способ изготовления областей истока матрицы запоминающих ячеек быстрого электрически стираемого программируемого постоянного запоминающего устройства

Формула изобретения

1. Способ изготовления областей истока матрицы запоминающих ячеек быстрого электрически стираемого программируемого постоянного запоминающего устройства (ЭП-ПЗУ) со следующими операциями: а) формируют многослойную структуру оксид кремния-поликристаллический кремний-оксид кремния (11, 12, 13), b) определяют область канала (4) соответственно каждой ячейки (1) путем травления канавки через по меньшей мере верхний слой оксида кремния (13) и слой поликристаллического кремния (12) многослойной структуры (11, 12, 13), с) устанавливают за счет термической оксидации толщину нижнего слоя оксида кремния (11) ячеек и достигают изоляцию между слоем поликристаллического кремния (12) и канавкой, d) формируют проходящий до канавки ячейки (1) электрод плавающего затвора (5), е) изготавливают на электроде плавающего затвора (5) изолирующий слой (9), f) формируют проходящие на изолирующем слое (9) шины слоев (6), которые выше электродов плавающего затвора (5) действуют в качестве электродов управляющего затвора, g) наносят фотомаску (7) таким образом, что она по меньшей мере частично перекрывает шины слоев (6) и оставляет свободной область между шинами слов (6), образующую области истока (3, 8), h) за счет имплантации легирующего вещества получают области истока самосовмещенно между соответствующими шинами слов (6).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед имплантацией легирующего вещества удаляют верхний слой оксида кремния (13) многослойной структуры (11, 12, 13) самосовмещенно относительно шин слов (6).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что определяющее области канала (4) канавки являются очень узкими и получаются за счет изготовления спейсерной структуры (800) в качестве результата анизотропного травления нанесенного поверх края второго слоя (600) и удаления образующей край структуры (700), причем ширина спейсерной структуры (800) примерно равна толщине нанесенного второго слоя (600), и спейсерная структура (800) является оксидационным барьером при оксидации лежащего под спейсерной структурой (800) первого слоя (500), так что соседний сбоку со спейсерной структурой (800) оксидный слой (900) после удаления спейсерной структуры (800) служит в качестве маски для травления лежащего под ним первого слоя (500) или соответственно ниже лежащих слоев, причем свойства материалов первого и второго слоев (500, 600), а также оксидного слоя (900) таковы, что их можно травить селективно.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что второй слой (600) содержит нитрид кремния и первый слой (500) поликристаллический кремний.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что первый слой (500) нанесен на многослойную структуру оксид кремния - поликристаллический кремний-оксид кремния (200, 300, 400).

6. Способ по пп.3 - 5, отличающийся тем, что соответственно верхний слой применяют в качестве маски для травления ниже лежащего слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается изготовления запоминающих ячеек.

При изготовлении обычных запоминающих ячеек быстрого электрически стираемого программируемого постоянного запоминающего устройства (ЭП-ПЗУ) поверхность полупроводниковой подложки локально оксидируют, то есть оставляют свободными области стока, канала и истока. После этого термически оксидируют область затвора и на этот оксид затвора наносят плавающий затвор. Поверх него наносят изолирующий слой и сверху электрод управляющего затвора. При этом электрод управляющего затвора служит в качестве шины слов и проходит над плавающими затворами множества лежащих рядом друг с другом запоминающих ячеек. В направлении, перпендикулярном к прохождению шин слов, запоминающие ячейки расположены попарно таким образом, что их области стока являются соседними и они соответственно имеют общий вывод стока. Выводы истока всех запоминающих ячеек связаны друг с другом соединительными дорожками параллельно к шинам слов. Такая конфигурация обозначается как схема ИЛИ/НЕ.

Электрод управляющего затвора служит в последующей технологической операции в качестве маски для самосовмещенного относительно этого электрода легирования областей стока и истока. Расстояние между соединительными дорожками и шинами слов, которые проходят параллельно друг относительно друга, при этом определяется краем защитного оксидного слоя, а также неточностями юстировки при изготовлении шин слов.

Для уменьшения расстояния между шинами слов двух соседних запоминающих ячеек уже известно применять их для самосовмещенной имплантации лежащих между ними областей истока.

Конечно, сопротивление такой области истока и соединительных дорожек, которые лежат между шинами слов, является относительно высоким так, что в результате получается плохая характеристика считывания запоминающей ячейки.

ЭП-ПЗУ, в котором каждая ячейка имеет собственную область истока и стока, и способ его изготовления известны из патента US 4513397. Там также вначале локально оксидируют поверхность полупроводниковой подложки, чтобы определить положение отдельных запоминающих ячеек. Шины слов проходят над областями канала соседних запоминающих ячеек и образуют управляющие затворы. Под шинами слов соответственно проходит дорожка поликристаллического кремния, которая прерывается только над частичной областью соответствующих областей канала, через которые проходит плавающий электрод, расположенный между шинами слов и дорожками поликристаллического кремния и служащий для накопления заряда. Шины слов и дорожки поликристаллического кремния электрически связаны друг с другом.

Также DE 3308092 A1 показывает запоминающую ячейку с плавающим электродом затвора, в случае которой под плавающим электродом затвора расположен слой поликристаллического кремния, имеющий выемку, сквозь которую проходит плавающий электрод затвора. Здесь слой поликристаллического кремния, однако, служит в качестве электрода управляющего затвора.

Запоминающая ячейка с плавающим затвором с признаками согласно DE 3308092 A1 и US 4,513,397 раскрывает также WO 83/03167. Здесь также электроды управляющего затвора образованы или расположенными под электродом плавающего затвора дорожками поликристаллического кремния, или расположенными выше и ниже электродов плавающего затвора областями поликристаллического кремния.

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в указании способа изготовления быстрых запоминающих ячеек, который позволяет иметь возможно малую площадь на ячейку и при этом хорошую характеристику считывания.

Задача решается за счет способа согласно п. 1 формулы изобретения.

Предпочтительные формы развития изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Соответствующим изобретению образом для защитной изоляции на полупроводниковую подложку наносят многослойную структуру (сэндвич) оксид кремния-поликристаллический кремний-оксид кремния. Для легирования областей истока и соединительных дорожек истока наносят маску фоторезиста, которая оставляет свободными области между шинами слов соответствующей пары шин слов. Маска фоторезиста должна при этом покрывать только часть шин слов и поэтому не нуждается в точной юстировке. За счет высокоэнергетичной имплантации затем самосовмещенно относительно шин слов имплантируют легирующее вещество. В случае, если изолирующая многослойная структура является слишком толстой, оксид кремния выше слоя поликристаллического кремния можно перед имплантацией анизотропно стравливать также самосовмещенно.

Согласно изобретению слой поликристаллического кремния изолирующей многослойной структуры вместе с областью истока образует относительно высокую емкость, которая кратковременно воспринимает заряд и за счет этого дает лучшую характеристику считывания запоминающей ячейки. Слой поликристаллического кремния изолирующей многослойной структуры при этом соединен с соответствующим потенциалом на кармане.

Для дальнейшего уменьшения площади запоминающей ячейки канавки в изолирующей многослойной структуре, определяющие области канала, выполняют очень узкими. Необходимая для этого малая ширина структуры в соответствии с изобретением получается не за счет фотолитографии, а путем изготовления структуры как результата анизотропного травления осажденного над краем первого слоя и удаления образующей край структуры.

В последующем изобретение описывается более подробно на примере выполнения с помощью иллюстраций, которые показывают:

фиг. 1 - вид сверху на реализованную в полупроводниковой подложке быструю запоминающую ячейку;

фиг. 2 - изображение в поперечном сечении вдоль линии AA" фиг. 1;

фиг. 3 и 4 - изображение в поперечном сечении согласно фиг. 2 после последующих технологических операций;

фиг. 5A - 5H - схематическое изображение соответствующей изобретению последовательности способа изготовления канала быстрой запоминающей ячейки в случае изолирующей многослойной структуры оксид-поликристаллический кремний-оксид;

фиг. 6 - поперечное сечение через быструю запоминающую ячейку вдоль линии BB" фиг. 1 с соответствующим изобретению узким каналом в изолирующем слое многослойной структуры оксид-поликристаллический кремний-оксид.

Вид сверху на изготовленную по способу согласно изобретению быструю запоминающую ячейку 1 показан на фиг. 1. Величина запоминающей ячейки 1 при этом показана штрихпунктирной линией. В необозначенной более подробно полупроводниковой подложке путем имплантации легирующих веществ определены область стока 2 и область истока 3. Между областью стока 2 и областью истока 3 проходит область канала 4, которая перекрыта представленным штриховкой плавающим затвором. Плавающий затвор 5 при этом изолирован не обозначенным более подробно оксидом затвора. Выше плавающего затвора 5 нанесен также не представленный следующий изолирующий слой. Поверх него проходит электрод управляющего затвора 6, который одновременно служит в качестве шины слов 6.

К представленной на фиг. 1 быстрой запоминающей ячейке 1 непосредственно примыкают во всех направлениях последующие запоминающие ячейки. Запоминающие ячейки, расположенные рядом друг с другом в направлении исток-канал-сток запоминающей ячейки, имеют при этом соответственно или общую область стока 2 или общую область истока 3. На фиг. 1 представлена шина слов 6 соседних запоминающих ячеек с одной и той же областью истока 3.

Фиг. 2 показывает поперечное сечение вдоль линии AA" фиг. 1. Там показано, что на полупроводниковой подложке 10 нанесен тонкий оксидный слой 11. На этот тонкий оксидный слой 11 нанесен проводящий слой поликристаллического кремния 12 и поверх него слой оксида кремния 13. Проводящий слой поликристаллического кремния 12 имеет экранирующее действие. На верхнем слое 13 представлены схематически шины слов 6 двух соседних запоминающих ячеек.

В области между этими шинами слов 6 в полупроводниковой подложке 10 должны изготавливаться путем легирования области истока 3 и проходящие между областями истока 3 соединительные дорожки истока.

Для этого вначале согласно фиг. 3 над шинами слов 6 и верхним слоем оксида кремния 13 наносят маску фоторезиста. Этот слой фоторезиста 7 некритично структурируют посредством фотолитографии и удаляют над подлежащими изготовлению областями истока и соединительными дорожками истока. При этом не существенно, как далеко маска фоторезиста 7 перекрывает шины слов 6, так что для структурирования маски фоторезиста 7 не требуется точной юстировки необходимой для этого маски для экспонирования.

За счет высокоэнергетичной имплантации легирующих веществ, как это намечено стрелкой на фиг. 4, изготавливают легированные области 8 в полупроводниковой подложке 10, которые образуют в зависимости от положения или истоки 3, или соединительные дорожки истока. В случае, если изолирующая многослойная структура 11, 12, 13 является слишком толстой, можно перед имплантацией легирующего вещества верхний слой оксида кремния 13 травить также самосовмещенно.

Легированная область 8 и проводящий слой поликристаллического кремния 12 образуют емкость, которая приводит к накоплению заряда, за счет чего характеристика считывания запоминающей ячейки заметно улучшается так, что влияние плохой проводимости легированной области 8 согласно изобретению уменьшается.

На фиг. 5A - 5H показаны отдельные операции технологического процесса для изготовления канавок для области канала быстрой запоминающей ячейки на полупроводниковой подложке. При этом одинаковые слои имеют одинаковые ссылочные позиции.

На полупроводниковой подложке 100 изготовлен тонкий оксидный слой 200. Сверху осажден легированный слой поликристаллического кремния 300, на котором изготовлен оксидный слой 400. Поверх этой изолирующей многослойной структуры оксид-поликристаллический кремний-оксид 200, 300, 400 еще раз осажден слой поликристаллического кремния 500. Поверх еще был осажден слой тетра-этилен-орто-силана и структурирован посредством фотолитографии так, что получилась структура 700 с крутым краем. Над этой структурой 700 и свободной поверхностью слоя поликристаллического кремния 500 был осажден слой нитрида кремния 600. Это состояние представлено на фиг. 5A.

Слой нитрида кремния 600 анизотропно стравливают так, что только на краю структуры 700 остается остаток 800, так называемый спейсер, этого слоя нитрида кремния 600. В заключение удаляют структуру 700 и оксидируют лежащий под ней слой поликристаллического кремния 500. Оставшийся на краю структуры 700 спейсер 800 действует в качестве оксидационного барьера так, что слой поликристаллического кремния 500 окисляется только вокруг него и вокруг спейсера 800 образуется оксидный слой 900. Это состояние представлено на фиг. 5B.

В заключение спейсер 800 удаляют. Для этого нужно, чтобы его можно было травить селективно как относительно оксида кремния, так и относительно поликристаллического кремния. Это условие выполняется за счет применения нитрида кремния для первого слоя. Конечно, можно применять также и другие материалы, существенным является, чтобы их можно было травить взаимно селективно.

Наконец, на фиг. 5C представлено, как одновременно с малой шириной структуры обычным образом посредством фотомаски 20 можно изготавливать другую структуру. Фотомаска 20 служит для того, чтобы травить области в слое оксида кремния 900. В заключение фотомаску 20 снова удаляют и посредством служащего в качестве маски для травления оксидного слоя 900 травят анизотропно лежащий под ним поликристаллический кремний 500. Это состояние представлено на фиг. 5D.

Как представлено на фиг. 5E, затем анизотропно травят оксид кремния 900, за счет чего одновременно структурируется оксидный cлой 400.

После этого анизотропно травят слой поликристаллического кремния 500, за счет чего одновременно структурируется слой поликристаллического кремния 300. Это состояние представлено на фиг. 5F.

Как показано на фиг. 5G, теперь травят тонкий оксидный слой 200, за счет чего подтравливается также верхний оксидный слой 400. Затем, как представлено на фиг. 5H, термически оксидируют освобожденную полупроводниковую подложку 100 до желаемой толщины оксида. За счет этого освобожденные ранее края слоя поликристаллического кремния 200 покрываются оксидом и таким образом снова изолируются.

На фиг. 5H в правой части представлена теперь "нормальная" ширина структуры, как она может быть изготовлена за счет обычной операции фотолитографии и требуется, например, для областей стока быстрых запоминающих ячеек, а в левой части гораздо меньшая ширина структуры, как она может быть реализована способом, соответствующим изобретению, и является особенно предпочтительной для области канала быстрых запоминающих ячеек.

Для реализации быстрой запоминающей ячейки, как представлено на фиг. 6, причем для одинаковых частей использованы одинаковые ссылочные позиции, как и на предыдущих фигурах, в качестве плавающего затвора должен наноситься проводящий слой 5, над которым с разделением через изолирующий слой 9 нанесен последующий проводящий слой 6 в качестве управляющего затвора. За счет этой малой ширины структуры 4 можно изготавливать очень узкую туннельную область, за счет чего возможен большой коэффициент связи, который в свою очередь позволяет использовать меньшее напряжение программирования или соответственно стирания. Кроме того, за счет этой малой ширины канала запоминающая ячейка становится меньше.