專利名稱：多級(jí)快速電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器單元及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多級(jí)快速電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)單元及其制造方法；特別是涉及這樣一種多級(jí)EEPROM單元及制造方法，它通過利用部分相互重疊并且覆蓋在浮動(dòng)?xùn)艠O頂部的第一和第二控制柵極來改善多級(jí)單元的編程特性。
快速EEPROM之所以變得普及是因?yàn)樗泻芏嗒?dú)特的優(yōu)點(diǎn)。影響快速EEPROM普及的一個(gè)障礙是單位信息所需的成本太高。為了克服上述缺點(diǎn)，制造公司將注意力集中于提高單元的集成度。不過，由于快速EEPROM的結(jié)構(gòu)比DRAM的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，因此在單元的集成度方面也有困難。
在由英特爾(INTEL)公司推出的其中采用多級(jí)單元的Strata Flash(快速存儲(chǔ)器)中，通過向單元中低速注入少量電子例如大約3000個(gè)電子的工藝，將一個(gè)多級(jí)單元編程為需要的級(jí)。因此，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能將單元編程到最高級(jí)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種多級(jí)EEPROM單元及其制造方法，它通過利用部分相互重疊并且覆蓋在浮動(dòng)?xùn)艠O頂部的第一和第二控制柵極來改善多級(jí)單元的編程特性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多級(jí)快速EEPROM單元，該單元包括一個(gè)浮動(dòng)?xùn)艠O，它通過下面的隧道氧化層與一個(gè)硅襯底電隔離；第一電介質(zhì)層，它形成于浮動(dòng)?xùn)艠O的頂部；第一控制柵極，它形成在浮動(dòng)?xùn)艠O上，并且通過第一電介質(zhì)層與浮動(dòng)?xùn)艠O電隔離；第二電介質(zhì)層，它形成在第一控制柵極的側(cè)壁和頂部上；第二控制柵極，它形成在第一控制柵極的側(cè)壁和頂部上，并且通過第二電介質(zhì)層與第一控制柵極電隔離；以及一個(gè)源極和一個(gè)漏極，它們形成在襯底中，并且與第二控制柵極兩邊自對(duì)準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種制造多級(jí)快速EEPROM單元的方法，包括以下步驟在一個(gè)硅襯底上形成一個(gè)隧道氧化層后，對(duì)第一多晶硅層進(jìn)行構(gòu)圖；在第一多晶硅層的頂部形成第一電介質(zhì)層；通過在第一電介質(zhì)層的頂部沉積第二多晶硅層，制備第一控制柵極的一部分；在第一控制柵極的側(cè)壁上沉積第二電介質(zhì)層；通過在第二電介質(zhì)層的頂部沉積第三多晶硅層，形成第二控制柵極；和通過采用自對(duì)準(zhǔn)蝕刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的源極/漏極離子注入工藝，形成一個(gè)源極和一個(gè)漏極。
從結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的以下說明，本發(fā)明的上述和其他目的和特征將變得更為清楚，附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)快速EEPROM單元的剖面圖；圖2A到2C是用于說明根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)快速EEPROM單元的制造方法的剖面圖。
下面參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1的剖面圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)快速EEPROM單元的結(jié)構(gòu)。
一個(gè)浮動(dòng)?xùn)艠O3通過下面的一個(gè)隧道氧化層2與一個(gè)硅襯底1電隔離。第一電介質(zhì)層4覆蓋在浮動(dòng)?xùn)艠O3的頂部。第一控制柵極5通過第一電介質(zhì)層4與浮動(dòng)?xùn)艠O3電隔離。第二電介質(zhì)層6在第一控制柵極5的頂部和側(cè)壁上形成。第二控制柵極7通過第二電介質(zhì)層6與第一控制柵極5電隔離，并且在第二電介質(zhì)層6的側(cè)壁和頂部上形成。一個(gè)源極8和一個(gè)漏極9形成在襯底1中，并與第二控制柵極7的兩邊自對(duì)準(zhǔn)。
此外，浮動(dòng)?xùn)艠O3是通過下面的隧道氧化層2與襯底1電隔離而形成的。第一和第二控制柵極5和7被做成水平地相互鄰近，并通過在浮動(dòng)?xùn)艠O3上的第一電介質(zhì)層4與浮動(dòng)?xùn)艠O3電隔離?？刂茤艠O5和7還通過設(shè)置在它們之間的電介質(zhì)層6相互電隔離。如上所述，源極8和漏極9是通過使用自對(duì)準(zhǔn)蝕刻技術(shù)沿著第二控制柵極7的兩邊形成的。
此時(shí)，通過由源極8和漏極9之間的電壓差進(jìn)行的熱離子(thermion)注入工藝，浮動(dòng)?xùn)艠O3可被編程。另一方面，通過由第一和第二控制柵極5和7與漏極9之間的電壓差實(shí)現(xiàn)的F-N隧道效應(yīng)，浮動(dòng)?xùn)艠O3可被擦除。
在電子是以多級(jí)方式注入浮動(dòng)?xùn)艠O3的快速EEPROM單元中，控制柵極5和7由下面的浮動(dòng)?xùn)艠O3和電介質(zhì)層4隔離，并且它們與浮動(dòng)?xùn)艠O3部分地重疊，由此調(diào)節(jié)它們的耦合。結(jié)果是，電子可直接地注入具有多級(jí)的單元的每一級(jí)中或者從每一級(jí)發(fā)射，而不是從低級(jí)向高級(jí)移動(dòng)。
參見圖2A到2C，其中的剖面圖顯示出根據(jù)本發(fā)明多級(jí)快速EEPROM單元的制造方法。
如圖2A所示，在硅襯底1上形成隧道氧化層2。在隧道氧化層2的頂部沉積第一多晶硅層3，并且隨后按浮動(dòng)?xùn)艠O的寬度蝕刻。在第一多晶硅層3上形成具有氧化物/氮化硅/氧化硅(ONO)結(jié)構(gòu)的第一電介質(zhì)層4。在第一電介質(zhì)層4的頂部沉積第二多晶硅層5，并且隨后蝕刻掉層5的一部分，從而形成了第一控制柵極。
在圖2B中，在第二多晶硅層5上形成第二電介質(zhì)層6。在第二電介質(zhì)層6的頂部沉積第三多晶硅層7，并且隨后利用自對(duì)準(zhǔn)蝕刻技術(shù)進(jìn)行蝕刻，以形成第二控制柵極。
在圖2C中，源極8和漏極9是通過與疊置的柵極自對(duì)準(zhǔn)的源極/漏極離子注入(I/I)形成的。
本發(fā)明的快速EEPROM單元的編程和擦除操作原理如下所述。
在編程操作時(shí)，在使襯底接地之后，通過根據(jù)每個(gè)目標(biāo)(target)電壓Vt向第一和第二控制柵極5和7提供不同的電壓和向漏極輸入5V電壓，利用通道熱離子注入工藝對(duì)單元進(jìn)行編程。
另一方面，在擦除操作時(shí)，通過使襯底浮置、向第一和第二控制柵極5和7提供大約-12V的電壓和向所需浮動(dòng)?xùn)艠O的位線輸入5V的電壓，利用F-N隧道效應(yīng)對(duì)單元進(jìn)行擦除。
此外，EEPROM單元的讀出操作如下所述。
通過順序地將與各目標(biāo)電壓Vt相應(yīng)的電壓同時(shí)供給第一和第二控制柵極，檢測(cè)單元中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。例如，如果閾值電壓Vt具有分別是1、3、5和7V的第一、第二、第三、第四電壓電平，那么就可通過順序地向單元供給2、4和6V的電壓來檢測(cè)數(shù)據(jù)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過使用與下面的浮動(dòng)?xùn)艠O部分重疊的第一和第二控制柵極，改善了多級(jí)單元的編程特性，并且集成度也提高了一倍。另外，注入電子所需的編程時(shí)間可以減少，從而提高了編程效率。
盡管已參照特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能理解，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以作出多種變化和修改。
權(quán)利要求
1．一種多級(jí)快速EEPROM單元，包括一個(gè)浮動(dòng)?xùn)艠O，它通過下面的隧道氧化層與一個(gè)硅襯底電隔離；第一電介質(zhì)層，它形成于浮動(dòng)?xùn)艠O的頂部；第一控制柵極，它形成在浮動(dòng)?xùn)艠O上，并且通過第一電介質(zhì)層與浮動(dòng)?xùn)艠O電隔離；第二電介質(zhì)層，它形成在第一控制柵極的側(cè)壁和頂部上；第二控制柵極，它形成在第一控制柵極的側(cè)壁和頂部上，并且通過第二電介質(zhì)層與第一控制柵極電隔離；和一個(gè)源極和一個(gè)漏極，它們形成在襯底中，并且與第二控制柵極兩邊自對(duì)準(zhǔn)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)快速EEPROM單元，其中，第一和第二控制柵極的部分與浮動(dòng)?xùn)艠O重疊。
3．一種多級(jí)快速EEPROM單元，包括一個(gè)浮動(dòng)?xùn)艠O，它通過下面的隧道氧化層與一個(gè)硅襯底電隔離；第一和第二控制柵極，它們形成為在水平方向上相互鄰近地布局并且通過沉積在其間的一個(gè)電介質(zhì)層與浮動(dòng)?xùn)艠O電隔離；和一個(gè)源極和一個(gè)漏極，它們形成在襯底中并且與第二控制柵極的兩邊自對(duì)準(zhǔn)，其中，浮動(dòng)?xùn)艠O可以通過由源極和漏極之間的電壓差實(shí)現(xiàn)的熱離子注入工藝編程，并且可以通過由第一和第二控制柵極與漏極之間的電壓差實(shí)現(xiàn)的F-N隧道效應(yīng)擦除。
4．一種多級(jí)快速EEPROM單元，其中，電子是以多級(jí)方式注入浮動(dòng)?xùn)艠O的，控制柵極由下面的浮動(dòng)?xùn)艠O和一個(gè)電介質(zhì)層隔離，并且與浮動(dòng)?xùn)艠O部分地重疊，從而調(diào)節(jié)它們的耦合，這樣，電子可以直接地注入單元的每一級(jí)中或者從每一級(jí)發(fā)射，而不是從單元的低級(jí)向高級(jí)移動(dòng)。
5．一種制造多級(jí)快速EEPROM單元的方法，包括以下步驟在一個(gè)硅襯底上形成一個(gè)隧道氧化層后，對(duì)第一多晶硅層進(jìn)行構(gòu)圖；在第一多晶硅層的頂部形成第一電介質(zhì)層；通過在第一電介質(zhì)層的頂部沉積第二多晶硅層，制備第一控制柵極的一部分；在第一控制柵極的側(cè)壁上沉積第二電介質(zhì)層；通過在第二電介質(zhì)層的頂部沉積第三多晶硅層，形成第二控制柵極；和通過采用自對(duì)準(zhǔn)蝕刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的源極/漏極離子注入工藝，形成一個(gè)源極和一個(gè)漏極。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，第一控制柵極的一個(gè)側(cè)壁與第二控制柵極的一個(gè)側(cè)壁是部分重疊的。
全文摘要
一種多級(jí)EEPROM單元及其制造方法。EEPROM單元包括:一個(gè)浮動(dòng)?xùn)艠O,通過下面的隧道氧化層與硅襯底電隔離;第一電介質(zhì)層,形成于浮動(dòng)?xùn)艠O的頂部;第一控制柵極,形成在浮動(dòng)?xùn)艠O上,并且通過第一電介質(zhì)層與浮動(dòng)?xùn)艠O電隔離;第二電介質(zhì)層,形成在第一控制柵極的側(cè)壁和頂部上;第二控制柵極,形成在第一控制柵極的側(cè)壁和頂部上,并且通過第二電介質(zhì)層與第一控制柵極電隔離;以及源極和漏極,它們形成在襯底中,并且與第二控制柵極兩邊自對(duì)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)H01L29/792GK1301043SQ00126800
公開日2001年6月27日 申請(qǐng)日期2000年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者蔣尚煥, 金基錫, 李根雨, 樸成基 申請(qǐng)人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社