannten Speicherzellen. Ferner teilen sich benachbarte Paare von Speicherzellen einen gemeinsamen ersten Bereich.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Anzahl von Verfahren zur Herstellung der nichtflüchtigen Speicheranordnung des vorgenannten Typs.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung.
2 ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung.
Die 3A und 3B sind Querschnitts-Ansichten eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung. Die in den 3A und 3B gezeigten Ausführungsbeispiele sind strukturell ähnlich, unterscheiden sich aber, basierend auf den Herstellungsverfahren.
Die 4A–4K sind perspektivische und Querschnitts-Ansichten eines ersten Verfahrens zur Herstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung aus 1.
Die 5A–5L sind perspektivische und Querschnitts-Ansichten eines zweiten Verfahrens zur Herstellung des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung.
Die 6A–6J sind perspektivische und Querschnitts-Ansichten eines ersten Verfahrens zur Herstellung des in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung.
Die 7A–7L sind perspektivische und Querschnitts-Ansichten eines zweiten Verfahrens zur Herstellung des in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung.
Die 8A–8L sind perspektivische und Querschnitts-Ansichten eines dritten Verfahrens zur Herstellung des in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung.
Die 9A–9M sind perspektivische und Querschnitts-Ansichten eines ersten Verfahrens zur Herstellung des in 3A gezeigten dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung.
Die 10A–10N sind perspektivische und Querschnitts-Ansichten eines zweiten Verfahrens zur Herstellung des in 3A gezeigten dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung.
Die 11A–11O sind perspektivische und Querschnitts-Ansichten eines dritten Verfahrens zur Herstellung des in der 3A gezeigten dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Zelle und -Anordnung.
12 ist eine Querschnittsansicht einer planaren NROM-Zelle des Standes der Technik.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Bauelements 40 gezeigt. Das Bauelement 40 weist eine Vielzahl vertikaler NROM-Zellen auf. Ähnlich der in 12 gezeigten NROM-Zelle 10 weist das erfindungsgemäße vertikale NROM-Bauelement 40 ein einkristallines Silizium-Substrat 12 eines ersten Leitfähigkeitstyps auf. Ein erster Bereich 14 und ein zweiter Bereich 16 eines zweiten Leitfähigkeitstyps befinden sich im Substrat 12. Der erste Bereich 14 und der zweite Bereich 16 sind durch einen Kanalbereich 18 voneinander getrennt. Anders als beim Stand der Technik ist der Kanalbereich 18 jedoch nicht planar. Statt dessen weist der Kanalbereich 18, wie in 1 gezeigt ist, einen Bereich auf der Außenseite einer Säule 36 auf, die über die planare Oberfläche 32A des Silizium-Substrats 12 wächst. So hat der Kanalbereich 18 einen Abschnitt, der senkrecht zur planaren Oberfläche 32 ist, einen Abschnitt parallel zur planaren Oberfläche 32A und einen weiteren Bereich im Wesentlichen senkrecht zur planaren Oberfläche 32A. Die Säule 36 kann aus Polysilizium auf die planare Oberfläche 32A des Substrats 12 gewachsen sein und dann rekristallisiert sein, um im Wesentlichen einkristallines Silizium 36 zu bilden. Alternativ können die Säulen 36 ein Teil des Substrats 12 sein und die Bereiche 38 zwischen benachbarten Säulen 36 sind Gräben im Silizium-Substrat 12, das eine obere planare Oberfläche 32B aufweist. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit, Polysilizium auf der Oberfläche 32A aufzuwachsen und zu rekristallisieren. Statt dessen kann die Säule 36 ein natürlicher Teil des Substrats 12 mit Gräben 38 sein, die unter der planaren Oberfläche 32B in das Substrat 12 geschnitten werden.
Unmittelbar benachbart und gegen den Kanalbereich 18 positioniert ist eine ONO-Schicht 20–24 ähnlich zu der in 12 dargestellten und beschriebenen. Die ONO-Schicht 20–24 umfasst eine erste Isolierschicht 20 aus Siliziumdioxid mit einer Schicht eines Dielektikums wie Siliziumnitrid 22 zum Einfangen oder Festhalten der Elektronen und eine zweite Schicht aus Siliziumdioxid 24. Schließlich ist isoliert von dem Kanalbereich 18 die Polysilizium-Schicht 26 vorgesehen, die die Gräben 38 füllt und die Leitung der Ladungen durch den Kanalbereich 18 steuert. Wie 1 entnommen werden kann, weist jede vertikale NROM-Zelle 40 einen ersten Bereich 14 und einen zweiten Bereich 16 auf, wobei der erste Bereich 14 von benachbarten NROM-Zellen 40 gemeinsam benutzt wird und wobei der zweite Bereich 16 von benachbarten vertikalen NROM-Zellen 40 ebenfalls gemeinsam benutzt wird.
Jede vertikale NROM-Zelle 40 hat einen Kanalbereich 18, der die Länge der Säule 36 durchquert, deren Breite und schließlich erneut die Länge der Säule 36 nach unten. So ist die Gesamtlänge des Kanals gleich zweimal der Höhe der Säule 36 plus ihre Breite. Wie aus 1 ersichtlich ist, sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel des vertikalen NROM-Bauelements 40 der erste und zweite Bereich 14 bzw. 16 unterhalb des Grabenbereichs 38 angeordnet. Wenn das Silizium-Substrat 12 eine Oberseite der Oberfläche 32B aufweist, dann hat der Graben 38 einen oberen Bereich und einen unteren Bereich, wobei der erste und zweite Bereich 14 bzw. 16 benachbart dem unteren Bereich angeordnet sind. Der Kanalbereich 18 hat eine Seitenwand, die sich im Wesentlichen entlang der Seitenwand des Grabens erstreckt und den oberen Abschnitt mit dem unteren Abschnitt des Grabens 38 verbindet.
Eine Polysilizium-Schicht 26 ist in dem Graben 38 vorgesehen und verbindet die Gates aller vertikalen NROM-Zellen in horizontaler Richtung. Die ersten Bereiche 14 und zweiten Bereiche 16 erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zur Papierebene der in 2 gezeigten Darstellung und verbinden die vertikalen NROM-Zellen, die sich oberhalb und unterhalb der Zeichenebene der 2 befinden. So wird eine Anordnung der vertikalen NROM-Zellen gebildet.
2 zeigt ein zweites efindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des vertikalen NROM-Bauelements 60. Ähnlich dem in 1 gezeigten ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des vertikalen NROM-Bauelements 40 weist das vertikale NROM-Bauelement 60 ein einkristallines Silizium-Substrat 12 mit einer planaren Oberseite 32 auf. Gräben 38 sind in dem Silizium-Substrat 12 ausgebildet. Die Gräben 38 weisen einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt auf, wobei eine Seitenwand den oberen Abschnitt mit dem unteren Abschnitt verbindet. Das vertikale NROM-Bauelement 60 weist auch eine Vielzahl von vertikalen NROM-Zellen auf, wobei jede Zelle einen ersten Bereich 14 und einen zweiten Bereich 16 eines zweiten Leitfähigkeitstyps umgekehrt des ersten Leitfähigkeitstyps des Silizium-Substrats 12 aufweisen. Der erste Bereich 14 und der zweite Bereich 16 sind von einander beabstandet durch den Kanalbereich 18. Wiederum ähnlich der Diskussion des vertikalen NROM-Bauelements 40 teilt sich jedes Paar benachbarter Zellen einen gemeinsamen zweiten Bereich 16 und jedes Paar gemeinsamer Zellen einen gemeinsamen Bereich 14. Anders als bei dem in 1 gezeigten vertikalen NROM-Bauelement 14 sind jedoch der erste Bereich 14 und der zweite Bereich 16 im Wesentlichen nahe dem oberen Abschnitt des Grabens 38 und in dem Bereich zwischen benachbarten Gräben 38 angeordnet. Der Kanal erstreckt sich entlang der Seitenwand und dem unteren Abschnitt und wiederum der Seitenwand des Grabens zwischen dem ersten Bereich 14 und dem zweiten Bereich 16.
Ähnlich der in 1 gezeigten vertikalen NROM-Zelle 40 weist der Kanalbereich jeder vertikalen NROM-Zelle des Bauelements 60 die zweifache Länge der Seitenwand des Grabens 38 sowie die Breite des unteren Abschnitts des Grabens 38 auf.
3A zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Bauelements 80A. Das vertikale NROM-Bauelement 80A weist eine Vielzahl vertikaler NROM-Zellen auf, wobei sich jedes Paar benachbarter NROM-Zellen einen gemeinsamen ersten Bereich 14 und jedes weitere Paar benachbarter und vertikaler NROM-Zellen 80A einen gemeinsamen zweiten Bereich 16 teilen. Ähnlich der ganzen Diskussion über die anderen vertikalen NROM-Bauelemente besteht das vertikale NROM-Bauelement 80A aus einem einkristallinen Silizium-Substrat 12 eines ersten Leitfähigkeitstyps, in dem erste und zweite Regionen 14 bzw. 16 eines zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind. Erste und zweite Regionen 14 bzw. 16 sind von einander beabstandet mit einem dazwischen befindlichen Kanalbereich 18. In dem in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Silizium-Substrat 12 eine planare obere Oberfläche 32B auf und enthält eine Vielzahl von darin eingeschnittenen Gräben 38. Jeder Graben 38 weist einen oberen Abschnitt, einen unteren Abschnitt und eine Seitenwand auf. Die ersten Bereiche 14 sind im Wesentlichen benachbart zu dem unteren Abschnitt der Gräben angeordnet. Die zweiten Bereiche 16 sind benachbart dem oberen Abschnitt jedes der Gräben 38 angeordnet. So erstreckt sich der Kanalbereich 18 im Wesentlichen entlang der Seitenwand jeder der Gräben 38 und verbindet den ersten Bereich 14 mit dem zweiten Bereich 16. Die Gräben 38 sind mit ONO 20–24 versehen und mit einem Polysilizium-Material 26 gefüllt, das die Zellen in der in 3A gezeigten Reihe von Zellen verbindet. Die ersten und zweiten Regionen 14 und 16 verbinden die Säulen der Zellen, die sich senkrecht zu der in 3A gezeigten Figur erstrecken.
3B zeigt eine Querschnitts-Ansicht eines weiteren dritten Ausführungsbeispiels 80B des vertikalen NROM-Bauelements 80B. Das in 3B gezeigte Bauelement 80B ist im Betrieb und in der Theorie identisch mit dem in 3A gezeigten Bauelement 80A. Der einzige Unterschied ist, dass bei dem in 3B gezeigten Bauelement 80B das Silizium-Substrat 12 eine planare Oberfläche 32A aufweist. Auf der planaren Oberfläche 32A sind Säulen rekristallisierten Polysiliziums 36 (die im Wesentlichen einkristallin sind) mit Lücken 38 ausgebildet, die benachbarte Säulen 36 von einander trennen. Die Lücken 38 sind das Äquivalent der in 3A gezeigten Gräben 38 und werden mit der ONO-Schicht 20–24 und Polysilizium 26 gefüllt.
4A zeigt einen ersten Schritt in dem Verfahren zur Herstellung des NROM-Bauelements 40, das in 1 gezeigt ist. Der erste Schritt in dem Verfahren zur Herstellung des in 1 gezeigten vertikalen NROM-Bauelements 40 ist, von einander beabstandete Streifen einer ungefähr 500 Angström dicken Siliziumnitrid-Schicht auf die obere planare Oberfläche 32B des Silizium-Substrats 12 abzuscheiden. Die Höhe jedes Nitrid-Streifens 90 definiert die Dicke der Wortleitung.
Im nächsten Schritt werden Gräben einer Tiefe von ungefähr 2000 Angström in das Silizium-Substrat 12 geschnitten. Ein optionaler Schritt an diesem Punkt wäre, eine Seitenwand-Implantierung vorzusehen, die der Funktion der Reduzierung eines Durchbruchs als auch des Festsetzens einer Schwellenspannung des Kanals dient. Jeder Graben hat einen unteren oder Bodenabschnitt 94, einen oberen Abschnitt und eine Seitenwand.
In dem folgenden, in 4C gezeigten Schritt werden Siliziumdioxid-Abstandselemente 92 entlang den Seitenwänden der Gräben 38 ausgebildet. Wenn ein Implantierungsschritt wie in 4D ausgeführt wird, der die ersten und zweiten Bereiche 14 und 16 definiert, die sich senkrecht zu der Zeichnung von 4D erstrecken, wird daher die Breite jedes der Bereiche 14 und 16 durch die Öffnung am Boden der Gräben 94 definiert. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das implantierte Material ein N⁺-Material, wie etwa Phosphor.
Die Gräben 38 werden dann mit einem Hochdichteplasma (HDP)-Siliziumdioxid-Prozess (siehe 4E) gefüllt. Nach dem Füllen der Gräben 38 mit dem HDP-Siliziumdioxid-Abscheideprozess wird ein CMP-Polierschritt ausgeführt. Nachdem die Gräben 38 gefüllt wurden, wird ein Photoresist- und ein Maskierungsschritt in Y-Richtung ausgeführt und Photoresist-Streifen 96 ausgebildet (siehe 4F). Diese Photoresist-Streifen 96 definieren die Wortleitung, indem sie Isolatorbereiche abdecken, die Wortleitungen trennen. Somit wird der Bereich der Struktur, der nicht durch den Photoresist 96 abgedeckt ist, behandelt. Die gesamte Struktur unterliegt dann einem anisotropischen Nitrid- oder Trockenätzschritt, um die Nitrid-Bereiche 90 zu entfernen, die nicht durch den Photoresist 96 abgedeckt sind. Das Resultat ist in 4G gezeigt. Nachdem das Nitrid entfernt ist, wird die Struktur einem trockenen Oxid-Ätzschritt unterworfen, um das Oxid in den Gräben 38 in den Bereichen zu entfernen, die nicht durch den Photoresist 96 bedeckt sind. Das Resultat ist in 4H gezeigt.
Danach werden die Photoresist-Streifen 96 entfernt und die ONO-Schichten 20, 22 und 24 werden gebildet. Die ONO-Schichten 20, 22 und 24 werden in dem Grabenbereich 38 abgeschieden, deren Oxid entfernt wurde. Das Resultat ist in 4l gezeigt, die einen Querschnittsbereich der Struktur durch den Bereich darstellt, wo der Photoresist 96 die Struktur nicht abdeckt. Wie aus 4l ersichtlich ist, werden die ONO-Schichten 20, 22 und 24 in den Gräben entlang deren Bodenabschnitt 94, entlang der Seitenwand und zwischen den Gräben benachbart dem oberen Abschnitt abgeschieden. Damit erstrecken sich die ONO-Schichten 20-24 kontinuierlich zwischen benachbarten Gräben 38.
Die in 4l gezeigte Struktur wird dann mit Polysilizium 36 mit einem CMP-Polierschritt gefüllt, der bis zu der Ebene des Siliziumnitrids 90 ausgeführt wird, welches über dem Isolatorbereich verbleibt. Das Resultat ist in 4J gezeigt. Das Polysilizium 26 erstreckt sich in einer Zeilenrichtung und verbindet das Polysilizium in benachbarten Gräben 38. Anschließend wird das Nitrid in dem Isolatorbereich durch einen Trockenätzprozess entfernt. Eine Querschnitts-Ansicht des Isolatorbereichs ist in 4K gezeigt. Die Einfangbereiche 28 und 30 für jede NROM-Zelle 40, wo die Elektronen in der dielektrischen Schicht 24 gefangen werden können, sind in 4J gezeigt.
5A zeigt einen ersten Schritt eines zweiten Verfahrens zur Herstellung des in 1 gezeigten vertikalen NROM-Bauelements 40. Die Schritte 5A, 5B, 5C und 5D sind identisch zu den in den 4A, 4B, 4C und 4D gezeigten und beschriebenen Schritten, auf welche hierbei Bezug genommen wird.
Im nächsten Schritt des zweiten endungsgemäßen Verfahrens werden dann die Oxid-Abstandselemente 92 entfernt. Dies kann beispielsweise durch einen Trockenätzprozess ausgeführt werden. Die resultierende Struktur ist in 5E gezeigt.
Die Nitrid-Streifen 90 werden dann durch einen Trockenätz- oder einen isotropischen Ätzprozess entfernt. Die resultierende Struktur ist in 5F gezeigt. An diesem Punkt ist die in 5F gezeigte Struktur ähnlich zu der in 4H dargestellten Struktur, mit der Ausnahme, dass sich die Gräben entlang der gesamten Länge des Bauelements ohne Isolation zwischen den Reihen der vertikalen NROM-Zellen erstreckt. Die ONO-Schichten 20–24 werden dann entlang des Bodenabschnitts, des Seitenwandabschnitts und des oberen Abschnitts der Gräben angewandt und abgeschieden, wobei die ONO-Schichten 20 bis 24 in Zeilenrichtung kontinuierlich sind. Das Ergebnis ist die in 5G gezeigte Struktur.
Anschließend wird Polysilizium 26 in jeden der Gräben 38 abgeschieden und eine kontinuierliche Verbindung in Zeilenrichtung zwischen den mehreren vertikalen NROM-Zellen in Zeilenrichtung gebildet. So füllt das Polysilizium 26 die Gräben entlang der Spaltenrichtung. Das Ergebnis ist die in 5H gezeigte Struktur. Im nächsten Schritt dieses Verfahrens werden Photoresist-Streifen 96 in Y-Richtung von einander beabstandet ausgebildet, wie in 5l gezeigt ist. In diesem Fall schützen die Photoresist-Streifen 96 die aktiven Bereiche unterhalb der Photoresist-Streifen 96. Das Polysilizium 26, das nicht durch das Photoresist 96 gedeckt ist, wird dann durch einen Trockenätzprozess entfernt, bis die ONO-Schichten 20-24 erreicht werden. Die resultierende Struktur ist in 5J gezeigt. Der freigelegte Abschnitt der Gräben 38 wird dann mit Siliziumdioxid oder jedem geeigneten anderen Isolatormaterial gefüllt, das als Isolierung dient. Das Ergebnis ist in 5K gezeigt. Schließlich wird der Photoresist 96 entfernt und die resultierende Struktur ist in 5L gezeigt.
6A zeigt einen ersten Schritt eines ersten Verfahrens zur Herstellung des in 2 gezeigten NROM-Bauelements 60. Ähnlich dem Verfahren zur Herstellung des in 1 gezeigten vertikalen NROM-Bauelements 40 verwendet das Verfahren ein einkristallines Silizium-Substrat 12 eines P-Leitfähigkeitstyps. Das Substrat 12 hat eine obere planare Oberfläche 32. Eine Vielzahl von Streifen Siliziumnitrid 90 werden abgeschieden. Die Streifen Siliziumnitrid 90 sind von einander beabstandet und ungefähr 1000 Angström dick, um die auszubildenden ersten und zweiten Bereiche 14 bzw. 16 zu definieren. Die Höhe der Siliziumnitrid-Streifen 90 definiert die Wortleitungsdicke oder die Dicke des Polysiliziums 26 in Zeilenrichtung. Nachdem die Siliziumnitrid-Streifen 90 abgeschieden wurden, wird ein 2000 Angström tiefer Silizium-Graben in das Substrat 12 zwischen benachbarten Siliziumnitrid-Streifen 90 geätzt. Das Resultat ist in 6B gezeigt. Die Gräben 38 werden dann mit HDP-Siliziumdioxid gefüllt. Die resultierende Struktur wird dann CMP-poliert, um das Siliziumdioxid zu entfernen, bis es auf einer Ebene mit der oberen Ebene der Siliziumnitrid-Schicht 90 befindet. Die resultierende Struktur ist in 6C gezeigt. Streifen von einander beabstandeten Photoresists 96 werden dann über die Y-Richtung der Struktur ausgebildet. Die Bereiche unterhalb des Photoresists 96, die durch den Photoresist bedeckt sind, sind die isolierenden Bereiche zwischen benachbarten Reihen vertikaler NROM-Zellen. Die resultierende Struktur ist in 6D gezeigt. Der ungeschützte Bereich ist nicht durch den Photoresist 96 abgedeckt und wird dann einem trockenen Nitrid-Ätzschritt unterworfen, der das Siliziumnitrid 90 entfernt. Eine N⁺-Implantierung wird ausgebildet, um die erste und zweite Region 14 bzw. 16 in dem aktiven Bereich auszubilden. Eine optionale V_TH-Implantierung kann auch in dem Bereich 96 ausgeführt werden, welche sich zwischen benachbarten Paaren von Gräben 38 befindet. Die optionale V_TH-Implantierung in den Bereichen 36 dient der Steuerung der Schwellenspannung des Transistors, der definiert ist durch den ersten Bereich 14 und den zweiten Bereich 16 und den Kanal 18, der den ersten Bereich 14 mit dem zweiten Bereich 16 verbindet und sich entlang des Umfangs jedes Grabens 38 erstreckt. Die resultierende Struktur ist in 6E gezeigt.
Mit dem nach wie vor vorhandenen Photoresist 96 wird die Struktur einer Oxid-Trockenätzung unterworfen, um das Siliziumdioxid von den freigelegten Gräben 38 zu entfernen. Der Photoresist 96 wird dann entfernt. Die resultierende Struktur ist in 6F gezeigt.
Die isolierenden und die dielektrischen ONO-Schichten 20–24 werden dann auf die in 6F gezeigte Struktur abgeschieden. Im Ergebnis erstrecken sich die ONO-Schichten 20–24 entlang der Zeilenrichtung der Struktur kontinuierlich von einer Zelle zu einer benachbarten Zelle. Die resultierende Struktur ist in 6G gezeigt.
Polysilizium 26 füllt dann die freigelegten Gräben 38 kontinuierlich in Zeilenrichtung. Nach Abscheidung des Polysiliziums wird das Polysilizium 26 CMP-poliert bis zu einer Ebene, die der oberen Ebene des benachbarten Siliziumnitrids 90 über dem Isolatorbereich entspricht. Die resultierende Struktur ist in 6H gezeigt.
Die Struktur wird dann einem Trocken-Siliziumnitrid-Ätzprozess unterworfen. Daraus resultierend wird nur der Abschnitt der Struktur, der Siliziumnitrid über dem Isolatorbereich enthält, von seinem Siliziumnitrid befreit. Die in 6l gezeigte Querschnitts-Ansicht zeigt den Bereich, nach dem das Siliziumnitrid in dem Isolatorbereich geätzt wurde. Der Ätzvorgang kann trocken oder nass sein, solange die ONO-Schichten 20–24 unter der Polysilizium-Deckschicht 26 erhalten bleiben.
Die Struktur wird dann einem Implantierungsschritt unterworfen, der erste und zweite Regionen 14 bzw. 16 über den Isolatorbereich verbindet. Wie in 6J gezeigt ist, verbindet die N⁺-Implantierung den ersten Bereich 14 von einer Zeile zu einer weiteren Zeile über die Isolation. Ähnlich verbindet die Implantierung den zweiten Bereich 16 von einer Zeile zu einer benachbarten Zeile. Die Einfangbe reiche 28 und 30 in den aktiven NROM-Zellen sind in 6H gezeigt und sind benachbart den ersten und zweiten Bereichen 14 bzw. 16. Erste und zweite Bereiche 14 bzw. 16 sind jeweils benachbart dem oberen Abschnitt des Grabens 38 und liegen zwischen benachbarten Gräben 38. Der Kanal jeder vertikalen NROM-Zelle zwischen erstem Bereich 14 und zweitem Bereich 16 liegt entlang der Seitenwand des Grabens 38, entlang des Bodenabschnitts 94 und wiederum entlang der Seitenwand des Grabens 38. So ist die Gesamtlänge des Kanals 18 zweimal die Länge der Seitenwand des Grabens plus die Breite des Bodenabschnitts 94.
7A zeigt einen ersten Schritt eines zweiten Verfahrens zur Herstellung des in 2 gezeigten NROM-Bauelements 60. In dem ersten Schritt werden ähnlich dem in 6A gezeigten ersten Schritt Nitrid-Streifen 90, die von einander beabstandet sind, auf der planaren Oberseite 32 des Silizium-Substrats 12 ausgebildet. Anschließend werden Gräben in das Substrat 12 zwischen den Bereichen des von einander beabstandeten Nitrids 90 geschnitten und die resultierende Struktur ist in 7B gezeigt. Die Gräben werden dann mit Siliziumdioxid bis zu der Ebene der Oberseite 32 des Substrats 12 gefüllt. Die resultierende Struktur ist in 7C gezeigt. Die Nitrid-Streifen 90 werden entfernt, wobei die resultierende Struktur in 7D gezeigt ist. Die Bereiche 36, die sich zwischen benachbarten Paaren von Gräben 38 befinden, werden mit einer N⁺-Implantierung versehen, um den ersten und zweiten Bereich 14 bzw. 16 zu bilden. Zusätzlich kann auch eine V_TH-Implantierung in den Bereichen 36 ausgebildet werden, um den Schwellenwert des Transistors einzustellen, der den ersten Bereich 14 und den zweiten Bereich 16 umfasst. Die resultierende Struktur ist in 7E gezeigt.
Das durch den HDP-Prozess in den Gräben 38 ausgebildete Siliziumdioxid wird dann durch ein Nassätzverfahren entfernt. Die resultierende Struktur ist in 7F gezeigt. ONO-Schichten 20–24 werden entlang der Seitenwände der Gräben 38 abgeschieden und erstrecken sich kontinuierlich von einer NROM-Zelle 60 zu einer benachbarten Zelle derselben Zeile. Die Gräben werden dann mit Polysilizium 26 gefüllt, das sich in kontinuierlicher Zeilenrichtung erstreckt und eine NROM-Zelle 60 mit einer benachbarten NROM-Zelle 60 in der gleichen Zeile ver bindet. Die resultierende Struktur ist in 7H gezeigt. Von einander beabstandete Photoresist-Streifen 96 werden dann in Y-Richtung ausgebildet. Jeder Photoresist-Streifen 96 bedeckt einen aktiven Abschnitt bestehend aus aktiven Zellen. Der freigelegte Bereich, d.h. die Bereiche, die nicht durch Photoresist 96 abgedeckt sind, werden dann geätzt. Das Polysilizium in diesen Bereichen wird dann vollständig von den Gräben 38 entfernt. Die resultierende Struktur ist in 7J gezeigt. Die Gräben werden dann mit einem isolierenden Material wie Siliziumdioxid gefüllt, um einen Isolationsbereich zwischen benachbarten Zeilen vertikaler NROM-Zellen 60 zu bilden. Die resultierende Struktur ist in 7K gezeigt. Anschließend werden die Photoresist-Streifen 96 entfernt und die dann resultierende Struktur ist in 7L gezeigt.
In 8A ist der erste Schritt in einem weiteren Verfahren zur Herstellung des in 2 gezeigten vertikalen NROM-Bauelements 60 dargestellt. In dem ersten Schritt werden von einander beabstandete Streifen 91 aus Siliziumdioxid auf die Oberseite 32 des Silizium-Substrats 12 abgeschieden. Die Oxidstreifen 91 sind genügend von einander beabstandet, so dass der Bereich dazwischen den Bereich der ersten Implantierung 14 bzw. der zweiten Implantierung 16 bilden. Mit den Oxidstreifen 91 als Maske wird ein Implantierungsschritt ausgeführt, der den ersten und zweiten Bereich 14 bzw. 16 bildet, mit einer optionalen Implantierung, um V_TH der vertikalen NROM-Zelle 60 einzustellen. Die resultierende Struktur ist in 8B gezeigt. Die Lücken zwischen jedem Siliziumdioxid-Streifen 91 werden mit Siliziumnitrid 90 gefüllt. Dies kann beispielsweise durch Abscheiden von Siliziumnitrid über der Struktur und anschließendem anisotropen Ätzen des Siliziumnitrids mit dem Siliziumdioxid 91 als Ätzstopper realisiert werden. Als Resultat bedeckt das Siliziumnitrid dann erste Bereiche 14 und zweite Bereiche 16. Die resultierende Struktur ist in 8C gezeigt. Dann werden die Siliziumdioxid-Streifen 91 entfernt. Die resultierende Struktur ist in 8D gezeigt. Mit dem Siliziumnitrid als Maske werden Gräben 38 in das Silizium-Substrat 12 geschnitten. Die resultierende Struktur ist in 8E gezeigt.
Anschließend werden die Nitrid-Streifen 92 entfernt. Die resultierende Struktur ist in 8F gezeigt.
Schließlich zeigen die 8G–8L die darauf folgenden Prozessschritte. Die Schritte sind identisch den in den 7G–7L gezeigten und beschriebenen Schritten.
9A zeigt einen ersten Schritt eines ersten Verfahrens zur Herstellung des in 3A gezeigten vertikalen NROM-Bauelements 80A. Zunächst werden von einander beabstandete Streifen Siliziumnitrid 90 einer Breite von 500 Angström auf die obere Oberfläche 32B des Silizium-Substrats 12 abgeschieden. Dem folgt das Schneiden des Silizium-Substrats 12, um Gräben 38 in den Räumen zwischen den Siliziumnitrid-Streifen 90 auszubilden. Eine optionale Graben-Seitenwandimplantierung kann durchgeführt werden. Die resultierende Struktur ist in 9B gezeigt. Jeder Graben hat ähnlich wie die vorher besprochenen Gräben Seitenwände, einen oberen Abschnitt und einen Bodenabschnitt 94. Oxid-Abstandselemente 92 werden entlang den Seitenwänden des Grabens 38 ausgebildet. Das Ergebnis der Ausbildung der Oxid-Abstandselemente 92 ist, die Breite des Bodenabschnitts 94 zu "beschränken". N⁺-Implantierungen werden ausgeführt, um die ersten Bereiche 14 an dem Bodenabschnitt 94 jedes der Gräben 38 auszubilden. Die ersten Bereiche 14 erstrecken sich vertikal senkrecht zu der Querschnittsdarstellung der in 9D gezeigten Struktur.
Hochdichtes Plasma oder HDP wird verwendet, um Siliziumdioxid auszubilden, um die Gräben 38 zu füllen. Ein CMP-Polierschritt wird auf die Oberfläche der Struktur angewendet. Das Ergebnis ist in 9E gezeigt.
Von einander beabstandete Streifen 96 bestehend aus Photoresist werden in Y-Richtung der Struktur aufgebracht. Der Photoresist 96 schützt jene Bereiche der Gräben 38, die später die Isolatorbereiche zwischen benachbarten Zeilen der vertikalen NROM-Zeilen 80A werden. Die resultierende Struktur ist in 9F gezeigt. Wo der Photoresist 96 die darunterliegende Struktur nicht abdeckt, ist das Nitrid 90 freigelegt und wird trockengeätzt. Eine Querschnittsansicht des "aktiven" Bereiches ist in 9G gezeigt, wobei das Siliziumnitrid 90 entfernt ist. So weit sind alle beschriebenen Schritte ähnlich den in den 4A bis 4G gezeigten und beschriebenen Schritten der Bildung des vertikalen NROM-Bauelements 40.
Im nächsten Schritt werden N⁺-Implantierungen an der Struktur angebracht. Diese bilden den zweiten Bereich 16, der sich in von einander beabstandeten Bereichen zwischen benachbarten Gräben 38 jeweils befindet. Die resultierende Struktur ist in 9H der Querschnittsansicht des "aktiven" Bereichs gezeigt. Da die Photoresist-Streifen 96 den Isolatorbereich abdecken, ist der zweite Bereich 16 diskontinuierlich derart, dass die Bereiche nicht kontinuierlich parallel mit den ersten Bereichen 14 sind. Die resultierende Struktur ist in 9H gezeigt.
Das Siliziumdioxid von den Bereichen, die nicht durch die Photoresist-Streifen 96 abgedeckt sind, wird dann entfernt. Die resultierende Struktur ist in 9l gezeigt. Die Photoresist-Streifen 96 werden dann entfernt. Die Mischschicht ONO 20-24 wird dann aufgebracht. Die ONO-Schicht 20–24 wird in einem kontinuierlichen Streifen über die Vielzahl von Zellen und Gräben 38 in Zeilenrichtung abgeschieden. Die resultierende Struktur ist in 9J als Querschnitts-Ansicht durch den aktiven Bereich gezeigt.
Polysilizium 26 wird innerhalb der freigelegten Gräben 38 abgeschieden. Das Polysilizium 26 wird über den oberen Abschnitt des Grabens abgeschieden, so dass es in Zeilenrichtung kontinuierlich ist. Das Polysilizium 26 wird dann bis auf die obere Ebene des benachbarten Siliziumnitrids 90 poliert, d.h. über den "Isolator"-Bereich. Das Siliziumnitrid 90 wird dann von dem Isolator-Bereich der Struktur entfernt. Eine Querschnitts-Ansicht des Isolator-Bereichs ist in 9L gezeigt. Eine weitere N⁺-Implantierung wird durchgeführt. Diese bildet den zweiten Bereich 16 in dem Isolator-Bereich und verbindet die zweiten Bereiche 16 der benachbarten aktiven Zeilen der Zellen. Eine Querschnitts-Ansicht der resultierenden Struktur des Isolator-Bereichs ist in 9M gezeigt. Die Querschnitts-Ansicht des vertikalen NROM-Bauelements 80A durch den aktiven Bereich ist in 9A ge zeigt. Wie ersichtlich ist, besteht bei diesem Ausführungsbeispiel der Kanalbereich nur aus der Länge der Seitenwand eines Grabens. Die Seitenbereiche zum Einfangen der Ladungen 28 und 30 befinden sich an beiden äußeren Enden der Seitenwand jedes Grabens. Als Resultat kann ein einziger Graben vier Einfangbereiche aufweisen, wodurch die Dichte einer vertikalen NROM-Zelle 80 erhöht wird.
10A zeigt einen ersten Schritt eines zweiten Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen vertikalen NROM-Bauelements 80A. Die in den 10A–10E gezeigten Schritte sind identisch zu den in den 9A–9E gezeigten und beschriebenen Schritten.
Anschließend werden die Siliziumnitrid-Streifen 90 entfernt. Die resultierende Struktur ist in 10F gezeigt. Ein N⁺-Implantat bewirkt die Bildung des zweiten Bereichs 16 benachbart zu dem oberen Abschnitt jedes der Gräben 38. Zusätzlich kann, ähnlich wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, eine optionale V_TH-Implantierung in den Räumen 36 zwischen benachbarten Gräben 38 ausgebildet werden. Die resultierende Querschnitts-Ansicht ist in 10G gezeigt. Mit dieser Implantierung erstrecken sich die zweiten Bereiche 16 kontinuierlich parallel zu den ersten Bereichen 14 und erstrecken sich in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu den Zeilen (Reihen) der in der Querschnitts-Ansicht in 10G gezeigten NROM-Zellen 80A.
Das Siliziumdioxid von den Gräben 38 wird dann entweder durch Trocken- oder durch Nassätzen entfernt, wie in 10H gezeigt ist.
Eine ONO-Mischschicht 20–24 wird dann innerhalb des Grabens und über den Graben 38 abgeschieden, wie in 10l gezeigt ist. Die ONO-Schichten 20-24 erstrecken sich entlang der gesamten Länge der Gräben 38, entlang deren Seitenwänden und entlang deren Bodenabschnitten und erstrecken sich zu benachbarten Gräben 38. Die resultierende Struktur ist in 10l gezeigt.
Polysilizium 26 wird in die Gräben benachbart zu den ONO-Schichten 20-24 abgeschieden. Das Polysilizium 26 wird dann CMP-poliert und die resultierende Struktur ist in 10J gezeigt. Das Polysilizium 26 verbindet das Gate jeder NROM-Zelle in Reihenrichtung.
Von einander beabstandete Photoresist-Streifen 96 werden dann entlang der Y-Richtung der Struktur auf der oberen Oberfläche 62B abgeschieden. Die resultierende Struktur ist in 10K gezeigt. Jeder Photoresist-Streifen 96 schützt den "aktiven" Bereich. Wenn der Photoresist 96 das Polysilizium 26 nicht abdeckt, wird das Polysilizium anschließend anisotropisch geätzt. Die resultierende Struktur ist in 10L gezeigt. Die freigelegten Gräben 38 in den Bereichen, wo das Polysilizium 26 entfernt wurde, werden dann mit einem isolierenden Material wie Siliziumdioxid gefüllt. Die resultierende Struktur ist in 10M gezeigt. Schließlich werden die Photoresist-Streifen 96 entfernt. Die resultierende Struktur ist in 10N gezeigt.
11A zeigt einen ersten Schritt eines dritten Verfahrens zur Herstellung des vertikalen NROM-Bauelements 80A. In dem ersten Schritt werden von einander beabstandete Siliziumdioxid-Streifen 91 auf die obere Oberfläche 32B des Silizium-Substrats 12 abgeschieden. Die Oxidstreifen 91 sind genügend von einander beabstandet, dass der Abstandsbereich schließlich den zweiten Bereich 16 bildet. Die in den 11A–11E gezeigten Schritte sind ähnlich den in den 8A–8E gezeigten und beschrieben Schritten.
Nachdem die Gräben 38 geformt sind, werden Siliziumdioxid-Abstandselemente 92 entlang den Seitenwänden der Gräben 38 ausgebildet. Wie vorher diskutiert, verringert dies die Breite des Bodenabschnitts 94 der Gräben 38. Die resultierende Struktur ist in 11 F gezeigt.
Eine N⁺-Implantierung wird in den Bodenabschnitt 94 jedes der Gräben 38 ausgeführt, um die ersten Bereiche 14 zu bilden. Die resultierende Struktur ist in 11 G gezeigt. Anschließend werden die Oxid-Abstandselemente 92 entlang der Seitenwände der Gräben 38 entfernt. Die resultierende Struktur ist in 11H gezeigt. Anschließend werden die Siliziumnitrid-Streifen 90 entfernt. Die resultierende Struktur ist in 11l gezeigt. Schließlich werden die Schritte der Bildung der ONO-Schicht 20–24, des Füllens der Gräben mit Polysilizium 26 und das Aufbringen von einander beabstandeter Photoresist-Streifen 96 entlang der Y-Richtung, der Entfernung des Polysiliziums 26 aus den Gräben, die nicht durch Photoresist 96 bedeckt sind, und die Ersetzung dieser durch ein Isolatormaterial und schließlich die Entfernung der Photoresist-Streifen ausgeführt, die alle als Schritte 11J–11O gezeigt sind, und die gleichen Schritte wie die in den 10l–10N gezeigten und beschriebenen sind.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass ein hochdichtes, kompaktes, vertikales NROM-Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung dieses offenbart ist, wobei der Kanalbereich des NROM-Bauelements einen Abschnitt hat, der im Wesentlichen senkrecht zur planaren Oberfläche des Silizium-Substrats ist.

Claims

Nichtflüchtiges Speicherbauelement, aufweisend: ein im Wesentlichen einkristallines Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer planaren Oberfläche; einen ersten Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps unterschiedlich von dem ersten Leitfähigkeitstyp in dem Material; ein zweiter Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Material; einen Kanalbereich, der den ersten und den zweiten Bereich zur Leitung von Ladungen verbindet; ein von dem Kanalbereich beabstandetes Dielektrikum zum Einfangen von Ladungen; eine von dem Dielektrikum beabstandete Gate-Elektrode zur Steuerung der Ladungsleitung in dem Kanalbereich; und wobei der Kanalbereich einen Abschnitt hat, der im Wesentlichen senkrecht zu der planaren Oberfläche ist.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Kanalbereich sich in einem Graben befindet, wobei der Graben einen oberen Abschnitt und einen Bodenabschnitt aufweist.
Bauelement nach Anspruch 2, wobei der erste Bereich benachbart dem oberen Abschnitt ist.
Bauelement nach Anspruch 3, wobei der zweite Bereich benachbart dem Bodenabschnitt ist.
Bauelement nach Anspruch 2, wobei der obere Abschnitt zwei Seiten hat und der erste Bereich benachbart zu der ersten Seite und der zweite Bereich benachbart zu der zweiten Seite ist.
Bauelement nach Anspruch 2, wobei der Graben eine Seitenwand aufweist, die den oberen Abschnitt mit dem Bodenabschnitt verbindet und der Kanalbereich sich entlang der Seitenwand erstreckt und die Gate-Elektrode sich in dem Graben befindet.
Bauelement nach Anspruch 6, wobei das Dielektrikum Siliziumnitrid ist.
Bauelement nach Anspruch 7, wobei das Dielektrikum von dem Kanalbereich durch eine Schicht Siliziumdioxid beabstandet ist.
Bauelement nach Anspruch 8, wobei die Gate-Elektrode von dem Dielektrikum durch eine Schicht Siliziumdioxid beabstandet ist.
Nichtflüchtige Speicheranordnung, aufweisend: ein im Wesentlichen einkristallines Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer planaren Oberfläche; mehrere Speicherzellen in dem Material, wobei jede Speicherzelle aufweist: einen ersten Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps unterschiedlich von dem ersten Leitfähigkeitstyp in dem Material; einen zweiten Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Material; einen Kanalbereich, der den ersten Bereich mit dem zweiten Bereich zur Leitung von Ladungen verbindet; ein von dem Kanalbereich beabstandetes Dielektrikum zum Einfangen von Ladungen; eine von dem Dielektrikum beabstandete Gate-Elektrode zur Steuerung der Ladungsleitung in dem Kanalbereich; wobei der Kanalbereich einen Abschnitt hat, der im Wesentlichen senkrecht zu der planaren Oberfläche ist, und wobei benachbarte Speicherzellen einen gemeinsamen ersten Bereich aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei jede der Speicherzellen einen Graben mit einem oberen Abschnitt und einem Bodenabschnitt aufweist, wobei sich der Kanalbereich in dem Graben befindet.
Bauelement nach Anspruch 11, wobei der erste Bereich benachbart dem oberen Abschnitt ist.
Bauelement nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich benachbart dem Bodenabschnitt ist.
Bauelement nach Anspruch 11, wobei der obere Abschnitt zwei Seiten aufweist und der erste Bereich benachbart einer ersten Seite und der zweite Bereich benachbart einer zweiten Seite ist.
Bauelement nach Anspruch 11, wobei der Graben eine Seitenwand aufweist, die den oberen Abschnitt mit dem Bodenabschnitt verbindet, und wobei der Kanalbereich sich entlang der Seitenwand erstreckt und die Gate-Elektrode in dem Graben ausgebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 15, wobei das Dielektrikum Siliziumnitrid ist.
Bauelement nach Anspruch 16, wobei das Dielektrikum von dem Kanalbereich durch eine Schicht Siliziumdioxid beabstandet ist.
Bauelement nach Anspruch 17, wobei die Gate-Elektrode von dem Dielektrikum durch eine Schicht Siliziumdioxid beabstandet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei das Material wiederkristallisiertes Polysilizium ist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei das Material einkristallines Silizium ist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei die Gate-Elektroden der Speicherzellen in einer ersten Richtung elektrisch verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 21, wobei die ersten Bereiche der Speicherzellen in einer zweiten Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung, elektrisch verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 22, wobei die zweiten Bereiche der Speicherzellen in der zweiten Richtung elektrisch verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speicheranordnung in einem im Wesentlichen einkristallinen Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer planaren Oberfläche, aufweisend: (a) Ausbilden einer Vielzahl von voneinander beabstandeten Streifen eines ersten Isolatormaterials auf der planaren Oberfläche, wobei die ersten Streifen sich in einer ersten Richtung erstrecken; (b) Ausbilden einer Vielzahl von voneinander beabstandeten Gräben in dem Halbleitermaterial, wobei jeder der Gräben sich in der ersten Richtung erstreckt und sich zwischen einem Paar benachbarter, voneinander beabstandeter erster Streifen befindet, wobei jeder der Gräben einen Bodenabschnitt und einen oberen Abschnitt mit einer Seitenwand dazwischen aufweist, und wobei der obere Abschnitt benachbart zu den voneinander beabstandeten ersten Streifen ist; (c) Dotieren des Halbleitermaterials, um einen ersten Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt dem ersten Leitfähigkeitstyp in dem Bodenabschnitt jedes der Gräben zu bilden; (d) Füllen der Vielzahl von voneinander beabstandeten Gräben mit einem zweiten Isolatormaterial; (e) Ausbilden einer Vielzahl von voneinander beabstandeten Maskenstreifen auf der Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Streifen, wobei jeder der Maskenstreifen sich in einer zweiten Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt; (f) Entfernung von Abschnitten des zweiten Isolatormaterials von der Vielzahl von voneinander beabstandeten Gräben zwischen den voneinander beabstandeten Maskenstreifen; (g) Ausbildung einer Einfangschicht in jedem der Gräben an Orten, wo das zweite Isolatormaterial in Schritt (f) entfernt wurde, wobei die Einfangschicht ein von der Seitenwand des Grabens beabstandetes Dielektrikum aufweist; und (h) Füllen der Gräben mit Polysilizium an Orten, wo die Einfangschicht in Schritt (g) ausgebildet wurde, wobei das Polysilizium von dem Dielektrikum beabstandet ist und in der zweiten Richtung kontinuierlich verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 24, ferner aufweisend den Schritt: (i) Entfernung von Abschnitten der voneinander beabstandeten ersten Streifen zwischen den voneinander beabstandeten Maskenstreifen nach Schritt (e); (j) Dotieren des Halbleitermaterials, um eine Vielzahl von voneinander beabstandeten zweiten Bereichen des zweiten Leitfähigkeitstyps in Bereichen auszubilden, wo die voneinander beabstandeten ersten Streifen in Schritt (i) entfernt wurden; (k) Entfernung der Vielzahl von voneinander beabstandete Maskenstreifen; (l) Entfernung von Abschnitten der voneinander beabstandeten ersten Streifen, die durch die Vielzahl von voneinander beabstandeten Maskenstreifen bedeckt waren; und (m) Dotierung des Halbleitermaterials, um eine Vielzahl von voneinander beabstandeten dritten Bereichen des zweiten Leitfähigkeitstyps in Bereichen zu bilden, wo Abschnitte der voneinander beabstandeten ersten Streifen in Schritt (l) entfernt worden sind, wobei jeder der dritten Bereiche die in Schritt (j) gebildeten zweiten Bereiche in der ersten Richtung elektrisch verbindet.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Einfangschicht eine erste Schicht Siliziumdioxid, eine Schicht Siliziumnitrid und eine zweite Schicht Siliziumdioxid aufweist, wobei die Siliziumnitrid-Schicht als Dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Schicht Siliziumdioxid ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Bildungsschritt (g) eine kontinuierliche Einfangschicht in der zweiten Richtung über eine Vielzahl von Gräben bildet.
Verfahren nach Anspruch 27, ferner aufweisend die Entfernung der voneinander beabstandeten ersten Streifen zwischen den voneinander beabstandeten Maskenstreifen vor dem Schritt (g).
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Vielzahl voneinander beabstandeter erster Streifen aus Siliziumnitrid ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speicheranordnung in einem im Wesentlichen einkristallinen Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer planaren Oberfläche, aufweisend: (a) Ausbildung einer Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Streifen eines ersten Isolatormaterials auf der planaren Oberfläche, wobei jeder der ersten Streifen sich in einer ersten Richtung erstreckt; (b) Ausbildung einer Vielzahl von voneinander beabstandeten Gräben in dem Halbleitermaterial, wobei jeder der Gräben sich in der ersten Richtung zwischen einem Paar benachbarter, voneinander beabstandeter erster Streifen erstreckt, und jeder der Gräben einen Bodenabschnitt und einen oberen Abschnitt mit einer Seitenwand dazwischen aufweist, wobei der obere Abschnitt benachbart den voneinander beabstandeten ersten Streifen ist; (c) Füllen der Vielzahl von voneinander beabstandeten Gräben mit einem zweiten Isolatormaterial; (d) Ausbildung einer Vielzahl von voneinander beabstandeten Maskenstreifen auf der Vielzahl von ersten Streifen, wobei jeder der Maskenstreifen sich in einer zweiten Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt; (e) Entfernung von Abschnitten der ersten Streifen zwischen den Maskenstreifen, die nicht durch die Maskenstreifen abgedeckt werden; (f) Dotierung des Halbleitermaterials, um eine Vielzahl von ersten Bereichen eines zweiten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt dem ersten Leitfähigkeitstyp in Bereichen zu bilden, wo Abschnitte der ersten Streifen in Schritt (e) entfernt worden sind; (g) Entfernung von Abschnitten des zweiten Isolatormaterials von der Vielzahl von voneinander beabstandeten Gräben, die zwischen einem Paar von benachbarten Maskierungsstreifen sind; (h) Ausbildung einer Einfangschicht in jedem der Gräben an Orten, wo das zweite Isolatormaterial in Schritt (g) entfernt wurde, wobei die Einfangschicht ein von der Seitenwand des Grabens beabstandetes Dielektrikum aufweist; (i) Füllen der Gräben an Orten, wo die Einfangschicht in Schicht (h) ausgebildet wurde, mit Polysilizium, wobei das Polysilizium von dem Dielektrikum beabstandet ist und in der zweiten Richtung kontinuierlich verbunden ist; (j) Entfernung der Maskenstreifen; (k) Entfernung von Abschnitten der ersten Streifen, die durch Entfernung der Maskenstreifen in Schritt (j) freigelegt wurden; und (l) Dotierung des Halbleitermaterials, um eine Vielzahl von zweiten Bereichen des zweiten Leitfähigkeitstyps in Bereichen zu bilden, wo Abschnitte der ersten Streifen in Schritt (k) entfernt wurden, wobei diese zweiten Bereiche mit den sich in der ersten Richtung erstreckenden, in Schritt (f) gebildeten ersten Bereichen verbinden.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Einfangschicht eine erste Schicht aus Siliziumdioxid, eine Schicht Siliziumnitrid und eine zweite Siliziumdioxid aufweist, wobei die Schicht Siliziumnitrid als das Dielektrikum zwischen der ersten und der zweiten Siliziumdioxid-Schicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Bildungsschritt (h) eine kontinuierliche Einfangschicht in der zweiten Richtung über eine Vielzahl von Gräben bildet.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Streifen aus Siliziumnitrid ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer nichtflüchtigen Speicheranordnung in einem im Wesentlichen einkristallinen Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer planaren Oberfläche, aufweisend: (a) Ausbildung einer Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Streifen eines ersten Isolatormaterials auf der planaren Oberfläche, wobei sich die ersten Streifen in einer ersten Richtung erstrecken; (b) Ausbildung einer Vielzahl von voneinander beabstandeten Gräben in dem Halbleitermaterial, wobei sich die Gräben in der ersten Richtung zwischen jeweils einem Paar benachbarter, voneinander beabstandeter erster Streifen erstrecken und wobei die Gräben einen Bodenabschnitt und einen oberen Abschnitt mit einer Seitenwand dazwischen aufweisen und der obere Abschnitt benachbart zu den voneinander beabstandeten ersten Streifen ist; (c) Dotierung des Halbleitermaterials, um eine Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Bereichen eines zweiten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp zu bilden, die sich in der ersten Richtung erstrecken, wobei jedes Paar von ersten Bereichen durch die Seitenwand eines Grabens voneinander getrennt ist; (d) Ausbildung einer Einfangschicht in jedem der Gräben, die sich in der ersten Richtung erstrecken, wobei die Einfangschicht ein von der Seitenwand des Grabens beabstandetes Dielektrikum aufweist; (e) Füllen der Gräben mit einem sich in der ersten Richtung erstreckenden Polysilizium, wobei das Silizium von dem Dielektrikum beabstandet ist und kontinuierlich in der zweiten Richtung verbunden ist, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung ist; (f) Ausbildung einer Vielzahl von voneinander beabstandeten Maskenstreifen auf dem Polysilizium, wobei sich die Maskenstreifen in der zweiten Richtung erstrecken; und (g) Entfernung von Abschnitten des Polysiliziums in den Gräben, die sich zwischen den voneinander beabstandeten Maskenstreifen befinden.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Dotierschritt eine Vielzahl von ersten Bereichen in dem Bodenabschnitt jedes der Gräben ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 35, ferner aufweisend: (h) Ausbildung von Abstandselementen entlang der Seitenwand jedes Grabens vor dem Dotierschritt (c); und (i) Entfernung der in Schritt (c) gebildeten Abstandselemente vor dem Ausbilden der Einfangschicht in Schritt (d).
Verfahren nach Anspruch 36, ferner aufweisend: (j) Entfernung der Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Streifen vor dem Bilden der Einfangschicht in Schritt (d); und wobei die Ausbildung der Einfangschicht eine kontinuierliche Einfangschicht in der zweiten Richtung über eine Vielzahl von Gräben bildet.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Einfangschicht eine erste Schicht Siliziumdioxid, eine Schicht Siliziumnitrid und eine zweite Schicht Siliziumdioxid aufweist, wobei die Siliziumnitrid-Schicht als Dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Siliziumdioxid-Schicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Dotierschritt eine Vielzahl von ersten Bereichen in einem Abschnitt des Halbleitermaterials benachbart dem Graben nahe dem oberen Abschnitt jedes Grabens bildet.
Verfahren nach Anspruch 39, ferner aufweisend: (h) Füllen der Gräben mit einem zweiten Isolatormaterial nach dem Ausbildungsschritt (b); (i) Entfernung der Vielzahl erster Steifen nach dem Füllschritt (h); und (j) Entfernung des zweiten Isolatormaterials nach dem Dotierschritt (c).
Verfahren nach Anspruch 40, wobei das Ausbilden der Einfangschicht in Schritt (d) eine kontinuierliche Einfangschicht in der zweiten Richtung über eine Vielzahl von Gräben bildet.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei die Einfangschicht eine erste Schicht Siliziumdioxid, eine Schicht Siliziumnitrid und eine zweite Schicht Siliziumdioxid aufweist, wobei die Siliziumnitrid-Schicht als Dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Siliziumdioxid-Schicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Dotierschritt (c) nach der Bildung der Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Streifen in Schritt (a) in Bereichen zwischen den voneinander beabstandeten ersten Streifen, aber vor der Bildung der Gräben in Schritt (b) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 43, ferner aufweisend: (h) Ausbildung einer Vielzahl von voneinander beabstandeten zweiten Streifen eines zweiten Isolatormaterials auf der planaren Oberfläche, wobei jeder der zweiten Streifen sich in der ersten Richtung in dem Raum zwischen einem Paar voneinander beabstandeter erster Streifen und im Wesentlichen über einen ersten Bereich erstreckt; (i) Entfernung der Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Streifen nach der Bildung der Vielzahl von voneinander beabstandeten zweiten Streifen.
Verfahren nach Anspruch 44, ferner aufweisend die Entfernung der Vielzahl von zweiten Streifen nach der Bildung der Vielzahl von Gräben in Schritt (b).
Verfahren nach Anspruch 45, wobei die Ausbildung der Einfangschicht in Schritt (d) eine kontinuierliche Einfangschicht in der zweiten Richtung über eine Vielzahl von Gräben bildet.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei die Einfangschicht eine erste Schicht Siliziumdioxid, eine Schicht Siliziumnitrid und eine zweite Schicht Siliziumdioxid aufweist, wobei die Siliziumnitrid-Schicht als Dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Siliziumdioxid-Schicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Dotierschritt eine Vielzahl von ersten Bereichen in dem Bodenabschnitt jedes der Gräben und eine Vielzahl von ersten Bereichen in einem Abschnitt des Halbleitermaterials benachbart jedes Grabens nahe dem oberen Abschnitt jedes der Gräben ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 48, ferner aufweisend: (h) Ausbildung von Abstandselementen entlang der Seitenwand der Gräben vor dem Dotierschritt (c), wobei der Dotierschritt (c) die Vielzahl von ersten Bereichen in dem Bodenabschnitt jedes der Gräben implantiert. (i) Füllen der Gräben mit einem zweiten Isolatormaterial nach dem Dotierschritt (c); (j) Entfernung der Vielzahl von ersten Streifen nach dem Füllschritt (i); (k) Implantieren des leitfähigen Materials, um eine Vielzahl von ersten Bereichen in einem Abschnitt des Halbleitermaterials benachbart dem Graben nahe dem oberen Abschnitt jedes der Gräben zu bilden; und (l) Entfernung der Abstandselemente und des zweiten Isolatormaterials von den Gräben nach dem Dotierschritt (k).
Verfahren nach Anspruch 49, wobei die Ausbildung der Einfangschicht eine kontinuierliche Einfangschicht in der zweiten Richtung über eine Vielzahl von Gräben ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 50, wobei die Einfangschicht eine erste Schicht Siliziumdioxid, eine Schicht Siliziumnitrid und eine zweite Schicht Siliziumdioxid aufweist, wobei die Siliziumnitrid-Schicht als Dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Siliziumdioxid-Schicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 48, wobei der Dotierschritt (c) nach der Bildung der Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Streifen in Schritt (a) in Bereichen zwischen den voneinander beabstandeten ersten Streifen, aber vor der Bildung der Gräben in Schritt (b) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 52, ferner aufweisend: (h) Ausbildung einer Vielzahl von voneinander beabstandeten zweiten Streifen eines zweiten Isolatormaterials auf der planaren Oberfläche, wobei jeder der zweiten Streifen sich in der ersten Richtung zwischen einem Paar benachbarter, voneinander beabstandeten erster Streifen und im Wesentlichen über einen ersten Bereich erstreckt. (i) Entfernung der Vielzahl von voneinander beabstandeter erster Streifen nach Bildung der Vielzahl von voneinander beabstandeter zweiter Streifen und vor der Ausbildung einer Vielzahl von Gräben in Schritt (b); (j) Implantieren von Halbleitermaterial, um eine Vielzahl von voneinander beabstandeten ersten Bereichen des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Boden der Vielzahl von Gräben nach dem Bildungsschritt (b) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 53, ferner aufweisend die Entfernung der Vielzahl von voneinander beabstandeter zweiter Isolatormaterialstreifen nach dem Dotierschritt (j).
Verfahren nach Anspruch 54, wobei die Ausbildung der Einfangschicht in Schritt (d) eine kontinuierliche Einfangschicht in der zweiten Richtung über eine Vielzahl von Gräben bildet.
Verfahren nach Anspruch 55, wobei die Einfangschicht eine erste Schicht Siliziumdioxid, eine Schicht Siliziumnitrid und eine zweite Schicht Siliziumdioxid aufweist, wobei die Siliziumnitrid-Schicht als Dielektrikum zwischen der ersten und zweiten Siliziumdioxid-Schicht angeordnet ist.