WO2003103035A1 - Method for the production of a double-gate transistor - Google Patents
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Classifications
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- H10D30/673—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the shapes, relative sizes or dispositions of the gate electrodes
- H10D30/6733—Multi-gate TFTs
- H10D30/6734—Multi-gate TFTs having gate electrodes arranged on both top and bottom sides of the channel, e.g. dual-gate TFTs
Definitions
- the invention relates to a method for producing a double-gate transistor and in particular to a method for producing a self-aligned double-gate transistor.
- a bulk transistor is a transistor in which the transistor is constructed by means of doping in the low-doped region of the complementary doping in each case.
- a p-substrate is used, into which the NMOS transistor is implemented directly.
- One possibility for a transistor with a channel length of 20 nm to 30 nm is the use of substrates which have a layer which is completely depleted of charge carriers (FD substrates).
- double-gate transistor represents further scaling.
- short-channel effects can be drastically reduced by the control action of two gates or a comprehensive gate (so-called “surrounded gate”). It is therefore assumed that double Gate transistors are essential components for terrabit integration [1], however, no simple manufacturing processes have yet been established for the production of double gate transistors.
- a difficulty in the manufacture of a planar double-gate transistor is to ensure exact adjustment of the two respective gates in a double-gate transistor, in other words, that the two gates of the transistor are arranged in a fixed spatial relationship to one another.
- the two gates of the transistor are arranged on both sides of a channel region of the transistor, which is arranged between the source and drain connection. In the case of a planar double-gate transistor, this means that the two gates of the transistor are arranged one above the other at the same location on the substrate are, the channel region being arranged between the two gates.
- DE 692 26 687 T2 discloses a method for producing a double-gate transistor.
- a gate is applied to a first substrate, a second substrate is bonded, the first substrate is polished on the exposed surface, and a second gate is then formed on this polished surface.
- US 5 899 710 discloses a method of manufacturing a transistor with at least three gates and DE 100 52 131 AI discloses a method of manufacturing a field effect transistor using a self-adjusting technique.
- the invention is based on the problem of creating a simple production method for a planar double-gate transistor, in which known and simple method steps of silicon technology can be used.
- a first gate region of a double-gate transistor is formed on a silicon-on-insulator (SOI) substrate of a first wafer.
- the wafer preferably has a carrier layer made of silicon.
- the SOI substrate which preferably has an insulator layer made of silicon oxide and a silicon layer formed thereon, is arranged on this carrier layer.
- An additional step of the method is the formation of a layer with a flat surface over the SOI substrate and the formed first gate area. To this tarpaulin
- a second wafer preferably a silicon wafer, is then bonded to the surface.
- the second gate region is formed in the SOI substrate of the first wafer. This is opposite the first gate area and, together with the first gate area, forms the double gate of the double gate transistor.
- a planar double-gate transistor is produced in a simple and inexpensive manner using known method steps in silicon technology.
- the method according to the invention for producing a double-gate transistor preferably has the following sub-steps.
- An active region is defined on the silicon layer of the SOI substrate by means of photolithography and etching the layer of silicon of the SOI substrate.
- a first gate insulating layer is formed on the silicon of the SOI substrate. Silicon oxide is preferably used as the material of the first gate-insulating layer, which is preferably formed by means of thermal oxidation of a part of the layer of silicon of the SOI substrate.
- a first layer of electrically conductive material is subsequently formed on the first gate insulating layer.
- Doped polysilicon which is deposited on the first gate insulating layer, is preferably used as the material of the first electrically conductive layer.
- a first layer made of an electrically non-conductive material preferably silicon nitride, is formed on the first layer made of electrically conductive material. This first layer of electrically non-conductive material is part of an insulation and encapsulation of the first gate region.
- An additional sub-step of the method is a photolithographic definition of the gate region with subsequent structuring of the first layer made of an electrically conductive material and the first layer made of an electrically non-conductive material. This structuring is preferably carried out by means of anisotropic etching.
- first side wall layers are formed on the remaining layer made of electrically conductive material and the remaining layer made of electrically non-conductive material.
- the first sidewall layers are preferably also formed from silicon nitride and are a second part of the insulation and encapsulation of the first Gate region.
- the first side wall layers are preferably formed by conformal deposition of an electrically non-conductive layer and subsequent anisotropic recessing of this electrically non-conductive layer.
- the following sub-steps essentially serve to prepare the first wafer for the subsequent wafer bonding.
- the layer of silicon of the SOI substrate and the insulator layer of the SOI substrate are structured. Structuring the
- Silicon layer which is preferably a layer completely depleted of charge carriers (FD layer), of the SOI substrate and the insulator layer of the SOI substrate is preferably carried out by means of anisotropic etching.
- the encapsulation of the first gate is used as a mask for this anisotropic etching.
- a surface area of the silicon layer of the SOI substrate is exposed by means of this anisotropic etching.
- the exposed surface area of the silicon layer is subsequently oxidized in an additional sub-step.
- an auxiliary layer is applied, which is preferably made of undoped polysilicon and which is subsequently planarized.
- the planarization is preferably carried out by means of chemical mechanical polishing (CMP).
- a second layer of an electrically non-conductive material is applied to this flat surface. Silicon oxide is preferably used as the material of the second layer made of an electrically non-conductive material.
- An additional sub-step of the method for producing a double-gate transistor is the bonding of a second wafer to the second layer made of an electrically non-conductive material.
- the second wafer is preferably made of silicon.
- the carrier layer of the first wafer is subsequently removed.
- a surface of the insulator layer of the SOI substrate is exposed for further processing, which exposed surface was coupled to the carrier layer before the carrier layer of the first wafer was removed.
- a sub-step for forming the second gate is structuring the exposed surface of the
- Insulator layer of the SOI substrate This structuring is preferably carried out by means of etching, particularly preferably by means of wet chemical etching. This structuring exposes the silicon layer of the SOI substrate.
- a subsequent sub-step of the method is to define the active area by structuring the exposed silicon layer of the SOI substrate. The structuring of the exposed silicon layer of the SOI substrate is preferably carried out by means of photolithography and subsequent etching of the exposed silicon layer of the SOI substrate.
- a next sub-step is the formation of a thin layer of electrically non-conductive material, as which material silicon oxide is preferably used. Below are second Sidewall layers of an electrically non-conductive material are formed in the active area on the thin layer of electrically non-conductive material.
- the second side wall layers are preferably formed from an electrically non-conductive material by means of conformal deposition and subsequent anisotropic etching back of a layer of silicon nitride.
- a next sub-step of the method is the partial removal of the thin layer from an electrically non-conductive material.
- the formation of the second gate insulating layer is preferably carried out by means of thermal oxidation of parts of the exposed silicon layer of the SOI substrate. With the partial steps described, the exposure of the area for the second gate is essentially completed.
- a second layer of electrically conductive material is formed in the active region.
- the second layer of electrically conductive material is preferably formed by depositing a layer of doped polysilicon and forms the second gate of the double gate transistor. Planarization is then carried out. The planarization is preferably carried out by means of chemical mechanical polishing. An additional sub-step is etching back the second layer from an electrically conductive material.
- a second passivation layer is formed from an electrically non-conductive material over the active area.
- the second passivation layer serves to encapsulate the second gate of the double-gate transistor.
- the second passivation layer is preferably formed by depositing silicon nitride. Planarization is then carried out. Chemical mechanical polishing is preferably used for this planarization.
- the separation and encapsulation of the second gate is essentially completed with the partial steps described.
- the oxidized exposed surface area of the silicon layer of the SOI substrate is subsequently removed. Parts of the silicon layer of the SOI substrate, which silicon layer forms a channel region of the double-gate transistor, are thereby exposed.
- source / drain connections are produced by forming a third layer made of electrically conductive material.
- Doped polysilicon is preferably used as the material of the third layer made of electrically conductive material.
- Subareas of the third layer made of electrically conductive material represent the source / drain connections of the double gate transistor according to the invention.
- a surface of the double gate transistor, which was produced by means of a method according to the invention is planarized. The planarization is preferably carried out by means of chemical mechanical polishing.
- the source / drain connections are produced by third sidewall layers made of electrical on the first gate and the second gate conductive material are formed.
- the third side wall layers are preferably formed from an electrically conductive material by means of deposition of polysilicon.
- a metal is then sputtered on.
- the metal is preferably titanium.
- a third passivation layer is then formed.
- the third passivation layer is preferably formed by depositing silicon oxide.
- a surface of the double gate transistor, which was produced by means of a method according to the invention is planarized. The planarization is preferably carried out by means of chemical mechanical polishing.
- silicidation is carried out after the metal has been sputtered on.
- the first and / or second gate insulating layer can be formed as a charge storage layer (charge trapping layer).
- the first and / or the second gate insulating layer are particularly preferably formed as ONO layers.
- the first gate area and the second gate area are preferably electrically decoupled from one another, so that they can be controlled separately from one another.
- Standard processes of back-end technology are used for subsequent contacting of the double-gate transistor, which was produced by means of a method according to the invention.
- An additional subject of the application relates to a double gate memory transistor with two Charge storage layers (charge trapping layers), a method for producing a double-gate storage transistor with two charge-storage layers and the arrangement of such double-gate storage transistors in an array.
- memory transistors are created which have a so-called floating gate for storing information.
- One bit per memory transistor can be stored by means of these memory transistors.
- memory transistors are created which have an ONO layer as gate-insulating layer, ie a layer sequence of a first silicon oxide layer Si0 2 , a silicon nitride layer Si 3 N 4 and a second silicon oxide layer Si0 2 .
- This ONO layer is used to store charge carriers and forms a charge storage layer (charge trapping layer).
- ONO layer When a so-called ONO layer is used as the charge storage layer, it is possible to store two bits in a memory transistor, the two SiO 2 regions being able to be used separately for storing one bit each.
- a problem in the course of constant further development in the area of memory transistors is the memory power per required area of the memory transistor, i.e. increasing the storage density and simplifying the current manufacturing processes.
- a method for producing a memory transistor has the following steps.
- a first gate area on one Silicon-on-insulator substrate of a first wafer is formed, with a first gate-insulating layer being formed as a charge storage layer.
- a layer with a flat surface is formed over the silicon-on-insulator substrate and the first gate region and a second wafer is bonded to the flat surface of the first wafer.
- a second gate region opposite the first gate region is formed in the silicon-on-insulator substrate, a second gate-insulating layer being formed as a charge storage layer and the first and second gate regions being decoupled from one another.
- a double gate memory transistor has two gates lying on opposite sides of a channel region, each gate insulating layer being designed in such a way that it can be used as a charge storage layer, the two gates of the double gate memory transistor being different from one another are decoupled that they can be controlled separately.
- An arrangement of double-gate memory transistors has a memory cell array with double-gate memory transistors according to the invention, which are arranged in an array.
- the first gates of the double gate memory transistors of the array are electrically coupled to one another row by row on a first main side of the array, first word lines being formed, while the second gates of the double gate memory transistors on the second main side of the array are row by row are coupled to one another, second word lines being formed.
- the Silicon technology produced a planar double-gate memory transistor in a simple and inexpensive manner.
- this double-gate storage transistor it is possible to achieve a storage density which is doubled compared to the prior art, since the two gates can be controlled separately from one another and thus the charge storage layers can be used separately as storage devices.
- the charge storage layer is understood to be a so-called charge trapping layer, as is used, for example, in floating gate transistors for storing charge.
- Forming the first gate region on the silicon-on-insulator substrate can have the substep of forming the first gate-insulating layer on the silicon-on-insulator substrate. Furthermore, it can comprise the formation and structuring of a first layer made of an electrically conductive material on the first gate-insulating layer and the partial encapsulation of the first gate region with an electrically non-conductive material.
- the method preferably has the partial encapsulation of the first gate region, the formation of a first passivation layer and the formation of first side wall layers from an electrically non-conductive material.
- Silicon nitride is particularly preferably used as the electrically non-conductive material of the partial encapsulation of the first gate region.
- the first gate insulating layer is preferably produced from silicon oxide.
- the first layer is preferably produced from an electrically conductive material made of doped polysilicon.
- the method for forming a layer with a flat surface preferably has the following sub-steps. Structuring the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate and the insulator layer of the silicon-on-insulator substrate, whereby an exposed surface area of the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate is obtained, oxidizing the exposed surface area, forming an auxiliary layer with a flat surface, and forming a first layer of electrically non-conductive material at least on the flat surface of the auxiliary layer.
- the partial encapsulation of the first gate region is preferably used as a mask for structuring the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate and the insulator layer of the silicon-on-insulator substrate.
- the bonding of the second wafer can comprise the steps of bonding the second silicon wafer on the first layer made of a non-conductive material and removing a carrier layer of the first wafer.
- the formation of the second gate region can have the following steps, structuring the insulator of the silicon-on-insulator substrate and exposing the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate, structuring the silicon of the silicon-on-insulator substrate as an active region, forming a thin non-conductive layer, forming second side wall layers from a non-conductive material and forming the second gate insulating layer as a charge-adhering layer.
- the second sidewall layers can be made from silicon nitride.
- the method for forming the second gate preferably further comprises the following sub-steps, forming a second layer from an electrically conductive material in the active region, forming a second passivation layer over the active region and then planarizing.
- the third layer can be made of an electrically conductive material made of doped polysilicon.
- the method may further include the steps of removing a portion of the thin non-conductive layer, Removing the auxiliary layer, removing the oxidized, exposed surface area of the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate, forming two source / drain regions by forming third side wall layers from an electrically conductive material on the first gate and on the second gate, sputtering a metal onto the third sidewall layers made of a conductive material, forming a third passivation layer and then planarizing.
- Polysilicon which is silicided after sputtering on the metal, is preferably used as the conductive material of the third side wall regions.
- the first and / or the second gate insulating layer are particularly preferably formed as ONO layers.
- the storage density of the double-gate storage transistor can be increased compared to a storage transistor with a floating gate.
- the first gate area and the second gate area are preferably electrically decoupled from one another.
- the two charge storage layers can be controlled independently of one another by means of the gate belonging to the respective charge storage layer.
- a separation of gate leads (word lines) at different levels of the double gate memory transistor is possible with wafer bonding technology without difficulty. This results in an additional increase in storage density.
- a double gate Memory transistor four bits of information can be stored.
- the first word lines are preferably fed in a first direction, while the second word lines are fed in the opposite direction to the first direction.
- the source / drain connections of the double-gate memory transistors of one column of the arrangement are preferably coupled to one another such that the source connection of a double-gate memory transistor is connected to the drain connection of an adjacent one Double gate memory transistor is coupled to the same column of the arrangement.
- the source connections of the double-gate memory transistors of one column of the arrangement can be coupled by means of a bit line to the source connections of other double-gate memory transistors of the same column of the arrangement, while the drain connections the double-gate memory transistors of a column of the arrangement are coupled by means of a bit line to the drain connections of other double-gate memory transistors of the same column of the arrangement.
- each double-gate memory transistor of the arrangement can be individually programmed. Programming is possible using Fowler Nordheim Tunnels as well as Channel Hot Electron Tunnels. This enables NROM-like operation of the double-gate memory transistors of the arrangement. 1 o
- the source connections of the double-gate memory transistors in one column of the arrangement are coupled to the drain connections of the double-gate memory transistors in an adjacent column of the arrangement by means of coupling lines, the coupling lines of double gate memory transistors of the same columns are coupled by means of a bit line.
- Possible methods of deposition which can be used according to the invention are e.g. Epitaxy, Chemical Vapor Deposition, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, Sputtering and Molecular Beam Epitaxy.
- a planar, self-aligned double-gate transistor is created by means of simple, known, proven and inexpensive process steps.
- the method is a self-aligning method and the first gate region and the second gate region lie exactly opposite one another.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional illustration of a
- FIG. 2 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional sub-steps for preparing a wafer bonding of a method according to an exemplary embodiment of the invention
- FIG. 3 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional
- Fig. 4 is a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional
- FIG. 5 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a method according to an exemplary embodiment of the invention, which serve to separate and encapsulate the second gate;
- FIG. 6A shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after partial steps of a method according to a Embodiment of the invention, which are used to form source / drain connections of the double gate transistor;
- 6B shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after partial steps of an additional method according to an exemplary embodiment of the invention, which serve to form source / drain connections of the double-gate transistor.
- Fig. 7 is a schematic cross-sectional illustration of a
- Embodiment was formed, which layer arrangement has a first gate
- FIG. 8 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional
- FIG. 9 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a method according to the additional exemplary embodiment
- FIG. 10 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a method according to the additional exemplary embodiment, which a Expose an area for a second gate;
- FIG. 11 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional
- FIG. 12A shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after partial steps of a method according to the additional exemplary embodiment, which serve to form source / drain connections of the double-gate memory transistor;
- FIG. 12B shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after partial steps of an additional method according to a second additional exemplary embodiment, which serve to form source / drain connections of the double-gate memory transistor;
- Fig. 13 is a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention, which the
- 17 shows a third arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged.
- FIG. 1 shows a layer arrangement according to the invention which has a first gate.
- the layer arrangement has an SOI substrate applied to a first silicon wafer 100.
- the SOI substrate has an insulator layer made of silicon oxide 101 and a silicon layer 102.
- An active region is defined on the silicon layer 102 for a subsequent formation of the first gate.
- the active region is defined by means of photolithography and subsequent etching of the silicon layer 102 of the SOI substrate.
- a first gate insulating layer 103 made of silicon oxide is formed by means of thermal oxidation of the silicon layer 102 of the SOI substrate.
- a first layer 104 of doped is subsequently
- Polysilicon is formed on the first gate insulating layer 103.
- the first layer 104 of doped polysilicon is the layer which forms the first gate of the double-gate transistor after further sub-steps.
- a first passivation layer 105 made of silicon nitride is formed on the layer 104 made of doped polysilicon.
- the first passivation layer 105 made of silicon nitride forms part of an encapsulation of the first gate.
- An additional sub-step of the method is the photolithographic definition of the first gate area.
- the first passivation layer 105 made of silicon nitride and the first layer 104 made of doped polysilicon are then etched back in the regions which should not belong to the first gate region by means of anisotropic etching.
- first sidewall layers 106 i.e. Spacer 106, produced from silicon nitride, which represent a further part of the encapsulation of the first gate.
- Figure 2 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps, which serve to prepare a wafer bonding.
- FIG. 2 shows the layer arrangement of FIG. 1 after partial areas of the layer 102 made of silicon of the SOI substrate and partial areas of the insulator layer 101 made of silicon oxide of the SOI substrate have been removed by means of anisotropic etching.
- the anisotropic etching mask for removing the partial areas of the layer 102 made of silicon and the insulator layer 101 of the SOI substrate uses the encapsulation of the first gate, which has the first passivation layer 105 made of silicon nitride and the first side wall layers 106 made of silicon nitride.
- partial regions 207 of the layer 102 made of silicon of the SOI substrate are exposed.
- these exposed partial areas 207 of the layer 102 made of silicon are oxidized.
- An additional substep is the deposition of an auxiliary layer 208 made of undoped polysilicon in the areas of the layer arrangement which do not belong to the active area. Then a surface 219 of the auxiliary layer 208, which is at the top in FIG. 2, is
- a first layer 209 of silicon oxide is subsequently deposited on the planarized surface 219 of the auxiliary layer and on the upper surface of the encapsulation, in other words on the exposed surface of the first passivation layer 105.
- FIG. 3 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps which relate to wafer bonding.
- FIG. 3 shows the layer arrangement of FIG. 2 after a second silicon wafer 310 has been bonded to the planarized surface.
- the first silicon wafer 100 was removed.
- FIGS. 3 to 5, 6A and 6B show the layer arrangement of FIGS. 1 and 2 rotated through 180 ° in the paper plane.
- the two thermally oxidized silicon wafers which are pressed against each other under pressure and thereby have weak adhesion, are mechanically firmly coupled to one another.
- the mechanically strong coupling takes place according to this embodiment by means of a
- Temperature step are carried out.
- thermal oxidation is carried out in a pure oxygen atmosphere at about 1000 ° C.
- anionic bonding the coupling of the wafers is assisted by means of an electrical field and is carried out at a relatively low temperature of approximately 500 ° C.
- FIG. 4 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps to expose an area for a second gate.
- FIG. 4 shows the layer arrangement of FIG. 3 after the insulator layer 101 made of silicon oxide of the SOI substrate has been removed by means of wet chemical etching.
- An additional sub-step is the definition of the active area by means of photolithography and subsequent etching of the layer 102 made of silicon of the SOI substrate.
- a thin layer 411 made of silicon oxide is then applied to the layer arrangement according to the invention.
- second side wall layers 412 made of silicon nitride are produced by means of conformal deposition of silicon nitride and subsequent anisotropic etching back of the conformally deposited silicon nitride.
- the thin layer 411 of silicon oxide is then removed in the active region.
- An additional substep is the formation of a second gate insulating layer 413 for the second gate.
- the layer 102 made of silicon of the SOI substrate is thermally oxidized.
- FIG. 5 shows the layer arrangement according to the invention after further sub-steps which relate to deposition and encapsulation of the second gate.
- FIG. 5 shows the layer arrangement of FIG. 4 after a second layer 514 of doped in the active region
- This second layer 514 of doped polysilicon forms the second gate of the planar double-gate transistor. It is then chemically and mechanically polished and the second layer 514 made of doped polysilicon is etched back. An additional sub-step is the deposition of a second passivation layer 515 made of silicon nitride. The surface, which is shown in FIG. 5 above, is then planarized by means of chemical mechanical polishing. The separation and encapsulation of the second gate is completed with these method steps according to the invention.
- FIG. 6A shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a first exemplary embodiment of the invention, which sub-steps form an embodiment of
- FIG. 6A shows the layer arrangement of FIG. 5 after the thin layer 411 of silicon oxide has been removed in the regions which do not belong to the active region.
- An additional substep is the removal of the auxiliary layer 208 from undoped polysilicon and the removal of the exposed, oxidized partial regions 207 of the layer 102 from silicon of the SOI substrate.
- a third layer 616 made of doped polysilicon is applied to source / drain connections.
- the surface arranged at the top in FIG. 6A is then planarized by means of chemical mechanical polishing.
- FIG. 6B shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a second exemplary embodiment of the invention, which sub-steps relate to the formation of source / drain connections.
- FIG. 6B shows the layer arrangement of FIG. 5 after the thin layer 411 made of silicon oxide has been removed in the regions which do not belong to the active region.
- An additional sub-step is the removal of the auxiliary layer 208 from undoped polysilicon and the removal of the exposed, oxidized partial regions 207 of the layer 102 from silicon of the SOI substrate.
- third side wall layers 617 made of polysilicon are deposited in the second exemplary embodiment. Titanium is subsequently sputtered onto the third sidewall layers 617 made of polysilicon.
- parts of the third side wall layers 617 are silicided. Silicidized areas 618 of the third side wall layers are formed.
- a layer of silicon oxide (not shown in FIG. 6B) is subsequently deposited and the layer arrangement is then planarized by means of chemical mechanical polishing.
- the invention relates to a method for
- FIGS. 7 to 13B the essential sub-steps of a method that is independent of the previously described method are described.
- the figures relate to the additional subject matter of the application, a method for producing a double-gate memory transistor, in which method steps of the method described with reference to FIGS. 1 to 6B are slightly modified.
- a method for producing a self-aligned planar double-gate memory transistor according to an additional exemplary embodiment is described and explained in more detail.
- FIG. 7 shows a layer arrangement according to the invention which has a first gate.
- the layer arrangement has an SOI substrate applied to a first silicon wafer 700.
- the SOI substrate has an insulator layer made of silicon oxide 701 and a silicon layer 702.
- An active region of the double-gate memory transistor is defined on the silicon layer 702.
- the active region is defined by means of a first photolithography process and subsequent etching of the silicon layer 702 of the SOI substrate.
- the area in which the definition of the first active area is shown in FIG. 14 and is identified by reference numeral 1460.
- a silicon nitride layer 1350 (only visible in FIG. 13) is deposited, which is then planarized, preferably by means of chemical mechanical polishing.
- the silicon layer 702 is preferably used as a stop layer.
- the silicon nitride layer 1350 is used for the electrical decoupling of the double-gate memory transistors.
- a first ONO layer 703 is then formed in a substep. For this purpose, a first silicon oxide layer 720 of the ONO layer is first formed, on which a silicon nitride layer 721 of the ONO layer is then formed, on which in turn a final second silicon oxide layer 722 of the ONO layer is formed.
- a first layer 704 of doped polysilicon is subsequently formed on the first ONO layer 703.
- the first layer 704 made of doped polysilicon is the layer which forms the first gate of the double-gate memory transistor after further sub-steps.
- a first passivation layer 705 made of silicon nitride is formed on the layer 704 made of doped polysilicon.
- Passivation layer 705 has a sufficient thickness that it is not completely removed in a subsequent etching to form spacers.
- the first passivation layer 705 made of silicon nitride forms part of an encapsulation of the first gate.
- Part of the method is defining the first gate area, which is carried out with a second photolithographic process step.
- the area of this 14 is denoted by reference numeral 1461 in FIG.
- the first passivation layer 705 made of silicon nitride and the first layer 704 made of doped polysilicon are then etched back in the regions which do not belong to the first gate region by means of anisotropic etching.
- the etching is carried out in such a way that partial regions of the ONO layer 703 and the silicon nitride layer 1350 which are located on the buried silicon oxide layer 702 are removed.
- FIG. 8 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps, which serve to prepare a wafer bonding.
- FIG. 8 shows the layer arrangement of FIG. 7 after partial regions of the ONO layer 703, the layer 702 made of silicon of the SOI substrate and partial regions of the insulator layer 701 made of silicon oxide of the SOI substrate have been removed by means of anisotropic etching.
- the mask is used as the mask for the anisotropic etching to remove the partial regions of the layer 702 made of silicon and the insulator layer 701 of the SOI substrate
- Encapsulation of the first gate which has the first passivation layer 705 made of silicon nitride and the first side wall layers 706 made of silicon nitride, is used.
- partial areas 807 of the layer 702 made of silicon of the SOI substrate are exposed.
- the etching of the silicon oxide layers 720, 722 and 702 is preferably carried out selectively with respect to silicon nitride.
- these exposed partial areas 807 of the layer 702 made of silicon are oxidized.
- An additional substep is the deposition of an auxiliary layer 808 made of undoped polysilicon in the areas of the layer arrangement which do not belong to the active area. Then a surface 819 of the auxiliary layer 808, which is at the top in FIG. 8, is
- a first layer 809 of silicon oxide is subsequently deposited on the planarized surface 819 of the auxiliary layer and on the upper surface of the encapsulation, in other words on the exposed surface of the first passivation layer 705.
- FIG. 9 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps which relate to wafer bonding.
- FIG. 9 shows the layer arrangement of FIG. 8 after a second silicon wafer 910 has been bonded to the planarized surface.
- the first silicon wafer 700 was removed.
- FIGS. 9 to 11, 12A and 12B show the layer arrangement of FIGS. 7 and 8 rotated by 180 ° in the paper plane.
- the two thermally oxidized silicon wafers which are pressed against each other under pressure and thereby have weak adhesion, are mechanically firmly coupled to one another.
- the mechanically strong coupling takes place according to this embodiment by means of a
- thermal oxidation is carried out in a pure oxygen atmosphere at about 1000 ° C.
- anionic bonding the coupling of the wafers is assisted by means of an electrical field and is carried out at a relatively low temperature of approximately 500 ° C.
- FIG. 10 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps to expose an area for a second gate.
- FIG. 10 shows the layer arrangement of FIG. 9 after the insulator layer 701 made of silicon oxide of the SOI substrate has been removed by means of wet chemical etching.
- An additional sub-step is the definition of the active area by means of photolithography and subsequent etching of the layer 702 made of silicon of the SOI substrate.
- a thin layer 1011 of silicon oxide is then applied to the layer arrangement according to the invention.
- second side wall layers 1012 made of silicon nitride are produced by means of conformal deposition of silicon nitride and subsequent anisotropic etching back of the conformally deposited silicon nitride.
- the thin layer 1011 of silicon oxide is then removed in the active region.
- An additional substep is the formation of a second gate insulating layer 1013 for the second gate, which as second ONO layer 1013 is formed from a first silicon oxide layer 1023 of the second ONO layer, a silicon nitride layer 1024 of the second ONO layer and a second silicon oxide layer 1025 of the second ONO layer.
- second ONO layer 1013 is formed from a first silicon oxide layer 1023 of the second ONO layer, a silicon nitride layer 1024 of the second ONO layer and a second silicon oxide layer 1025 of the second ONO layer.
- FIG. 11 shows the layer arrangement according to the invention after further sub-steps which relate to deposition and encapsulation of the second gate.
- FIG. 11 shows the layer arrangement of FIG. 10 after a second layer 1114 made of doped polysilicon has been deposited in the active region. This second layer 1114 of doped polysilicon forms the second gate of the planar
- Double-gate storage transistor It is then chemically and mechanically polished and the second layer 1114 made of doped polysilicon is etched back. Sub-regions of the second silicon oxide layer 1025 of the second ONO layer 1013 are then etched back, so that sub-regions of the side wall layers 1012 made of silicon nitride are exposed.
- An additional sub-step is the deposition of a second passivation layer 1115 made of silicon nitride.
- the surface, which is shown in FIG. 11 above, is then planarized by means of chemical mechanical polishing.
- the auxiliary layer made of polysilicon layer 808 preferably serves as a stop layer.
- An additional third photolithographic step is also carried out.
- the area in which the third photolithography step is carried out is provided with the reference number 1462 in FIG. 14.
- This photolithography step serves to decouple the two gates of the double-gate memory transistor.
- the active area is covered and the auxiliary layer made of polysilicon 808 is subsequently etched.
- a second layer of silicon oxide is then deposited in the etched-back regions and then planarized, preferably by means of chemical mechanical polishing.
- the second passivation layer made of silicon nitride 1115 is preferably used as a stop layer during planarization.
- FIG. 12A shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of an additional one
- FIG. 12A shows the layer arrangement of FIG. 11 after the thin layer 1011 of silicon oxide has been removed in the regions which do not belong to the active region.
- An additional substep is the removal of the auxiliary layer 808 from undoped polysilicon and that
- a third layer 1216 made of doped polysilicon is applied to form the source / drain connections.
- the surface arranged at the top in FIG. 12A is then planarized, preferably by means of chemical mechanical polishing.
- FIG. 12B shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a second additional one Embodiment of the invention, which substeps relate to the formation of source / drain connections.
- FIG. 12B shows the layer arrangement of FIG. 11 after the thin layer 1011 made of silicon oxide has been removed in the regions which do not belong to the active region.
- An additional sub-step is the removal of the auxiliary layer 808 from undoped polysilicon and the removal of the exposed, oxidized partial regions 807 of the layer 702 from silicon of the SOI substrate.
- third side wall layers 1217 made of polysilicon are deposited to form the source / drain connections. Titanium is subsequently sputtered onto the third side wall layers 1217 made of polysilicon.
- parts of the third side wall layers 1217 are silicided. This produces silicided areas 1218 of the third side wall layers.
- a layer of silicon oxide (not shown in FIG. 12B) is subsequently deposited and then the layer arrangement is preferably planarized by means of chemical mechanical polishing.
- FIG. 13 shows the layer arrangement of FIG. 12A or FIG. 12B in a cross section perpendicular to the representation in these figures.
- the second silicon wafer 910 can be seen.
- the first layer of silicon oxide 809 is on the second silicon wafer 910 educated.
- the layers of the first ONO layer 703, ie the second silicon oxide layer 722 of the ONO layer, the silicon nitride layer 721 of the ONO layer and the first silicon oxide layer 720 of the ONO layer are shown.
- the silicon layer 702 of the SOI substrate, which forms the channel region of the double-gate memory transistor, can be seen in partial regions on the first ONO layer 703. Subsequently, in FIG.
- the silicon nitride layer 1350 serves to decouple the two gates of the double-gate memory transistor.
- the second ONO layer 1013 which is formed from the first silicon oxide layer 1023 of the second ONO layer 1013, the silicon nitride layer 1024 of the second ONO layer 1013 and the second silicon oxide layer 1025 of the second ONO layer , educated.
- the second layer of doped polysilicon 1114 which forms the second gate of the double-gate memory transistor, is shown. This in turn shows the second passivation layer 1115 made of silicon nitride.
- FIG. 14 the various areas in which photolithographic process steps are carried out and the cutting lines along which the cross sections of FIGS. 7 to 13 are carried out are shown to illustrate the various areas.
- the area denoted by reference numeral 1460 represents the area in which the process steps of the first photolithographic process, ie the definition of the active area of the double-gate memory transistor, are carried out.
- the one designated by reference numeral 1461 Area represents the area in which the process steps of the second photolithographic process, ie the definition of the gate region of the double-gate memory transistor, are carried out.
- the region denoted by reference numeral 1462 represents the region in which the process steps of the third photolithographic process, ie the covering of the active region of the double-gate memory transistor, are carried out.
- FIG. 14 the section line along which the cross sections of FIGS. 7 to 12B are shown is designated A-A, while the section line along which the cross section of FIG. 13 is shown is designated B-B.
- FIG. 15 shows a first arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged.
- the arrangement has a plurality of double-gate memory transistors in accordance with a so-called NAND arrangement of memory transistors.
- the gate connections of each row of double-gate memory transistors are usually coupled to one another by means of a word line 1570, 1571 and 1572.
- a word line 1570, 1571 and 1572 In the arrangement of double-gate memory transistors according to the invention, however, it should be noted that only the gates of a first main page, located at the top in FIG. 15, of the arrangement are coupled to one another.
- bit lines 1576, 1577 and 1578 are formed in that the source connection of a double-gate memory transistor in one column is coupled to the drain connection of a double-gate memory transistor adjacent in the column. All source / drain connections of the double-gate memory transistors in a column of the arrangement are thus driven by means of a bit line.
- FIG. 16 shows a second arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged.
- the arrangement has a plurality of double-gate memory transistors in accordance with a so-called AND arrangement of memory transistors.
- the gate connections of each row of double-gate memory transistors are coupled to one another by means of a word line 1670, 1671 and 1672.
- a word line 1670, 1671 and 1672 In the arrangement of double-gate memory transistors according to the invention, however, it should be noted that only the gates of a first main page, located at the top in FIG. 16, of the arrangement are coupled to one another.
- Lines of the opposite second main side of the arrangement, lying at the bottom in FIG. 16, are coupled to one another by means of additional word lines 1673, 1674 and 1675.
- the source and drain connections of the double-gate memory transistors of a column are coupled to one another in a manner customary for an AND arrangement.
- Bit lines 1676, 1677 and 1678 are formed by the source connection each double-gate memory transistor of a column is coupled by means of a bit line to the source of every other double-gate memory transistor arranged in the column. All source connections of the double-gate memory transistors in a column of the arrangement are thus driven by means of a bit line.
- bit lines 1679, 1680 and 1681 are formed in that the drain connection of each double gate memory transistor of a column is coupled by means of a bit line to the drain connection of each other double gate memory transistor arranged in the column. All drain connections of the double-gate memory transistors in a column of the arrangement are thus driven by means of a bit line.
- each double-gate memory transistor can be controlled individually. Programming of the individual double-gate memory transistors is possible both by means of so-called Fowler Nordheim tunnels and by means of so-called channel hot electron tunnels. This also enables NROM-like operation of the double-gate memory transistors of the arrangement.
- FIG. 17 shows a second arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged.
- the arrangement has a plurality of double-gate memory transistors in accordance with a so-called AND arrangement of memory transistors with virtual ground.
- the arrangement is similar to the arrangement shown in FIG. 16, except that one bit line of the source connections of the double gate memory transistors of one column is combined with one bit line of the drain connections of the double gate memory transistors of an adjacent column.
- the gate connections of each row of double-gate memory transistors are coupled to one another by means of a word line 1770, 1771 and 1772.
- a word line 1770, 1771 and 1772 In the arrangement of double-gate memory transistors according to the invention, however, it should be noted that only the gates of a first main page, located at the top in FIG. 17, of the arrangement are coupled to one another.
- Rows of the opposite second main side of the arrangement, lying at the bottom in FIG. 17, are coupled to one another by means of additional word lines 1773, 1774 and 1775.
- the source and drain connections of the double-gate memory transistors of a column are coupled to one another in a manner customary for an AND arrangement with virtual grounding.
- Bit lines 1776, 1777, 1778 and 1779 are formed in that the source terminal of a double-gate memory transistor in one column is coupled to the source terminal of a double-gate memory transistor adjacent in the column.
- the drain connections of the double-gate memory arrays arranged in the adjacent column are Transistors coupled to the same bit line.
- the word lines are fed to a main side of the arrangement in a first direction, while the word lines are fed to the opposite main side in the direction opposite to the first direction.
- the additional subject matter of the application creates a double-gate memory transistor, which can be produced using known and simple process steps.
- the double-gate memory transistor By means of the double-gate memory transistor, the memory density can be doubled compared to a conventional memory transistor.
- the double gate memory transistor with ONO layers four bits per individual double gate memory transistor can thus be stored. It should be noted, however, that no formation of ONO layers is necessary, but that any formation of a so-called charge trapping layer can be used.
- first passivation layer made of silicon nitride
- first passivation layer made of silicon nitride
- first side wall layers made of silicon nitride
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Verfahren zum Herstellen eines Doppel-Gate-TransistorsMethod of manufacturing a double gate transistor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Doppel-Gate-Transistors und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines selbstjustierten Doppel-Gate-Transistors.The invention relates to a method for producing a double-gate transistor and in particular to a method for producing a self-aligned double-gate transistor.
Bei weiter fortschreitender Skalierung der herkömmlichen planaren Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFET) in der Silizium-Technologie wird die Leistungsfähigkeit des einzelnen Bauelements unter anderem durch die Kurzkanaleffekte deutlich verschlechtert. Zu diesen unerwünschten Kurzkanaleffekten zählen zum Beispiel: eine abnehmende Zunahme des Drain-Stroms mit zunehmender Gate- Spannung, eine Abhängigkeit der Schwellenspannung vom Arbeitspunkt und ein Durchgreifen von Source- und Drain- Gebieten (punchthrough) . Bei Gatelängen im Bereich von 20 nm bis 30 nm wird damit gerechnet, dass eine weitere Skalierung des Bulk-Transistors insgesamt keinen weiteren Fortschritt darstellt. Als Bulk-Transistor wird in diesem Zusammenhang ein Transistor bezeichnet bei dem der Transistor mittels Dotierens im niedrig dotierten Gebiet der jeweils komplementären Dotierung aufgebaut wird. Z.B. wird für die Realisierung eines NMOS-Transistors ein p-Substrat verwendet, in welches hinein der NMOS-Transistor unmittelbar realisiert wird.As the scaling of conventional planar metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET) in silicon technology continues, the performance of the individual component is significantly deteriorated, among other things, by the short channel effects. These undesired short-channel effects include, for example: a decreasing increase in drain current with increasing gate voltage, a dependency of the threshold voltage on the operating point and a penetration of source and drain regions (punch-through). With gate lengths in the range from 20 nm to 30 nm, it is expected that further scaling of the bulk transistor does not represent any further progress overall. In this context, a bulk transistor is a transistor in which the transistor is constructed by means of doping in the low-doped region of the complementary doping in each case. For example, For the implementation of an NMOS transistor, a p-substrate is used, into which the NMOS transistor is implemented directly.
Eine Möglichkeit einen Transistor mit einer Kanallänge von 20 nm bis 30 nm ist das Verwenden von Substraten, welche eine Schicht aufweisen, welche vollständig an Ladungsträgern verarmt ist (FD-Substrate).One possibility for a transistor with a channel length of 20 nm to 30 nm is the use of substrates which have a layer which is completely depleted of charge carriers (FD substrates).
Eine vielversprechende Alternative, die Grenzen zu umgehen, welche sich durch die auftretenden Kurzkanaleffekte bei einer weiteren Skalierung ergeben, stellt der Doppel-Gate-Transistor dar. Bei hinreichend dünnem aktiven Gebiet können durch Steuerwirkung von zwei Gates bzw. eines umfassenden Gates (sogenanntes „surrounded Gate") Kurzkanaleffekte drastisch reduziert werden. Es wird somit davon ausgegangen, dass Doppel-Gate-Transistoren wesentliche Bauelemente für eine Terrabit-Integration sind [1] . Für das Herstellen von Doppel- Gate-Transistoren sind aber bisher noch keine einfach realisierbaren Herstellungsverfahren etabliert.A promising alternative to circumvent the limits, which are caused by the short channel effects that occur in a The double-gate transistor represents further scaling. In the case of a sufficiently thin active region, short-channel effects can be drastically reduced by the control action of two gates or a comprehensive gate (so-called “surrounded gate”). It is therefore assumed that double Gate transistors are essential components for terrabit integration [1], however, no simple manufacturing processes have yet been established for the production of double gate transistors.
Für das Herstellen von Doppel-Gate-Transistoren werden verschiedene Konzepte diskutiert und erprobt. Diese Konzepte sind zum Beispiel vertikale Transistoren, Stegtransistoren oder planare Strukturen mit Replacement-Gate . Allen diesen Konzepten ist jedoch gemeinsam, dass aufwendige bisher in der Silizium-Technologie nicht produktionstechnisch erprobte Prozesse verwendet werden müssen. Zusatzlich ist der Herstellungsprozess als Gesamtes recht komplex. Auch ergibt sich bei einem Vertikaltransistor eine nicht planare Oberflache der einzelnen Bereiche (z.B. des Gates), welches zu einer Verschlechterung des Stromflusses durch die einzelnen Bereiche fuhrt.Various concepts for the manufacture of double-gate transistors are discussed and tested. These concepts are, for example, vertical transistors, bridge transistors or planar structures with a replacement gate. However, all these concepts have in common that complex processes that have not yet been tried and tested in production technology have to be used. In addition, the manufacturing process as a whole is quite complex. In the case of a vertical transistor, there is also a non-planar surface of the individual regions (e.g. the gate), which leads to a deterioration in the current flow through the individual regions.
Eine Schwierigkeit bei der Herstellung eines planaren Doppel- Gate-Transistors ist, bei einem Doppel-Gate-Transistor eine exakte Justierung der beiden jeweiligen Gates zu gewahrleisten, anders ausgedruckt, dass die beiden Gates des Transistors in einem festen raumlichen Verhältnis zueinander angeordnet sind. Die beiden Gates des Transistors sind zu beiden Seiten eines Kanalbereiches des Transistors, welcher zwischen Source- und Drain-Anschluss angeordnet ist, angeordnet. Im Falle eines planaren Doppel-Gate-Transistor bedeutet dies, dass die beiden Gates des Transistors übereinander an der gleichen Stelle des Substrats angeordnet sind, wobei der Kanalbereich zwischen den beiden Gates angeordnet ist.A difficulty in the manufacture of a planar double-gate transistor is to ensure exact adjustment of the two respective gates in a double-gate transistor, in other words, that the two gates of the transistor are arranged in a fixed spatial relationship to one another. The two gates of the transistor are arranged on both sides of a channel region of the transistor, which is arranged between the source and drain connection. In the case of a planar double-gate transistor, this means that the two gates of the transistor are arranged one above the other at the same location on the substrate are, the channel region being arranged between the two gates.
Zum Beispiel können zum Herstellen eines planaren Doppel-Gate- Transistors zuerst alle benötigten Schichten des Doppel-Gates ausgebildet werden und dann alle Schichten auf einmal geätzt werden, um den Doppel-Gate-Transistor zu erhalten [2] . Dieses Verfahren, weist jedoch den Nachteil auf, dass zum Ätzen der verschiedenen Schichten des Doppel-Gates eines Transistors unter Umständen verschiedene Ätzmittel verwendet werden müssen, da die einzelnen Schichten aus verschiedenen Materialien bestehen. Das Verwenden verschiedener Ätzmittel verursacht höhere Kosten in der Produktion des planaren Doppel-Gate-Transistors. Auch ergeben sich bei einem selektiven Ätzen einer hohen Topologie, d.h. einerFor example, to produce a planar double-gate transistor, all of the required layers of the double-gate can first be formed and then all layers can be etched at once to obtain the double-gate transistor [2]. However, this method has the disadvantage that different etching agents may have to be used to etch the different layers of the double gate of a transistor, since the individual layers consist of different materials. Using different etchants causes higher costs in the production of the planar double gate transistor. Selective etching also results in a high topology, i.e. one
Schichtenfolge verschiedener Schichten, Probleme, da eine bereits geätzte Schicht in einem nachfolgenden Ätzschritt mittels eines Ätzmittels, welches auch die bereits geätzte Schicht ätzt, einem weiteren Ätzen unterliegt. Somit kann es zum fehlerhaften Strukturieren der Schichtenfolge kommen.Layer sequence of different layers, problems because an already etched layer is subject to further etching in a subsequent etching step by means of an etchant which also etches the already etched layer. This can lead to incorrect structuring of the layer sequence.
Aus DE 692 26 687 T2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Doppel-Gate-Transistors offenbart. In diesem Verfahren wird auf ein erstes Substrat ein Gate aufgebracht, ein zweites Substrat gebondet, das erste Substrat auf der freiliegenden Oberfläche poliert und auf dieser polierten Oberfläche anschließend ein zweites Gate ausgebildet.DE 692 26 687 T2 discloses a method for producing a double-gate transistor. In this method, a gate is applied to a first substrate, a second substrate is bonded, the first substrate is polished on the exposed surface, and a second gate is then formed on this polished surface.
US 5 899 710 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Transistors mit mindestens drei Gates und DE 100 52 131 AI offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors unter Verwendung einer selbstjustierenden Technik. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein einfaches Herstellungsverfahren für einen planaren Doppel-Gate- Transistor zu schaffen, bei dem auf bekannte und einfache Verfahrensschritte der Silizium-Technik eingesetzt werden können.US 5 899 710 discloses a method of manufacturing a transistor with at least three gates and DE 100 52 131 AI discloses a method of manufacturing a field effect transistor using a self-adjusting technique. The invention is based on the problem of creating a simple production method for a planar double-gate transistor, in which known and simple method steps of silicon technology can be used.
Das Problem wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Doppel-Gate-Transistors mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.The problem is solved by a method for producing a double gate transistor with the features according to the independent claim.
In einem erfindungsgemäßes Verfahren wird ein erster Gatebereich eines Doppel-Gate-Transitors auf einem Silizium- auf-Isolator (SOI) Substrat eines ersten Wafers ausgebildet. Der Wafer weist vorzugsweise eine Trägerschicht aus Silizium auf. Auf dieser Trägerschicht ist das SOI-Substrat, welches vorzugsweise eine Isolatorschicht aus Siliziumoxid, und eine darauf ausgebildete Siliziumschicht aufweist, angeordnet. Ein zusätzlicher Schritt des Verfahrens ist die Ausbildung einer Schicht mit einer planen Oberfläche über dem SOI-Substrat und dem ausgebildeten ersten Gatebereich. An diese planeIn a method according to the invention, a first gate region of a double-gate transistor is formed on a silicon-on-insulator (SOI) substrate of a first wafer. The wafer preferably has a carrier layer made of silicon. The SOI substrate, which preferably has an insulator layer made of silicon oxide and a silicon layer formed thereon, is arranged on this carrier layer. An additional step of the method is the formation of a layer with a flat surface over the SOI substrate and the formed first gate area. To this tarpaulin
Oberfläche wird dann ein zweiter Wafer, vorzugsweise ein Siliziumwafer, gebondet. Nach erfolgtem Bonden des zweiten Wafers wird im SOI-Substrat des ersten Wafers der zweite Gatebereich ausgebildet. Dieser liegt dem ersten Gatebereich gegenüber und bildet zusammen mit dem ersten Gatebereich das Doppel-Gate des Doppel-Gate-Transistors.A second wafer, preferably a silicon wafer, is then bonded to the surface. After the second wafer has been bonded, the second gate region is formed in the SOI substrate of the first wafer. This is opposite the first gate area and, together with the first gate area, forms the double gate of the double gate transistor.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels bekannter Verfahrensschritte der Silizium-Technik auf einfache und kostengünstige Weise ein planarer Doppel-Gate-Transistor hergestellt.With the method according to the invention, a planar double-gate transistor is produced in a simple and inexpensive manner using known method steps in silicon technology.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Doppel-Gate-Transistors folgende Teilschritte auf. Auf der Siliziumschicht des SOI-Substrats wird mittels Photolithographie und Ätzung der Schicht aus Silizium des SOI- Substrats ein aktives Gebiet definiert. In einem zusätzlichen Teilschritt wird eine erste Gate-isolierende Schicht auf dem Silizium des SOI-Substrats ausgebildet. Als Material der ersten Gate-isolierenden Schicht wird vorzugsweise Siliziumoxid verwendet, welches vorzugsweise mittels thermischen Oxidierens eines Teiles der Schicht aus Silizium des SOI-Substrats gebildet wird. Nachfolgend wird eine erste Schicht aus elektrisch leitfähigem Material auf der ersten Gate-isolierenden Schicht ausgebildet. Als Material der ersten elektrisch leitfähigen Schicht wird vorzugsweise dotiertes Polysilizium verwendet, welches auf der ersten Gateisolierenden Schicht abgeschieden wird. Auf der ersten Schicht aus elektrisch leitfähigem Material wird eine erste Schicht aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material vorzugsweise Siliziumnitrid ausgebildet. Diese erste Schicht aus elektrisch nicht-leitfähigem Material ist ein Teil einer Isolierung und Einkapselung des ersten Gatebereichs. Ein zusätzlicher Teilschritt des Verfahrens ist ein photolithographisches Definieren des Gatebereichs mit nachfolgendem Strukturieren der ersten Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material und der ersten Schicht aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material. Dieses Strukturieren wird vorzugsweise mittels anisotropen Ätzens vorgenommen. Nachfolgend werden erste Seitenwandschichten, anschaulich Spacer, an der verbleibenden Schicht aus elektrisch leitfähigem Material und der verbleibenden Schicht aus elektrisch nicht-leitfähigem Material ausgebildet. Die ersten Seitenwandschichten sind vorzugsweise ebenfalls aus Siliziumnitrid ausgebildet und sind ein zweiter Teil der Isolierung und Einkapselung des ersten Gatebereichs. Die ersten Seitenwandschichten werden vorzugsweise mittels konformen Abscheidens einer elektrisch nicht-leitfahigen Schicht und folgender anisotropen Ruckatzung dieser elektrisch nicht-leitfahigen Schicht ausgebildet. Mit den bisher beschriebenen Teilschritten ist die Ausbildung des ersten Gatebereichs und der Einkapselung, welche Einkapselung die erste Schicht aus elektrisch nicht-leitfahigem Material und die ersten Seitenwandschichten aufweist, des ersten Gatebereichs im Wesentlichen abgeschlossen.Preferred developments of the invention result from the dependent claims. The method according to the invention for producing a double-gate transistor preferably has the following sub-steps. An active region is defined on the silicon layer of the SOI substrate by means of photolithography and etching the layer of silicon of the SOI substrate. In an additional sub-step, a first gate insulating layer is formed on the silicon of the SOI substrate. Silicon oxide is preferably used as the material of the first gate-insulating layer, which is preferably formed by means of thermal oxidation of a part of the layer of silicon of the SOI substrate. A first layer of electrically conductive material is subsequently formed on the first gate insulating layer. Doped polysilicon, which is deposited on the first gate insulating layer, is preferably used as the material of the first electrically conductive layer. A first layer made of an electrically non-conductive material, preferably silicon nitride, is formed on the first layer made of electrically conductive material. This first layer of electrically non-conductive material is part of an insulation and encapsulation of the first gate region. An additional sub-step of the method is a photolithographic definition of the gate region with subsequent structuring of the first layer made of an electrically conductive material and the first layer made of an electrically non-conductive material. This structuring is preferably carried out by means of anisotropic etching. Subsequently, first side wall layers, clearly spacers, are formed on the remaining layer made of electrically conductive material and the remaining layer made of electrically non-conductive material. The first sidewall layers are preferably also formed from silicon nitride and are a second part of the insulation and encapsulation of the first Gate region. The first side wall layers are preferably formed by conformal deposition of an electrically non-conductive layer and subsequent anisotropic recessing of this electrically non-conductive layer. With the partial steps described so far, the formation of the first gate area and the encapsulation, which encapsulation has the first layer of electrically non-conductive material and the first side wall layers, of the first gate area is essentially completed.
Die nun folgenden Teilschritte dienen im Wesentlichen der Vorbereitung des ersten Wafers für das nachfolgende Waferbonden. In einem Teilschritt der Vorbereitung werden die Schicht aus Silizium des SOI-Substrats und die Isolatorschicht des SOI-Substrats strukturiert. Das Strukturieren derThe following sub-steps essentially serve to prepare the first wafer for the subsequent wafer bonding. In a partial step of the preparation, the layer of silicon of the SOI substrate and the insulator layer of the SOI substrate are structured. Structuring the
Siliziumschicht, welche vorzugsweise eine vollständig an Ladungsträgern verarmte Schicht (FD-Schicht) ist, des SOI- Substrats und der Isolatorschicht des SOI-Substrats wird vorzugsweise mittels anisotropen Ätzens durchgeführt. Für dieses anisotrope Atzen wird die Einkapselung des ersten Gates als Maske verwendet. Mittels dieses anisotropen Ätzens wird ein Oberflachenbereich der Siliziumschicht des SOI-Substrats freigelegt. Der freigelegte Oberflachenbereich der Siliziumschicht wird nachfolgend in einem zusatzlichen Teilschritt oxidiert. In einem nächsten Teilschritt wird eine Hilfsschicht aufgebracht, welche vorzugsweise aus undotiertem Polysilizium ist und welche nachfolgend planarisiert wird. Das Planarisieren wird vorzugsweise mittels Chemisch-Mechanischen- Polierens (CMP) durchgeführt. Auf diese plane Oberflache wird eine zweite Schicht aus einem elektrisch nicht-leitfahigen Material aufgebracht. Als Material der zweiten Schicht aus einem elektrisch nicht-leitfahigen Material wird vorzugsweise Siliziumoxid verwendet. Mit den nunmehr beschriebenen Teilschritten ist die Vorbereitung des ersten Wafers für das Waferbonden im Wesentlichen abgeschlossen.Silicon layer, which is preferably a layer completely depleted of charge carriers (FD layer), of the SOI substrate and the insulator layer of the SOI substrate is preferably carried out by means of anisotropic etching. The encapsulation of the first gate is used as a mask for this anisotropic etching. A surface area of the silicon layer of the SOI substrate is exposed by means of this anisotropic etching. The exposed surface area of the silicon layer is subsequently oxidized in an additional sub-step. In a next sub-step, an auxiliary layer is applied, which is preferably made of undoped polysilicon and which is subsequently planarized. The planarization is preferably carried out by means of chemical mechanical polishing (CMP). A second layer of an electrically non-conductive material is applied to this flat surface. Silicon oxide is preferably used as the material of the second layer made of an electrically non-conductive material. With the now described The preparation of the first wafer for wafer bonding is essentially complete.
Ein zusätzlicher Teilschritt des Verfahrens zum Herstellen eines Doppel-Gate-Transistor ist das Bonden eines zweiten Wafers auf die zweite Schicht aus einem elektrisch nicht- leitfähigen Material. Der zweite Wafer besteht vorzugsweise aus Silizium. Nachfolgend wird die Trägerschicht des ersten Wafers entfernt. Dadurch wird eine Oberfläche der Isolatorschicht des SOI-Substrats zum weiteren Bearbeiten freigelegt, welche freigelegte Oberfläche vor dem Entfernen der Trägerschicht des ersten Wafers mit der Trägerschicht gekoppelt war. Mit den beschriebenen Teilschritten ist das Waferbonden des zweiten Wafers an den ersten Wafer im Wesentlichen abgeschlossen.An additional sub-step of the method for producing a double-gate transistor is the bonding of a second wafer to the second layer made of an electrically non-conductive material. The second wafer is preferably made of silicon. The carrier layer of the first wafer is subsequently removed. As a result, a surface of the insulator layer of the SOI substrate is exposed for further processing, which exposed surface was coupled to the carrier layer before the carrier layer of the first wafer was removed. With the partial steps described, the wafer bonding of the second wafer to the first wafer is essentially completed.
Als Weiteres folgen Teilschritte, welche im Wesentlichen ein Ausbilden eines zweiten Gates des Doppel-Gate-Transistors betreffen. Ein Teilschritt zum Ausbilden des zweiten Gates ist ein Strukturieren der freigelegten Oberfläche derSubsequent steps also follow, which essentially relate to the formation of a second gate of the double-gate transistor. A sub-step for forming the second gate is structuring the exposed surface of the
Isolatorschicht des SOI-Substrats. Dieses Strukturieren wird vorzugsweise mittels Ätzens, besonders bevorzugt mittels nasschemischen Ätzens, durchgeführt. Mittels dieses Strukturierens wird die Siliziumschicht des SOI-Substrats freigelegt. Ein nachfolgender Teilschritt des Verfahrens ist ein Definieren des aktiven Gebiets mittels eines Strukturierens der freigelegten Siliziumschicht des SOI- Substrats. Das Strukturieren der freigelegten Siliziumschicht des SOI-Substrats wird vorzugsweise mittels Photolithographie und nachfolgender Ätzung der freigelegten Siliziumschicht des SOI-Substrats durchgeführt. Ein nächster Teilschritt ist das Ausbilden einer dünnen Schicht aus elektrisch nicht- leitfähigem Material, als welches Material vorzugsweise Siliziumoxid verwendet wird. Nachfolgend werden zweite Seitenwandschichten aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material in dem aktiven Bereich auf der dünnen Schicht aus elektrisch nicht-leitfähigem Material ausgebildet. Das Ausbilden der zweiten Seitenwandschichten aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material erfolgt vorzugsweise mittels konformen Abscheidens und nachfolgender anisotropischer Rückätzung einer Schicht aus Siliziumnitrid. Ein nächster Teilschritt des Verfahrens ist das teilweise Entfernen der dünnen Schicht aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material. Nachfolgend wird eine zweite Gate-isolierendeInsulator layer of the SOI substrate. This structuring is preferably carried out by means of etching, particularly preferably by means of wet chemical etching. This structuring exposes the silicon layer of the SOI substrate. A subsequent sub-step of the method is to define the active area by structuring the exposed silicon layer of the SOI substrate. The structuring of the exposed silicon layer of the SOI substrate is preferably carried out by means of photolithography and subsequent etching of the exposed silicon layer of the SOI substrate. A next sub-step is the formation of a thin layer of electrically non-conductive material, as which material silicon oxide is preferably used. Below are second Sidewall layers of an electrically non-conductive material are formed in the active area on the thin layer of electrically non-conductive material. The second side wall layers are preferably formed from an electrically non-conductive material by means of conformal deposition and subsequent anisotropic etching back of a layer of silicon nitride. A next sub-step of the method is the partial removal of the thin layer from an electrically non-conductive material. Below is a second gate insulating
Schicht auf der freigelegten Siliziumschicht des SOI-Substrats ausgebildet. Das Ausbilden der zweiten Gate-isolierenden Schicht wird vorzugsweise mittels thermischen Oxidierens von Teilen der freigelegten Siliziumschicht des SOI-Substrats durchgeführt. Mit den beschriebenen Teilschritten ist das Freilegen des Gebietes für das zweite Gate im Wesentlichen abgeschlossen.Layer formed on the exposed silicon layer of the SOI substrate. The formation of the second gate insulating layer is preferably carried out by means of thermal oxidation of parts of the exposed silicon layer of the SOI substrate. With the partial steps described, the exposure of the area for the second gate is essentially completed.
Als Weiteres folgen Teilschritte, welche im Wesentlichen ein Abscheiden und Einkapseln des zweiten Gates betreffen. In dem aktiven Gebiet wird eine zweite Schicht aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet. Die zweite Schicht aus elektrisch leitfähigem Material wird bevorzugt mittels Abscheidens einer Schicht aus dotiertem Polysilizium ausgebildet und bildet das zweite Gate des Doppel-Gate- Transistors. Nachfolgend wird ein Planarisieren durchgeführt. Das Planarisieren wird vorzugsweise mittels Chemisch- Mechanischen-Polierens durchgeführt. Ein zusätzlicher Teilschritt ist ein Rückätzen der zweiten Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material. Nachfolgend wird eine zweite Passivierungsschicht aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material über den aktiven Gebiet ausgebildet. Die zweite Passivierungsschicht dient einem Einkapseln des zweiten Gates des Doppel-Gate-Transistors. Die zweite Passivierungsschicht wird vorzugsweise mittels Abscheidens von Siliziumnitrid ausgebildet. Nachfolgend wird ein Planarisieren durchgeführt. Für dieses Planarisieren wird vorzugsweise Chemisch- Mechanisches-Polieren verwendet. Mit den beschriebenen Teilschritten ist das Abscheiden und Einkapseln des zweiten Gates im Wesentlichen abgeschlossen.Subsequent steps also follow, which essentially relate to separating and encapsulating the second gate. A second layer of electrically conductive material is formed in the active region. The second layer of electrically conductive material is preferably formed by depositing a layer of doped polysilicon and forms the second gate of the double gate transistor. Planarization is then carried out. The planarization is preferably carried out by means of chemical mechanical polishing. An additional sub-step is etching back the second layer from an electrically conductive material. Subsequently, a second passivation layer is formed from an electrically non-conductive material over the active area. The second passivation layer serves to encapsulate the second gate of the double-gate transistor. The second passivation layer is preferably formed by depositing silicon nitride. Planarization is then carried out. Chemical mechanical polishing is preferably used for this planarization. The separation and encapsulation of the second gate is essentially completed with the partial steps described.
In einem Teilschritt werden Teilbereiche der dünnen Schicht aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material entfernt. In einem weiteren Teilschritt wird die Hilfsschicht entfernt.In a partial step, sections of the thin layer made of an electrically non-conductive material are removed. The auxiliary layer is removed in a further sub-step.
Nachfolgend wird der oxidierte freigelegte Oberflächenbereich der Siliziumschicht des SOI-Substrats entfernt. Dabei werden Teile der Siliziumschicht des SOI-Substrats, welche Siliziumschicht einen Kanalbereich des Doppel-Gate-Transistors bildet, freigelegt.The oxidized exposed surface area of the silicon layer of the SOI substrate is subsequently removed. Parts of the silicon layer of the SOI substrate, which silicon layer forms a channel region of the double-gate transistor, are thereby exposed.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines planaren Doppel-Gate-Transitors werden Source/Drain Anschlüsse erzeugt, indem eine dritte Schicht aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet wird. Als Material der dritten Schicht aus elektrisch leitfähigem Material wird vorzugsweise dotiertes Polysilizium verwendet. Teilbereiche der dritten Schicht aus elektrisch leitfähigem Material stellen die Source/Drain Anschlüsse des erfindungsgemäßen Doppel-Gate-Transistors dar. Anschließend wird in einem weiteren Teilschritt eine Oberfläche des Doppel-Gate- Transistors, welcher mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, planarisiert . Das Planarisieren erfolgt vorzugsweise mittels Chemisch-Mechanischen-Polierens.According to one embodiment of the method according to the invention for producing a planar double-gate transistor, source / drain connections are produced by forming a third layer made of electrically conductive material. Doped polysilicon is preferably used as the material of the third layer made of electrically conductive material. Subareas of the third layer made of electrically conductive material represent the source / drain connections of the double gate transistor according to the invention. Subsequently, in a further partial step, a surface of the double gate transistor, which was produced by means of a method according to the invention, is planarized. The planarization is preferably carried out by means of chemical mechanical polishing.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Doppel-Gate-Transitors werden die Source/Drain Anschlüsse erzeugt, indem an dem ersten Gate und dem zweiten Gate dritte Seitenwandschichten aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet werden. Das Ausbilden der dritten Seitenwandschichten aus einem elektrisch leitfähigen Material erfolgt bevorzugt mittels Abscheidens von Polysilizium. Nachfolgend wird ein Metall aufgesputtert . Das Metall ist vorzugsweise Titan. Anschließend wird eine dritte Passivierungsschicht ausgebildet. Das Ausbilden der dritten Passivierungsschicht erfolgt bevorzugt mittels Abscheidens von Siliziumoxid. Anschließend wird in einen weiteren Teilschritt eine Oberfläche des Doppel-Gate-Transistors, welcher mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, planarisiert . Das Planarisieren erfolgt vorzugsweise mittels Chemisch-Mechanischen-Polierens . Gemäß der bevorzugten Ausführungsform, bei welcher die dritten Seitenwandschichten aus Polysilizium ausgebildet sind, wird nach dem Aufsputtern des Metalls eine Silizidierung durchgeführt.According to another embodiment of the method according to the invention for producing a double-gate transistor, the source / drain connections are produced by third sidewall layers made of electrical on the first gate and the second gate conductive material are formed. The third side wall layers are preferably formed from an electrically conductive material by means of deposition of polysilicon. A metal is then sputtered on. The metal is preferably titanium. A third passivation layer is then formed. The third passivation layer is preferably formed by depositing silicon oxide. Then, in a further sub-step, a surface of the double gate transistor, which was produced by means of a method according to the invention, is planarized. The planarization is preferably carried out by means of chemical mechanical polishing. According to the preferred embodiment, in which the third side wall layers are formed from polysilicon, silicidation is carried out after the metal has been sputtered on.
Die erste und/oder zweite Gate-isolierende Schicht kann als Ladungsspeicherschicht (Charge-Trapping-Layer) ausgebildet werden.The first and / or second gate insulating layer can be formed as a charge storage layer (charge trapping layer).
Besonders bevorzugt werden die erste und/oder die zweite Gateisolierende Schicht als ONO-Schichten ausgebildet.The first and / or the second gate insulating layer are particularly preferably formed as ONO layers.
Vorzugsweise werden der erste Gatebereich und der zweite Gatebereich voneinander elektrisch entkoppelt, so dass sie getrennt voneinander ansteuerbar werden.The first gate area and the second gate area are preferably electrically decoupled from one another, so that they can be controlled separately from one another.
Für eine anschließende Kontaktierung des Doppel-Gate- Transistors, welcher mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, werden Standard-Prozesse der Backend-Technologie eingesetzt.Standard processes of back-end technology are used for subsequent contacting of the double-gate transistor, which was produced by means of a method according to the invention.
Ein zusätzlicher Gegenstand der Anmeldung betrifft einen Doppel-Gate-Speicher-Transistor mit zwei Ladungsspeicherschichten (Charge-Trapping-Layers) , ein Verfahren zur Herstellung eines Doppel-Gate-Speicher- Transistors mit zwei Ladungsspeicherschichten und die Anordnung solcher Doppel-Gate-Speicher-Transistoren in einem Array.An additional subject of the application relates to a double gate memory transistor with two Charge storage layers (charge trapping layers), a method for producing a double-gate storage transistor with two charge-storage layers and the arrangement of such double-gate storage transistors in an array.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden Speicher- Transistoren geschaffen, welche zum Speichern von Information ein so genanntes Floating Gate aufweisen. Mittels dieser Speicher-Transistoren kann ein Bit je Speicher-Transistor gespeichert werden.According to one embodiment of the invention, memory transistors are created which have a so-called floating gate for storing information. One bit per memory transistor can be stored by means of these memory transistors.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden Speicher-Transistoren geschaffen, welche als Gate-isolierende Schicht eine ONO-Schicht, d.h. eine Schichtenfolge aus einer ersten Siliziumoxidschicht Si02, einer Siliziumnitridschicht Si3N4 und einer zweiten Siliziumoxidschicht Si02 aufweisen. Diese ONO-Schicht dient der Speicherung von Ladungsträgern und bildet eine Ladungsspeicherschicht (Charge-Trapping-Layer) .According to another embodiment of the invention, memory transistors are created which have an ONO layer as gate-insulating layer, ie a layer sequence of a first silicon oxide layer Si0 2 , a silicon nitride layer Si 3 N 4 and a second silicon oxide layer Si0 2 . This ONO layer is used to store charge carriers and forms a charge storage layer (charge trapping layer).
Bei der Verwendung einer so genannten ONO-Schicht als Ladungsspeicherschicht ist es möglich in einem Speicher- Transistor zwei Bits zu speichern, wobei die zwei Si02 Bereiche getrennt zum Speichern von jeweils einem Bit verwendet werden können.When a so-called ONO layer is used as the charge storage layer, it is possible to store two bits in a memory transistor, the two SiO 2 regions being able to be used separately for storing one bit each.
Ein Problem im Zuge der ständigen Weiterentwicklung im Bereich der Speicher-Transistoren ist es, die Speicherleistung je benötigte Fläche des Speicher-Transistors, d.h. die Speicherdichte, zu erhöhen und die derzeitigen Herstellungsverfahren zu vereinfachen.A problem in the course of constant further development in the area of memory transistors is the memory power per required area of the memory transistor, i.e. increasing the storage density and simplifying the current manufacturing processes.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Speicher-Transistors weist nachfolgende Schritte auf. Ein erster Gatebereich auf einem Silizium-auf-Isolator-Substrat eines ersten Wafers wird ausgebildet, wobei eine erste Gate-isolierenden Schicht als Ladungsspeicherschicht ausgebildet wird. Ferner wird eine Schicht mit einer planen Oberfläche über dem Silizium-auf- Isolator Substrat und dem ersten Gatebereich ausgebildet und ein zweiter Wafer an die plane Oberfläche des ersten Wafers gebondet. Ferner wird ein dem ersten Gatebereich gegenüberliegender zweiter Gatebereichs in dem Silizium-auf- Isolator-Substrat ausgebildet, wobei eine zweite Gate- isolierende Schicht als Ladungsspeicherschicht ausgebildet wird und wobei der erste und der zweite Gatebereich voneinander entkoppelt werden.A method for producing a memory transistor has the following steps. A first gate area on one Silicon-on-insulator substrate of a first wafer is formed, with a first gate-insulating layer being formed as a charge storage layer. Furthermore, a layer with a flat surface is formed over the silicon-on-insulator substrate and the first gate region and a second wafer is bonded to the flat surface of the first wafer. Furthermore, a second gate region opposite the first gate region is formed in the silicon-on-insulator substrate, a second gate-insulating layer being formed as a charge storage layer and the first and second gate regions being decoupled from one another.
Ein Doppel-Gate-Speicher-Transistor weist zwei auf gegenüberliegenden Seiten eines Kanalgebiets liegende Gates auf, wobei jede Gate-isolierende Schicht derart ausgebildet ist, dass sie als Ladungsspeicherschicht verwendbar ist, wobei die beiden Gates des Doppel-Gate-Speicher-Transistor derart voneinander entkoppelt sind, dass sie getrennt voneinander ansteuerbar sind.A double gate memory transistor has two gates lying on opposite sides of a channel region, each gate insulating layer being designed in such a way that it can be used as a charge storage layer, the two gates of the double gate memory transistor being different from one another are decoupled that they can be controlled separately.
Eine Anordnung von Doppel-Gate-Speicher-Transistoren weist ein Speicherzellenfeld mit erfindungsgemäßen Doppel-Gate-Speicher- Transistoren auf, welche in einem Array angeordnet sind. Die ersten Gates der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren des Arrays sind auf einer ersten Hauptseite des Arrays zeilenweise miteinander elektrisch gekoppelt, wobei erste Wortleitungen ausgebildet werden, während die zweiten Gates der Doppel-Gate- Speicher-Transistoren auf der zweiten Hauptseite des Arrays zeilenweise miteinander gekoppelt sind, wobei zweite Wortleitungen ausgebildet werden.An arrangement of double-gate memory transistors has a memory cell array with double-gate memory transistors according to the invention, which are arranged in an array. The first gates of the double gate memory transistors of the array are electrically coupled to one another row by row on a first main side of the array, first word lines being formed, while the second gates of the double gate memory transistors on the second main side of the array are row by row are coupled to one another, second word lines being formed.
Mit dem Verfahren gemäß dem zusätzlichen Gegenstand der Anmeldung wird mittels bekannter Verfahrensschritte der Silizium-Technik auf einfache und kostengünstige Weise ein planarer Doppel-Gate-Speicher-Transistor hergestellt. Mittels dieses Doppel-Gate-Speicher-Transistor ist es möglich eine gegenüber dem Stand der Technik verdoppelte Speicherdichte zu erziehen, da die beiden Gates getrennt voneinander ansteuerbar sind und somit die Ladungsspeicherschichten getrennt voneinander als Speicher verwendet werden können. Hierbei wird unter Ladungsspeicherschicht ein so genanntes Charge-Trapping- Layer verstanden, wie es zum Beispiel bei Floating-Gate Transistoren zum Speichern von Ladung verwendet wird.With the method according to the additional subject of the application, the Silicon technology produced a planar double-gate memory transistor in a simple and inexpensive manner. By means of this double-gate storage transistor, it is possible to achieve a storage density which is doubled compared to the prior art, since the two gates can be controlled separately from one another and thus the charge storage layers can be used separately as storage devices. Here, the charge storage layer is understood to be a so-called charge trapping layer, as is used, for example, in floating gate transistors for storing charge.
Im Weiteren wird das Verfahren gemäß dem zusätzlichen Gegenstand der Anmeldung zum Herstellen eines Doppel-Gate- Speicher-Transistor, der Doppel-Gate-Speicher-Transistor un die Anordnung von Doppel-Gate-Speicher-Transistoren näher beschrieben. Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung des Doppel-Gate-Speicher-Transistor gelten auch für den Doppel-Gate-Speicher-Transistor und die Anordnung von Doppel- Gate-Speicher-Transistoren.The method according to the additional subject matter of the application for producing a double-gate memory transistor, the double-gate memory transistor and the arrangement of double-gate memory transistors is described in more detail below. Refinements of the method for producing the double-gate memory transistor also apply to the double-gate memory transistor and the arrangement of double-gate memory transistors.
Das Ausbilden des ersten Gatebereichs auf dem Silizium-auf- Isolator-Substrat kann den Teilschritt des Ausbilden der ersten Gate-isolierenden Schicht auf dem Silizium-auf- Isolator-Substrat aufweisen. Ferner kann es das Ausbilden und Strukturieren einer ersten Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material auf der ersten Gate-isolierenden Schicht und das teilweises Einkapseln des ersten Gatebereichs mit einem elektrisch nicht-leitfähigen Material aufweisen.Forming the first gate region on the silicon-on-insulator substrate can have the substep of forming the first gate-insulating layer on the silicon-on-insulator substrate. Furthermore, it can comprise the formation and structuring of a first layer made of an electrically conductive material on the first gate-insulating layer and the partial encapsulation of the first gate region with an electrically non-conductive material.
Bevorzugt weist das Verfahren das teilweise Einkapseln des ersten Gatebereichs, das Ausbilden einer ersten Passivierungsschicht und ein Ausbilden von ersten Seitenwandschichten aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material auf. Besonders bevorzugt wird als elektrisch nicht-leitfähiges Material der teilweisen Einkapselung des ersten Gatebereichs Siliziumnitrid verwendet.The method preferably has the partial encapsulation of the first gate region, the formation of a first passivation layer and the formation of first side wall layers from an electrically non-conductive material. Silicon nitride is particularly preferably used as the electrically non-conductive material of the partial encapsulation of the first gate region.
Bevorzugt wird die erste Gate-isolierende Schicht aus Siliziumoxid hergestellt.The first gate insulating layer is preferably produced from silicon oxide.
Vorzugsweise wird die erste Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material aus dotiertem Polysilizium hergestellt wird.The first layer is preferably produced from an electrically conductive material made of doped polysilicon.
Bevorzugt weist das Verfahren zum Ausbilden einer Schicht mit einer planen Oberfläche folgende Teilschritte auf. Strukturieren der Siliziumschicht des Silizium-auf-Isolator Substrats und der Isolatorschicht des Silizium-auf-Isolator Substrats, womit ein freigelegter Oberflächenbereich der Siliziumschicht des Silizium-auf-Isolator Substrats erlangt wird, Oxidieren des freigelegten Oberflächenbereichs, Ausbilden einer Hilfsschicht mit einer planen Oberfläche, und Ausbilden einer ersten Schicht aus elektrisch nicht- leitfähigen Material zumindest auf der planen Oberfläche der Hilfsschicht.The method for forming a layer with a flat surface preferably has the following sub-steps. Structuring the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate and the insulator layer of the silicon-on-insulator substrate, whereby an exposed surface area of the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate is obtained, oxidizing the exposed surface area, forming an auxiliary layer with a flat surface, and forming a first layer of electrically non-conductive material at least on the flat surface of the auxiliary layer.
Vorzugsweise wird zum Strukturieren der Siliziumschicht des Silizium-auf-Isolator Substrats und der Isolatorschicht des Silizium-auf-Isolator Substrats die teilweise Einkapselung des ersten Gatebereichs als Maske verwendet.The partial encapsulation of the first gate region is preferably used as a mask for structuring the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate and the insulator layer of the silicon-on-insulator substrate.
Das Bonden des zweiten Wafers kann die Schritte des Bondens des zweiten Silizium-Wafers auf der ersten Schicht aus einem nicht-leitfähigen Material und das Entfernen einer Trägerschicht des ersten Wafers aufweisen. Gemäß dem Verfahren kann das Ausbilden des zweiten Gatebereichs folgende Schritte aufweisen, Strukturieren des Isolators des Silizium-auf-Isolator Substrats und Freilegen der Siliziumschicht des Silizium-auf-Isolator Substrats, Strukturieren des Siliziums des Silizium-auf-Isolator Substrats als aktives Gebiet, Ausbilden einer dünnen nicht- leitfähigen Schicht, Ausbilden von zweiten Seitenwandschichten aus einem nicht-leitfähigen Material und Ausbilden der zweiten Gate-isolierenden Schicht als Ladunghaftschicht.The bonding of the second wafer can comprise the steps of bonding the second silicon wafer on the first layer made of a non-conductive material and removing a carrier layer of the first wafer. According to the method, the formation of the second gate region can have the following steps, structuring the insulator of the silicon-on-insulator substrate and exposing the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate, structuring the silicon of the silicon-on-insulator substrate as an active region, forming a thin non-conductive layer, forming second side wall layers from a non-conductive material and forming the second gate insulating layer as a charge-adhering layer.
Die zweiten Seitenwandschichten können aus Siliziumnitrid hergestellt werden.The second sidewall layers can be made from silicon nitride.
Vorzugsweise weist das Verfahren zum Ausbilden des zweiten Gates weiterhin folgende Teilschritte auf, Ausbilden einer zweiten Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material in dem aktiven Gebiet, Ausbilden einer zweiten Passivierungsschicht über dem aktiven Gebiet und anschließendes Planarisieren.The method for forming the second gate preferably further comprises the following sub-steps, forming a second layer from an electrically conductive material in the active region, forming a second passivation layer over the active region and then planarizing.
Bevorzugt weist das ferner die folgende Teilschritte auf, Entfernen eines Teils der dünnen nicht-leitfähigen Schicht, Entfernen der Hilfsschicht, Entfernen des oxidierten freigelegten Oberflächenbereichs der Siliziumschicht des Silizium-auf-Isolator Substrats, Ausbilden zweier Source/Drain Bereiche mittels Ausbildens einer dritten Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material und anschließenden Planarisierens .This preferably also has the following sub-steps, removing a part of the thin non-conductive layer, removing the auxiliary layer, removing the oxidized exposed surface area of the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate, forming two source / drain areas by forming a third layer an electrically conductive material and subsequent planarizing.
Die dritte Schicht kann aus einem elektrisch leitfähigen Material aus dotiertem Polysilizium hergestellt werden.The third layer can be made of an electrically conductive material made of doped polysilicon.
Das Verfahren kann ferner die folgende Schritte aufweisen, Entfernen eines Teils der dünnen nicht-leitfähigen Schicht, Entfernen der Hilfsschicht, Entfernen des oxidierten freigelegten Oberflächenbereichs der Siliziumschicht des Silizium-auf-Isolator Substrats, Ausbilden zweier Source/Drain Bereiche mittels Ausbildens von dritten Seitenwandschichten aus einem elektrisch leitfähigen Material an dem erste Gate und an dem zweiten Gate, Aufsputtern eines Metalls an die dritten Seitenwandschichten aus einem leitfähigen Material, Ausbilden einer dritten Passivierungsschicht und anschließendes Planarisieren.The method may further include the steps of removing a portion of the thin non-conductive layer, Removing the auxiliary layer, removing the oxidized, exposed surface area of the silicon layer of the silicon-on-insulator substrate, forming two source / drain regions by forming third side wall layers from an electrically conductive material on the first gate and on the second gate, sputtering a metal onto the third sidewall layers made of a conductive material, forming a third passivation layer and then planarizing.
Vorzugsweise wird als leitfähiges Material der dritten Seitenwandbereiche Polysilizium verwendet, welches nach dem Aufsputtern des Metalls silizidiert wird.Polysilicon, which is silicided after sputtering on the metal, is preferably used as the conductive material of the third side wall regions.
Besonders bevorzugt werden die erste und/oder die zweite Gateisolierende Schicht als ONO-Schichten ausgebildet.The first and / or the second gate insulating layer are particularly preferably formed as ONO layers.
Hierdurch kann die Speicherdichte des Doppel-Gate-Speicher- Transistors gegenüber einem Speicher-Transistor mit Floating- Gate erhöht werden.As a result, the storage density of the double-gate storage transistor can be increased compared to a storage transistor with a floating gate.
Vorzugsweise werden der erste Gatebereich und der zweite Gatebereich voneinander elektrisch entkoppelt.The first gate area and the second gate area are preferably electrically decoupled from one another.
Hierdurch können die beiden Ladungsspeicherschichten unabhängig voneinander mittels des zu der jeweiligen Ladungsspeicherschicht gehörigen Gates angesteuert werden. Eine Trennung von Gatezuleitungen (Wortleitungen) auf verschiedenen Ebenen des Do pel-Gate-Speicher-Transistors ist mit Waferbondtechnik ohne Schwierigkeiten möglich. Somit ergibt sich eine zusätzliche Erhöhung der Speicherdichte. In Kombination mit den als ONO-Schichten ausgebildeten Ladungsspeicherschichten können so in einem Doppel-Gate- Speicher-Transistor vier Bit an Information gespeichert werden.As a result, the two charge storage layers can be controlled independently of one another by means of the gate belonging to the respective charge storage layer. A separation of gate leads (word lines) at different levels of the double gate memory transistor is possible with wafer bonding technology without difficulty. This results in an additional increase in storage density. In combination with the charge storage layers designed as ONO layers, a double gate Memory transistor four bits of information can be stored.
Bevorzugt sind bei der Anordnung von Doppel-Gate-Speicher- Transistoren die ersten Wortleitungen in eine erste Richtung zugeführt, während die zweiten Wortleitungen in die entgegengesetzte Richtung zu der ersten Richtung zugeführt sind.With the arrangement of double-gate memory transistors, the first word lines are preferably fed in a first direction, while the second word lines are fed in the opposite direction to the first direction.
Vorzugsweise sind in der Anordnung von Doppel-Gate-Speicher- Transistoren die Source-/Drainanschlüsse der Doppel-Gate- Speicher-Transistoren einer Spalte der Anordnung derart miteinander gekoppelt, dass der Sourceanschluss eines Doppel- Gate-Speicher-Transistors mit dem Drainanschluss eines benachbarten Doppel-Gate-Speicher-Transistor derselben Spalte der Anordnung gekoppelt ist.In the arrangement of double-gate memory transistors, the source / drain connections of the double-gate memory transistors of one column of the arrangement are preferably coupled to one another such that the source connection of a double-gate memory transistor is connected to the drain connection of an adjacent one Double gate memory transistor is coupled to the same column of the arrangement.
In der Anordnung von Doppel-Gate-Speicher-Transistoren können die Sourceanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren einer Spalte der Anordnung mittels einer Bitleitung mit den Sourceanschlüssen anderer Doppel-Gate-Speicher-Transistoren derselben Spalte der Anordnung gekoppelt sein, während die Drainanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren einer Spalte der Anordnung mittels einer Bitleitung mit den Drainanschlüssen anderer Doppel-Gate-Speicher-Transistoren derselben Spalte der Anordnung gekoppelt sind.In the arrangement of double-gate memory transistors, the source connections of the double-gate memory transistors of one column of the arrangement can be coupled by means of a bit line to the source connections of other double-gate memory transistors of the same column of the arrangement, while the drain connections the double-gate memory transistors of a column of the arrangement are coupled by means of a bit line to the drain connections of other double-gate memory transistors of the same column of the arrangement.
Durch diese Art von Anordnung lässt sich jeder Doppel-Gate- Speicher-Transistor der Anordnung ndividuell programmieren. Eine Programmierung ist sowohl mittels Fowler Nordheim Tunnels als auch mittels Channel Hot Electron Tunnels möglich. Hierdurch ist ein NROM artiger Betrieb der Doppel-Gate- Speicher-Transistoren der Anordnung möglich. 1 oWith this type of arrangement, each double-gate memory transistor of the arrangement can be individually programmed. Programming is possible using Fowler Nordheim Tunnels as well as Channel Hot Electron Tunnels. This enables NROM-like operation of the double-gate memory transistors of the arrangement. 1 o
Vorzugsweise sind in der Anordnung von Doppel-Gate-Speicher- Transistoren die Sourceanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher- Transistoren einer Spalte der Anordnung mit den Drainanschlüssen der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren einer benachbarten Spalte der Anordnung mittels Kopplungsleitungen gekoppelt, wobei die Kopplungsleitungen von Doppel-Gate- Speicher-Transistoren derselben Spalten mittels einer Bitleitung gekoppelt sind.Preferably, in the arrangement of double-gate memory transistors, the source connections of the double-gate memory transistors in one column of the arrangement are coupled to the drain connections of the double-gate memory transistors in an adjacent column of the arrangement by means of coupling lines, the coupling lines of double gate memory transistors of the same columns are coupled by means of a bit line.
Mittels dieser Anordnung der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren wird eine so genannte AND-Anordnung mit virtuellen Grund ausgebildet .By means of this arrangement of the double-gate memory transistors, a so-called AND arrangement with a virtual ground is formed.
Mögliche Verfahren zum Abscheiden, welche erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind z.B. Epitaxie, Chemical Vapor Deposition, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, Sputtern und Molekularstrahlepitaxie.Possible methods of deposition which can be used according to the invention are e.g. Epitaxy, Chemical Vapor Deposition, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, Sputtering and Molecular Beam Epitaxy.
Mit dem beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Doppel- Gate-Transistors wird mittels einfacher, bekannter, erprobter und kostengünstiger Prozessschritte ein planarer selbstjustierter Doppel-Gate-Transistor geschaffen. Durch das Verwenden der Einkapselung des ersten Gates als Maske bei dem Strukturieren der Siliziumschicht des SOI-Substrats und der Isolatorschicht des SOI-Substrats ist das Verfahren ein selbstjustierendes Verfahren und der erste Gatebereich und der zweite Gatebereich liegen einander exakt gegenüber.With the described method for producing a double-gate transistor, a planar, self-aligned double-gate transistor is created by means of simple, known, proven and inexpensive process steps. By using the encapsulation of the first gate as a mask when structuring the silicon layer of the SOI substrate and the insulator layer of the SOI substrate, the method is a self-aligning method and the first gate region and the second gate region lie exactly opposite one another.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures and are explained in more detail below.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Querschnittsabbildung einerShow it: Fig. 1 is a schematic cross-sectional illustration of a
Schichtanordnung, welche mittels eines Verfahrens zum Herstellen eines Doppel-Gate-Transistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet wurde, welche Schichtanordnung ein erstes Gate aufweist;Layer arrangement which was formed by means of a method for producing a double gate transistor according to an exemplary embodiment of the invention, which layer arrangement has a first gate;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten zum Vorbereiten eines Waferbondens eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;2 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional sub-steps for preparing a wafer bonding of a method according to an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach zusätzlichen3 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional
Teilschritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;Partial steps of a method according to an embodiment of the invention;
Fig. 4 eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach zusätzlichenFig. 4 is a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional
Teilschritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche einem Freilegen eines Gebietes für ein zweites Gate dienen;Partial steps of a method according to an exemplary embodiment of the invention, which serve to expose an area for a second gate;
Fig. 5 eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche einem Abscheiden und Einkapseln des zweiten Gates dienen;5 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a method according to an exemplary embodiment of the invention, which serve to separate and encapsulate the second gate;
Fig. 6A eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach Teilschritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche einer Ausbildung von Source/Drain Anschlüssen des Doppel- Gate-Transistors dienen;6A shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after partial steps of a method according to a Embodiment of the invention, which are used to form source / drain connections of the double gate transistor;
Fig. 6B eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach Teilschritten eines zusätzlichen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche einer Ausbildung von Source/Drain Anschlüssen des Doppel-Gate-Transistors dienen.6B shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after partial steps of an additional method according to an exemplary embodiment of the invention, which serve to form source / drain connections of the double-gate transistor.
Fig. 7 eine schematische Querschnittsabbildung einerFig. 7 is a schematic cross-sectional illustration of a
Schichtanordnung, welche mittels eines Verfahrens zum Herstellen eines Doppel-Gate-Speicher- Transistors gemäß einem zusätzlichenLayer arrangement, which by means of a method for producing a double gate memory transistor according to an additional
Ausführungsbeispiel ausgebildet wurde, welche Schichtanordnung ein erstes Gate aufweist;Embodiment was formed, which layer arrangement has a first gate;
Fig. 8 eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach zusätzlichen8 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional
Teilschritten zum Vorbereiten eines Waferbondens eines Verfahrens gemäß dem zusätzlichen Ausführungsbeispiel;Partial steps for preparing a wafer bonding of a method according to the additional exemplary embodiment;
Fig. 9 eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten eines Verfahrens gemäß dem zusätzlichen Ausführungsbeispiel;9 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a method according to the additional exemplary embodiment;
Fig. 10 eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten eines Verfahrens gemäß dem zusätzlichen Ausführungsbeispiel, welche einem Freilegen eines Gebietes für ein zweites Gate dienen;10 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a method according to the additional exemplary embodiment, which a Expose an area for a second gate;
Fig. 11 eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach zusätzlichen11 shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after additional
Teilschritten eines Verfahrens gemäß dem zusätzlichen Ausführungsbeispiel, welche einem Abscheiden und Einkapseln des zweiten Gates dienen;Partial steps of a method according to the additional exemplary embodiment, which serve to separate and encapsulate the second gate;
Fig. 12A eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach Teilschritten eines Verfahrens gemäß dem zusätzlichen Ausführungsbeispiel, welche einer Ausbildung von Source/Drain Anschlüssen des Doppel- Gate-Speicher-Transistors dienen;12A shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after partial steps of a method according to the additional exemplary embodiment, which serve to form source / drain connections of the double-gate memory transistor;
Fig. 12B eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung nach Teilschritten eines zusätzlichen Verfahrens gemäß einem zweiten zusätzlichen Ausführungsbeispiel, welche einer Ausbildung von Source/Drain Anschlüssen des Doppel-Gate-Speicher-Transistors dienen;12B shows a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention after partial steps of an additional method according to a second additional exemplary embodiment, which serve to form source / drain connections of the double-gate memory transistor;
Fig. 13 eine schematische Querschnittsabbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung, welche dieFig. 13 is a schematic cross-sectional illustration of a layer arrangement according to the invention, which the
Schichtanordnung aus Fig. 12A oder 12B in einem Schnitt senkrecht zur Richtung des Drainstromes zeigt;12A or 12B in a section perpendicular to the direction of the drain current;
Fig. 14 eine schematische Darstellung anhand derer Bereiche verschiedener Photolithographieschritte des zusätzlichen Verfahrens erläutert werden; Fig. 15 eine erste Anordnung, in welcher Doppel-Gate- Speicher-Transistoren angeordnet werden können;14 shows a schematic illustration with the aid of which regions of different photolithography steps of the additional method are explained; 15 shows a first arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged;
Fig. 16 eine zweite Anordnung, in welcher Doppel-Gate- Speicher-Transistoren angeordnet werden können; und16 shows a second arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged; and
Fig. 17 eine dritte Anordnung, in welcher Doppel-Gate- Speicher-Transistoren angeordnet werden können.17 shows a third arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged.
Bezugnehmend auf die Figuren 1 bis 6B werden die wesentlichen Teilschritte eines erfindungsgemäßes Verfahrens zum Herstellen eines selbstjustierten planaren Doppel-Gate-Transistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und näher erläutert .With reference to FIGS. 1 to 6B, the essential partial steps of a method according to the invention for producing a self-aligned planar double gate transistor according to an exemplary embodiment of the invention are described and explained in more detail.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schichtanordnung, welche ein erstes Gate aufweist. Die Schichtanordnung weist ein auf einem ersten Siliziumwafer 100 aufgebrachtes SOI-Substrat auf. Das SOI-Substrat weist eine Isolatorschicht aus Siliziumoxid 101 und eine Siliziumschicht 102 auf. Auf der Siliziumschicht 102 wird ein aktives Gebiet für eine nachfolgende Ausbildung des ersten Gates definiert. Das Definieren des aktiven Gebiets wird mittels Photolithographie und anschließender Ätzung der Siliziumschicht 102 des SOI-Substrats durchgeführt. Anschließend wird in einem Teilschritt eine erste Gateisolierende Schicht 103 aus Siliziumoxid mittels thermischer Oxidierung der Siliziumschicht 102 des SOI-Substrats ausgebildet .FIG. 1 shows a layer arrangement according to the invention which has a first gate. The layer arrangement has an SOI substrate applied to a first silicon wafer 100. The SOI substrate has an insulator layer made of silicon oxide 101 and a silicon layer 102. An active region is defined on the silicon layer 102 for a subsequent formation of the first gate. The active region is defined by means of photolithography and subsequent etching of the silicon layer 102 of the SOI substrate. Then, in a partial step, a first gate insulating layer 103 made of silicon oxide is formed by means of thermal oxidation of the silicon layer 102 of the SOI substrate.
Nachfolgend wird eine erste Schicht 104 aus dotiertemA first layer 104 of doped is subsequently
Polysilizium auf der ersten Gate-isolierenden Schicht 103 ausgebildet. Die erste Schicht 104 aus dotiertem Polysilizium ist die Schicht, welche nach weiteren Teilschritten das erste Gate des Doppel-Gate-Transistors bildet. In einem zusätzlichen Teilschritt wird eine erste Passivierungsschicht 105 aus Siliziumnitrid auf der Schicht 104 aus dotiertem Polysilizium ausgebildet. Die erste Passivierungsschicht 105 aus Siliziumnitrid bildet einen Teil einer Einkapselung des ersten Gates. Ein zusätzlicher Teilschritt des Verfahrens ist das photolithographische Definieren des ersten Gatebereichs.Polysilicon is formed on the first gate insulating layer 103. The first layer 104 of doped polysilicon is the layer which forms the first gate of the double-gate transistor after further sub-steps. In an additional sub-step, a first passivation layer 105 made of silicon nitride is formed on the layer 104 made of doped polysilicon. The first passivation layer 105 made of silicon nitride forms part of an encapsulation of the first gate. An additional sub-step of the method is the photolithographic definition of the first gate area.
Anschließend werden mittels anisotropen Ätzens die erste Passivierungsschicht 105 aus Siliziumnitrid und die erste Schicht 104 aus dotiertem Polysilizium in den Bereichen, welche nicht zum ersten Gatebereich gehören sollen, rückgeätzt .The first passivation layer 105 made of silicon nitride and the first layer 104 made of doped polysilicon are then etched back in the regions which should not belong to the first gate region by means of anisotropic etching.
In einem zusätzlichen Teilschritt erfolgt eine konforme Abscheidung einer Schicht aus Siliziumnitrid und die nachfolgende anisotrope Rückätzung dieser Schicht aus Siliziumnitrid. Dadurch werden erste Seitenwandschichten 106, d.h. Spacer 106, aus Siliziumnitrid erzeugt, welche einen weiteren Teil der Einkapselung des ersten Gates darstellen.In an additional sub-step, a conformal deposition of a layer of silicon nitride and the subsequent anisotropic etching back of this layer of silicon nitride takes place. This will cause first sidewall layers 106, i.e. Spacer 106, produced from silicon nitride, which represent a further part of the encapsulation of the first gate.
Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist die Ausbildung einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung, welche das erstes Gate aufweist, abgeschlossen.With these method steps according to the invention, the formation of a layer arrangement according to the invention which has the first gate is completed.
Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten, welche dem Vorbereiten eines Waferbondings dienen.Figure 2 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps, which serve to prepare a wafer bonding.
Die Figur 2 zeigt die Schichtanordnung der Figur 1, nachdem Teilbereiche der Schicht 102 aus Silizium des SOI-Substrats und Teilbereiche der Isolatorschicht 101 aus Siliziumoxid des SOI-Substrats mittels anisotropen Ätzens entfernt wurden. Als Maske für das anisotrope Ätzen zum Entfernen der Teilbereiche der Schicht 102 aus Silizium und der Isolatorschicht 101 des SOI-Substrats wird die Einkapselung des ersten Gates, welche die erste Passivierungsschicht 105 aus Siliziumnitrid und die ersten Seitenwandschichten 106 aus Siliziumnitrid aufweist, verwendet. Bei dem anisotropen Ätzen werden Teilbereiche 207 der Schicht 102 aus Silizium des SOI-Substrats freigelegt.FIG. 2 shows the layer arrangement of FIG. 1 after partial areas of the layer 102 made of silicon of the SOI substrate and partial areas of the insulator layer 101 made of silicon oxide of the SOI substrate have been removed by means of anisotropic etching. As The anisotropic etching mask for removing the partial areas of the layer 102 made of silicon and the insulator layer 101 of the SOI substrate uses the encapsulation of the first gate, which has the first passivation layer 105 made of silicon nitride and the first side wall layers 106 made of silicon nitride. During the anisotropic etching, partial regions 207 of the layer 102 made of silicon of the SOI substrate are exposed.
In einem zusätzlichen Teilschritt werden diese freigelegten Teilbereiche 207 der Schicht 102 aus Silizium oxidiert. Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Abscheiden einer Hilfsschicht 208 aus undotiertem Polysilizium, in den Bereichen der Schichtenanordnung, welche nicht zum aktiven Bereich gehören. Anschließend wird eine Oberfläche 219 der Hilfsschicht 208, welche in der Figur 2 oben liegt, mittels Chemisch-In an additional sub-step, these exposed partial areas 207 of the layer 102 made of silicon are oxidized. An additional substep is the deposition of an auxiliary layer 208 made of undoped polysilicon in the areas of the layer arrangement which do not belong to the active area. Then a surface 219 of the auxiliary layer 208, which is at the top in FIG. 2, is
Mechanischen-Polierens planarisiert . Auf der planarisierten Oberfläche 219 der Hilfsschicht sowie auf der oberen Oberfläche der Einkapselung, anders ausgedrückt auf der freigelegten Oberfläche der ersten Passivierungsschicht 105, wird nachfolgend eine erste Schicht 209 aus Siliziumoxid abgeschieden. Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist die Vorbereitung zum Waferbonden einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung, abgeschlossen.Planarized mechanical polishing. A first layer 209 of silicon oxide is subsequently deposited on the planarized surface 219 of the auxiliary layer and on the upper surface of the encapsulation, in other words on the exposed surface of the first passivation layer 105. With these method steps according to the invention, the preparation for wafer bonding of a layer arrangement according to the invention is completed.
Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten, welche das Waferbonden betreffen. Die Figur 3 zeigt die Schichtanordnung der Figur 2, nachdem ein zweiter Siliziumwafer 310 auf die planarisierte Oberfläche gebondet wurde. Als weiterer Teilschritt wurde der erste Siliziumwafer 100 entfernt. In den Figuren 3 bis 5, 6A und 6B ist die Schichtanordnung der Figuren 1 und 2 um 180° in der Papierebene gedreht dargestellt. Beim Waferbonden werden die zwei thermisch oxidierten Siliziumwafer, welche unter Druck gegeneinander gepresst werden und dabei eine schwache Haftung eingehen, mechanisch fest miteinander gekuppelt. Das mechanisch feste Kuppeln erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels einesFIG. 3 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps which relate to wafer bonding. FIG. 3 shows the layer arrangement of FIG. 2 after a second silicon wafer 310 has been bonded to the planarized surface. As a further sub-step, the first silicon wafer 100 was removed. FIGS. 3 to 5, 6A and 6B show the layer arrangement of FIGS. 1 and 2 rotated through 180 ° in the paper plane. In wafer bonding, the two thermally oxidized silicon wafers, which are pressed against each other under pressure and thereby have weak adhesion, are mechanically firmly coupled to one another. The mechanically strong coupling takes place according to this embodiment by means of a
Temperaturschrittes durchgeführt werden. Hierbei wird eine thermische Oxidation in reiner Sauerstoffatmosphäre bei etwa 1000 °C durchgeführt. Bei einem anderen in einem alternativen Ausführungsform eingesetzten Bondverfahren, dem anionischen Bonden, wird das Kuppeln der Wafer mittels eines elektrischen Feldes unterstützt bei einer relativ geringen Temperatur von ca. 500°C durchgeführt.Temperature step are carried out. Here thermal oxidation is carried out in a pure oxygen atmosphere at about 1000 ° C. In another bonding method used in an alternative embodiment, the anionic bonding, the coupling of the wafers is assisted by means of an electrical field and is carried out at a relatively low temperature of approximately 500 ° C.
Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten zum Freilegen eines Gebietes für ein zweites Gate. Die Figur 4 zeigt die Schichtanordnung der Figur 3, nachdem die Isolatorschicht 101 aus Siliziumoxid des SOI-Substrats mittels nasschemischen Ätzens entfernt wurde. Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Definieren des aktiven Gebietes mittels Photolithographie und anschließender Ätzung der Schicht 102 aus Silizium des SOI-Substrats.FIG. 4 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps to expose an area for a second gate. FIG. 4 shows the layer arrangement of FIG. 3 after the insulator layer 101 made of silicon oxide of the SOI substrate has been removed by means of wet chemical etching. An additional sub-step is the definition of the active area by means of photolithography and subsequent etching of the layer 102 made of silicon of the SOI substrate.
Anschließend wird eine dünne Schicht 411 aus Siliziumoxid auf der erfindungsgemäßen Schichtanordnung aufgebracht. In einem Bereich der Schichtanordnung, aus welchem die Isolatorschicht 101 aus Siliziumoxid des SOI-Substrats entfernt wurde, werden mittels konformen Abscheidens von Siliziumnitrid und nachfolgender anisotroper Rückätzung des konform abgeschiedenen Siliziumnitrids zweite Seitenwandschichten 412 aus Siliziumnitrid erzeugt. Anschließend wird in dem aktiven Gebiet die dünne Schicht 411 aus Siliziumoxid entfernt.A thin layer 411 made of silicon oxide is then applied to the layer arrangement according to the invention. In a region of the layer arrangement from which the insulator layer 101 made of silicon oxide of the SOI substrate has been removed, second side wall layers 412 made of silicon nitride are produced by means of conformal deposition of silicon nitride and subsequent anisotropic etching back of the conformally deposited silicon nitride. The thin layer 411 of silicon oxide is then removed in the active region.
Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Ausbilden einer zweiten Gate-isolierenden Schicht 413 für das zweite Gate. Hierzu wird die Schicht 102 aus Silizium des SOI-Substrats thermisch oxidiert. Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist das Freilegen des Gebietes für das zweite Gate, abgeschlossen.An additional substep is the formation of a second gate insulating layer 413 for the second gate. To do this the layer 102 made of silicon of the SOI substrate is thermally oxidized. With these method steps according to the invention, the exposure of the area for the second gate is completed.
Figur 5 zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach weiteren Teilschritten, welche ein Abscheiden und Einkapseln des zweiten Gates betreffen.FIG. 5 shows the layer arrangement according to the invention after further sub-steps which relate to deposition and encapsulation of the second gate.
Die Figur 5 zeigt die Schichtanordnung der Figur 4, nachdem in dem aktiven Gebiet eine zweite Schicht 514 aus dotiertemFIG. 5 shows the layer arrangement of FIG. 4 after a second layer 514 of doped in the active region
Polysilizium abgeschieden wurde. Diese zweite Schicht 514 aus dotiertem Polysilizium bildet das zweite Gate des planaren Doppel-Gate-Transistors. Anschließend wird chemisch- mechanisch-poliert und die zweite Schicht 514 aus dotiertem Polysilizium rückgeätzt. Ein zusätzlicher Teilschritt ist ein Abscheiden einer zweiten Passivierungsschicht 515 aus Siliziumnitrid. Anschließend wird die Oberfläche, welche in Figur 5 oben dargestellt ist, mittels Chemisch-Mechanischen- Polierens planarisiert . Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist das Abscheiden und Einkapseln des zweites Gate, abgeschlossen.Polysilicon was deposited. This second layer 514 of doped polysilicon forms the second gate of the planar double-gate transistor. It is then chemically and mechanically polished and the second layer 514 made of doped polysilicon is etched back. An additional sub-step is the deposition of a second passivation layer 515 made of silicon nitride. The surface, which is shown in FIG. 5 above, is then planarized by means of chemical mechanical polishing. The separation and encapsulation of the second gate is completed with these method steps according to the invention.
Figur 6A zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche Teilschritte eine Ausbildung vonFIG. 6A shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a first exemplary embodiment of the invention, which sub-steps form an embodiment of
Source/Drain Anschlüssen betreffen. Die Figur 6A zeigt die Schichtanordnung der Figur 5, nachdem die dünne Schicht 411 aus Siliziumoxid in den Bereichen entfernt wurde, welche nicht zum aktiven Gebiet gehören.Affect source / drain connections. FIG. 6A shows the layer arrangement of FIG. 5 after the thin layer 411 of silicon oxide has been removed in the regions which do not belong to the active region.
Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Entfernen der Hilfsschicht 208 aus undotiertem Polysilizium und das Entfernen der freigelegten, oxidierten Teilbereiche 207 der Schicht 102 aus Silizium des SOI-Substrats. Zum Ausbilden der Source/Drain Anschlüsse wird in dem ersten Ausführungsbeispiel eine dritte Schicht 616 aus dotiertem Polysilizium aufgebracht. Anschließend wird die in der Figur 6A oben angeordnete Oberfläche mittels Chemisch-Mechanischen-Polierens planarisiert. Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist das Ausbilden der Source/Drain Anschlüsse des Doppel-Gate- Transistors, abgeschlossen. Eine anschließende Kontaktierung wird mittels Standard-Prozessen der Backend-Technologie durchgeführt .An additional substep is the removal of the auxiliary layer 208 from undoped polysilicon and the removal of the exposed, oxidized partial regions 207 of the layer 102 from silicon of the SOI substrate. To train the In the first exemplary embodiment, a third layer 616 made of doped polysilicon is applied to source / drain connections. The surface arranged at the top in FIG. 6A is then planarized by means of chemical mechanical polishing. With these method steps according to the invention, the formation of the source / drain connections of the double-gate transistor is completed. Subsequent contacting is carried out using standard processes of backend technology.
Figur 6B zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche Teilschritte eine Ausbildung von Source/Drain Anschlüssen betreffen. Die Figur 6B zeigt die Schichtanordnung der Figur 5, nachdem die dünne Schicht 411 aus Siliziumoxid in den Bereichen entfernt wurde, welche nicht zum aktiven Gebiet gehören. Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Entfernen der Hilfsschicht 208 aus undotiertem Polysilizium und das Entfernen der freigelegten, oxidierten Teilbereiche 207 der Schicht 102 aus Silizium des SOI- Substrats. Zum Ausbilden der Source/Drain Anschlüsse werden in dem zweiten Ausführungsbeispiel dritte Seitenwandschichten 617 aus Polysilizium abgeschieden. Auf die dritten Seitenwandschichten 617 aus Polysilizium wird nachfolgend Titan aufgesputtert .FIG. 6B shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a second exemplary embodiment of the invention, which sub-steps relate to the formation of source / drain connections. FIG. 6B shows the layer arrangement of FIG. 5 after the thin layer 411 made of silicon oxide has been removed in the regions which do not belong to the active region. An additional sub-step is the removal of the auxiliary layer 208 from undoped polysilicon and the removal of the exposed, oxidized partial regions 207 of the layer 102 from silicon of the SOI substrate. To form the source / drain connections, third side wall layers 617 made of polysilicon are deposited in the second exemplary embodiment. Titanium is subsequently sputtered onto the third sidewall layers 617 made of polysilicon.
In einem zusätzlichen Teilschritt werden Teile der dritten Seitenwandschichten 617 silizidiert. Hierbei entstehen silizidierte Bereiche 618 der dritten Seitenwandschichten. Nachfolgend wird eine Schicht aus Siliziumoxid (in Figur 6B nicht gezeigt) abgeschieden und anschließend wird die Schichtanordnung mittels Chemisch-Mechanischen-Polierens planarisiert. Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist das zweite Ausführungsbeispiel des Ausbildens der Source/Drain Anschlüsse des Doppel-Gate-Transistors, abgeschlossen. Eine anschließende Kontaktierung wird mittels Standard-Prozessen der Backend-Technologie durchgeführt.In an additional sub-step, parts of the third side wall layers 617 are silicided. Silicidized areas 618 of the third side wall layers are formed. A layer of silicon oxide (not shown in FIG. 6B) is subsequently deposited and the layer arrangement is then planarized by means of chemical mechanical polishing. With these method steps according to the invention, the second embodiment of the training is Source / drain connections of the double gate transistor, completed. Subsequent contacting is carried out using standard processes of backend technology.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zumIn summary, the invention relates to a method for
Herstellen eines planaren Doppel-Gate-Transistor, welches auf bekannte, einfache und kostengünstige Teilschritte der Halbleitertechnik zurückgreift. Durch die erfindungsgemäße Verknüpfung der einzelnen Teilschritte wird ein selbstjustierter planarer Doppel-Gate-Transistor hergestellt, in welchem durch die Steuerwirkung von zwei Gates Kurzkanaleffekte drastisch reduziert werden.Manufacture of a planar double gate transistor, which uses known, simple and inexpensive sub-steps in semiconductor technology. Linking the individual sub-steps according to the invention produces a self-aligned planar double-gate transistor in which short-channel effects are drastically reduced by the control effect of two gates.
Bezugnehmend auf die Figuren 7 bis 13B werden die wesentlichen Teilschritte eines von dem bisher beschriebenen Verfahren unabhängigen Verfahrens beschrieben. Die Figuren betreffen den zusätzlichen Gegenstand der Anmeldung ein Verfahren zum Herstellen eines Doppel-Gate-Speicher-Transistors, bei welchem Verfahrensschritte des anhand der Figuren 1 bis 6B beschriebenen Verfahrens leicht abgeändert werden. Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines selbstjustierten planaren Doppel-Gate-Speicher-Transistors gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel beschrieben und näher erläutert.7 to 13B, the essential sub-steps of a method that is independent of the previously described method are described. The figures relate to the additional subject matter of the application, a method for producing a double-gate memory transistor, in which method steps of the method described with reference to FIGS. 1 to 6B are slightly modified. A method for producing a self-aligned planar double-gate memory transistor according to an additional exemplary embodiment is described and explained in more detail.
Figur 7 zeigt eine erfindungsgemäße Schichtanordnung, welche ein erstes Gate aufweist. Die Schichtanordnung weist ein auf einem ersten Siliziumwafer 700 aufgebrachtes SOI-Substrat auf. Das SOI-Substrat weist eine Isolatorschicht aus Siliziumoxid 701 und eine Siliziumschicht 702 auf. Auf der Siliziumschicht 702 wird ein aktives Gebiet des Doppel-Gate-Speicher- Transistors definiert. Das Definieren des aktiven Gebiets wird mittels eines ersten Photolithographieprozesses und anschließender Ätzung der Siliziumschicht 702 des SOI- Substrats durchgeführt. Der Bereich, in welchem die Definition des ersten aktiven Gebietes durchgeführt wird, ist in Fig. 14 zu sehen, und mit dem Bezugszeichen 1460 gekennzeichnet. Ferner wird eine Siliziumnitridschicht 1350 (nur in Fig. 13 ersichtlich) abgeschieden, welche anschließend, vorzugsweise mittels chemisch mechanischen Polierens, planarisiert wird. Hierbei wird vorzugsweise die Siliziumschicht 702 als Stoppschicht verwendet. Die Siliziumnitridschicht 1350 dient der elektrischen Entkopplung der Doppel-Gate-Speicher- Transistoren. Anschließend wird in einem Teilschritt eine erste ONO-Schicht 703 ausgebildet. Hierzu wird zuerst eine erste Siliziumoxidschicht 720 der ONO-Schicht ausgebildet, auf welcher dann eine Siliziumnitridschicht 721 der ONO-Schicht ausgebildet wird, auf welcher wiederum eine abschließende zweite Siliziumoxidschicht 722 der ONO-Schicht ausgebildet wird.FIG. 7 shows a layer arrangement according to the invention which has a first gate. The layer arrangement has an SOI substrate applied to a first silicon wafer 700. The SOI substrate has an insulator layer made of silicon oxide 701 and a silicon layer 702. An active region of the double-gate memory transistor is defined on the silicon layer 702. The active region is defined by means of a first photolithography process and subsequent etching of the silicon layer 702 of the SOI substrate. The area in which the definition of the first active area is shown in FIG. 14 and is identified by reference numeral 1460. Furthermore, a silicon nitride layer 1350 (only visible in FIG. 13) is deposited, which is then planarized, preferably by means of chemical mechanical polishing. Here, the silicon layer 702 is preferably used as a stop layer. The silicon nitride layer 1350 is used for the electrical decoupling of the double-gate memory transistors. A first ONO layer 703 is then formed in a substep. For this purpose, a first silicon oxide layer 720 of the ONO layer is first formed, on which a silicon nitride layer 721 of the ONO layer is then formed, on which in turn a final second silicon oxide layer 722 of the ONO layer is formed.
Nachfolgend wird eine erste Schicht 704 aus dotiertem Polysilizium auf der ersten ONO-Schicht 703 ausgebildet. Die erste Schicht 704 aus dotiertem Polysilizium ist die Schicht, welche nach weiteren Teilschritten das erste Gate des Doppel- Gate-Speicher-Transistors bildet .A first layer 704 of doped polysilicon is subsequently formed on the first ONO layer 703. The first layer 704 made of doped polysilicon is the layer which forms the first gate of the double-gate memory transistor after further sub-steps.
In einem zusätzlichen Teilschritt wird eine erste Passivierungsschicht 705 aus Siliziumnitrid auf der Schicht 704 aus dotiertem Polysilizium ausgebildet. Die ersteIn an additional substep, a first passivation layer 705 made of silicon nitride is formed on the layer 704 made of doped polysilicon. The first
Passivierungsschicht 705 weist eine ausreichende Dicke auf, dass sie bei einer nachfolgenden Ätzung zur Ausbildung von Spacern nicht vollständig entfernt wird. Die erste Passivierungsschicht 705 aus Siliziumnitrid bildet einen Teil einer Einkapselung des ersten Gates. Ein zusätzlicherPassivation layer 705 has a sufficient thickness that it is not completely removed in a subsequent etching to form spacers. The first passivation layer 705 made of silicon nitride forms part of an encapsulation of the first gate. An additional one
Teilschritt des Verfahrens ist das Definieren des ersten Gatebereichs, was mit einem zweiten photolithographischen Prozessschritt durchgeführt wird. Der Bereich dieses photolithographischen Prozessschrittes ist in Fig. 14 mit Bezugszeichen 1461 bezeichnet.Part of the method is defining the first gate area, which is carried out with a second photolithographic process step. The area of this 14 is denoted by reference numeral 1461 in FIG.
Anschließend werden mittels anisotropen Ätzens die erste Passivierungsschicht 705 aus Siliziumnitrid und die erste Schicht 704 aus dotiertem Polysilizium in den Bereichen, welche nicht zum ersten Gatebereich gehören, ruckgeatzt.The first passivation layer 705 made of silicon nitride and the first layer 704 made of doped polysilicon are then etched back in the regions which do not belong to the first gate region by means of anisotropic etching.
In einem zusätzlichen Teilschritt erfolgt eine konforme Abscheidung einer Schicht aus Siliziumnitrid und die nachfolgende anisotrope Ruckatzung dieser Schicht aus Siliziumnitrid. Dadurch werden erste Seitenwandschichten 706, d.h. Spacer 706, aus Siliziumnitrid erzeugt, welche einen zusatzlichen Teil der Einkapselung des ersten Gates darstellen. Die Atzung wird so durchgeführt, dass Teilbereiche der ONO-Schicht 703 und der Siliziumnitridschicht 1350 entfernt werden, welche sich auf der vergrabenen Siliziumoxidschicht 702 befinden.In an additional sub-step, a conformal deposition of a layer of silicon nitride and the subsequent anisotropic restoration of this layer of silicon nitride takes place. This will cause first sidewall layers 706, i.e. Spacer 706, produced from silicon nitride, which represent an additional part of the encapsulation of the first gate. The etching is carried out in such a way that partial regions of the ONO layer 703 and the silicon nitride layer 1350 which are located on the buried silicon oxide layer 702 are removed.
Mit diesen erfindungsgemaßen Verfahrensschritten ist dieWith these method steps according to the invention
Ausbildung einer erfindungsgemaßen Schichtanordnung, welche das erstes Gate aufweist, abgeschlossen.Formation of a layer arrangement according to the invention, which has the first gate, is completed.
Figur 8 zeigt die erfindungsgemaße Schichtanordnung nach zusatzlichen Teilschritten, welche dem Vorbereiten eines Waferbondings dienen.FIG. 8 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps, which serve to prepare a wafer bonding.
Die Figur 8 zeigt die Schichtanordnung der Figur 7, nachdem Teilbereiche der ONO-Schicht 703, der Schicht 702 aus Silizium des SOI-Substrats und Teilbereiche der Isolatorschicht 701 aus Siliziumoxid des SOI-Substrats mittels anisotropen Ätzens entfernt wurden. Als Maske für das anisotrope Atzen zum Entfernen der Teilbereiche der Schicht 702 aus Silizium und der Isolatorschicht 701 des SOI-Substrats wird die Einkapselung des ersten Gates, welche die erste Passivierungsschicht 705 aus Siliziumnitrid und die ersten Seitenwandschichten 706 aus Siliziumnitrid aufweist, verwendet. Bei dem anisotropen Ätzen werden Teilbereiche 807 der Schicht 702 aus Silizium des SOI-Substrats freigelegt. Das Ätzen der Siliziumoxidschichten 720, 722 und 702 wird vorzugsweise selektiv zu Siliziumnitrid durchgeführt.FIG. 8 shows the layer arrangement of FIG. 7 after partial regions of the ONO layer 703, the layer 702 made of silicon of the SOI substrate and partial regions of the insulator layer 701 made of silicon oxide of the SOI substrate have been removed by means of anisotropic etching. The mask is used as the mask for the anisotropic etching to remove the partial regions of the layer 702 made of silicon and the insulator layer 701 of the SOI substrate Encapsulation of the first gate, which has the first passivation layer 705 made of silicon nitride and the first side wall layers 706 made of silicon nitride, is used. During the anisotropic etching, partial areas 807 of the layer 702 made of silicon of the SOI substrate are exposed. The etching of the silicon oxide layers 720, 722 and 702 is preferably carried out selectively with respect to silicon nitride.
In einem zusätzlichen Teilschritt werden diese freigelegten Teilbereiche 807 der Schicht 702 aus Silizium oxidiert. Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Abscheiden einer Hilfsschicht 808 aus undotiertem Polysilizium, in den Bereichen der Schichtenanordnung, welche nicht zum aktiven Bereich gehören. Anschließend wird eine Oberfläche 819 der Hilfsschicht 808, welche in der Figur 8 oben liegt, mittels Chemisch-In an additional sub-step, these exposed partial areas 807 of the layer 702 made of silicon are oxidized. An additional substep is the deposition of an auxiliary layer 808 made of undoped polysilicon in the areas of the layer arrangement which do not belong to the active area. Then a surface 819 of the auxiliary layer 808, which is at the top in FIG. 8, is
Mechanischen-Polierens planarisiert. Auf der planarisierten Oberfläche 819 der Hilfsschicht sowie auf der oberen Oberfläche der Einkapselung, anders ausgedrückt auf der freigelegten Oberfläche der ersten Passivierungsschicht 705, wird nachfolgend eine erste Schicht 809 aus Siliziumoxid abgeschieden. Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist die Vorbereitung zum Waferbonden einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung, abgeschlossen.Planarized mechanical polishing. A first layer 809 of silicon oxide is subsequently deposited on the planarized surface 819 of the auxiliary layer and on the upper surface of the encapsulation, in other words on the exposed surface of the first passivation layer 705. With these method steps according to the invention, the preparation for wafer bonding of a layer arrangement according to the invention is completed.
Figur 9 zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten, welche das Waferbonden betreffen. Die Figur 9 zeigt die Schichtanordnung der Figur 8, nachdem ein zweiter Siliziumwafer 910 auf die planarisierte Oberfläche gebondet wurde. Als weiterer Teilschritt wurde der erste Siliziumwafer 700 entfernt. In den Figuren 9 bis 11, 12A und 12B ist die Schichtanordnung der Figuren 7 und 8 um 180° in der Papierebene gedreht dargestellt. Beim Waferbonden werden die zwei thermisch oxidierten Siliziumwafer, welche unter Druck gegeneinander gepresst werden und dabei eine schwache Haftung eingehen, mechanisch fest miteinander gekuppelt. Das mechanisch feste Kuppeln erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels einesFIG. 9 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps which relate to wafer bonding. FIG. 9 shows the layer arrangement of FIG. 8 after a second silicon wafer 910 has been bonded to the planarized surface. As a further sub-step, the first silicon wafer 700 was removed. FIGS. 9 to 11, 12A and 12B show the layer arrangement of FIGS. 7 and 8 rotated by 180 ° in the paper plane. In wafer bonding, the two thermally oxidized silicon wafers, which are pressed against each other under pressure and thereby have weak adhesion, are mechanically firmly coupled to one another. The mechanically strong coupling takes place according to this embodiment by means of a
Temperaturschrittes. Hierbei wird eine thermische Oxidation in reiner Sauerstoffatmosphäre bei etwa 1000°C durchgeführt. Bei einem anderen in einem alternativen Ausführungsform eingesetzten Bondverfahren, dem anionischen Bonden, wird das Kuppeln der Wafer mittels eines elektrischen Feldes unterstützt bei einer relativ geringen Temperatur von ca. 500 °C durchgeführt.Temperature step. Here thermal oxidation is carried out in a pure oxygen atmosphere at about 1000 ° C. In another bonding method used in an alternative embodiment, the anionic bonding, the coupling of the wafers is assisted by means of an electrical field and is carried out at a relatively low temperature of approximately 500 ° C.
Figur 10 zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten zum Freilegen eines Gebietes für ein zweites Gate. Die Figur 10 zeigt die Schichtanordnung der Figur 9, nachdem die Isolatorschicht 701 aus Siliziumoxid des SOI-Substrats mittels nasschemischen Ätzens entfernt wurde. Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Definieren des aktiven Gebietes mittels Photolithographie und anschließender Ätzung der Schicht 702 aus Silizium des SOI-Substrats.FIG. 10 shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps to expose an area for a second gate. FIG. 10 shows the layer arrangement of FIG. 9 after the insulator layer 701 made of silicon oxide of the SOI substrate has been removed by means of wet chemical etching. An additional sub-step is the definition of the active area by means of photolithography and subsequent etching of the layer 702 made of silicon of the SOI substrate.
Anschließend wird eine dünne Schicht 1011 aus Siliziumoxid auf der erfindungsgemäßen Schichtanordnung aufgebracht. In einem Bereich der Schichtanordnung, aus welchem die Isolatorschicht 701 aus Siliziumoxid des SOI-Substrats entfernt wurde, werden mittels konformen Abscheidens von Siliziumnitrid und nachfolgender anisotroper Rückätzung des konform abgeschiedenen Siliziumnitrids zweite Seitenwandschichten 1012 aus Siliziumnitrid erzeugt. Anschließend wird in dem aktiven Gebiet die dünne Schicht 1011 aus Ξiliziumoxid entfernt.A thin layer 1011 of silicon oxide is then applied to the layer arrangement according to the invention. In a region of the layer arrangement from which the insulator layer 701 made of silicon oxide of the SOI substrate was removed, second side wall layers 1012 made of silicon nitride are produced by means of conformal deposition of silicon nitride and subsequent anisotropic etching back of the conformally deposited silicon nitride. The thin layer 1011 of silicon oxide is then removed in the active region.
Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Ausbilden einer zweiten Gate-isolierenden Schicht 1013 für das zweite Gate, welche als zweite ONO-Schicht 1013 aus einer ersten Siliziumoxidschicht 1023 der zweiten ONO-Schicht, einer Siliziumnitridschicht 1024 der zweiten ONO-Schicht und einer zweiten Siliziumoxidschicht 1025 der zweiten ONO-Schicht ausgebildet wird. Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist das Freilegen des Gebietes für das zweite Gate, abgeschlossen.An additional substep is the formation of a second gate insulating layer 1013 for the second gate, which as second ONO layer 1013 is formed from a first silicon oxide layer 1023 of the second ONO layer, a silicon nitride layer 1024 of the second ONO layer and a second silicon oxide layer 1025 of the second ONO layer. With these method steps according to the invention, the exposure of the area for the second gate is completed.
Figur 11 zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach weiteren Teilschritten, welche ein Abscheiden und Einkapseln des zweiten Gates betreffen.FIG. 11 shows the layer arrangement according to the invention after further sub-steps which relate to deposition and encapsulation of the second gate.
Die Figur 11 zeigt die Schichtanordnung der Figur 10, nachdem in dem aktiven Gebiet eine zweite Schicht 1114 aus dotiertem Polysilizium abgeschieden wurde. Diese zweite Schicht 1114 aus dotiertem Polysilizium bildet das zweite Gate des planarenFIG. 11 shows the layer arrangement of FIG. 10 after a second layer 1114 made of doped polysilicon has been deposited in the active region. This second layer 1114 of doped polysilicon forms the second gate of the planar
Doppel-Gate-Speicher-Transistors. Anschließend wird chemisch- mechanisch-poliert und die zweite Schicht 1114 aus dotiertem Polysilizium rückgeätzt. Anschließend werden Teilbereiche der zweiten Siliziumoxidschicht 1025 der zweiten ONO-Schicht 1013 zurückgeätzt, so dass Teilbereiche der Seitenwandschichten 1012 aus Siliziumnitrid freigelegt werden. Ein zusätzlicher Teilschritt ist ein Abscheiden einer zweiten Passivierungsschicht 1115 aus Siliziumnitrid. Anschließend wird die Oberfläche, welche in Figur 11 oben dargestellt ist, mittels Chemisch-Mechanischen-Polierens planarisiert. Beim Planarisieren dient vorzugsweise die Hilfsschicht aus Polysiliziumschicht 808 als Stoppschicht. Ferner wird ein zusätzlicher dritter Photolithographischritt durchgeführt. Der Bereich, in welchem der dritte Photolithographieschritt durchgeführt wird, ist in Figur 14 mit dem Bezugszeichen 1462 versehen._Dieser Photolithographieschritt dient der Entkoppelung der beiden Gates des Doppel-Gate-Speicher- Transistors. Hierbei wird das aktive Gebiet bedeckt und nachfolgend die Hilfsschicht aus Polysilizium 808 geätzt. Anschließend wird in den rückgeätzten Bereichen eine zweite Schicht aus Siliziumoxid abgeschieden und anschließend vorzugsweise mittels chemisch mechanischen Polierens planarisiert. Vorzugsweise wird beim Planarisieren die zweite Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid 1115 als Stoppschicht verwendet .Double-gate storage transistor. It is then chemically and mechanically polished and the second layer 1114 made of doped polysilicon is etched back. Sub-regions of the second silicon oxide layer 1025 of the second ONO layer 1013 are then etched back, so that sub-regions of the side wall layers 1012 made of silicon nitride are exposed. An additional sub-step is the deposition of a second passivation layer 1115 made of silicon nitride. The surface, which is shown in FIG. 11 above, is then planarized by means of chemical mechanical polishing. In planarization, the auxiliary layer made of polysilicon layer 808 preferably serves as a stop layer. An additional third photolithographic step is also carried out. The area in which the third photolithography step is carried out is provided with the reference number 1462 in FIG. 14. This photolithography step serves to decouple the two gates of the double-gate memory transistor. The active area is covered and the auxiliary layer made of polysilicon 808 is subsequently etched. A second layer of silicon oxide is then deposited in the etched-back regions and then planarized, preferably by means of chemical mechanical polishing. The second passivation layer made of silicon nitride 1115 is preferably used as a stop layer during planarization.
Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist das Abscheiden und Einkapseln des zweites Gate, abgeschlossen.The separation and encapsulation of the second gate is completed with these method steps according to the invention.
Figur 12A zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten eines zusätlichenFIG. 12A shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of an additional one
Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche Teilschritte eine Ausbildung von Source/Drain Anschlüssen betreffen. Die Figur 12A zeigt die Schichtanordnung der Figur 11, nachdem die dünne Schicht 1011 aus Siliziumoxid in den Bereichen entfernt wurde, welche nicht zum aktiven Gebiet gehören.Embodiment of the invention, which substeps relate to the formation of source / drain connections. FIG. 12A shows the layer arrangement of FIG. 11 after the thin layer 1011 of silicon oxide has been removed in the regions which do not belong to the active region.
Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Entfernen der Hilfsschicht 808 aus undotiertem Polysilizium und dasAn additional substep is the removal of the auxiliary layer 808 from undoped polysilicon and that
Entfernen der freigelegten, oxidierten Teilbereiche 807 der Schicht 702 aus Silizium des SOI-Substrats. Zum Ausbilden der Source/Drain Anschlüsse wird in dem zusätzlichen Ausführungsbeispiel eine dritte Schicht 1216 aus dotiertem Polysilizium aufgebracht. Anschließend wird die in der Figur 12A oben angeordnete Oberfläche vorzugsweise mittels Chemisch- Mechanischen-Polierens planarisiert. Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist das Ausbilden der Source/Drain Anschlüsse des Doppel-Gate-Speicher-Transistors, abgeschlossen. Eine anschließende Kontaktierung wird mittels Standard-Prozessen der Backend-Technologie durchgeführt.Removing the exposed, oxidized partial areas 807 of the layer 702 made of silicon of the SOI substrate. In the additional exemplary embodiment, a third layer 1216 made of doped polysilicon is applied to form the source / drain connections. The surface arranged at the top in FIG. 12A is then planarized, preferably by means of chemical mechanical polishing. With these method steps according to the invention, the formation of the source / drain connections of the double-gate memory transistor is completed. Subsequent contacting is carried out using standard processes of backend technology.
Figur 12B zeigt die erfindungsgemäße Schichtanordnung nach zusätzlichen Teilschritten eines zweiten zusätzlichen Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche Teilschritte eine Ausbildung von Source/Drain Anschlüssen betreffen. Die Figur 12B zeigt die Schichtanordnung der Figur 11, nachdem die dünne Schicht 1011 aus Siliziumoxid in den Bereichen entfernt wurde, welche nicht zum aktiven Gebiet gehören. Ein zusätzlicher Teilschritt ist das Entfernen der Hilfsschicht 808 aus undotiertem Polysilizium und das Entfernen der freigelegten, oxidierten Teilbereiche 807 der Schicht 702 aus Silizium des SOI-Substrats. Zum Ausbilden der Source/Drain Anschlüsse werden in dem zweiten Ausführungsbeispiel dritte Seitenwandschichten 1217 aus Polysilizium abgeschieden. Auf die dritten Seitenwandschichten 1217 aus Polysilizium wird nachfolgend Titan aufgesputtert .FIG. 12B shows the layer arrangement according to the invention after additional sub-steps of a second additional one Embodiment of the invention, which substeps relate to the formation of source / drain connections. FIG. 12B shows the layer arrangement of FIG. 11 after the thin layer 1011 made of silicon oxide has been removed in the regions which do not belong to the active region. An additional sub-step is the removal of the auxiliary layer 808 from undoped polysilicon and the removal of the exposed, oxidized partial regions 807 of the layer 702 from silicon of the SOI substrate. In the second exemplary embodiment, third side wall layers 1217 made of polysilicon are deposited to form the source / drain connections. Titanium is subsequently sputtered onto the third side wall layers 1217 made of polysilicon.
In einem zusätzlichen Teilschritt werden Teile der dritten Seitenwandschichten 1217 silizidiert. Hierbei entstehen silizidierte Bereiche 1218 der dritten Seitenwandschichten. Nachfolgend wird eine Schicht aus Siliziumoxid (in Figur 12B nicht gezeigt) abgeschieden und anschließend wird die Schichtanordnung vorzugsweise mittels Chemisch-Mechanischen- Polierens planarisiert. Mit diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ist das zweite zusätzlicheIn an additional sub-step, parts of the third side wall layers 1217 are silicided. This produces silicided areas 1218 of the third side wall layers. A layer of silicon oxide (not shown in FIG. 12B) is subsequently deposited and then the layer arrangement is preferably planarized by means of chemical mechanical polishing. With these method steps according to the invention, the second is additional
Ausführungsbeispiel des Ausbildens der Source/Drain Anschlüsse des Doppel-Gate-Speicher-Transistors, abgeschlossen. Eine anschließende Kontaktierung wird mittels Standard-Prozessen der Backend-Technologie durchgeführt.Embodiment of the formation of the source / drain connections of the double gate memory transistor, completed. Subsequent contacting is carried out using standard processes of backend technology.
In Figur 13 ist zum besseren Verständnis des Aufbaus der Schichtanordnung des Doppel-Gate-Speicher-Transistors die Schichtanordnung der Figur 12A bzw. Figur 12B in einem zu der Darstellung in diesen Figuren senkrechten Querschnitt gezeigt.For a better understanding of the structure of the layer arrangement of the double-gate memory transistor, FIG. 13 shows the layer arrangement of FIG. 12A or FIG. 12B in a cross section perpendicular to the representation in these figures.
Man erkennt den zweiten Siliziumwafer 910. Auf dem zweiten Siliziumwafer 910 ist die erste Schicht aus Siliziumoxid 809 ausgebildet. Darauf wiederum die erste Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid 705 an welche sich wiederum die erste Schicht aus dotiertem Polysilizium 704 des ersten Gates anschließt. Daran Anschließend sind die Schichten der ersten ONO-Schicht 703, d.h. die zweite Siliziumoxidschicht 722 der ONO-Schicht, die Siliziumnitridschicht 721 der ONO-Schicht und die erste Siliziumoxidschicht 720 der ONO-Schicht, dargestellt. Auf der ersten ONO-Schicht 703 ist in Teilbereichen die Siliziumschicht 702 des SOI-Substrats zu erkennen, welche den Kanalbereich des Doppel-Gate-Speicher- Transistors bildet. Daran, in der Figur 13, seitlich anschließend sind Teile der Siliziumnitridschicht 1350 zu sehen, welche der Entkopplung der beiden Gates des Doppel- Gate-Speicher-Transistors dient. Auf dem Kanalbereich 702 und der Siliziumnitridschicht 1350 ist die zweite ONO-Schicht 1013, welche aus der ersten Siliziumoxidschicht 1023 der zweiten ONO-Schicht 1013, der Siliziumnitridschicht 1024 der zweiten ONO-Schicht 1013 und der zweiten Siliziumoxidschicht 1025 der zweiten ONO-Schicht gebildet wird, ausgebildet. Weiterhin ist die zweite Schicht aus dotiertem Polysilizium 1114, welche das zweite Gate des Doppel-Gate-Speicher- Transistor bildet, dargestellt. Auf dieser wiederum ist die zweite Passivierungsschicht 1115 aus Siliziumnitrid dargestellt.The second silicon wafer 910 can be seen. The first layer of silicon oxide 809 is on the second silicon wafer 910 educated. Then, in turn, the first passivation layer made of silicon nitride 705, which in turn is followed by the first layer made of doped polysilicon 704 of the first gate. Subsequently, the layers of the first ONO layer 703, ie the second silicon oxide layer 722 of the ONO layer, the silicon nitride layer 721 of the ONO layer and the first silicon oxide layer 720 of the ONO layer, are shown. The silicon layer 702 of the SOI substrate, which forms the channel region of the double-gate memory transistor, can be seen in partial regions on the first ONO layer 703. Subsequently, in FIG. 13, laterally, parts of the silicon nitride layer 1350 can be seen, which serves to decouple the two gates of the double-gate memory transistor. On the channel region 702 and the silicon nitride layer 1350 is the second ONO layer 1013, which is formed from the first silicon oxide layer 1023 of the second ONO layer 1013, the silicon nitride layer 1024 of the second ONO layer 1013 and the second silicon oxide layer 1025 of the second ONO layer , educated. Furthermore, the second layer of doped polysilicon 1114, which forms the second gate of the double-gate memory transistor, is shown. This in turn shows the second passivation layer 1115 made of silicon nitride.
In Figur 14 sind zur Verdeutlichung der verschiedenen Bereiche, in welchen photolithographische Prozessschritte durchgeführt werden und die Schnittlinien entlang derer die Querschnitte der Figuren 7 bis 13 durchgeführt sind, dargestellt. Der mit Bezugszeichen 1460 bezeichnete Bereich, stellt den Bereich dar, in welchem die Prozessschritte des ersten photolithographischen Prozesses, d.h. die Definition des aktiven Gebietes des Doppel-Gate-Speicher-Transistors, durchgeführt werden. Der mit Bezugszeichen 1461 bezeichnete Bereich, stellt den Bereich dar, in welchem die Prozessschritte des zweiten photolithographischen Prozesses, d.h. die Definition der Gateregion des Doppel-Gate-Speicher- Transistors, durchgeführt werden. Der mit Bezugszeichen 1462 bezeichnete Bereich, stellt den Bereich dar, in welchem die Prozessschritte des dritten photolithographischen Prozesses, d.h. der Abdeckung des aktiven Gebietes des Doppel-Gate- Speicher-Transistors, durchgeführt werden.In FIG. 14, the various areas in which photolithographic process steps are carried out and the cutting lines along which the cross sections of FIGS. 7 to 13 are carried out are shown to illustrate the various areas. The area denoted by reference numeral 1460 represents the area in which the process steps of the first photolithographic process, ie the definition of the active area of the double-gate memory transistor, are carried out. The one designated by reference numeral 1461 Area, represents the area in which the process steps of the second photolithographic process, ie the definition of the gate region of the double-gate memory transistor, are carried out. The region denoted by reference numeral 1462 represents the region in which the process steps of the third photolithographic process, ie the covering of the active region of the double-gate memory transistor, are carried out.
Ferner ist in Figur 14 die Schnittlinie, entlang derer die Querschnitte der Figuren 7 bis 12B abgebildet sind, mit A-A bezeichnet, während die Schnittlinie, entlang derer der Querschnitt der Figur 13 abgebildet ist, mit B-B bezeichnet ist .Furthermore, in FIG. 14 the section line along which the cross sections of FIGS. 7 to 12B are shown is designated A-A, while the section line along which the cross section of FIG. 13 is shown is designated B-B.
In Fig. 15 ist eine erste Anordnung gezeigt, in welcher Doppel-Gate-Speicher-Transistoren angeordnet werden können. Die Anordnung weist eine Mehrzahl von Doppel-Gate-Speicher- Transistoren gemäß einer so genannten NAND-Anordnung von Speicher-Transistoren auf. Bei einer solchen NAND-Anordnung sind üblicherweise die Gateanschlüsse jeder Zeile von Doppel- Gate-Speicher-Transistoren miteinander mittels einer Wortleitung 1570, 1571 und 1572 gekoppelt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung von Doppel-Gate-Speicher- Transistoren ist jedoch zu beachten, dass nur die Gates einer ersten Hauptseite, in der Fig. 15 oben liegend, der Anordnung miteinander gekoppelt sind. Die Gateanschlüsse von Doppel- Gate-Speicher-Transistoren einer Zeile der entgegengesetzten zweiten Hauptseite der Anordnung, in der Fig. 15 unten liegend, sind mittels zusätzlichen Wortleitungen 1573, 1574 und 1575 miteinander gekoppelt. Hierdurch lassen sich die beiden Gates eines Doppel-Gate-Speicher-Transistors unabhängig voneinander ansteuern. Die Source- und Drainanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren einer Spalte sind auf für eine NAND-Anordnung üblichen Weise miteinander gekoppelt. Es werden Bitleitungen 1576, 1577 und 1578 ausgebildet, indem jeweils der Sourceanschluss eines Doppel-Gate-Speicher- Transistors einer Spalte jeweils mit dem Drainanschluss eines in der Spalte benachbarten Doppel-Gate-Speicher-Transistors gekoppelt ist. Somit werden alle Source/Drainanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren einer Spalte der Anordnung mittels einer Bitleitung angesteuert.FIG. 15 shows a first arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged. The arrangement has a plurality of double-gate memory transistors in accordance with a so-called NAND arrangement of memory transistors. In such a NAND arrangement, the gate connections of each row of double-gate memory transistors are usually coupled to one another by means of a word line 1570, 1571 and 1572. In the arrangement of double-gate memory transistors according to the invention, however, it should be noted that only the gates of a first main page, located at the top in FIG. 15, of the arrangement are coupled to one another. The gate connections of double-gate memory transistors in one row of the opposite second main side of the arrangement, which is located at the bottom in FIG. 15, are coupled to one another by means of additional word lines 1573, 1574 and 1575. As a result, the two gates of a double-gate memory transistor can be controlled independently of one another. The source and drain of the double gate memory transistors of a column are open for a NAND arrangement coupled in the usual way. Bit lines 1576, 1577 and 1578 are formed in that the source connection of a double-gate memory transistor in one column is coupled to the drain connection of a double-gate memory transistor adjacent in the column. All source / drain connections of the double-gate memory transistors in a column of the arrangement are thus driven by means of a bit line.
Mit der in Figur 15 dargestellten NAND-Anordnung ist eineWith the NAND arrangement shown in FIG
Programmierung der einzelnen Doppel-Gate-Speicher-Transistoren nur mittels so genannten Fowler Nordheim Tunnels möglich.Programming of the individual double-gate memory transistors is only possible using so-called Fowler Nordheim tunnels.
In Fig. 16 ist eine zweite Anordnung gezeigt, in welcher Doppel-Gate-Speicher-Transistoren angeordnet werden können. Die Anordnung weist eine Mehrzahl von Doppel-Gate-Speicher- Transistoren gemäß einer so genannten AND-Anordnung von Speicher-Transistoren da. Bei einer solchen AND-Anordnung sind die Gateanschlüsse jeder Zeile von Doppel-Gate-Speicher- Transistoren miteinander mittels einer Wortleitung 1670, 1671 und 1672 gekoppelt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung von Doppel-Gate-Speicher-Transistoren ist jedoch zu beachten, dass nur die Gates einer ersten Hauptseite, in der Fig. 16 oben liegend, der Anordnung miteinander gekoppelt sind. Die Gateanschlüsse von Doppel-Gate-Speicher-Transistoren einer16 shows a second arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged. The arrangement has a plurality of double-gate memory transistors in accordance with a so-called AND arrangement of memory transistors. In such an AND arrangement, the gate connections of each row of double-gate memory transistors are coupled to one another by means of a word line 1670, 1671 and 1672. In the arrangement of double-gate memory transistors according to the invention, however, it should be noted that only the gates of a first main page, located at the top in FIG. 16, of the arrangement are coupled to one another. The gate connections of double gate memory transistors one
Zeile der entgegengesetzten zweiten Hauptseite der Anordnung, in der Fig. 16 unten liegend, sind mittels zusätzlichen Wortleitungen 1673, 1674 und 1675 miteinander gekoppelt. Hierdurch lassen sich die beiden Gates eines Doppel-Gate- Speicher-Transistors unabhängig voneinander ansteuern. Die Source- und Drainanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher- Transistoren einer Spalte sind auf für eine AND-Anordnung üblichen Weise miteinander gekoppelt. Es werden Bitleitungen 1676, 1677 und 1678 ausgebildet, indem der Sourceanschluss jedes Doppel-Gate-Speicher-Transistors einer Spalte mittels einer Bitleitung mit dem Sourceanschluss jedes anderen in der Spalte angeordneten Doppel-Gate-Speicher-Transistors gekoppelt ist. Somit werden alle Sourceanschlüsse der Doppel-Gate- Speicher-Transistoren einer Spalte der Anordnung mittels einer Bitleitung angesteuert. Ferner werden Bitleitungen 1679, 1680 und 1681 ausgebildet, indem der Drainanschluss jedes Doppel- Gate-Speicher-Transistors einer Spalte mittels einer Bitleitung mit dem Drainanschluss jedes anderen in der Spalte angeordneten Doppel-Gate-Speicher-Transistors gekoppelt ist. Somit werden alle Drainanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher- Transistoren einer Spalte der Anordnung mittels einer Bitleitung angesteuert.Lines of the opposite second main side of the arrangement, lying at the bottom in FIG. 16, are coupled to one another by means of additional word lines 1673, 1674 and 1675. As a result, the two gates of a double-gate memory transistor can be controlled independently of one another. The source and drain connections of the double-gate memory transistors of a column are coupled to one another in a manner customary for an AND arrangement. Bit lines 1676, 1677 and 1678 are formed by the source connection each double-gate memory transistor of a column is coupled by means of a bit line to the source of every other double-gate memory transistor arranged in the column. All source connections of the double-gate memory transistors in a column of the arrangement are thus driven by means of a bit line. Furthermore, bit lines 1679, 1680 and 1681 are formed in that the drain connection of each double gate memory transistor of a column is coupled by means of a bit line to the drain connection of each other double gate memory transistor arranged in the column. All drain connections of the double-gate memory transistors in a column of the arrangement are thus driven by means of a bit line.
Mit der in Figur 16 dargestellten AND-Anordnung kann jeder Doppel-Gate-Speicher-Transistoren individuell angesteuert werden. Eine Programmierung der einzelnen Doppel-Gate- Speicher-Transistoren ist sowohl mittels so genannten Fowler Nordheim Tunnels als auch mittels so genannten Channel Hot Electron Tunnelns möglich. Hierdurch kann auch ein NROM artiger Betrieb der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren der Anordnung erfolgen. With the AND arrangement shown in FIG. 16, each double-gate memory transistor can be controlled individually. Programming of the individual double-gate memory transistors is possible both by means of so-called Fowler Nordheim tunnels and by means of so-called channel hot electron tunnels. This also enables NROM-like operation of the double-gate memory transistors of the arrangement.
In Fig. 17 ist eine zweite Anordnung gezeigt, in welcher Doppel-Gate-Speicher-Transistoren angeordnet werden können. Die Anordnung weist eine Mehrzahl von Doppel-Gate-Speicher- Transistoren gemäß einer so genannten AND-Anordnung von Speicher-Transistoren mit virtueller Erdung (Virtual ground) auf. Die Anordnung ist ähnlich der in Fig. 16 dargestellten Anordnung, außer dass jeweils eine Bitleitung der Sourceanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren einer Spalte mit einer Bitleitung der Drainanschlüsse der Doppel- Gate-Speicher-Transistoren einer benachbarten Spalte zusammengelegt sind.17 shows a second arrangement in which double-gate memory transistors can be arranged. The arrangement has a plurality of double-gate memory transistors in accordance with a so-called AND arrangement of memory transistors with virtual ground. The arrangement is similar to the arrangement shown in FIG. 16, except that one bit line of the source connections of the double gate memory transistors of one column is combined with one bit line of the drain connections of the double gate memory transistors of an adjacent column.
Bei einer solchen AND-Anordnung mit virtueller Erdung sind die Gateanschlüsse jeder Zeile von Doppel-Gate-Speicher- Transistoren miteinander mittels einer Wortleitung 1770, 1771 und 1772 gekoppelt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung von Doppel-Gate-Speicher-Transistoren ist jedoch zu beachten, dass nur die Gates einer ersten Hauptseite, in der Fig. 17 oben liegend, der Anordnung miteinander gekoppelt sind. Die Gateanschlüsse von Doppel-Gate-Speicher-Transistoren einerIn such an AND arrangement with virtual grounding, the gate connections of each row of double-gate memory transistors are coupled to one another by means of a word line 1770, 1771 and 1772. In the arrangement of double-gate memory transistors according to the invention, however, it should be noted that only the gates of a first main page, located at the top in FIG. 17, of the arrangement are coupled to one another. The gate connections of double gate memory transistors one
Zeile der gegenüberliegenden zweiten Hauptseite der Anordnung, in der Fig. 17 unten liegend, sind mittels zusätzlichen Wortleitungen 1773, 1774 und 1775 miteinander gekoppelt. Hierdurch lassen sich die beiden Gates eines Doppel-Gate- Speicher-Transistors unabhängig voneinander ansteuern. Die Source- und Drainanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher- Transistoren einer Spalte sind auf für eine AND-Anordnung mit virtueller Erdung üblichen Weise miteinander gekoppelt. Es werden Bitleitungen 1776, 1777, 1778 und 1779 ausgebildet, indem der Sourceanschluss eines Doppel-Gate-Speicher- Transistors einer Spalte mit dem Sourceanschluss eines in der Spalte benachbarten Doppel-Gate-Speicher-Transistors gekoppelt ist. Gleichzeitig werden die Drainanschlüsse der in der benachbarten Spalte angeordneten Doppel-Gate-Speicher- Transistoren an dieselbe Bitleitung gekoppelt. Somit werden alle Sourceanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher-Transistoren einer Spalte der Anordnung und alle Drainanschlüsse der Doppel-Gate-Speicher-Transistors der benachbarten Spalte mittels einer Bitleitung angesteuert.Rows of the opposite second main side of the arrangement, lying at the bottom in FIG. 17, are coupled to one another by means of additional word lines 1773, 1774 and 1775. As a result, the two gates of a double-gate memory transistor can be controlled independently of one another. The source and drain connections of the double-gate memory transistors of a column are coupled to one another in a manner customary for an AND arrangement with virtual grounding. Bit lines 1776, 1777, 1778 and 1779 are formed in that the source terminal of a double-gate memory transistor in one column is coupled to the source terminal of a double-gate memory transistor adjacent in the column. At the same time, the drain connections of the double-gate memory arrays arranged in the adjacent column are Transistors coupled to the same bit line. Thus, all source connections of the double gate memory transistors in one column of the arrangement and all drain connections of the double gate memory transistors in the adjacent column are driven by means of a bit line.
In den Figuren 15 bis 17 sind die Wortleitungen einer Hauptseite der Anordnung in eine erste Richtung zugeführt, während die Wortleitungen der entgegengesetzten Hauptseite in die zu der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung zugeführt sind. Diese Anordnungen weisen den Vorteil auf, dass hierdurch mehr Platz für elektronische Schaltkreise verbleibt, welche benötigt werden, die Wortleitungen anzusteuern und auszulesen. Es ist jedoch nicht zwingend, dass die Wortleitungen in entgegengesetzte Richtungen zugeführt sind. Auch eineIn FIGS. 15 to 17, the word lines are fed to a main side of the arrangement in a first direction, while the word lines are fed to the opposite main side in the direction opposite to the first direction. These arrangements have the advantage that this leaves more space for electronic circuits which are required to control and read out the word lines. However, it is not imperative that the word lines are fed in opposite directions. Also one
Anordnung, bei der die Wortleitungen in die gleiche Richtung zugeführt sind, ist möglich. Die Herstellung der getrennten Wortleitungen auf den beiden Hauptseiten der Anordnung ist mittels Waferbondens leicht möglich.Arrangement in which the word lines are fed in the same direction is possible. The manufacture of the separate word lines on the two main sides of the arrangement is easily possible using wafer bonding.
Zusammenfassend schafft der zusätzliche Gegenstand der Anmeldung einen Doppel-Gate-Speicher-Transistor, welcher mittels bekannter und einfacher Prozessschritte hergestellt werden kann. Mittels des Doppel-Gate-Speicher-Transistors kann die Speicherdichte gegenüber einem herkömmlichen Speicher- Transistor verdoppelt werden. Im Falle des Ausbildens des Doppel-Gate-Speicher-Transistoren mit ONO-Schichten können somit vier Bit je einzelnen Doppel-Gate-Speicher-Transistor gespeichert werden. Zu beachten ist jedoch, dass keine Ausbildung von ONO-Schichten nötig ist, sondern dass jede Ausbildung eines so genanneten Charge-Trapping-Layers verwendet werden kann. In diesem Dokument sind folgende Dokumente zitiert:In summary, the additional subject matter of the application creates a double-gate memory transistor, which can be produced using known and simple process steps. By means of the double-gate memory transistor, the memory density can be doubled compared to a conventional memory transistor. In the case of the formation of the double gate memory transistor with ONO layers, four bits per individual double gate memory transistor can thus be stored. It should be noted, however, that no formation of ONO layers is necessary, but that any formation of a so-called charge trapping layer can be used. The following documents are cited in this document:
[1] Limits on Silicon Nanoelectronics for Terascale Integration, J. Meindl, Q. Chen, J.A. Davis, Science 293, (2001) 2044-2049 [2] Triple-Self-Aligned, Planar Double-Gate MOSFETs: Devices and Circuits, K.W. Guarini et al . , IEDM01 [1] Limits on Silicon Nanoelectronics for Terascale Integration, J. Meindl, Q. Chen, JA Davis, Science 293, (2001) 2044-2049 [2] Triple-Self-Aligned, Planar Double-Gate MOSFETs: Devices and Circuits, KW Guarini et al. , IEDM01
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
100 erster Siliziumwafer100 first silicon wafers
101 Isolatorschicht aus Siliziumoxid des SOI Substrats101 silicon oxide insulator layer of the SOI substrate
102 Siliziumschicht des SOI Substrats102 silicon layer of the SOI substrate
103 erste . Gate-isolierende Schicht103 first. Gate insulating layer
104 erste Schicht aus dotiertem Polysilizium104 first layer of doped polysilicon
105 erste Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid105 first passivation layer made of silicon nitride
106 erste Seitenwandschichten aus Siliziumnitrid106 first sidewall layers made of silicon nitride
207 freigelegte Teilbereiche der Siliziumschicht des SOI Substrats207 exposed parts of the silicon layer of the SOI substrate
208 Hilfsschicht aus undotiertem Polysilizium208 Auxiliary layer made of undoped polysilicon
209 erste Schicht aus Siliziumoxid209 first layer of silicon oxide
219 planarisierte Oberfläche der Hilfsschicht aus undotierten Polysilizium219 planarized surface of the auxiliary layer made of undoped polysilicon
310 zweiter Siliziumwafer310 second silicon wafer
411 dünne Schicht aus Siliziumoxid411 thin layer of silicon oxide
412 zweite Seitenwandschichten aus Siliziumnitrid412 second sidewall layers made of silicon nitride
413 zweite Gate-isolierende Schicht413 second gate insulating layer
514 zweite Schicht aus dotiertem Polysilizium514 second layer of doped polysilicon
515 zweite Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid515 second passivation layer made of silicon nitride
616 dritte Schicht aus dotiertem Polysilizium616 third layer of doped polysilicon
617 dritte -Seitenwandschichten aus Polysilizium617 third side wall layers made of polysilicon
618 Silizidierter Bereich der dritten Seitenwandschichten618 Silicided area of the third sidewall layers
700 erster Siliziumwafer700 first silicon wafer
701 Isolatorschicht aus Siliziumoxid des SOI Substrats701 silicon oxide insulator layer of the SOI substrate
702 Siliziumschicht des SOI Substrats702 silicon layer of the SOI substrate
703 erste ONO-Schicht703 first ONO layer
704 erste Schicht aus dotiertem Polysilizium704 first layer of doped polysilicon
705 erste Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid705 first passivation layer made of silicon nitride
706 erste Seitenwandschichten aus Siliziumnitrid706 first side wall layers made of silicon nitride
720 erste Siliziumoxidschicht der ersten ONO-Schicht720 first silicon oxide layer of the first ONO layer
721 Siliziumnitridschicht der ersten ONO-Schicht721 silicon nitride layer of the first ONO layer
722 zweite Siliziumoxidschicht der ersten ONO-Schicht722 second silicon oxide layer of the first ONO layer
807 freigelegte Teilbereiche der Siliziumschicht des SOI Substrats807 exposed areas of the silicon layer of the SOI substrate
808 Hilfsschicht aus undotiertem Polysilizium808 Auxiliary layer made of undoped polysilicon
809 erste Schicht aus Siliziumoxid 819 planarisierte Oberfläche der Hilfsschicht aus undotierten Polysilizium809 first layer of silicon oxide 819 planarized surface of the auxiliary layer made of undoped polysilicon
910 zweiter Siliziumwafer910 second silicon wafer
1011 dünne Schicht aus Siliziumoxid1011 thin layer of silicon oxide
1012 zweite Seitenwandschichten aus Siliziumnitrid1012 second sidewall layers made of silicon nitride
1013 zweite ONO-Schicht1013 second ONO layer
1023 erste Siliziumoxidschicht der zweiten ONO-Schicht1023 first silicon oxide layer of the second ONO layer
1024 Siliziumnitridschicht der zweiten ONO-Schicht1024 silicon nitride layer of the second ONO layer
1025 zweite Siliziumoxidschicht der zweiten ONO-Schicht1025 second silicon oxide layer of the second ONO layer
1114 zweite Schicht aus dotiertem Polysilizium1114 second layer of doped polysilicon
1115 zweite Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid1115 second passivation layer made of silicon nitride
1216 dritte Schicht aus dotiertem Polysilizium1216 third layer of doped polysilicon
1217 dritte Seitenwandschichten aus Polysilizium1217 third side wall layers made of polysilicon
1218 Silizidierter Bereich der dritten Seitenwandschichten 1350 Siliziumnitridschicht1218 Silicided area of the third sidewall layers 1350 Silicon nitride layer
1460 Photolithographie 11460 photolithography 1
1461 Photolithographie 21461 photolithography 2
1462 Photolithographie 31462 photolithography 3
1570 obere Wortleitung1570 upper word line
1571 obere Wortleitung1571 upper word line
1572 obere Wortleitung1572 upper word line
1573 untere Wortleitung1573 lower word line
1574 Untere Wortleitung1574 Lower word line
1575 untere Wortleitung1575 lower word line
1576 Bitleitung1576 bit line
1577 Bitleitung1577 bit line
1578 Bitleitung1578 bit line
1670 obere Wortleitung1670 upper word line
1671 obere Wortleitung1671 upper word line
1672 obere Wortleitung1672 upper word line
1673 untere Wortleitung1673 lower word line
1674 untere Wortleitung1674 lower word line
1675 untere Wortleitung1675 lower word line
1676 Source Bitleitung1676 Source bit line
1677 Source Bitleitung1677 source bit line
1678 Source Bitleitung1678 Source bit line
1679 Drain Bitleitung1679 drain bit line
1680 Drain Bitleitung1680 drain bit line
1681 Drain Bitleitung 1770 obere Wortleitung1681 drain bit line 1770 upper word line
1771 obere Wortleitung1771 upper word line
1772 obere Wortleitung1772 upper word line
1773 untere Wortleitung1773 lower word line
1774 untere Wortleitung1774 lower word line
1775 untere Wortleitung1775 lower word line
1776 Bitleitung1776 bit line
1777 Bitleitung1777 bit line
1778 Bitleitung1778 bit line
1779 Bitleitung 1779 bit line
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