專利名稱：快閃存儲器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快閃存儲器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，即使在電源關(guān)斷時，非易失性存儲器(例如快閃存儲器)也不會丟失存儲在 其中的數(shù)據(jù)。因此，快閃存儲器被廣泛應(yīng)用于個人電腦(PC)的Bios、機頂盒、打印機及網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)器等以存儲數(shù)據(jù)。近來，快閃存儲器還普遍用于數(shù)字相機和便攜電話。
快閃存儲器是以塊單位而不是以字節(jié)單位執(zhí)行擦除和編程操作的EEPR0M。典型 的快閃存儲器包括具有多個存儲單元的存儲陣列。每個存儲單元包括能夠保持電荷的浮置 柵極場效應(yīng)晶體管(FET)。單元中的數(shù)據(jù)取決于浮置柵極中的電荷。所述單元被劃分為多 個區(qū)段，這些區(qū)段被稱為"擦除塊"。典型地以"NOR"架構(gòu)(每個單元直接連接到位線)或 "NAND"架構(gòu)(單元準(zhǔn)備成單元的"串"，使得每個單元間接連接到位線，并且串中的其它單 元必須被激活以用于接入)的形式設(shè)置快閃存儲陣列的存儲單元。通過對浮置柵極充電， 擦除塊中的每個單元可以隨機地進(jìn)行電編程。通過塊擦除操作，可以從浮置柵極中擦除電 荷，并且可以一次性地擦除擦除塊中的所有浮置柵極存儲單元。 近來，NR0M(氮化物只讀存儲器)被廣泛用作快閃存儲器。NR0M具有快閃存儲器的 某些特性，而不需要用于快閃存儲器的復(fù)雜制造工藝。通過標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，可以實現(xiàn)NROM 集成電路。由于存儲器的內(nèi)部器件特性，一些NROM存儲單元可以存儲多個數(shù)據(jù)位(例如， 每個單元中2位)。 圖1是平面型NR0M快閃存儲器件的剖視圖。 參考圖1， NR0M器件包括半導(dǎo)體襯底IO，其上形成有源極區(qū)11和漏極區(qū)13。 0N0 圖案16包括形成于源極區(qū)11和漏極區(qū)13之間的氧化物層16c、氮化物層16b和氧化物 層16a，控制柵極15形成于0N0圖案16上。0N0圖案16的氮化物層16b用作為捕獲層 (tr即ping layer) 19，用于捕獲來自溝道的電荷。 NROM存儲單元的結(jié)構(gòu)與MOSFET晶體管的結(jié)構(gòu)相似，柵極15通過0N0圖案16與溝 道、源極和漏極隔離。被隔離的捕獲層埋入0N0圖案16中。當(dāng)NROM存儲單元/晶體管被 選中或激活時，有電流流動。捕獲層中捕獲的電荷依據(jù)NROM晶體管的操作方向(溝道中的 電流流動)對電流量施加影響，由此能夠有效地增加或減小NROM晶體管的操作方向中電流 的閾值。 根據(jù)常規(guī)NROM器件的操作，當(dāng)NROM器件通過HCI (熱載流子注入)方式編程以及 通過BTBT(帶-帶通道)熱空穴方式擦除時，由于電子和空穴的不同的分布，電子和空穴堆 疊在不同的區(qū)域。 由于上述不同的分布，捕獲的電荷可以被側(cè)向擴(kuò)散，使得可能降低保持閾值電壓 (Vt)特性。隨著周期的重復(fù)，編程Vt逐漸增加并且擦除Vt逐漸降低，使得Vt窗口逐漸變窄。 也就是說，在典型的NROM快閃存儲器件中，在捕獲層中捕獲到電荷之后，電荷的
4位置不發(fā)生改變，所以即使電子和空穴的捕獲位置發(fā)生輕微改變，也會改變器件特性并且 會使可靠性降低。
發(fā)明內(nèi)容
實施例提供一種通過自對準(zhǔn)方式制造的雙位型NR0M快閃存儲器及其制造方法。
實施例提供一種NROM快閃存儲器件及其制造方法，其中多晶硅用作捕獲層，使得 可以以更高的速度執(zhí)行編程和擦除操作，能夠加寬閾值電壓(Vt)窗口，并且提高保持特 性。 根據(jù)實施例的快閃存儲器件包括多個位線，埋入襯底中并且沿一個方向以規(guī)則間 距彼此間隔開；浮置柵極，在襯底上每個位線的兩側(cè)對準(zhǔn)；以及多個字線，與多個位線交叉 并以規(guī)則間距彼此間隔開。 根據(jù)實施例的快閃存儲器件的制造方法包括在襯底上形成自對準(zhǔn)浮置柵極，通 過在浮置柵極之間注入雜質(zhì)形成位線，以及形成與位線交叉的字線。 根據(jù)實施例的快閃存儲器件的制造方法包括步驟在硅襯底上形成氮化物層 圖案；通過使氧化其上具有氮化物層圖案的硅襯底氧化從而形成通道氧化物層(tunnel oxide layer);在氮化物層圖案的側(cè)壁處形成浮置柵極，浮置柵極形成在通道氧化物層上； 從浮置柵極之間移除氮化物層圖案；通過向已經(jīng)移除氮化物層圖案的硅襯底上注入雜質(zhì)而 形成位線；在具有浮置柵極和位線的硅襯底的整個表面之上形成0N0層；以及在ONO層上 形成多個字線，使得字線與位線交叉并且以規(guī)則間距彼此間隔開。
圖1是顯示平面型NROM快閃存儲器件的剖面圖； 圖2_圖11是顯示根據(jù)實施例的快閃存儲器件的制造過程的剖面圖；
圖12是圖11中的局部放大圖； 圖13是根據(jù)實施例的快閃存儲器件的一部分的平面圖；以及
圖14是沿著圖13中的I-I'線截取的剖視圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)實施例的快閃存儲器件及其制造方法。
在實施例的描述中，應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)一層位于另一側(cè)"之上、上"或"之下、下"時，其 可以直接地或間接地位于其它層之上或之下。 本發(fā)明的實施例涉及在快閃存儲器件中使用多位的NROM器件。
圖2-圖11是根據(jù)實施例的快閃存儲器件的制造過程的剖面圖。
參考圖2，在硅襯底100上形成氮化物層110a。
當(dāng)隨后形成浮置柵極時，氮化物層110a可以作為柵欄(fence)。
可以通過CVD (化學(xué)汽相淀積)方式形成氮化物層110a。
然后，在氮化物層110a上形成第一光致抗蝕劑圖案191。 如圖3所示，通過使用第一光致抗蝕劑圖案191作為掩模，蝕刻氮化物層110a，由 此形成氮化物層圖案IIO。
根據(jù)氮化物層圖案110的高度確定稍后形成的浮置柵極的高度。因此，可以相應(yīng) 地選擇氮化物層110a的厚度。 在形成氮化物層圖案110之后，在硅襯底100上形成通道氧化物層120。 可以通過濕氧化方式和干氧化方式中的一種形成通道氧化物層120。 由于氧化不發(fā)生在形成氮化物層圖案110的區(qū)域中，所以通道氧化物層120不形
成在該區(qū)域。因此，在硅襯底100的除形成氮化物層圖案110的區(qū)域之外的整個區(qū)域形成
通道氧化物層120。 參考圖4，在具有氮化物層圖案110和通道氧化物層120的整個硅襯底100之上形 成第一多晶硅層130a。 為確保通道氧化物層120的質(zhì)量，在形成通道氧化物層120之后存在時間延遲。
之后，如圖5所示，通過回蝕第一多晶硅層130a，以間隔件的形式在氮化物層圖案 110的側(cè)壁處形成浮置柵極130。 通過執(zhí)行各向異性回蝕工藝，不經(jīng)過光工藝(photo process)，在氮化物層圖案 110的側(cè)壁處以自對準(zhǔn)的方式統(tǒng)一地形成浮置柵極130。 因此，通過自對準(zhǔn)方式形成的浮置柵極130具有統(tǒng)一的長度，使得當(dāng)執(zhí)行使用多 個位的逆向(reverse)讀取時，能夠確保統(tǒng)一的讀取特性。 通過自對準(zhǔn)方式制造根據(jù)實施例的存儲器件，以簡化制造工藝并且確保統(tǒng)一的器 件特性，由此提高存儲器件的可靠性。 根據(jù)實施例的存儲器件使用多晶硅以形成捕獲層，使得能夠以高速執(zhí)行編程和擦 除操作，能夠加寬Vt窗口，提高保持特性。 此外，根據(jù)實施例的存儲器件，多晶硅用于形成捕獲層，使得注入的電子或空穴能 夠統(tǒng)一地分布。因此，捕獲點的位置不重要，不會發(fā)生由側(cè)向擴(kuò)散引起的保持，由此提高器 件特性。 參考圖6，在具有浮置柵極130的硅襯底100的整個區(qū)域之上形成保護(hù)層140a。
保護(hù)層140a可以包括TEOS。 保護(hù)層140a可以作為掩模層，以形成B/N線(埋入的N+線)。 可以通過自對準(zhǔn)方式注入離子而在實際形成氮化物層圖案的區(qū)域上形成B/N線。
此外，根據(jù)實施例，可以使用保護(hù)層以輔助掩模功能形成B/N線。 如圖7所示，在保護(hù)層140a上形成第二光致抗蝕劑圖案192，并且使用第二光致抗 蝕劑圖案192作為掩模，選擇性地蝕刻保護(hù)層140a，由此形成保護(hù)層圖案140。
保護(hù)層圖案140暴露氮化物層圖案110。 保護(hù)層圖案140可以暴露氮化物層圖案110緊臨浮置柵極130的頂表面的一部 分。 由于在浮置柵極的多晶硅和保護(hù)層的TEOS之間具有蝕刻選擇性，保護(hù)層被選擇
性地蝕刻并且浮置柵極和氮化物層圖案的表面不被蝕刻就可以被暴露。 然后，移除第二光致抗蝕劑圖案192。 參考圖8，使用保護(hù)層圖案140作為蝕刻掩模，移除被暴露的氮化物層圖案110。 通過執(zhí)行使用H3P04作為蝕刻溶液的濕蝕刻工藝，移除氮化物層圖案110。 選擇蝕刻溶液，以不影響浮置柵極的多晶硅和保護(hù)層的TEOS。因此，可以選擇性地
6移除氮化物層圖案110，以暴露氮化物層圖案110之下的硅襯底100。 然后，如圖9所示，使用保護(hù)層圖案140作為離子注入掩模，高濃度n型雜質(zhì)被注 入到硅襯底100至預(yù)定深度，由此形成B/N線。例如，可以注入lX1015cm—2或更高劑量的砷 (As)離子。 然后，如圖IO所示，移除保護(hù)層140，并且在硅襯底100的整個區(qū)域之上形成ONO 層160。 因此，可以在浮置柵極130、通道氧化物層120和B/N線150之上形成0N0層160。
ONO層160具有氧化物層、氮化物層和氧化物層依次堆疊的結(jié)構(gòu)。氧化物層、第一 氮化物層及第二氧化物層中的每個都可以具有50-100 A的厚度。 可以通過CVD沉積ONO層160的第一氧化物層，或通過熱氧化方式形成0N0層160 的第一氧化物層。如果通過熱氧化方式形成第一氧化物層，則可以實現(xiàn)B/N線的離子注入 區(qū)的擴(kuò)散和激活，其中B/N線是在之前的工藝中形成的。 B/N線被擴(kuò)散至B/N線與浮置柵極重疊的程度，以方便通過HCI方式的編程操作和 通過BTBT方式的擦除操作。在這點上，選擇性地執(zhí)行熱氧化方式和CVD方式，以確保在B/ N線和浮置柵極之間的最優(yōu)重疊，由此達(dá)到期望的側(cè)向擴(kuò)散。 例如，為了使側(cè)向擴(kuò)散最小化，優(yōu)選地使用CVD方式。相反，為了使側(cè)向擴(kuò)散最大 化，優(yōu)選地使用熱氧化方式。 此外，如果部分地通過熱氧化方式形成ONO層160，則相比于其它部分，B/N線上的 氧化可以相對較高的速度進(jìn)行，使得當(dāng)在后續(xù)工藝中形成控制柵極時，ONO層160可以作為 用于B/N線的蝕刻停止層。 如圖11所示，在形成0N0層160之后，在硅襯底100的整個區(qū)域之上形成第二多
晶硅層，并且圖案化第二多晶硅層以形成控制柵極170(另可參考圖13)。 控制柵極170與B/N線交叉并且包括以預(yù)定間距彼此分隔開的多個多晶硅圖案。 當(dāng)?shù)诙嗑Ч鑼颖贿x擇性地蝕刻時，與第二多晶硅層的下部對準(zhǔn)的ONO層可以同
時被移除。 圖12是圖11中的局部放大截面圖。 如圖12所示，當(dāng)通過選擇性蝕刻第二多晶硅層以形成控制柵極170時，由于B/N 線150之間的間距變窄，可以減小在浮置柵極130上沉積的第二多晶硅層的厚度a與在硅 襯底100上沉積的第二多晶硅層的厚度b之間的差值。換句話說，隨著相鄰B/N線150之 間的間距變窄，能夠提高相鄰B/N線150之間對準(zhǔn)的第二多晶硅層的間隙填充特性。
因此，當(dāng)對第二多晶硅層進(jìn)行蝕刻以形成控制柵極而在第二多晶硅層與ONO層 160之間使用減小的蝕刻選擇性的蝕刻劑時，在浮置柵極130上形成的第二多晶硅層和ONO 層160被同時蝕刻以暴露浮置柵極130。同時，由于以足夠的寬度對在硅襯底IOO上形成的 第二多晶硅層進(jìn)行間隙填充，因此不會破壞下襯底。 也就是說，當(dāng)被沉積時第二多晶硅層具有間隙填充特性，因此厚度a和厚度b之間 的差值相比于浮置柵極130的厚度可以是80%或更大。 根據(jù)實施例，隨著浮置柵極130之間的間隔變窄，能夠提高間隙填充特性，隨著器 件規(guī)模減小并且高度集成，能夠增加控制柵極的余量(margin)。 圖13是根據(jù)實施例的快閃存儲器件的一部分的平面圖，且圖14是沿著圖13中的I-I'線截取的剖視圖。 如圖13和圖14中所示，在以規(guī)則間距彼此分隔開時，B/N線150在一個方向中對 準(zhǔn)。 沿著B/N線的兩側(cè)形成自對準(zhǔn)浮置柵極130。 此外，控制柵極170與B/N線150交叉的同時，以規(guī)則間距對準(zhǔn)控制柵極170。
B/N線150可以作為位線并且控制柵極170可以作為字線。 作為根據(jù)實施例的2位存儲單元的示例操作，通過施加9V電壓選擇第二字線WL2
并通過施加9V電壓選擇第二 B/N線BL2。因此，對在第二字線WL2與第二 B/N線BL2之間
的交叉點位置的單元進(jìn)行操作。同時，在交叉點位置的每個單元具有兩個浮置柵極130，其
中兩個浮置柵極130在每條B/N線150的兩側(cè)對準(zhǔn)。在左單元和右單元中，依據(jù)相鄰的B/
N線確定受到編程操作的單元。例如，當(dāng)選擇BL2時可以使用BL1和BL3。 當(dāng)向第三B/N線BL3施加OV電壓時，臨近第三B/N線的BL2處的右單元受到編程操作。 換句話說，由于9V電壓分別施加到第二字線WL2和第二 B/N線BL2，0V電壓施加 到第三B/N線BL3，由于控制柵極170的偏壓，從第二 B/N線BL2產(chǎn)生的熱載流子被捕獲至 與第三B/N線相臨近的第二 B/N線的浮置柵極130中。 這樣，根據(jù)雙位型NROM快閃存儲器件，基于對位線兩側(cè)施加的電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)或 者不實現(xiàn)單元的編程操作。 根據(jù)實施例的NROM快閃存儲器件，注入的電子或空穴能夠統(tǒng)一地分布在浮置柵 極中，因此捕獲點就沒有現(xiàn)有技術(shù)中使用氮化物層作為捕獲層的NROM快閃存儲器件那樣 的重要，并且能夠以更高的速度執(zhí)行編程和擦除操作。此外，將不會發(fā)生由于側(cè)向擴(kuò)散而在 捕獲層中出現(xiàn)重新分布而引起的保持，并且即使重復(fù)幾個周期，Vt窗口也不會由于電子和 空穴的分布區(qū)域的差異而變窄。 根據(jù)實施例，通過自對準(zhǔn)方式形成雙位線，使得能夠有效地執(zhí)行使用漏極雪崩熱 載流子的編程操作和使用BTBT熱空穴方式的擦除操作，在編程操作中B/N線和浮置柵極之 間的距離十分重要。 根據(jù)自對準(zhǔn)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)高集中度的快閃單元，并且能夠增加工藝余量，因此能 以簡單方式容易地執(zhí)行制造工藝。 此外，由于使用了 B/N線，可以僅使用一種金屬操作快閃單元，并且控制柵極和B/ N線可以分別用作字線和位線。 更進(jìn)一步，當(dāng)形成B/N線時，通過采用熱工藝可以完成B/N線的離子擴(kuò)散和激活， 以形成ONO層，所以不執(zhí)行額外的熱工藝就能夠確保邏輯兼容特性。 此外，使用n型雜質(zhì)(例如，砷離子)執(zhí)行注入工藝以形成B/N線。因此，當(dāng)在后 續(xù)工藝中形成ONO層時，通過使用熱生長氧化物層可以形成ONO層的第一氧化物層，使得B/ N線上的氧化物層可以比其它部分的更厚。因此，當(dāng)蝕刻控制柵極時能夠保護(hù)B/N線，簡化 制造工藝。 更進(jìn)一步，器件可由B/N線彼此分隔，而不用通過淺溝槽隔離(STI)工藝在硅襯底 上形成隔離層，由此減小單元尺寸。 此外，根據(jù)實施例，能夠減少觸點的數(shù)量，使得能夠達(dá)到具有高速隨機接入功能的
8NOR型單元陣列結(jié)構(gòu)。 盡管參照多個示例實施例描述了實施例，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠想出 多種其它修改和實例而不超出本發(fā)明原理的精神和范圍。更進(jìn)一步，組成部分和/或主題 組合安排中的安排的各種變化和修改均在本說明書、附圖及隨附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。除 了組成部分和/或安排中的變化和修改之外，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說可替換的用途也 是顯而易見的。
權(quán)利要求
一種快閃存儲器件，包括多個位線，埋入襯底中并且沿一個方向以規(guī)則間距彼此間隔開；浮置柵極，在所述襯底上每個位線的兩側(cè)對準(zhǔn)；以及多個字線，與所述多個位線交叉，并以規(guī)則間距彼此間隔開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快閃存儲器件，進(jìn)一步包括 通道氧化物層，位于所述浮置柵極和所述襯底之間；以及 0N0層，位于所述浮置柵極和所述字線之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的快閃存儲器件，其中所述0N0層被進(jìn)一步設(shè)置在所述位線上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快閃存儲器件，其中所述浮置柵極與所述位線的一部分重
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快閃存儲器件，其中所述浮置柵極作為電荷捕獲層。
6. —種快閃存儲器件的制造方法，該方法包括以下步驟 在襯底上形成自對準(zhǔn)浮置柵極；在所述浮置柵極之間通過注入雜質(zhì)而形成多個位線；以及 形成與所述位線交叉的多個字線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中形成所述浮置柵極的步驟包括 在所述襯底上形成氮化物層圖案；通過氧化由所述氮化物層圖案暴露的襯底，形成氧化物層；在包括所述氧化物層和所述氮化物層圖案的所述襯底上形成第一多晶硅層；以及 各向異性地蝕刻所述第一多晶硅層的整個表面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中形成所述字線的步驟包括 在所述襯底的整個表面之上形成ONO層；在所述ONO層上形成第二多晶硅層；以及圖案化所述第二多晶硅層以形成與所述浮置柵極交叉的字線。
9. 一種快閃存儲器件的制造方法，該方法包括以下步驟 在硅襯底上形成氮化物層圖案；通過氧化具有所述氮化物層圖案的所述硅襯底來形成通道氧化物層； 在所述通道氧化物層上形成浮置柵極，所述浮置柵極形成于所述氮化物層圖案的側(cè)壁；從形成于所述氮化物層圖案的側(cè)壁的浮置柵極之間移除所述氮化物層圖案； 通過向已經(jīng)移除所述氮化物層圖案的硅襯底上注入雜質(zhì)而形成位線； 在具有所述浮置柵極和所述位線的所述硅襯底的整個表面之上形成ONO層；以及 在所述ONO層上形成多個字線，使得所述字線與所述位線交叉并且以規(guī)則間距彼此間 隔開。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中移除所述氮化物層圖案的步驟和形成所述位線 的步驟包括在具有所述浮置柵極的所述硅襯底上形成掩模圖案，所述掩模圖案暴露所述氮化物層 圖案；使用所述掩模圖案作為蝕刻掩模，移除所述氮化物層圖案；使用所述掩模圖案作為注入掩模，向已經(jīng)移除所述氮化物層圖案的所述硅襯底中注入 n型雜質(zhì)；以及移除所述掩模圖案。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙位型NROM快閃存儲器件及使用自對準(zhǔn)方式制造該器件的方法?？扉W存儲器件包括多個位線，埋入襯底中并且沿一個方向以規(guī)則間距彼此間隔開；浮置柵極，在襯底上每個位線的兩側(cè)對準(zhǔn)；以及多個字線，與多個位線交叉并以規(guī)則間距彼此間隔開。在根據(jù)實施例的快閃存儲器件中，多晶硅用于捕獲層，因此可以較高速度執(zhí)行編程和擦除操作，閾值電壓(Vt)窗口擴(kuò)大，并且提高保持特性。
文檔編號H01L21/8247GK101794786SQ200910266070
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者樸圣根 申請人:東部高科股份有限公司