DE10392314B4

DE10392314B4 - Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung mit einem Ausbilden einer Hartmaskenerweiterung für eine Speicherwortleitung

Info

Publication number: DE10392314B4
Application number: DE10392314T
Authority: DE
Inventors: Tazrien San Jose Kamal; Minh Van Fremont Ngo; Mark T. Sunnyvale Ramsbey; Jeffrey A. Sunnyvale Shields; Jean Y. Sunnyvale Yang; Emmanuil San Jose Lingunis; Hidehiko San Jose Shiraiwa; Angelat T. Fremont Hui
Original assignee: Spansion LLC
Current assignee: Infineon Technologies LLC
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: CN1643655A; CN100343955C; AU2003217233A1; GB2409573A; DE10392314T5; TWI261338B; JP2005522029A; TW200305979A; KR20050002876A; GB2409573B; US6479348B1; WO2003083916A1; KR100987505B1; GB0419978D0

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung mit:
Abscheiden eines dielektrischen Ladungsträgereinfangmaterials (504) über einem Halbleitersubstrat (501);
Bilden einer ersten und einer zweiten Bitleitung (512) in dem Halbleitersubstrat (501);
Abscheiden eines Wortleitungsmaterials (515) über dem dielektrischen Ladungsträgereinfangmaterial (504);
Abscheiden eines Hartmaskenmaterials (515) über dem Wortleitungsmaterial (515);
Abscheiden eines Photolackmaterials (518) über dem Hartmaskenmaterial (515);
Bearbeiten des Photolackmaterials (518), um ein strukturiertes Photolackmaterial (518) zu bilden;
Bearbeiten des Hartmaskenmaterials (515) unter Verwendung des strukturierten Photolackmaterials (518), um ein strukturiertes Hartmaskenmaterial (519) zu bilden;
Entfernen des strukturierten Photolackmaterials (518);
Abscheiden eines Hartmaskenerweiterungsmaterials (524);
Bearbeiten des Hartmaskenerweiterungsmaterials (524), um eine Hartmaskenerweiterung (524) zu bilden;
Bearbeiten des Wortleitungsmaterials (515) unter Verwendung des strukturierten Hartmaskenmaterials (519) und der Hartmaskenerweiterung (524), um eine Wortleitung (525) zu bilden;
Entfernen des strukturierten Hartmaskenmaterials (519) und der Hartmaskenerweiterung (524) nach Bildung der Wortleitung;
Bilden eines selbstjustierten Silizidmaterials...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Halbleitertechnologie und die Herstellung von Wortleitungen in Flash-Speichern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Druckschrift US 5 985 520 A offenbart ein Verfahren zum Ausbilden einer Metalleitungsstruktur, das die Schritte des Bereitstellen eines Halbleitersubstrats und des anschließenden Ausbildens einer Metallschicht und einer Isolierschicht über dem Substrat umfasst. Daraufhin werden Photolithographie- und Ätzprozesse durchgeführt, um auf der Isolierschicht ein Muster auszubilden, wobei Teile der Metallschicht freigelegt und isolierende Linien ausgebildet werden. Anschließend werden auf den Seitenwänden der isolierenden Linien Abstandshalter ausgebildet. Danach wird die Metallschicht geätzt, wobei die isolierenden Linien und die Abstandshalter als Masken und das Substrat als Ätzstoppschicht verwendet werden. Beim Ätzen des Metalls werden auch die isolierenden Linien entfernt. Dadurch wird die Deckfläche der Metallschicht freigelegt und eine Metalleitungsstruktur, die geneigte Seitenwände aufweist, wird ausgebildet. Die nach außen geneigten Seitenwände der Metalleitungen bilden zusammen mit dem Halbleitersubstrat geneigte Kanten aus und führen zu einer guter Stufenbedeckung durch eine anschließend abgeschiedene Schicht.
Die Druckschrift EP 1 170 800 A2 offenbart eine nicht flüchtige Halbleiterspeichervorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Bei diesem Verfahren werden eine Polysiliziumschicht, eine Wolframsilizidschicht und eine Siliziumnitridschicht nacheinander auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden. Über dem Siliziumsubstrat wird ein Photoresistmuster ausgebildet, und die Siliziumnitridschicht wird unter Verwendung des Resistmusters als Maske bemustert. Nach dem Entfernen des Resistmusters wird auf dem Siliziumsubstrat eine Siliziumnitridschicht abgeschieden. Die Siliziumnitridschicht wird durch reaktives Ionenätzen zurückgeätzt, um auf den Seitenwänden der Siliziumnitridschicht Abstandshalter auszubilden. Daraufhin werden die Wolframsilizidschicht und die Polysiliziumschicht unter Verwendung der Siliziumnitridschicht und der Seitenwandabstandshalter als Maske geätzt, um Wortleitungen auszubilden.
Die Druckschrift US 6 269 023 B1 offenbart eine Speicherzelle, die ein Substrat umfasst. Das Substrat weist ein erstes Gebiet und ein zweites Gebiet auf, zwischen dem sich ein Kanal befindet, wobei in dem ersten Gebiet heiße Ladungsträger erzeugt werden. Die Speicherzelle umfasst ferner ein Gate, das sich über dem Kanal befindet, sowie ein Ladungseinfanggebiet, das eine erste Ladungsmenge umfasst. Ein Strombegrenzer begrenzt die Anzahl der heißen Ladungsträger, die in das Kanalgebiet fließen können, wobei der Strombegrenzer die Spannung des zweiten Gebiets nicht steuert
Die Druckschrift WO 01/88986 A2 offenbart eine Anordnung von Speicherzellen, die mehrere Speicherzellen umfasst, die durch ein Gitter aus Wortleitungen und vergrabenen Bitleitungen verbunden sind. Die Anordnung umfasst ferner mehrere Kontakte, die jeweils für eine oder mehrere der Wortleitungen ausgebildet sind. Jeder der mehreren Kontakte liegt über einem Gate einer anderen der mehreren Speicherzellen. Eine der vergrabenen Bitleitungen ist mit einem Gate verbunden, das unter einem der mehreren Kontakte liegt, wobei eine Spalte der Bitleitungen eine erste unzusammenhängende Bitleitung und eine zweite unzusammenhängende Bitleitung aufweist, die voneinander beabstandet sind.
In der Vergangenheit wurden unterschiedliche Speicherarten als elektronische Speichermedien für Computer und ähnliche Systeme entwickelt. Zu derartigen Speichern gehören löschbare programmierbare Nur-Lese-Speicher (EEPROM) und elektrisch programmierbare Nur-Lese-Speicher (EPROM). Jede Speicherart besitzt Vorteile und Nachteile. Ein EEPROM kann leicht ohne äußere Geräte gelöscht werden, besitzt jedoch eine reduzierte Datenspeicherdichte, eine geringere Geschwindigkeit und ist teuer. Im Gegensatz dazu ist ein EPROM kostengünstiger und besitzt eine größere Dichte, ist jedoch nicht löschbar.
Eine neuere Art eines Speichers, die als "Flash"-EEPROM oder Flash-Speicher bezeichnet wird, wurde neuerdings sehr populär, da diese die Vorteile der hohen Dichte und der geringen Kosten eines EPROMS mit der elektrischen Löschbarkeit des EEPROMS vereinigt. Ein Flash-Speicher kann erneut beschrieben werden und kann seinen Inhalt ohne anliegende Versorgungsspannung halten. Er wird in vielen tragbaren elektronischen Produkten, etwa Mobiltelefonen, tragbaren Computern, Stimmaufzeichnungsgeräten, etc. sowie in vielen größeren elektronischen Systemen, etwa Fahrzeugen, Flugzeugen, industriellen Steuerungssystemen, etc. eingesetzt.
In einem Flash-Speicher werden Informationsbits einzeln wie in den älteren Speicherarten programmiert, etwa in einem dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) und statischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (SRAM). Jedoch müssen anders als bei DRAMs und SRAMs, in denen einzelne Bits einzeln zur gegebenen Zeit gelöscht werden können, in dem Flash-Speicher gegenwärtig festgelegte Mehrfachbit-Blöcke und Sektoren gelöscht werden.
Konventioneller Weise ist ein Flash-Speicher aus vielen Flash-Speicherzellen aufgebaut, wobei ein einzelnes Bit in jeder Speicherzelle gespeichert ist, und die Zellen werden durch den Einschluss "heißer" Elektronen programmiert und durch den Fowler-Nordheim-Tunnelprozess gelöscht. Jedoch hat die steigende Nachfrage auf dem Markt dazu geführt, dass Flash-Speicherzellen mit erhöhter Geschwindigkeit und Dichte entwickelt werden. Es wurden neuere Flash-Speicherzellen entwickelt, die es ermöglichen, mehr als ein einziges Bit in jeder Zelle zu speichern.
Eine gewisse Speicherzellenstruktur beinhaltet die Speicherung mehr als eines Ladungspegels, der in einer Speicherzelle zu speichern ist, wobei jeder Pegel ein Bit repräsentiert. Diese Struktur wird als Mehrfachpegelspeicher-(MLS)-Architektur bezeichnet. Nachteiligerweise erfordert diese Struktur inhärent ein hohes Maß an Genauigkeit sowohl beim Programmieren als auch beim Auslesen der Unterschiede in den Ladungspegeln, um die Bits unterscheiden zu können. Wenn eine Speicherzelle gemäß der MLS-Architektur selbst nur mit einem geringen Betrag überladen wird, besteht die einzige Möglichkeit zur Korrektur des Bit-Fehlers darin, die Speicherzelle zu löschen und die Speicherzelle dann vollständig neu zu programmieren. Die Notwendigkeit bei der MLS-Architektur, die Ladungsmenge in einer Speicherzelle beim Programmieren in präziser Weise zu steuern, führt ferner dazu, dass diese Technologie langsamer ist und dass die Daten weniger zuverlässig sind. Ferner dauert es länger, um auf präzise festgelegte Beträge an Ladung zuzugreifen bzw. diese "zu lesen". Somit wird ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit auf der einen Seite und der Erhöhung der Speicherzellendichte auf der anderen Seite erreicht.
In jüngerer Zeit wurde eine noch aktuellere Technologie entwickelt, die das Speichern mehrerer Bits in einer einzelnen Zelle ermöglicht, was als "Spiegelbit"-Flash-Speicher bekannt ist. In dieser Technologie wird eine Speicherzelle im Wesentlichen in zwei identische (gespiegelte) Teile aufgeteilt, wovon jeder zur Speicherung eines zweier unabhängiger Bits vorgesehen ist. Jede Spiegelbit-Flash-Speicherzelle besitzt genauso wie eine herkömmliche Flash-Zelle ein Gate mit einem Source und einem Drain. Anders als eine herkömmliche Flash-Zelle, in der das Source stets mit einer elektrischen Quelle und das Drain stets mit einer elektrischen Senke verbunden ist, können jedoch in der Spiegelbit-Flash-Speicherzelle der Anschluss für das Drain und das Source während des Betriebs vertauscht sein, um das Speichern zweier Bits zu ermöglichen.
Die Spiegelbit-Flash-Speicherzelle besitzt ein Halbleitersubstrat mit implantierten leitenden Bitleitungen. Eine mehrlagige Speicherschicht, die als eine "dielektrische Ladungsträgerschicht" bezeichnet wird, ist über dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Die dielektrische Ladungsträgerfangschicht kann im Wesentlichen aus drei separaten Schichten aufgebaut sein: eine erste isolierende Schicht, eine Ladungsträgereinfangschicht und eine zweite isolierende Schicht. Über der dielektrischen Ladungsträgereinfangschicht sind Wortleitungen senkrecht zu den Bitleitungen ausgebildet. Eine Programmierschaltung steuert zwei Bits pro Zeile, indem ein Signal an die Wortleitungen, die als ein Steuergate dient, angelegt wird und die Bitleitungsverbindungen so geändert werden, dass ein Bit gespeichert wird, indem Source und Drain in einer Anordnung angeschlossen sind, und wobei ein komplementäres Bit gespeichert wird, indem Source- und Drain in ihrer Funktion in einer weiteren Anordnung vertauscht sind.
Das Programmieren der Zelle wird in einer Richtung bewerkstelligt und das Auslesen wird in einer Richtung ausgeführt, die entgegengesetzt zur Programmierrichtung ist.
Ein wesentliches Problem bei der Spiegelbitarchitektur besteht in der Herstellung von dicht aneinanderliegenden Wortleitungen und der Verwendung von Materialien, die mit Prozessen kompatibel sind, die zur Herstellung der Wortleitungen angewendet werden, wenn die Größe der gesamten Spiegelbit-Architektur reduziert wird.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine integrierte Schaltung, wobei eine Hartmaskenerweiterung für eine Speicherwortleitung verwendet wird. Eine dielektrische Ladungsträgereinfangschicht wird über einem Halbleitersubstrat abgeschieden. Eine erste und eine zweite Bitleitung werden in dem Halbleitersubstrat gebildet. Es wird eine Wortleitungsschicht über der dielektrischen Ladungsträgereinfangschicht abgeschieden und eine Hartmaskenschicht wird über der Wortleitungsschicht abgeschieden. Eine Photolackschicht wird über der Hartmaskenschicht abgeschieden und wird so bearbeitet, um eine strukturierte Photolackschicht zu bilden. Die Hartmaskenschicht wird unter Nutzung der strukturierten Photolackschicht bearbeitet, um eine strukturierte Hartmaskenschicht zu bil den. Anschließend wird der strukturierte Photolack entfernt. Eine Hartmaskenerweiterungsschicht wird bearbeitet, um eine Hartmaskenerweiterung zu bilden. Die Wortleitungsschicht wird bearbeitet, wobei die Hartmaske und die Hartmaskenerweiterung verwendet werden, um Wortleitungen zu bilden. Dies ermöglicht, dass die Breite und der Abstand der Wortleitungen gut steuerbar sind und der Abstand zwischen den Wortleitungen in einfacher Weise reduziert werden kann. Anschließend werden die Hartmaske und die Hartmaskenerweiterung entfernt.
Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen offenkundig.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 (Stand der Technik) ist eine Draufsicht eines konventionellen Spiegelbit-Flash-EPROMS;
2 (Stand der Technik) ist eine schematische Schaltplanansicht eines Teils eines der M×N-Arraykernbereiche aus 1 (Stand der Technik);
3 (Stand der Technik) ist eine Draufsicht eines Teils der M×N-Arraykernbereiche 104 aus 1 (Stand der Technik);
4 (Stand der Technik) ist eine isometrische Querschnittsansicht einer typischen Spiegelbit-Flash-Speicherzelle entlang der Linie 4-4 aus 3 (Stand der Technik);
5 ist eine Querschnittsansicht einer teilweise hergestellten Speicherzelle ähnlich zu der Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in 3 (Stand der Technik) während eines Zwischenschritts des Herstellungsprozesses;
6 ist eine Querschnittsansicht der Struktur aus 5 während eines Zwischenschritts beim Herstellen von Hartmasken;
7 ist eine Querschnittsansicht der Struktur aus 6 während eines Zwischenschritts, in welchem eine Erweiterungsschicht abgeschieden wird;
8 ist eine Querschnittsansicht der Struktur aus 7 während eines Zwischenschritts, in welchem Hartmaskenerweiterungen hergestellt wurden und Wortleitungen geätzt werden;
9 ist eine Querschnittsansicht der Struktur aus 8 während eines Zwischenschritts, in welchem die Hartmasken und die Hartmaskenerweiterungen entfernt wurden und eine Abstandschicht abgeschieden wird;
10 ist eine Querschnittsansicht der Struktur aus 9 während eines Zwischenschritts, in welchem Wortleitungsabstandselemente gebildet werden; und
11 ist ein vereinfachter Prozessablauf der vorliegenden Erfindung.
BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
In 1 (Stand der Technik) ist eine Draufsicht eines Spiegelbit-Flash-EPROMS 100 gezeigt, das im Allgemeinen ein Halbleitersubstrat 102 enthält, in welchem ein oder mehrere Kerngebiete mit hoher Dichte und ein oder mehrere periphere Bereiche mit geringer Dichte ausgebildet sind. Kerngebiete mit hoher Dichte enthalten typischerweise ein oder mehrere M×N-Array-Kernbereiche 104 mit einzeln adressierbaren, im wesentlichen identischen Spiegelbit-Flash-Speicherzellen. Periphere Bereiche mit geringer Dichte enthalten typischerweise Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Schaltungen und Programmierschaltungen zum selektiven Adressieren der einzelnen Speicherzellen. Die Programmierschaltung wird teilweise durch eine oder mehrere X-Decodierer 108 und Y-Decodierer 110 repräsentiert und enthält diese, die mit der I/O-Schaltung 106 zusammenarbeiten, um das Source, Gate und Drain der ausgewählten adressierten Speicherzellen mit vorbestimmten Spannungen oder Impedanzen zu verbinden, um die entsprechenden Aktivitäten in der Speicherzelle, beispielsweise das Programmieren, Auslesen und Löschen zu bewirken und um entsprechende erforderliche Spannungen zum Auslösen derartiger Aktivitäten abzuleiten.
Der Begriff „horizontal", wie er hierin verwendet ist, ist als eine Ebene parallel zu der üblichen Ebene oder Oberfläche des Halbleitersubstrats 102 definiert, unabhängig von dessen Orientierung. Der Begriff „vertikal" bezeichnet eine Richtung senkrecht zu der horizontalen Richtung, wie sie zuvor definiert wird. Begriffe wie „auf", „über", „unter", „höher", „tiefer", „darüber", „unter", „seitlich" und „daneben" sind in Bezug auf die horizontalen und vertikalen Ebenen definiert. Der Begriff „prozessiert bzw. bearbeitet", wie er hierin verwendet ist, ist so definiert, um einen oder mehrere der folgenden Bearbeitungsschritte zu umfassen: Abscheiden oder Aufwachsen von Halbleitermaterialien, Maskieren, Photolithographievorgänge, Ätzen, Implantieren, Entfernen und/oder Ablösen.
Gemäß 2 (Stand der Technik) ist ein schematisches Schaltbild eines Bereichs eines der M×N-Array-Kernbereiche 104 aus 1 (Stand der Technik) gezeigt. Die schematische Schaltbilddarstellung zeigt eine Zeile aus Speicherzellen 200, die Speicherzellen 201 bis 204 enthält, die ein 8-Bit-Wort bilden können. Jede der Speicherzellen 201 bis 204 ist mit einer Wortleitung 206 verbunden, die als ein Steuergate dient. Jede der Speicherzellen 201 bis 204 besitzt zwei zugeordnete Bitleitungen, wobei die meisten der Speicherzellen eine gemeinsame Bitleitung aufweisen. Die Speicherzelle 201 besitzt zugeordnete Bitleitungen 208 und 209; die Speicherzelle 202 besitzt zugeordnete Bitleitungen 209, 210; die Speicherzelle 203 besitzt zugeordnete Bitleitungen 210 und 211; und die Speicherzelle 204 besitzt zugeordnete Bitleitungen 211 und 212.
Abhängig von einem Signal auf der Wortleitung und der Verbindung der Bitleitungen in einer Speicherzelle mit einer elektrischen Quelle oder Senke können die Speicherzellen 201 bis 204 Bits an Positionen 215 bis 222 schreiben, lesen und löschen. Beispielsweise wird eine Steuerung des Bits an der Position 215 erreicht, indem das Drain mit der Bitleitung 208 und das Source mit der Bitleitung 209 verbunden wird. In ähnlicher Weise kann eine Steuerung des Bits an der Position 216 erreicht werden, indem das Drain mit der Bitleitung 209 und das Source mit der Bitleitung 208 verbunden wird. Obwohl benachbarte Speicherzellen gemeinsame Bitleitungen gemeinsam nutzen, stören sich die benachbarten Speicherzellen nicht untereinander, da die Speicherzellen jeweils zu einer gegebenen Zeit programmiert werden und nur eine Speicherzelle während des Zeitpunkts des Programmierens aktiv ist.
Gemäß 3 (Stand der Technik) ist eine Draufsicht eines Teils eines der M×N-Array-Kernbereiche 104 aus 1 (Stand der Technik) gezeigt. Das Halbleitersubstrat 102 besitzt mehrere implantierte Bitleitungen 304, die sich parallel mit mehreren ausgebildeten Wortleitungen 302 erstrecken, die sich wiederum parallel und in rechten Winkeln zu den mehreren implantierten Bitleitungen 304 erstrecken. Die Wortleitungen 302 und die Bitleitungen 304 besitzen Kontakte und Verbindungen (nicht gezeigt) zu der Programmierschaltung, die teilweise durch die X-Decodierer 108 und Y-Decodierer 110 aus 1 (Stand der Technik) repräsentiert ist.
Gemäß 4 (Stand der Technik) ist eine isometrische Querschnittsansicht einer typischen Spiegelbit-Flash-Speicherzelle entlang der Linie 4-4 aus 3 (Stand der Technik), etwa einer Speicherzelle 400, gezeigt. Das Halbleitersubstrat 102 ist ein P-dotiertes Siliziumsubstrat mit einer Schwellwerteinstellimplantation 402 aus einem P-Material, etwa Bor. Der Schwellwerteinstellimplantationsbereich 402 ergibt ein Gebiet, das stärker dotiert ist als das Halbleitersubstrat 102 und unterstützt das Steuern der Schwellwertspannung der Speicherzelle 400.
Eine dielektrische Ladungsträgereinfangschicht 404 ist über dem Halbleitersubstrat 102 abgeschieden. Die dielektrische Ladungsträgereinfangschicht 404 ist im Wesentlichen aus drei separaten Schichten aufgebaut: eine erste isolierende Schicht 406, eine Ladungsträgereinfangschicht 408 und eine zweite isolierende Schicht 410. Die erste und die zweite isolierende Schicht 406 und 410 sind aus einem dielektrischen Oxid, etwa Siliziumdioxid (SiO₂), und die Ladungsträgereinfangschicht 408 ist aus einem dielektrischen Nitrid, etwa Siliziumnitrid (Si_xN_y) aufgebaut. Die Oxid-Nitrid-Oxid-Konfiguration wird häufig der Einfachheit halber als eine „ONO-Schicht" bezeichnet.
Die Bitleitungen 304 aus 3 (Stand der Technik) sind unter die dielektrische Ladungsträgereinfangschicht 404 in das Halbleitersubstrat 102 implantiert und sind als erste und zweite leitende Bitleitungen 412 und 414 bezeichnet. Diese sind typischerweise aus einem implantierten N-Material, etwa Arsen, hergestellt und können in einigen Ausführungsformen einen Oxidbereich (nicht gezeigt) aufweisen. Die erste und die zweite leitende Bitleitung 412 und 414 sind beabstandet und definieren mit dem Schwellwerteinstellimplantationsbereich 402 ein Volumen dazwischen, das ein Kanal 416 ist.
Ein Material, etwa Polysilizium, wird über der dielektrischen Ladungsträgereinfangschicht 404 abgeschieden, strukturiert, geätzt und abgetragen, woraus eine Wortleitung 418 resultiert. Die Wortleitung 418 ist eine der Wortleitungen 302 in 3 (Stand der Technik).
Selbstverständlich beinhaltet die Umsetzung jedes Schrittes bei der Herstellung entsprechende Prozessschritte. Die Positionen 420 bis 422 zeigen an, wo Bits in der Speicherzelle 400 gespeichert werden können, und Positionen 424 und 426 sind benachbarte Positionen, die von der Speicherzelle 400 unabhängig sind.
Wie zuvor kurz erläutert ist, besteht ein wesentliches Problem bei der Spiegelbit-Architektur darin, gering beabstandete Wortleitungen herzustellen, und in der Verwendung von Materialien, die mit Prozessen kompatibel sind, die zur Herstellung der Wortleitungen verwendet werden, wenn die Größe der gesamten Spiegelbit-Architektur reduziert werden soll. Der photolithographische Prozess ist begrenzt durch den kleinsten Abstand, mit dem die Hartmaske die Wortleitungen anordnen kann.
Gemäß 5 ist eine Querschnittsansicht einer teilweise bearbeiteten Speicherzelle 500 ähnlich zu der Querschnittsansicht entlang der Linie 5/5 in 3 (Stand der Technik) gezeigt. Ein P-Siliziumsubstrat 501 wurde einer Implantation ausgesetzt oder bearbeitet zu einem P-Schwellwerteinstellimplantationsbereich 502.
Eine dielektrische Ladungsträgereinfangschicht 504 ist über dem Siliziumsubstrat 501 abgeschieden. Die dielektrische Ladungsträgereinfangschicht 504 ist im Wesentlichen aus zwei separaten Schichten aufgebaut: eine erste isolierende Schicht 506, eine Ladungsträgereinfangschicht 508 und eine zweite isolierende Schicht 510. Die erste und die zweite isolierende Schicht 506 und 510 können aus einem dielektrischen Oxid, etwa Siliziumdioxid (SiO₂) oder Siliziumoxynitrid (SiON) aufgebaut sein, und die Ladungsträgereinfangschicht 508 kann aus einem dielektrischen Nitrid (etwa Siliziumnitrid (Si_xN_y) aufgebaut sein, um eine ONO-Schicht zu bilden. Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung nicht auf spezielle dielektrische oder Ladungsträgereinfangmaterialien beschränkt ist.
Die Bitleitungen, wie sie in typischerweise durch eine erste N-Bitleitung 512 dargestellt sind, werden unter die dielektrische Ladungsträgereinfangschicht 504 in das Siliziumsubstrat 501 implantiert, und eine Wortleitungsschicht 515 aus Polysilizium ist über der dielektrischen Ladungsträgerschicht 504 abgeschieden. Wiederum ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf spezielle Bitleitungs- oder Gatematerialien eingeschränkt ist. Beispielsweise sind NPN-Strukturen gezeigt, wobei auch PNP-Strukturen möglich sind.
Eine Hartmaskenschicht 516 ist über der Wortleitungsschicht 515 abgeschieden. Eine optionale ARC-Schicht 517 ist über der Hartmaskenschicht 516 abgeschieden und eine Photolackschicht 518 ist über der ARC-Schicht 517 abgeschieden. Ferner sind die Photolackschicht 518 und die ARC-Schicht 517 zu einer Kombinationsphotomaske 520 zur Bearbeitung der Hartmaskenschicht 516 bearbeitet (d. h., die Schichten wurden abgeschieden, maskiert, strukturiert, belichtet und geätzt). Die Hartmaskenschicht 516 wurde nicht bearbeitet.
Gemäß 6 ist die Struktur aus 5 nach der Herstellung einer strukturierten Hartmaskenschicht 519 und der Entfernung der Kombinationsphotomaske 520 gezeigt. Die strukturierte ARC-Schicht 517 kann zu diesem Zeitpunkt entfernt werden oder auf der strukturierten Hartmaskenschicht 519 bleiben, so wie dies gezeigt ist. Die strukturierte Hartmaskenschicht 519 besitzt Zwischenräume 521 bis 523 und wird verwendet, um die Struktur aus 7 herzustellen.
Gemäß 7 ist die Struktur aus 6 nach dem Abscheiden einer Hartmaskenerweiterungsschicht 524 gezeigt. Es wurde festgestellt, dass die Hartmaskenerweiterungsschicht 524 ein abgeschiedenes anorganisches Material, etwa ein abgeschiedenes Oxid, sein kann, das eine hohe Dichte als Ergebnis eines Hochtemperaturoxids oder eines undotierten Oxids aufweisen kann. Das Hochtemperaturoxid ist ein Oxid, das bei ungefähr 750°C bis ungefähr 800°C abgeschieden wird, und das undotierte Oxid kann ein Oxid sein, das durch einen physikalischen chemischen Dampfabscheidungs-(PCVD)-Prozess abgeschieden wird. Ein Oxid wird verwendet, da dieses konform ist und dazu neigt, die Schicht des ARC 517 zu oxidieren, die im Wesentlichen Nitrid ist, um dessen Abtrag während der Herstellung der Hartmaskenerweiterung zu vereinfachen, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
In 8 ist die Struktur aus 7 nach der Bearbeitung unter Anwendung eines isotropen Ätzprozesse gefolgt von einem anisotropen Ätzprozess gezeigt.
Der isotrope Ätzprozess wird angewendet, um die Hartmaskenerweiterungen 524a bis 524d herzustellen, indem die Hartmaskenerweiterungsschicht 524 bis zu dem Beginn der Wortleitungsschicht 515 geätzt wird. Der vorhergehende isotrope Ätzprozess entfernt Reste der ARC-Schicht 517, die auf der strukturierten Hartmaskenschicht 519 verblieben sind, so dass das nachfolgende Entfernen der strukturierten Hartmaskenschicht 519 vereinfacht wird.
Die strukturierte Hartmaskenschicht 519 und die Hartmaskenerweiterungen 524a bis 524d werden bei einem anisotropen Prozess verwendet, um Wortleitungen 525 bis 528 mit Wortleitungsabständen 530 bis 532 zu bilden.
Die Wortleitungsabstände 530 bis 532 sind kleiner als in konventionellen Speicherbausteinen und ermöglichen einen geringen Abstand zwischen den Wortleitungen 525 bis 528. Somit kann die Wortleitungsbreite und der Abstand in sehr präziser Weise gesteuert werden.
Die Wortleitungsabstände 530 bis 532 können in einfacher Weise bis auf ungefähr 70 nm reduziert werden.
9 zeigt die Struktur aus 8 nach dem Entfernen der strukturierten Hartmaskenschicht 519 und der Hartmaskenerweiterungen 524a bis 524d. Eine anorganische Abstandsschicht 534 wurde abgeschieden, da diese für die peripheren Bereiche des Flash-EEPROMS aus 1 erforderlich ist.
Gemäß 10 ist die Struktur aus 9 nach dem Ätzen der Abstandsschicht 534 zur Ausbildung von Wortleitungsabstandselementen 535 bis 538 um die entsprechenden Wortleitungen 525 bis 528 herum gezeigt. Wenn die Wortleitungsabstandselemente 535 bis 538 nicht gebildet werden, ist ein zusätzlicher Maskierungsschritt für den gesamten Kern erforderlich oder es sind zusätzliche Bearbeitungsschritte notwendig, um einen Zugriff zu den Bitleitungen bereitzustellen.
Gemäß 11 ist ein vereinfachter Prozessablauf 600 der vorliegenden Erfindung dargestellt, der umfasst: Bereitstellen 602 eines Halbleitersubstrats; Implantieren 604 eines Schwellwerteinstellimplantationsbereichs; Abscheiden 606 einer dielektrischen Ladungsträgereinfangschicht; Implantieren 608 von Bitleitungen; Abscheiden 610 einer Wortleitung; Abscheiden 612 einer Hartmaskenschicht; Abscheiden 614 einer ARC- und Photolackschicht; Bilden 616 einer Photomaske; Bilden 618 einer Hartmaske; Entfernen 620 der Photolackschicht; Abscheiden 622 einer Hartmaskenerweiterungsschicht; Bilden 624 einer Hartmaskenerweiterung; Entfernen der ARC-Schicht und Bilden 626 von Wortleitungen, Entfernen 628 der Hartmaskenschicht und Hartmaskenerweiterung, Bilden 630 von selbstjustiertem Silizid und Bilden 632 von Abstandselementen. Der Fachmann erkennt beim einem detaillierten Studium der vorliegenden Offenbarung, dass diverse alternative Sequenzen, zusätzliche Schritte und Weglassen einzelner Schritte möglich sind.
Diverse Implementierungen des Verfahrens können in unterschiedlichen elektronischen Bauelementen eingesetzt werden, und insbesondere kann die Doppelbitspeicherzellenarchitektur gemäß einem oder mehren Aspekten der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Insbesondere ist die Erfindung auf ein Speicherbauelement anwendbar, in welche beide Bits in einer Doppelzelle für eine Daten- oder Informationsspeicherung vorgesehen sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung mit: Abscheiden eines dielektrischen Ladungsträgereinfangmaterials (504) über einem Halbleitersubstrat (501); Bilden einer ersten und einer zweiten Bitleitung (512) in dem Halbleitersubstrat (501); Abscheiden eines Wortleitungsmaterials (515) über dem dielektrischen Ladungsträgereinfangmaterial (504); Abscheiden eines Hartmaskenmaterials (515) über dem Wortleitungsmaterial (515); Abscheiden eines Photolackmaterials (518) über dem Hartmaskenmaterial (515); Bearbeiten des Photolackmaterials (518), um ein strukturiertes Photolackmaterial (518) zu bilden; Bearbeiten des Hartmaskenmaterials (515) unter Verwendung des strukturierten Photolackmaterials (518), um ein strukturiertes Hartmaskenmaterial (519) zu bilden; Entfernen des strukturierten Photolackmaterials (518); Abscheiden eines Hartmaskenerweiterungsmaterials (524); Bearbeiten des Hartmaskenerweiterungsmaterials (524), um eine Hartmaskenerweiterung (524) zu bilden; Bearbeiten des Wortleitungsmaterials (515) unter Verwendung des strukturierten Hartmaskenmaterials (519) und der Hartmaskenerweiterung (524), um eine Wortleitung (525) zu bilden; Entfernen des strukturierten Hartmaskenmaterials (519) und der Hartmaskenerweiterung (524) nach Bildung der Wortleitung; Bilden eines selbstjustierten Silizidmaterials (540) auf der Wortleitung (525) nach dem Entfernen des strukturierten Hartmaskenmaterials (519) und der Hartmaskenerweiterung (524).
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Abscheiden des Hartmaskenerweiterungsmaterials (524) Abscheiden eines Oxids mit hoher Dichte umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Abscheiden des Hartmaskenerweiterungsmaterials (524) Abscheiden eines Oxids umfasst, das ein Hochtemperaturoxid und/oder ein undotiertes Oxid ist.
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Bearbeiten des Hartmaskenerweiterungsmaterials (524) zur Ausbildung der Hartmaskenerweiterung (524) führt, wobei der Wortleitungsabstand (530) unter ungefähr 70 nm liegt.
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Abscheiden des Hartmaskenerweiterungsmaterials (524) ein Abscheiden eines Materials umfasst, das isotrop geätzt werden kann, ohne das strukturierte Hartmaskenmaterial (519) oder das dielektrische Ladungsträgereinfangmaterial (504) zu beeinträchtigen.
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, das umfasst: Abscheiden eines antireflektierenden Beschichtungsmaterials (517) auf dem Hartmaskenmaterial (515) und Entfernen des antireflektierenden Beschichtungsmaterials (517) nach dem Entfernen des strukturierten Photolackmaterials (518).
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, das umfasst: Abscheiden eines antireflektierenden Beschichtungsmaterials (517) auf dem Hartmaskenmaterial (515), wobei das antireflektierende Beschichtungsmaterial (517) Stickstoff enthält, und Entfernen des antireflektierenden Beschichtungsmaterials (517).
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, das umfasst: Abscheiden eines Wortleitungsabstandsmaterials (534) und Bilden von Wortleitungsabstandselementen (535) um die Wortleitung (525) herum.
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, das ein Implantieren eines Schwellwerteinstellimplantationsbereichs (502) in das Halbleitersubstrat (501) umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Ladungsträgereinfangmaterial (504) aufgebaut ist aus: einem ersten dielektrischen Material (506); einem Ladungsträgereinfangmaterial (508) über dem ersten dielektrischen Material (506); und einem zweiten dielektrischen Material (510) über dem dielektrischen Ladungsträgereinfangmaterial (504).