DE19611438A1 - EEPROM Flashzelle sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine EEPROM Flashzelle (elektrisch
löschbarer programmierbarer Festwertspeicher) sowie ein
Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere ist die
Erfindung durch Variieren der wirksamen Kanallänge zu drei
verschiedenen Ausgabeniveaus befähigt, in Abhängigkeit davon,
ob eines oder beide von zwei Floatinggates programmiert oder
gelöscht sind, und zu Vorspannungskombinationen, wobei zwei
Floatinggates auf einem Kanalbereich ausgebildet sind.
EEPROM Halbleiterbauelemente, welche zur elektrischen
Programmierung und Löschung geeignet sind, haben auf dem
Markt aufgrund ihrer besonderen Vorzüge breite Akzeptanz
gefunden. Allerdings weist ein EEPROM Bauelement höhere
Herstellungskosten per bit auf, weshalb ein Interesse
besteht, die Kosten durch Steigerung der Integrationsdichte
der Zelle zu senken. Andererseits trifft die Integration
einer EEPROM Zelle auf viele Schwierigkeiten, weil ihr
Aufbau im Vergleich zu einer DRAM Zelle relativ komplex ist.
Daher ist es ein Ziel der Erfindung, eine EEPROM Zelle und
Verfahren zu deren Erzeugung bereitzustellen, bei der die
genannten Probleme gelöst sind, indem mittels der Variierung
der wirksamen Kanallänge drei verschiedene Ausgabeniveaus
erhalten werden, abhängig davon, ob eines oder zwei
Floatinggates, die auf einem Kanalgebiet gebildet sind
programmiert oder gelöscht sind und von der jeweiligen
Vorspannungskombination.
Eine erfindungsgemäße EEPROM Zelle ist, um das genannte Ziel
zu erreichen, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites
Floatinggate, die durch einen unterliegenden Tunneloxidfilm
von einem Siliziumsubstrat elektrisch isoliert und parallel
nahe beieinander angeordnet sind, eine dielektrische
Trennschicht (sog. Spacer) zwischen dem ersten und zweiten
Floatinggate, ein auf dem ersten Flaotinggate und dem zweiten
Floatinggate ausgebildetes Steuergate, wobei das Steuergate
elektrisch vom ersten und zweiten Floatinggate isoliert ist,
jeweils ein auf dem Siliziumsubstrat ausgebildetes
Sourcegebiet und Draingebiet, um eine Zone an beiden Enden
der Floatinggates zu überlappen.
Das Verfahren zur Herstellung einer EEPROM Zelle umfaßt
folgende Schritte: Ausbildung eines ersten Tunneloxidfilms
auf einem Siliziumsubstrat, Ausbildung eines ersten
Polysiliziummusters zur Festlegung der Breite und einer
Seite eines ersten Floatinggates, Ausbildung einer
dielektrischen Trennschicht an einer Wand des ersten
Polysiliziummusters, Ausbildung einer zweiten Tunneloxid
schicht auf der sich ergebenden Struktur, Ausbildung eines
zweiten Polysiliziummusters zur Festlegung der Breite und
einer Seite eines zweiten Floatinggates an einer Stelle
parallel zum ersten Polysiliziummuster, aufeinanderfolgende
Ausbildung einer dielektrischen Schicht und einer dritten
Polysiliziumschicht, Ausbildung eines Steuergate durch Ätzung
der dritten Polysiliziumschicht unter Verwendung einer Maske
für das Steuergate, wodurch die anderen Seiten des ersten und
zweiten Polysiliziummusters nacheinander geätzt werden,
Ausbildung eines Source- und Draingebietes auf dem
Siliziumsubstrat unter Anwendung einer Ionenimplantations
behandlung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1A bis Fig. 1D geschnittene Ansichten einer
erfindungsgemäß hergestellten EEPROM
Flashzelle;
Fig. 2 eine Draufsicht auf Fig. 1B; und
Fig. 3A bis Fig. 3C geschnittene Ansichten eines
Bauelements zur Erläuterung der
Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen
EEPROM Flashzelle.
In den diversen Ansichten der Zeichnungen beziehen sich
gleichartige Bezugszeichen auf gleichartige Teile.
Fig. 1A bis Fig. 1D zeigen geschnittene Ansichten eines
Bauelements zur Erläuterung der Herstellungsverfahren einer
erfindungsgemäßen EEPROM Flashzelle.
In Fig. 1A werden eine erstes Tunneloxid 2 und eine erste
Polysiliziumschicht nacheinander auf einem Siliziumsubstrat 1
ausgebildet. Das erste Polysilizium wird gemustert, um die
Breite und eine Seite eines ersten Floatinggate festzulegen,
wodurch es zur Ausbildung eines ersten Polysiliziummusters 3
kommt. Eine dielektrische Trennschicht 4 ist an einer
geätzten Wand des ersten Polysiliziummusters 3 ausgebildet.
Das erste Polysiliziummuster 3 ist in einem aktiven Gebiet A
ausgebildet, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Wie anhand von Fig. 1B ersichtlich ist, werden ein zweites
Tunneloxid 5 und eine zweite Polysiliziumschicht nacheinander
auf der sich nach Bildung einer dielektrischen Trennschicht 4
ergebenden Struktur ausgebildet, und anschließend wird das
zweite Polysilizium gemustert, um die Breite und eine Seite
eines zweiten Floatinggates festzulegen, wodurch ein zweites
Polysiliziummuster 6 zur Ausbildung kommt. Fig. 1B ist eine
Ansicht entlang der X-X′ Linie von Fig. 2. Wie Fig. 2 zeigt,
wird das zweite Polysiliziummuster 6 auf der verbleibenden
Fläche des aktiven Gebiets A ausgebildet mit Ausnahme des
Gebiets, auf dem das erste Polysiliziummuster 3 ausgebildet
vorliegt, wobei eine durch das zweite Polysiliziummuster 6
festgelegte Seite eine durch das erste Polysiliziummuster 3
festgelegte Seite überlappt. Das erste und das zweite
Polysiliziummuster erstrecken sich bis zu einem Feldgebiet B
und überdecken so das aktive Gebiet A vollständig.
Wie in Fig. 1C gezeigt, werden eine dielektrische Schicht 7
und eine dritte Polysiliziumschicht nacheinander
abgeschieden.
In Fig. 1D wird durch Ätzung der dritten Polysiliziumschicht 8
ein Steuergate 8A ausgebildet unter Verwendung einer (nicht
gezeigten) Maske für das Steuergate. Daneben werden
aufeinanderfolgend die dielektrische Schicht 7, das zweite
Polysiliziummuster 6, das zweite Tunneloxid 5, das erste
Polysiliziummuster 3 und das erste Tunneloxid 2
aufeinanderfolgend unter Benutzung der Maske für das
Steuergate durch ein selbstjustierendes Ätzverfahren geätzt.
Schließlich werden durch eine Implantierungsbehandlung in
dem Siliziumsubstrat 1 ein Source- und Draingebiet 10 und 9
ausgebildet. Wie oben ausgeführt, werden durch das
selbstjustierende Ätzverfahren unter Benutzung der Maske für
das Steuergate die jeweils andere Seiten des ersten und
zweiten Polysiliziummusters 3 und 6 festgelegt, wodurch ein
erstes und ein zweites Floatinggate 3A und 6A zur Ausbildung
gelangen, die parallel nahe beim aktiven Gebiet A liegen.
Die Erfindung weist folgende Vorzüge auf. Ebenso wie der
Sättigungsstrom eines Transistors in Metalloxid
halbleiterbauweise (MOS) mit dessen Kanallänge variiert,
verändert der Sättigungsstrom sich entsprechend bei Änderung
der wirksamen Kanallänge, so daß es möglich ist,
Sättigungsstromniveaus zur Darstellung unterschiedlicher
logischer Niveaus zu verwenden. Die Erfindung ermöglicht drei
unterschiedliche Ausgangsniveaus. Während zum Beispiel bei
einem bekannten Bauelement drei Zellen zur Erzielung von acht
verschiedenen Ausgaben benötigt werden, genügen bei einem
erfindungsgemäßen Bauelement zwei Zellen, um neun
verschiedene Ausgaben zu erzielen, wodurch die
Integrationsdichte eines Bauelements beträchtlich gesteigert
werden kann.
Fig. 3A bis Fig. 3C zeigen die Wirkungsweise einer nach dem
oben beschriebenen Verfahren hergestellten EEPROM Flashzelle
unter Ausnutzung des zugrundeliegenden technischen Prinzips.
Um die Zelle zu programmieren, d. h. Ladungen im Floatinggate
zu speichern, wird ein Massenpotential an das Sourcegebiet 10
und das Draingebiet 9 angelegt, worauf eine hohe Spannung von
etwa +12 V an das Steuergate 8A angelegt wird. Damit werden
ein erstes und zweites Floatinggate 3A und 6A zugleich
programmiert. Bei einem Löschvorgang werden, nachdem an das
Sourcegebiet 10 und das Draingebiet 9 jeweils 5 V und an das
Steuergate 8A -12 V Spannung angelegt sind, die in dem
ersten und zweiten Floatinggate 3A und 6A gespeicherten
Ladungen durch Tunnellung abgezogen, wie in Fig. 3C gezeigt
ist. Um auf ähnliche Weise nur eines der beiden Floatinggates
3A und 6A zu programmieren, werden nach Programmierung des
ersten und zweiten Floatinggate 3A und 6A nach der in Fig. 3A
gezeigten Weise Spannungen von 0 V, 5 V bzw. -12 V an das
Sourcegebiet 10, das Draingebiet 9 bzw. das Steuergate 8A
angelegt, wodurch es zur Löschung des ersten Floatinggate 3A
kommt, wie in Fig. 3B gezeigt. Umgekehrt ist es auch möglich,
das zweite Floatinggate 6A zu löschen.
Die Ausgangsbedingungen, unter denen programmierte Daten
ausgelesen werden, lassen sich nach dem oben gesagten in drei
Typen unterteilen, nämlich (1) den Fall, daß beide
Floatinggates programmiert sind, (2) den Fall, daß eines der
beiden Floatinggates programmiert ist, während das andere
gelöscht ist, und (3) den Fall, daß beide Floatinggates
gelöscht sind.
Nachfolgend wird der Auslesevorgang anhand des zweiten von
diesen drei Typen erklärt (wobei als Beispiel das erste
Floatinggate 3A als gelöscht angenommen ist).
Falls Vtp (Schwellenspannung für den ersten Typ) an das
Steuergate 8A angelegt ist, wird ein Kanal unter dem ersten
Floatinggate 3A ausreichend invertiert, um einen virtuellen
Drain hervorzurufen. Der virtuelle Drain schafft den gleichen
Effekt, daß die Kanallänge sich um die Länge des ersten
Floatinggate verringert, so daß ein im Vergleich zum ersten
Typ größerer Sättigungstrom fließt. Unter Ausnutzung dieses
Prinzips der Erfindung kann daher eine EEPROM Flashzelle mit
drei verschiedene Ausgaben erzielt werden.
Wie oben im einzelnen beschrieben, ist es möglich, bei
Anwendung der Erfindung durch Variieren der Kanallänge
unterschiedliche Sättigungsniveaus zu erhalten und drei
unterschiedliche Ausgabeniveaus hervorzurufen, so daß sich
maßgebliche Auswirkungen auf die Erhöhung der Integrations
dichte eines Bauelements ohne zusätzliche Kosten ergeben.
Die vorangegangene Beschreibung stellt, obwohl mit einem
bestimmten Grad von Spezialisierung auf eine bevorzugte
Ausführungsform gerichtet, lediglich eine Exemplifizierung
des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips dar. Es versteht
sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf die bevorzugten
Ausführungsformen, wie sie hier vorgestellt und
exemplifiziert werden, beschränkt ist. Demgemäß sind alle
geeigneten, innerhalb der Konzeption der Erfindung
vorgenommenen Abweichungen, als weitere Ausführungsformen der
Erfindung einzuordnen.
Claims (4)
1. EEPROM Flashzelle, gekennzeichnet durch
ein erstes und zweites Floatinggate (3,6), die durch eine
darunterliegende Tunneloxidschicht (2) elektrisch von einem
darunterliegenden Siliziumsubstrat (1) isoliert sind und
parallel nahe beieinander ausgebildet sind;
eine zwischen dem ersten Floatinggate und dem zweiten Floatinggate ausgebildete dielektrische Trennschicht (4);
ein auf dem ersten Floatinggate und dem zweiten Floatinggate ausgebildetes Steuergate (8A), wobei das Steuergate von dem ersten und zweiten Floatinggate elektrisch isoliert ist; und
ein auf dem Siliziumsubstrat ausgebildetes Sourcegebiet (10) und Draingebiet (9), um eine Zone an beiden Enden der Floatinggates zu überlappen.
eine zwischen dem ersten Floatinggate und dem zweiten Floatinggate ausgebildete dielektrische Trennschicht (4);
ein auf dem ersten Floatinggate und dem zweiten Floatinggate ausgebildetes Steuergate (8A), wobei das Steuergate von dem ersten und zweiten Floatinggate elektrisch isoliert ist; und
ein auf dem Siliziumsubstrat ausgebildetes Sourcegebiet (10) und Draingebiet (9), um eine Zone an beiden Enden der Floatinggates zu überlappen.
2. EEPROM Flashzelle gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Seite des zweiten Floatinggates (6)
eine Seite des ersten Floatinggates (3) überlappt.
3. Verfahren zur Herstellung einer EEPROM Zelle,
gekennzeichnet durch die Schritte:
Ausbildung eines ersten Tunneloxids auf einem Silizium substrat;
Ausbildung eines ersten Polysiliziummusters zur Festlegung der Breite und einer Seite eines ersten Floatinggates;
Ausbildung einer dielektrischen Trennschicht an einer Wand des ersten Polysiliziummusters;
Ausbildung eines zweiten Tunneloxids auf der sich nach der Bildung der dielektrischen Trennschicht ergebenden Struktur;
Ausbildung eines zweiten Polysiliziummusters an einer Stelle parallel zum ersten Polysiliziummuster zur Festlegung der Breite und einer Seite eines zweiten Floatinggate;
aufeinanderfolgende Ausbildung einer dielektrischen Schicht und einer dritten Polysiliziumschicht;
Ausbildung eines Steuergates durch Ätzung der dritten Polysiliziumschicht unter Verwendung einer Maske für das Steuergate, wodurch die anderen Seiten des ersten und zweiten Polysiliziummusters nacheinander geätzt werden; und
Ausbildung eines Source- und Draingebiets auf dem Siliziumsubstrat unter Anwendung einer Ionenimplantations behandlung.
Ausbildung eines ersten Tunneloxids auf einem Silizium substrat;
Ausbildung eines ersten Polysiliziummusters zur Festlegung der Breite und einer Seite eines ersten Floatinggates;
Ausbildung einer dielektrischen Trennschicht an einer Wand des ersten Polysiliziummusters;
Ausbildung eines zweiten Tunneloxids auf der sich nach der Bildung der dielektrischen Trennschicht ergebenden Struktur;
Ausbildung eines zweiten Polysiliziummusters an einer Stelle parallel zum ersten Polysiliziummuster zur Festlegung der Breite und einer Seite eines zweiten Floatinggate;
aufeinanderfolgende Ausbildung einer dielektrischen Schicht und einer dritten Polysiliziumschicht;
Ausbildung eines Steuergates durch Ätzung der dritten Polysiliziumschicht unter Verwendung einer Maske für das Steuergate, wodurch die anderen Seiten des ersten und zweiten Polysiliziummusters nacheinander geätzt werden; und
Ausbildung eines Source- und Draingebiets auf dem Siliziumsubstrat unter Anwendung einer Ionenimplantations behandlung.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Seite des zweiten Floatinggates eine Seite des ersten
Floatinggates überlappt.
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