DE19949805A1 - Aus Silizium-auf-Isolator aufgebautes, nicht flüchtiges Direktzugriffs-Speicherelement - Google Patents
Aus Silizium-auf-Isolator aufgebautes, nicht flüchtiges Direktzugriffs-SpeicherelementInfo
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Abstract
Struktur für einen nichtflüchtigen Direktzugriffsspeicher (NFDZS), die ein Injektorelement in einem einkristallinen Siliziumsubstrat umfasst, eine Isolatorschicht über dem Substrat, eine Silizium-auf-Isolator (SAI)-Schicht über der Isolatorschicht und ein Abfühlelement in der SAI-Schicht, das über dem Injektorelement liegt. Die NFDZS-Struktur kann ferner ein Gate über der SAI-Schicht umfassen, ein freischwebendes Gate in der Isolatorschicht oder beides.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf
nichtflüchtige Speicherbauelemente, und insbesondere auf
integrierte Schaltungen, die für nichtflüchtige
Direktzugriffsspeicher, abgekürzt als (NFDZS), benutzt werden.
Nichtflüchtige Speicherbauelemente sind elektrisch
programmierbar und löschbar, um Ladungen an einer Speicherstelle
innerhalb des Speicherbauelements zu speichern und diese Ladung
beizubehalten, wenn die Energie für das Speicherbauelement
abgeschaltet wird. Eine Anordnung nichtflüchtiger
Speicherbauelemente, die es gestattet, daß einzelne
Speicherstellen im Direktzugriff gelesen werden, wird als
nichtflüchtiger Direktzugriffsspeicher (NFDZS) bezeichnet.
Der Schlüssel zum Betrieb des NFDZS ist ein einzelnes
Halbleiterspeicher-Bauelement, dessen Leitungszustand durch das
Vorhandensein oder Fehlen einer Ladung in einer isolierenden
Schicht oder in einer leitenden Schicht, die in einer
isolierenden Schicht eingebettet ist, geändert werden kann, in
dichter Nachbarschaft zu dem Leitungskanal eines MOSFET (Metall-
Oxid-Silizium-Feldeffekttransistors). Der nichtflüchtige
Charakter des Speichers hängt von der Fähigkeit des
Speicherbauelements ab, diese Ladung für lange Zeiträume
beizubehalten, selbst wenn die Energie dem Speicherbauelement
nicht zugeführt wird. Eine Art eines Speicherbauelements
speichert Ladung in der isolierenden Schicht des MOSFET,
typischerweise an der Grenzfläche einer Nitridoxid-
Doppelschicht, die auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden ist,
das den Kanal eines MOSFET bildet. Dieses Speicherbauelement
wird allgemein als MNOS(Metall-Nitrid-Oxid-Siliziun)-
Speicherbauelement bezeichnet.
Ein anderes Ausführungsbeispiel eines NFDZS-Speicherbauelements
benutzt die Ladung, die in einer Polysiliziumschicht gespeichert
ist, die elektrisch von dem Leitungskanal in dem Silizium durch
eine dünne Schicht eines isolierenden Materials, typischerweise
Siliziumdioxid, isoliert ist. Dieses Speicherbauelement, das in
dem US Patent 4 203 158 beschrieben ist, das Vroman-Bentchkowsy
et al. erteilt und auf die Intel Corporation of Santa Clara,
Californien, übertragen wurde, ist als MOS-Feldeffektor mit
freischwebender Anode (FAMOS) oder Feldeffekttransistor mit
isoliertem Gate (IGFET) bekannt.
Sowohl der IGFET als auch der MNOS arbeiten durch Injizieren
oder Tunneln von Ladung, die in dem Siliziumsubstrat oder den
Diffusionen durch Anlegen hoher Spannungen an die Silizium-
Anschlüsse erzeugt werden. Das hohe elektrische Feld an dem
Speicherbauelement injiziert oder tunnelt Ladung in die
isolierende Schicht oder parallel zu ihr in eine Speicherzone.
Bei dem MNOS-Speicherbauelement speichert die Grenzfläche
zwischen dem Siliziumnitrid und dem Siliziumoxid die Ladung. Bei
dem IGFET speichert das freischwebende Polysilizium-Gate die
Ladung.
Die Fähigkeit der Speicherbauelemente, ihren Zustand während
einer großen Anzahl von Lese-Schreib-Lösch-Zyklen zu ändern, ist
ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Benutzung von
NFDZS-Bauelementen. Diese Fähigkeit wird als "Zyklusfähigkeit"
bezeichnet. NFDZS-Bauelemente müssen in der Lage sein, mehr als
eine Million mal einen Zyklus zu durchlaufen ohne irgend einen
Abfall in der Leistung oder irgendeine Schwierigkeit beim
Unterscheiden zwischen einer "1" oder einer "0". In der Praxis
hängt die Zyklusfähigkeit von der Art der Speicherbauelemente
und den Prozeßschritten ab, die bei der Herstellung der
Speicherbauelemente benutzt wurden. Gelegentlich jedoch können
die Lösch-Schreib-Operationen, die den Ladungszustand des
Speicherbauelements ändern, die Zyklusfähigkeit einzelner
Speicherbauelemente verschlechtern.
Es wird jetzt auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist ein
IGFET-Speicherbauelement 19 nach dem Stand der Technik
dargestellt. Für das Schreiben und Löschen in dem
IGFET-Speicherbauelement 19 injizieren die Diffusionsbereiche 11
und 11' oder das Steuer-Gate 12 Ladungen in das freischwebende
Polysilizium-Gate. Die Diffusionsbereiche 11 und 11' bewirken
üblicherweise das Schreiben, und das Steuer-Gate 12 bewirkt das
Löschen. Eine Oxidschicht 16, (die eine Anzahl von Oxidschichten
umfassen kann, abhängig von dem Herstellungsverfahren) trennt
das freischwebende Gate 14 von dem Steuer-Gate 12 und dem
einkristallinen Siliziumsubstrat 10.
Nachdem die Ladung geschrieben oder gelöscht wurde, können die
Diffusionsbereiche 11, 11' als ein Abfühlelement funktionieren.
Durch Anlegen einer ersten Spannung an einen Diffusionsbereich
11 und das Messen der Fähigkeit des Stromes, zu dem anderen
Diffusionsbereich 11' zu fließen, der mit einer zweiten,
niedrigeren Spannung vorgespannt ist, kann der Ladungszustand
des freischwebenden Gates 14 bestimmt werden.
NFDZS-Bauelemente benutzen üblicherweise zwei Verfahren der
Ladungsinjektion und -entfernung. Bei dem ersten Verfahren
werden heiße Träger durch eine Quelle heißer Träger injiziert,
die in dem Kanal 17 zwischen den Diffusionsbereichen 11 und 11'
oder in den vorgespannten Diffusionsbereichen 11 und 11' erzeugt
wurden, um nahe dem oder in dem Bereich des Avalanche-Durch
bruchs zu sein. Bei dem anderen Verfahren des Injizierens von
Ladungen transportiert das Fowler-Nordheim(FN)-Tunneln Ladungen
aus dem Siliziumsubstrat 10. Das Erzielen des Avalanche-Durch
bruchs oder der Injektion heißer Elektronen erfordert eine
einkristalline Siliziumschicht. Allgemein benutzt die Injektion
durch Avalanche-Durchbruch oder die Injektion heißer Träger eine
niedrigere Spannung als das FN-Tunneln, daher wird das erste
Verfahren bevorzugt.
Es wird jetzt auf Fig. 2 Bezug genommen. Dort ist ein
IGFET-Speicherbauelement 19' dargestellt, das das FN-Tunneln
benutzt. Das freischwebende Gate 14' des Speicherbauelements 19'
weist einen Injektor-Lötanschluß 15 über dem Diffusionsbereich
11 auf. Der Injektor-Lötanschluß 15 verringert die Oxiddicke
zwischen dem Diffusionsbereich 11 und dem freischwebenden Gate
14, wodurch die Spannung verringert wird, die für das FN-Tunneln
erforderlich ist.
Wenn das einkristalline Siliziumsubstrat 10 die Quelle oder
Senke für die entweder durch Avalanche-Injektion oder FN-Tunneln
injizierten Ladungsträger ist, wird die Siliziumgrenzfläche, die
den aktiven elektrischen Kanal 17 für den FET bildet, hohen
Feldern unterworfen. Die hohen Felder können zu der Bildung von
Zwischenzuständen und eingefangener Ladung in dem Oxid führen.
Daher kann während jedes Schreibzyklus ein gewisser Bruchteil
der erzeugten Ladung permanent in dem Gate-Oxid eingefangen
werden und wird nicht gelöscht. Wenn sich diese unerwünschte
Ladung in dem Oxid anhäuft, nähert sich die Schwellspannung
eines zyklisch betriebenen Speicherbauelements allmählich einem
Wert, der nicht zwischen einem Speicherbauelement in einem
"1"-Zustand oder einem "0"-Zustand unterscheiden kann, und das
Speicherbauelement hört auf, korrekt zu arbeiten. Dieser
Überschuß der angehäuften Ladung ist nicht reversibel, und daher
wird das Fenster der Zyklusfähigkeit - die Anzahl von Malen,
die das Speicherbauelement geschrieben und gelöscht werden kann
- verringert.
Die hohen elektrischen Felder, die erforderlich sind, um
Ladungsträger in das freischwebende Gate zu injizieren, wirft
auch Probleme auf, da die injizierenden Diffusionsbereiche 11,
11' auch die Source und Drain des FET sind, der das
Abfühlelement des Speicherbauelements ist. Die für die Injektion
notwendigen hohen Felder verschlechtern die Fähigkeit des
Speicherbauelements, den Zustand des freischwebenden Gate 14
abzufühlen, wenn es viele Male einen Zyklus durchläuft.
Eine Anzahl von Lösungen sind in NFDZS-Schaltungen implementiert
worden, um diese Probleme anzugehen. Eine Lösung benutzt höhere
Spannungen, um die eingefangene Ladung zu kompensieren, die ein
falsches Leseergebnis für die Gate-Ladung liefert. Eine andere
Lösung entfernt den Injektionspunkt physisch weg von dem
Abfühlelement, so daß der Einfluß der Ladung, die während des
Schreib-Löschzyklus erzeugt wird, keine Wirkung auf den Kanal
des Abfühlelementes hat. Viele dieser Lösungen nehmen zu viel
Raum in Anspruch und werden daher in der Industrie nicht in
großem Maße praktiziert.
Daher besteht in der Industrie noch ein Bedarf nach einem
NFDZS-Bauelement, das die Spannungen erniedrigt, bei denen
Ladung geschrieben und gelöscht werden kann und das daher die
Zyklusfähigkeit des Speicherbauelements verbessert.
Um diesen und anderen Bedürfnissen zu entsprechen und im
Hinblick auf seine Zwecke liefert die vorliegende Erfindung eine
NFDZS-Struktur, die ein Injektorelement in einem einkristallinen
Siliziumsubstrat umfasst, eine Isolierschicht über dem Substrat,
eine Silizium-auf-Isolator(SAI)-Schicht über der Isolierschicht
und ein Abfühlelement in der SAI-Schicht, die über dem
Injektorelement liegt. Die NFDZS-Struktur kann ferner ein Gate
über der SAI-Schicht umfassen, ein freischwebendes Gate in der
Injektorelement liegt. Die NFDZS-Struktur kann ferner ein Gate
über der SAI-Schicht umfassen, ein freischwebendes Gate in der
Isolatorschicht oder beides. Es versteht sich, daß sowohl die
vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende genauere
Beschreibung beispielhaft, aber nicht beschränkend für die
Erfindung sind.
Die Erfindung wird am besten aufgrund der folgenden, genaueren
Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit der
zugehörigen Zeichnung gelesen wird. Es wird betont, daß gemäß
allgemeiner Praxis die verschiedenen Merkmale der Zeichnung
nicht maßstäblich dargestellt sind. Im Gegenteil, die
Abmessungen der verschiedenen Merkmale sind um der Klarheit
willen willkürlich vergrößert oder verkleinert. In der Zeichnung
sind die folgenden Figuren eingeschlossen:
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein IGFET-
Speicherbauelement nach dem Stand der Technik
darstellt,
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein anderes
Ausführungsbeispiel eines IGFET-Speicherbauelements
nach dem Stand der Technik darstellt,
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein exemplarisches
Ausführungsbeispiel eines NFDZS-Bauelements der
vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein exemplarisches
Ausführungsbeispiel eines NFDZS-Bauelements der
vorliegenden Erfindung darstellt, das eine
freischwebende Gate-Struktur zwischen dem
Injektorelement und dem Abfühlelement aufweist,
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein exemplarisches
Ausführungsbeispiel eines NFDZS-Bauelements der
vorliegenden Erfindung darstellt, das ein pFET-
Injektorelement und ein nFET-Abfühlelement aufweist,
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein exemplarisches
Ausführungsbeispiel eines NFDZS-Bauelements der
vorliegenden Erfindung darstellt, das einen
komplementären Dioden-Injektor aufweist,
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein exemplarisches
Ausführungsbeispiel eines NFDZS-Bauelements der
vorliegenden Erfindung darstellt, das einen
komplementären Dioden-Injektor und ein Gate über der
SAI-Schicht aufweist,
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein exemplarisches
Ausführungsbeispiel eines Paares von NFDZS-
Bauelementen der vorliegenden Erfindung aufweist, die
Mesas aufweisen, die einen Graben zwischen den Mesas
besitzen und
Fig. 9a, 9b, 9c und 9d erläutern exemplarische Prozeßschritte,
die benutzt werden, um ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung durch kantenbegrenztes,
laterales Überwachsen, abgekürzt als (KLÜ), mit
nachfolgendem Planarisieren durch chemisch-
mechanisches Polieren (CMP) herzustellen.
Es wird jetzt auf die Zeichnung Bezug genommen, in der gleiche
Bezugszahlen sich überall auf gleiche Elemente beziehen. Fig. 3
ist eine Querschnittsansicht, die ein grundlegendes
Ausführungsbeispiel eines NFDZS-Bauelements 30 gemäß der
vorliegenden Erfindung illustriert. Das NFDZS-Bauelement 30
umfaßt ein Injektorelement 32 in der Form einer Diode in einem
einkristallinen Siliziumsubstrat 34, eine Isolatorschicht 36,
wie z. B. Siliziumdioxid über dem Substrat 34, eine Silizium-auf-
Isolator(SAI)-Schicht 38 über der Isolatorschicht 36 und ein
Abfühlelement 40 in der SAI-Schicht 38, das über dem
Injektorelement 32 liegt.
Das einfachste Injektorelement 32 kann einfach eine
Epitaxieschicht sein und kann entweder p+-dotiert sein, wie in
Fig. 3 dargestellt, oder n+-dotiert, abhängig von dem
bevorzugten Betrieb der Struktur. Das Abfühlelement 40 umfaßt
die Diffusionsbereiche 39 und 41, die vorzugsweise
entgegengesetzt dotiert (n+ wie in Fig. 3 dargestellt) zum
Injektorelement 32 sind (p+ in Fig. 3). Um das Abfühlelement 40
ein- oder auszuschalten, injiziert die Diode oder das
Injektorelement 32 Ladung (Löcher oder Elektronen, abhängig von
der Dotierung) in die Isolatorschicht 36, wo die Ladung
eingefangen wird. Das Abfühlelement 40 entfernt die eingefangene
Ladung, entweder durch Injektion der entgegengesetzten Ladung
oder durch FN-Tunneln.
Es wird jetzt auf Fig. 4 Bezug genommen. Dort ist eine
Querschnittsansicht dargestellt, die ein anderes
Ausführungsbeispiel eines NFDZS-Bauelements veranschaulicht. Das
NFDZS-Bauelement 30', wie es in Fig. 4 dargestellt ist, ist
ähnlich dem NFDZS-Bauelement 30, das in Fig. 3 dargestellt ist,
aber mit einem freischwebenden Gate 42 in der Isolatorschicht
36. Dies Ausführungsbeispiel kann aufgebaut werden mit üblicher
SIMOX-Technologie durch Maßschneidern der Sauerstoff-
Implantierungsdosen, um einen Bereich von Silizium zwischen zwei
Oxidschichten übrigzulassen (die Teile der Isolatorschicht 36
über und unter dem freischwebenden Gate 42), mit üblicher
BESOI-Technologie oder mit KLÜ- oder ähnlicher Technologie.
Sowohl SIMOX als auch BESOI sind in der Technik gut bekannt. KLÜ
wird unten beschrieben.
Durch Plazieren der Injektionsstelle für heiße Träger
(Injektorelement 32) in eine andere Schicht als das
Ladungsabfühlelement 40 ist das Ladungsabfühlelement 40 nicht
den hohen Spannungen unterworfen, die mit der Injektion
verbunden sind. Daher vermeidet das Abfühlelement 40 die
eingefangenen Ladungen, die mit früheren NFDZS-Strukturen
verbunden sind, wie sie in dem Hintergrundabschnitt beschrieben
wurden. Das NFDZS-Bauelement 30 kann mit der üblichen
Technologie der Trennung durch implantierten Sauerstoff,
abgekürzt als (SIMOX = Separation by Implantated Oxygen) oder
durch die Technologie des Bindens und Rückätzens von Silizium-
auf-Isolator, abgekürzt als (BESOI = Bond and Etch-Back Silicon-
On-Isolator)-Technologie aufgebaut werden.
Der bevorzugte Prozeß für das Herstellen benutzt das
kantenbegrenzte, seitliche Überwachsen (KLÜ) von epitaktischem
Silizium, das anschließend durch chemisch-mechanisches Polieren
abgekürzt als (CMP), planarisiert wird, wie unten beschrieben.
Der kombinierte Prozess aus KLÜ und CMP hat den Vorteil, daß ein
schwerschmelzbares Metall, wie z. B. Wolfram, in die
Isolierschicht 36 eingebettet werden kann, um das freischwebende
Gate 42 herzustellen. Bei der Alternative kann einkristallines
Silizium aus dem Substrat 34 aufgewachsen werden, um das
freischwebende Gate 42 zu bilden. Daher kann das freischwebende
Gate 42 Polysilizium sein, einkristallines Silizium oder ein
hitzebeständiges Metall, wie z. B. Wolfram.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wirkt das freischwebende Gate 42 als
ein Gate für das Abfühlelement 40. Das Abfühlelement 40 kann die
Ladung auf dem freischwebenden Gate 42 durch Messen des Stromes
abfühlen, der zwischen den beiden Diffusionsbereichen 39 und 41
in der SAI-Schicht 38 fließt. Wiederum ist die Wahl der
Diffusionsdotierungen willkürlich, aber es ist vorteilhaft, die
Dotierungen so zu wählen, daß entgegengesetzte Ladungen aus dem
Substrat 34 und der SAI-Schicht 38 in das freischwebende Gate 42
injiziert oder getunnelt werden können. Wie bei den anderen
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Ladung
in das freischwebende Gate 42 geschrieben oder aus ihm gelöscht
werden durch Injizieren oder Tunneln aus dem Substrat 34 oder
der SAI-Schicht 38.
Es wird jetzt auf Fig. 5 Bezug genommen. Dort ist noch eine
andere schematische Darstellung eines Querschnittes eines
Ausführungsbeispieles eines NFDZS-Bauelements dargestellt. Das
NFDZS-Bauelement 30", das in Fig. 5 dargestellt ist, ist
ähnlich dem NFDZS-Bauelement 30", das in Fig. 4 dargestellt
ist, mit der Ausnahme, daß das Injektorelement 32' ein pFET ist.
Das Abfühlelement ist im Wesentlichen ein nFET, der durch das
Vorhandensein des freischwebenden Gates in unmittelbarer
Nachbarschaft der Diffusionsbereiche 39 und 41 geschaffen wird.
In ähnlicher Weise könnte das Abfühlelement 40 ein pFET und das
Injektorelement ein nFET sein. Beide Elemente könnten auch
pFETen oder nFETen sein, aber wie früher dargelegt wurde, ist es
vorteilhafter für die Elemente, entgegengesetzt geladen zu sein,
so daß entgegengesetzte Ladungsträger von jedem Element
injiziert werden können.
Das NFDZS-Bauelement 30" kann unter Benutzung des Standard-
SIMOX-Prozesses und Implantieren der pFET- (oder nFET)-
Diffusionen aus den Isolationsgräben zwischen benachbarten
NFDZS-Bauelementen (die Gräben werden unten diskutiert)
hergestellt werden. Ein Bor-Implantat kann benutzt werden, um
die Diffusionen für einen pFET zu bilden. Das NFDZS-Bauelenment
30" kann auch durch einen kombinierten Prozeß von KLÜ und CMP
hergestellt werden, wie unten beschrieben wird. Einem
alternativen Ausführungsbeispiel kann das freischwebende Gate 42
fehlen, das ein NFDZS-Bauelement produziert, das im Wesentlichen
dem in Fig. 3 dargestellten NFDZS-Bauelement 30 äquivalent ist,
bei dem das Injektorelement 32, 32' ein pFET oder ein nFET ist.
Es wird jetzt auf Fig. 6 Bezug genommen. Dort ist eine
Querschnittsansicht dargestellt, die noch ein anderes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Das NFDZS-Bauelement ist ähnlich dem NFDZS-Bauelement 30", mit
der Ausnahme, daß das Injektorelement 32" komplementäre Dioden
33 und 33' umfasst. Eine Struktur, die unabhängige Injektoren
von zwei unterschiedlichen Ladungsarten aufweist, erlaubt dem
Injektionselement 32", sowohl Löcher als auch Elektronen in das
freischwebende Gate 42 zu injizieren. Diese Konfiguration ergibt
den größten Nutzen beim Verringern der Spannungen, die zum
Schreiben-Löschen des Speicherbauelements benötigt werden und
zum Entfernen der Injektionsstelle weg von der Abfühlstelle, da
das Abfühlelement 40 nicht an dem Schreib- oder Löschprozeß
teilnimmt. Das Injektorelement 32", das zwei komplementäre
Dioden 33 und 33' aufweist, kann auch mit einem NFDZS-Bauelement
30 nach Fig. 3 benutzt werden und ersetzt das Injektorelement
32. Das NFDZS-Bauelement 30 kann mit üblichem BESOI-Verarbeiten
hergestellt werden, bei dem gemeinsame Filme von SAI und
Polysilizium oder einkristallinem Silizium mit einem
Siliziumsubstrat verbunden werden können, das mit einem
Isolator, wie beispielsweise Siliziumdioxid, bedeckt ist oder
durch KLÜ, wie unten beschrieben wird.
Es wird jetzt auf Fig. 7 Bezug genommen. Dort ist eine
Querschnittsansicht dargestellt, die ein anderes
Ausführungsbeipiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Das NFDZS-Bauelement 130' ist ähnlich dem NFDZS-Bauelement 130,
mit der Ausnahme, daß die aus Polysilizium bestehende Oberseite
des Gates 52 in der Oxidschicht 50 über dem Abfühlelement 40
angeordnet ist. Die Ladung in der Oberseite des Gates 52 wird
kapazitiv auf die SAI-Schicht 38 gekoppelt und ändert ihre
Schwellspannung durch den Körpereffekt. Das Maß für den
Ladungszustand des freischwebenden Gates 42 ist daher der Betrag
an Strom, der zwischen den Diffusionsbereichen 39 und 41 fließt
anstelle des Maßes, ob der Strom fließt oder nicht fließt, wie
das der Fall ist, wenn keine Oberseite des Gates 52 vorhanden
ist. Eine aus Polysilizium bestehende Oberseite des Gates 52
kann in Verbindung mit irgendeinem der vorher beschriebenen
Ausführungsbeispiele 30, 30', 30" und 130 von
NFDZS-Bauelementen der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
Es wird jetzt auf Fig. 8 Bezug genommen. Dort ist eine
Querschnittsansicht dargestellt, die ein anderes Merkmal der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Einzelne Stapel von
irgendeinem der NFDZS-Ausführungsbeispiele 30, 30', 30", 130
und 130', die vorher beschrieben wurden, und dem
NFDZS-Bauelement 130", das in Fig. 8 dargestellt ist, können
auf Mesas 60 isoliert werden, die Gräben 62 zwischen den Mesas
60 aufweisen. Diese Gräben 62 können geätzt werden und dann mit
einem Isolator gefüllt werden, wie beispielsweise
Siliziumdioxid, um die einzelnen Mesa-Strukturen zu passivieren.
Dieser Prozeß erlaubt es, daß die Schichten der
NFDZS-Komponenten über einen großen Querschnitt des Substrates
hergestellt und die Gräben 62 geätzt werden, um die einzelnen
NFDZS-Bauelemente 130" herzustellen. Das NFDZS-Bauelement 130"
ist im Wesentlichen das gleiche wie das NFDZS-Bauelement 130'.
Die verschiedenen Strukturen der NFDZS-Bauelemente, die oben
beschrieben wurden, können vorzugsweise durch einen kombinierten
Prozeß von KLÜ und CVD (CVD = chemical vapor deposition = chemisches
Abscheiden aus der Gasphase) hergestellt werden. Es
wird jetzt auf die Fig. 9a, 9b, 9c und 9d Bezug genommen.
Dieser Prozeß wird Schritt für Schritt beschrieben. Der Prozeß
des Herstellens einer NFDZS-Struktur, wie beispielsweise des
NFDZS-Bauelements 30' (dargestellt in Fig. 2) durch KLÜ und CVD
beginnt mit einem Wafer 31, der ein einkristallines
Siliziumsubstrat 34 umfaßt, wie das in Fig. 9a dargestellt ist.
Der Prozeß umfaßt zuerst das Bilden eines Injektorelementes 32
in dem Substrat 34. Dieses Injektorelement 32 kann epitaktisches
Silizium oder eine Diode sein. Das Injektorelement 32 kann ein
nFET, ein pFET oder eine komplementäre Diode sein. Das
Injektorelement 32 kann durch Ionenimplantation oder irgendein
in der Technik bekanntes Verfahren geschaffen werden.
Der Prozeß umfaßt als nächstes das Schaffen der Siliziumdioxid-
Isolierschicht 36 über dem Substrat 34 und das Herstellen eines
Kontaktausschnitts 70 in der Siliziumdioxid-Isolierschicht 36
über dem Injektorelement 32 und eines Bekeimungsausschnittes 72
in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Kontaktausschnitt 70, wie
das in Fig. 9a dargestellt ist. Die Ausschnitte 70 und 72 können
durch reaktives Ionenätzen oder durch ein anderes Verfahren, das
in der Technik bekannt ist, geätzt werden.
Als nächstes wird, wie das in Fig. 9b dargestellt ist, eine
erste dünne Oxidschicht 74 aus dem Siliziumsubstrat 34 über dem
Injektorelement 32 in dem Kontaktausschnitt 70 und in dem
Bekeimungsausschnitt 72 aufgewachsen. Dann wird eine Schicht 76
für das freischwebende Gate über der aus Siliziumdioxid
bestehenden Isolierschicht 36 und über der ersten dünnen
Oxidschicht 74 geschaffen. Die Schicht 76 für das freischwebende
Gate kann einkristallines Silizium, Polysilizium oder ein
hitzebeständiges Metall sein. Eine Schicht 76 für das
freischwebende Gate aus einkristallinem Silizium kann durch
Ätzen des Bekeimungsausschnittes 72 auf das Siliziumsubstrat 34
aufgewachsen werden und durch Aufwachsen von Silizium über dem
gesamten Wafer 31 mittels KLÜ. Teile der Schicht 76 für das
freischwebende Gate über der aus Siliziumdioxid bestehenden
Isolierschicht 36 werden durch CMP entfernt, wobei die Schicht
76 für das freischwebende Gate nur in den Ausschnitten 70 und 72
zurückgelassen wird. Eine zweite dünne Oxidschicht 78
(Siliziumdioxid) wird über dem Wafer 31 aufgebracht.
Als nächstes wird der Bekeimungsausschnitt 72 geöffnet, um
wieder für einen Zugang zu dem Siliziumsubstrat 34 zu sorgen.
Zur gleichen Zeit wird eine Vertiefung 70' an der Stelle des
Kontaktausschnittes 70 in der zweiten dünnen Oxidschicht über
der Schicht 76 für das freischwebende Gate geöffnet, was eine
Dicke der zweiten dünnen Oxidschicht 78 zwischen der Schicht 76
des freischwebenden Gates und der Vertiefung 70' zurückläßt, wie
das in Fig. 9c dargestellt ist. Bei der Alternative kann der
Bekeimungsausschnitt 72 zum ersten Mal auf dieser Stufe geöffnet
werden anstatt gleichzeitig mit dem Kontaktausschnitt 70
geschaffen zu werden.
Als nächstes wird ein dotierter, epitaktischer Siliziumfilm 80
(SAI) über der zweiten dünnen Oxidschicht 78 durch
kantenbegrenztes, laterales Überwachsen aufgewachsen, wie das in
Fig. 9d dargestellt ist. Überflüssiges Silizium über der zweiten
dünnen Oxidschicht 78 wird durch CMP entfernt, was den
Siliziumfilm 80 nur in der Vertiefung 70' für den
Kontaktausschnitt und den Bekeimungsausschnitt 72 zurückläßt,
wie das in Fig. 9e dargestellt ist. Die Diffusionsbereiche 81
werden in dem epitaktischen Siliziumfilm 80 geschaffen,
vorzugsweise durch Ionenimplantation.
Ein NFDZS-Bauelement kann gewünscht werden, das einen
Abfühlmechanismus eingliedert einschließlich eines Gates auf der
Siliziumoberseite. Wenn das so ist, dann umfaßt der Prozeß
weiter das Aufbringen einer Siliziumdioxidschicht 82 über dem
Siliziumfilm 80 und über der zweiten dünnen Oxidschicht 78. Ein
Polysilizium-Gate 84 wird dann über dem Injektor begrenzt durch
irgendein in der Technik bekanntes Verfahren.
Obgleich sie oben mit Bezugnahme auf bestimmte spezielle
Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben wurde, soll
die vorliegende Erfindung trotzdem nicht auf die dargestellten
Einzelheiten beschränkt sein. Vielmehr können verschiedene
Modifikationen in den Einzelheiten innerhalb des Schutzumfangs
und der Reichweite von Äquivalenten der Ansprüche vorgenommen
werden und ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.
Claims (12)
1. Bauelement eines nichtflüchtigen Direktzugriffsspeichers
(NFDZS), umfassend
ein einkristallines Siliziumsubstrat,
ein Injektorelement, das in dem Substrat angeordnet ist,
eine Isolatorschicht über dem Substrat,
eine Silizium-auf-Isolator(SAI)-Schicht über der Isolatorschicht und
ein Abfühlelement in der SAI-Schicht, die über dem Injektorelement liegt.
ein einkristallines Siliziumsubstrat,
ein Injektorelement, das in dem Substrat angeordnet ist,
eine Isolatorschicht über dem Substrat,
eine Silizium-auf-Isolator(SAI)-Schicht über der Isolatorschicht und
ein Abfühlelement in der SAI-Schicht, die über dem Injektorelement liegt.
2. NFDZS-Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem die
Isolatorschicht aus Siliziumdioxid besteht.
3. NFDZS-Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das
Abfühlelement einen ersten und einen zweiten
Diffusionsbereich umfaßt, die getrennt in der SAI-Schicht
angeordnet sind.
4. NFDZS-Bauelement gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem das Injektorelement eine Epitaxieschicht oder ein
Feldeffekttransistor ist.
5. NFDZS-Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem das
Injektorelement ein p-Feldeffekttransistor und das
Abfühlelement ein n-Feldeffekttransistor ist.
6. NFDZS-Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem das
Injektorelement ein n-Feldeffekttransistor und das
Abfühlelement ein p-Feldeffekttransistor ist.
7. NFDZS-Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem das
Injektorelement komplementäre Dioden umfasst.
8. NFDZS-Bauelement gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem das Gate
über der SAI-Schicht aus Polysilizium besteht.
9. NFDZS-Bauelement gemäß irgendeinem der vorhergehenden
Ansprüche, weiter umfassend ein isoliertes, freischwebendes
Gate, das in die Isolatorschicht eingebettet ist.
10. NFDZS-Bauelement gemäß Anspruch 9, bei dem das isolierte,
freischwebende Gate aus einem Material besteht, das aus
der Gruppe ausgewählt wurde, die aus Polysilizium,
einkristallinem Silizium und einem hitzebeständigen Metall
besteht.
11. NFDZS-Bauelement gemäß Anspruch 9, bei dem das
Abfühlelement weiter ein Gate über der SAI-Schicht umfasst.
12. NFDZS-Bauelement gemäß irgend einem der voraufgehenden
Ansprüche, bei dem die NFDZS-Struktur eine aus einer
Vielzahl von NFDZS-Strukturen ist, wobei jede Struktur
einen Mesa umfasst und jeder Mesa einen Graben aufweist,
der mit einem Isolator gefüllt ist, der ihn von dem
benachbarten Mesa isoliert.
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