專利名稱：用于閃存工藝的控制柵剖面的制作方法
用于閃存工藝的控制柵剖面閃存器件是一種特殊類型的存儲(chǔ)器，可以對(duì)其進(jìn)行擦除和再編程 并且用于在單個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件中存儲(chǔ)編碼和/或數(shù)據(jù)。閃存芯片在多種應(yīng)用中得到使用，這些應(yīng)用包括在PC中存儲(chǔ)基本輸入/輸出系統(tǒng) (BIOS)、在調(diào)制解調(diào)器中更新新的協(xié)議、在蜂窩式電話中設(shè)置對(duì)于用戶友好的特征以及提供保護(hù)以防止錯(cuò)誤的編碼。這些應(yīng)用需要具有高水平的耐久性、可靠性以及數(shù)據(jù)保存并且在可預(yù)測的時(shí)間長度內(nèi)進(jìn)行操作而不會(huì)出現(xiàn)故障的閃存器件。對(duì)于閃存器件的一個(gè)可靠性考慮是早期周期性失效(Infant Cycling Failure (ICF ))。由電荷存儲(chǔ)材料或選擇柵氧化物中的缺陷引起的任何電荷的增益或損失會(huì)危害數(shù)據(jù)的完整性。在包括沉積、清洗、蝕刻及抗蝕劑除去的大量制造步驟中會(huì)引入不期望的缺陷。需要新的工藝以減小存儲(chǔ)器件中的缺陷密度。


在本文的結(jié)尾部分將特別指出并明確要求本發(fā)明的主題。然而， 在對(duì)照附圖進(jìn)行研究時(shí)通過參考以下詳細(xì)的說明可以最好地理解關(guān) 于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方法、及其目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的包括具有斜面控制柵的非易失性存儲(chǔ) 器的無線器件的方框圖；圖2是示出斜面控制柵的非易失性存儲(chǔ)器單元的側(cè)剖面圖；以及圖3是進(jìn)一步示出在存在不期望的缺陷的情況下斜面控制柵的 好處的非易失性存儲(chǔ)器單元的側(cè)剖面圖。應(yīng)該意識(shí)到為了簡化和清楚的說明，附圖所示的元件沒有必要按 比例繪制。例如，為了清楚起見，可以將某些元件的尺寸相對(duì)于其它元件放大。此外，如果認(rèn)為適合，在附圖中重復(fù)參考標(biāo)記以表示相應(yīng) 或相似的元件。
具體實(shí)施方式
在下面的詳細(xì)說明中，闡述大量的具體細(xì)節(jié)以便對(duì)本發(fā)明有全面 的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)也 可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它情況下，沒有詳細(xì)說明公知的方法、工藝、 部件以及電路以便不使本發(fā)明難以理解。在下面的說明和權(quán)利要求中，術(shù)語"耦合"和"連接"連同它們 的派生詞可以一起被使用。應(yīng)該理解的是這些術(shù)語彼此之間并不作為 同義詞。更確切地，在具體的實(shí)施例中，使用"連接"表示兩個(gè)或多 個(gè)元件彼此直接物理的或電接觸，而"耦合"可以進(jìn)一步意味著兩個(gè) 或多個(gè)元件彼此不直接接觸，但是仍然要彼此協(xié)作或互相作用。圖1示出可以例如結(jié)合到裝置件10中的本發(fā)明的特征。在所示 的實(shí)施例中，裝置IO是無線通信裝置，但應(yīng)該指出本發(fā)明不限于無 線應(yīng)用。在本實(shí)施例中，收發(fā)器12從一個(gè)或多個(gè)天線接收和發(fā)射調(diào) 制信號(hào)。模擬前端收發(fā)器是獨(dú)立的射頻(RF)集成模擬電路，或選 擇地，將其與處理器20嵌入為混合模式集成電路?？梢詫?duì)所接收的 調(diào)制信號(hào)進(jìn)行降頻變換、濾波，然后將其變換為基帶、數(shù)字信號(hào)。處理器20可以包括基帶和應(yīng)用程序處理功能，其利用一個(gè)或多 個(gè)處理器內(nèi)核。通常，方框14和16處理取指令、產(chǎn)生解碼、發(fā)現(xiàn)操 作數(shù)、以及執(zhí)行適當(dāng)?shù)膭?dòng)作、然后存儲(chǔ)結(jié)果的功能。使用多個(gè)內(nèi)核可 以允許一個(gè)內(nèi)核專用于處理應(yīng)用程序的特定功能，例如，圖形、調(diào)制 解調(diào)器功能等?；蛘撸鄠€(gè)內(nèi)核可以允許跨內(nèi)核分擔(dān)處理工作量。主控制器18控制與系統(tǒng)存儲(chǔ)器24交換數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器接口 22。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器24包括諸如磁盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ) 器(ROM)和非易失性存儲(chǔ)器26的的存儲(chǔ)器組合，盡管包括在系統(tǒng) 存儲(chǔ)器24中的存儲(chǔ)器的類型或種類不限制本發(fā)明。非易失性存儲(chǔ)器26可以是電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、閃存或任何其它 具有控制柵和浮柵的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)并且 甚至利用裝置10以功率節(jié)約模式保存該信息。根據(jù)本發(fā)明，非易失 性存儲(chǔ)器26包括斜面控制柵。如先前提到的那樣，可以將處理器20和非易失性存儲(chǔ)器26結(jié)合 到無線裝置10中，但是處理器和存儲(chǔ)器可以共同包括在除無線電之 外的應(yīng)用中。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可以用于各種應(yīng)用，將所要求的 主題結(jié)合到臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型電腦、移動(dòng)電話、MP3播放器、照 相機(jī)、通信裝置以及個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、醫(yī)療或生物技術(shù)設(shè)備、 汽車安全和防護(hù)設(shè)備、以及汽車信息娛樂產(chǎn)品。然而，應(yīng)該理解的是 本發(fā)明的范圍不限于這些實(shí)例。圖2示出可以多次實(shí)例化并且排列成非易失性存儲(chǔ)器26的非易 失性存儲(chǔ)單元200的一個(gè)實(shí)施例。 一旦排列好，可以將大容量存儲(chǔ)器 分成可以利用片上算法(on-chip algorithms)進(jìn)行編程和擦除的較小 模塊。此外，本實(shí)施例提供順從于每一存儲(chǔ)器單元包括多位的多電平 單元(MLC)的結(jié)構(gòu)。值得注意的是，本發(fā)明的各實(shí)施例對(duì)于陣列結(jié) 構(gòu)、用于編程和擦除存儲(chǔ)單元的算法類型不受限制，或者不受存儲(chǔ)在 單個(gè)存儲(chǔ)單元中的位數(shù)的限制。存儲(chǔ)單元200采用閃存工藝，其基于CMOS工藝可以具有幾個(gè) 阱(為了簡化沒有示出)、雙層多晶硅和多個(gè)金屬層(為了簡化僅示 出一個(gè)金屬層)。使存儲(chǔ)單元200的結(jié)構(gòu)適合于具有低電壓和高性能 要求的嵌入邏輯能力。在該工藝中形成的單個(gè)晶體管可以為具有用于 每一列的分離的漏極和源極線的NOR型單元，或選擇地，為NAND型單元。在襯底210上生長溝道氧化物216作為薄的低缺陷氧化物，該氧 化物將浮柵218與其硅界面分離。浮柵218可以具有大約800埃(A) 的厚度。通過多晶硅之間(interpoly)的電介質(zhì)220在浮柵218上但 與其隔離地形成厚度大約為2000 A的控制柵222，在本實(shí)施例中所 述多晶硅之間的電介質(zhì)220是由二氧化硅-氮化硅-二氧化硅(ONO) 構(gòu)成的疊層膜。值得注意的是，在不背離本發(fā)明的情況下，可以在存 儲(chǔ)單元200中使用除ONO以外的多晶硅之間的電介質(zhì)。一個(gè)可靠性的問題是閃存單元的接觸至柵極的間距，這是本發(fā)明 所要解決的問題。根據(jù)本發(fā)明，控制柵222形成有斜剖面，其增大接 觸至柵極的間距。在該圖中，示出存儲(chǔ)單元200的截面圖，其中示出 在表面221處的寬度wa大于表面223處的寬度wb。在本實(shí)施例中， 寬度Wa在210到220納米(nm)的范圍內(nèi)，而寬度Wb在190到200nm 的范圍內(nèi)，盡管在不背離本發(fā)明的情況下Wa和Wb的上限僮和下限 值可以在其它實(shí)施例中不同。斜剖面提供從控制柵222的底部到頂部 的20納米的平均寬度變化量，艮卩，wa-wb大約為20nm?？刂茤?22的斜面可以根據(jù)用于限定/蝕刻控制柵的干法蝕刻工 藝確定。蝕刻工藝可以是干法蝕刻，即，通過等離子體的蝕刻，其可 以通過控制在蝕刻工藝中使用的氣體量來改變。在蝕刻工藝中使用的 等離子體類型可以有助于確定控制柵222中多晶硅(poly)的斜面。一旦形成用于控制柵222的斜剖面，對(duì)多晶硅柵進(jìn)行硅化，以便通過提供低于傳統(tǒng)多晶硅柵的表面電阻來減少字線電阻。如果期望在 存儲(chǔ)單元200中有硅化物，則該硅化物可以是選自IVA族、VA族和 vm族金屬中的金屬。在附圖所示的實(shí)施例中，通過在整個(gè)結(jié)構(gòu)上沉 積覆蓋金屬層，隨后進(jìn)行硅化物退火來使鈷自對(duì)準(zhǔn)多晶硅化物(cobalt salicide (CoSi2)) 224自對(duì)準(zhǔn)于控制柵222。原則上，僅在金屬與硅 接觸之處形成硅化物。在襯底210中形成用于晶體管的源極區(qū)212和漏極區(qū)214，其中 擴(kuò)散區(qū)在浮柵218和控制柵222的任意一側(cè)與隔離物226對(duì)準(zhǔn)。該自 對(duì)準(zhǔn)方案允許亞光刻多晶硅間隔(sub-lithographic poly space)。源極 區(qū)212可以為漸次變化的源極擴(kuò)散以改善在存儲(chǔ)器擦除期間的源極/ 氧化物結(jié)的擊穿，盡管這不是對(duì)本發(fā)明的限制。由于接觸在漏極中的 存在，而使漏極間隔可以大于源極間隔。
在存儲(chǔ)單元200中，電介質(zhì)層228將金屬層232與晶體管的柵極 結(jié)構(gòu)隔離。金屬層232將位線數(shù)據(jù)傳送到讀出放大器(未示出)并且 還將電壓電位傳送到源極區(qū)212。漏極接觸230允許金屬層232電接 觸漏極區(qū)214。可以將氮化物蝕刻停止層(未示出)沉積在層間電介 質(zhì)氧化物的下面以防止接觸蝕刻穿通隔離層并引起至襯底210的短 路。在操作中，存儲(chǔ)單元200中的單個(gè)晶體管可以使用福勒-諾德海 姆隧穿用于編程和擦除操作。在另一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)晶體管單元可 以使用溝道熱電子(CHE)注入以控制電荷排列(chargeplacement)。 無論是福勒-諾德海姆遂穿還是溝道熱電子注入，圖2所示的非易失 性存儲(chǔ)器26的結(jié)構(gòu)提供精確的電荷排列和存儲(chǔ)。浮置多晶硅柵218 提供電荷存儲(chǔ)機(jī)制以設(shè)定具體的閾值電壓或Vt電平。通過設(shè)定源極 區(qū)和控制柵上的電壓電位，來控制閃速單元的操作和源極至漏極晶體 管的導(dǎo)電性。對(duì)于其中非易失性存儲(chǔ)器26包括MLC的實(shí)施例，存儲(chǔ)單元200 中的多個(gè)Vt電平提供適合于每一閃存單元存儲(chǔ)多位的技術(shù)。存儲(chǔ)在 多晶硅浮柵上的電荷數(shù)量將晶體管分類為幾種不同等級(jí)中的一種，每 一個(gè)等級(jí)表示閾值電壓的范圍。因此，存儲(chǔ)在浮柵上的電荷確定被編 程的精確的Vt電平，并相應(yīng)地確定所存儲(chǔ)的邏輯值。通過結(jié)合浮柵 218上的基本垂直的剖面與控制柵222上的斜剖面，存儲(chǔ)單元200的 臨界參數(shù)基本上保持不變。因此，諸如溝道長度、有源面積、柵極與 源極耦合、漏極耦合、源極耦合等的參數(shù)基本上保持不受控制柵222 上的斜剖面的影響。圖3是進(jìn)一步示出在存在不期望的缺陷300的情況下斜面控制柵 的好處的非易失性存儲(chǔ)單元200的側(cè)剖面圖。在閃存技術(shù)中，閃存晶 體管的控制柵和浮柵與漏極接觸和金屬線的隔離是一個(gè)基本的參數(shù)。 在兩個(gè)柵極結(jié)構(gòu)和后端組件即漏極接觸和金屬線之間的任何短路會(huì) 損害存儲(chǔ)器件的成品率和可靠性。
附圖示出漏極接觸與控制柵222之間的距離WD，該距離隨著布 圖的收縮逐漸變小。包括具有垂直剖面的控制柵的現(xiàn)有技術(shù)的閃存單 元隨著距離WD的減小達(dá)到極限。然而，本實(shí)施例示出包括斜剖面的 控制柵222以及增大的接觸至柵極的距離，其中Wc〉Wd。在附圖所 示的實(shí)施例中，從控制柵的頂部邊緣到接觸的距離Wc比從控制柵底 部邊緣到接觸的距離Wd大大約10nm。值得注意的是，本發(fā)明在距 離測量上不限于僅大約10nm的差值，并且可以預(yù)見大于或小于10nm 的差值。同樣，提供具有斜剖面的控制柵的本發(fā)明的特征提供有關(guān)布 圖收縮的優(yōu)點(diǎn)。存儲(chǔ)單元200的可靠性失效可能是基于缺陷和/或電應(yīng)力。斜面 控制柵222在器件可靠性方面具有優(yōu)點(diǎn)。增大的接觸至柵極的距離 Wc降低了由缺陷300引起的接觸至柵極短路的機(jī)率。另外，增大的 接觸至柵的距離Wc增大了漏極接觸230和控制柵222之間的總電介 質(zhì)厚度，這減小了電應(yīng)力的影響?？刂茤?22的斜柵剖面增大控制柵 222與漏極接觸230之間的距離而不改變整個(gè)多晶硅的尺寸。此刻顯而易見的是，本發(fā)明通過將控制柵的剖面從垂直剖面改為 斜剖面來增強(qiáng)非易失性存儲(chǔ)單元。盡管浮柵由于電荷保持問題而具有 垂直剖面，但是控制柵剖面可以傾斜以改善工藝的穩(wěn)定性。用于控制 柵的傾斜的多晶硅剖面可應(yīng)用于閃存技術(shù)。雖然已經(jīng)在本文中示出并說明了本發(fā)明的某些特征，但是本領(lǐng)域 技術(shù)人員將會(huì)想到許多修改、替換、改變、以及等同物。因此，應(yīng)該 理解的是所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的真正精神內(nèi)的所有這 種4彥改和改變。
權(quán)利要求
1、一種非易失性存儲(chǔ)器件，包括襯底；所述襯底上的第一絕緣層；形成在所述第一絕緣層上以提供用于所述非易失性存儲(chǔ)器件的浮柵的第一半導(dǎo)體層；所述第一半導(dǎo)體層上的第二絕緣層；以及形成在所述第二絕緣層上以提供用于所述非易失性存儲(chǔ)器件的控制柵的第二半導(dǎo)體層，其中形成具有斜剖面的所述控制柵，該斜剖面在所述控制柵頂部的寬度基本上小于在底部的寬度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中在所述控制 柵頂部的寬度在190到200nrn的范圍內(nèi)，而在底部的寬度在210到 220納米(nm)的范圍內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中斜剖面提供 從控制柵頂部到底部的大約20納米(nm)的平均寬度差值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括 所述襯底中的漏極區(qū)；以及至與所述控制柵分隔開的所述漏極區(qū)的接觸，其中從所述控制柵 的頂部邊緣至所述接觸的距離大于所述控制柵的底部邊緣至所述接 觸的距離。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中從所述控制 柵的頂部邊緣至所述接觸的距離比從所述控制柵的底部邊緣至所述 接觸的距離大大約10nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中所述第二絕 緣層是由二氧化硅-氮化硅-二氧化硅(ONO)構(gòu)成的疊層膜。
7、 一種制造閃存器件的方法，包括 在襯底上生長第一絕緣層； 在所述第一絕緣層上形成第一多晶硅層； 在所述第一多晶硅層上設(shè)置第二絕緣層；以及 在所述第二絕緣層上形成第二多晶硅層，其中所述第一多晶硅層是浮柵，其具有基本上平行于襯底表面的頂部部分和底部部分和基本 上垂直于襯底表面的側(cè)面，以及其中所述第二多晶硅層是控制柵，其 具有基本上平行于所述襯底表面的頂部部分和底部部分和不垂直于 所述襯底表面的側(cè)面。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述控制柵具有斜剖面， 并且所述頂部部分的寬度比所述底部部分的寬度小大約20納米(nm)o
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括使用干法蝕刻工藝以限定所述控制柵的所述斜剖面。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括通過等離子體蝕刻所述控制柵，其中通過控制在所述蝕刻工藝中 所使用的氣體量來改變所述斜剖面。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述蝕刻工藝中所使用 的等離子體類型可以決定所述控制柵的所述斜剖面。
12、 一種存儲(chǔ)通過無線裝置接收的信號(hào)中的信息的方法，包括在所述無線裝置中，通過收發(fā)器接收所述信號(hào)；通過第一 內(nèi)核或第二內(nèi)核中的一個(gè)處理所述信號(hào)中的所述信息；以及將信息存儲(chǔ)在形成有浮柵和控制柵的閃存中，其中所述浮柵垂直 于襯底表面的邊緣具有垂直剖面而所述控制柵的邊緣具有斜剖面。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述浮柵具有垂直剖面而所述控制柵具有斜剖面。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述控制柵的所述邊緣 通過利用干蝕刻工藝以限定所述控制柵而具有斜剖面。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 通過等離子體蝕刻所述控制柵以控制所述斜剖面，其中通過控制在所述蝕刻工藝中所使用的氣體量來改變所述斜剖面。
16、一種閃存，包括 襯底；所述襯底上的第一絕緣層； 所述第一絕緣層上的第一多晶硅層； 所述第一多晶硅層上的第二絕緣層； 所述第二絕緣層上的第二多晶硅層；以及形成在所述襯底中并在所述第一和第二多晶硅層的一側(cè)上具有 接觸區(qū)的漏極區(qū)，其中從所述第二多晶硅層的頂表面邊緣至所述接觸 區(qū)的距離大于從底表面邊緣至所述接觸區(qū)的距離。17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的閃存，其中所述第二多晶硅層是具 有斜剖面的控制柵，其中與所述底表面邊緣相比所述頂表面邊緣離所 述接觸區(qū)要遠(yuǎn)至少5納米(nm)。18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的閃存，其中所述第一多晶硅層是具 有垂直剖面的浮柵，其中所述頂表面邊緣和所述底表面邊緣與所述接 觸區(qū)的距離基本上相同。全文摘要
一種非易失性存儲(chǔ)器件具有浮柵和控制柵。浮柵包括基本上垂直的剖面并提供電荷存儲(chǔ)機(jī)制以設(shè)定具體的閾值電壓?？刂茤虐ㄐ逼拭嬉蕴岣呖煽啃?。
文檔編號(hào)H01L29/788GK101128923SQ200680005622
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2006年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者D·阿爾奇迪亞科諾, S·弗蘭恰里尼 申請(qǐng)人:英特爾公司