本發(fā)明專利申請是申請日為2011年10月18日、申請?zhí)枮?01180050988.7、發(fā)明名稱為“存儲器電荷存儲結(jié)構(gòu)中的吸氣劑”的發(fā)明專利申請案的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體存儲器，且特定來說，在一個或一個以上實施例中，本發(fā)明涉及用于非易失性存儲器裝置的存儲器單元，所述存儲器單元具有在其中并入吸氣劑的電荷存儲結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

通常提供存儲器裝置作為計算機(jī)或其它電子裝置中的內(nèi)部半導(dǎo)體集成電路。存在許多不同類型的存儲器，包含隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SDRAM)，以及快閃存儲器。

快閃存儲器裝置已發(fā)展成用于寬廣范圍的電子應(yīng)用的非易失性存儲器的普遍來源。快閃存儲器裝置通常使用允許高存儲器密度、高可靠性及低功率消耗的單晶體管式存儲器單元。通過電荷存儲結(jié)構(gòu)(例如浮動?xùn)艠O或電荷陷阱)的編程(其有時稱為寫入)，所述單元的閾值電壓的變化或其它物理現(xiàn)象(例如，相位變化或極化)確定各單元的數(shù)據(jù)值?？扉W存儲器的一般用途包含個人計算機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字媒體播放器、蜂窩式電話，以及可移除式存儲器模塊。

NAND快閃存儲器裝置為所謂用于布置基本存儲器單元配置的邏輯形式的常見類型的快閃存儲器裝置。通常，用于NAND快閃存儲器裝置的存儲器單元的陣列經(jīng)布置使得所述陣列的一行中的各個存儲器單元的控制柵極連接在一起以形成存取線，例如字線。所述陣列的列包含在一對選擇線(源極選擇線及漏極選擇線)之間源極到漏極串聯(lián)連接在一起的存儲器單元串(通常稱為NAND串)。一“列”指代共同耦合到本地數(shù)據(jù)線(例如本地位線)的存儲器單元的群組。存儲器單元與數(shù)據(jù)線之間并不需要任何特定定向或線性關(guān)系，而是替代地指代邏輯關(guān)系。源極選擇線在NAND串與所述源極選擇線之間的各交叉點處包含源極選擇柵極，且漏極選擇線在NAND串與所述漏極選擇線之間的各交叉點處包含漏極選擇柵極。各個源極選擇柵極連接到源極線，同時各個漏極選擇柵極連接到數(shù)據(jù)線，例如列位線。

隨著存儲器密度增加，數(shù)據(jù)保持、編程飽和度和中斷(trap-up)的問題趨于惡化。舉例來說，雖然已普遍使用多晶硅(有時稱為多結(jié)晶硅)電荷存儲結(jié)構(gòu)多年，但是其由于其厚度變得過薄(例如，約(6nm)或更少)而趨于變得不切實際。出于上述原因，并且出于下文所述在閱讀且理解本說明書后所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白的其它原因，此項技術(shù)需要替代型存儲器電荷存儲結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請的一個方面提供了一種存儲器單元，其包括：半導(dǎo)體上的第一電介質(zhì)；所述第一電介質(zhì)上的電荷存儲結(jié)構(gòu)；所述電荷存儲結(jié)構(gòu)上的第二電介質(zhì)；及所述第二電介質(zhì)上的控制柵極；其中所述電荷存儲結(jié)構(gòu)包括含硅材料、金屬以及在所述含硅材料和所述金屬之間的反應(yīng)產(chǎn)物。

本申請明的另一個方面提供了一種形成存儲器單元的方法，其包括：在半導(dǎo)體上形成第一電介質(zhì)；在所述第一電介質(zhì)上形成電荷存儲材料的例項；在電荷存儲材料的所述例項上形成金屬的例項；使電荷存儲材料的所述例項與金屬的所述例項的僅一部分反應(yīng)，從而界定包含金屬的所述例項的未反應(yīng)部分的電荷存儲結(jié)構(gòu)；在所述電荷存儲結(jié)構(gòu)上形成第二電介質(zhì)；及在所述第二電介質(zhì)上形成控制電極。

本申請的又一個方面提供了一種形成存儲器單元的方法，其包括：在半導(dǎo)體上形成第一電介質(zhì)；在所述第一電介質(zhì)上形成電荷存儲材料的兩個或更多個例項；形成金屬的兩個或更多個例項，其中金屬的每個例項形成在對應(yīng)的電荷存儲材料的例項上；使電荷存儲材料的每個例項與其對應(yīng)的金屬的例項的至少一部分反應(yīng)，從而界定電荷存儲結(jié)構(gòu)；在所述電荷存儲結(jié)構(gòu)上形成第二電介質(zhì)；及在所述第二電介質(zhì)上形成控制電極。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例的耦合到處理器作為電子系統(tǒng)的部分的存儲器裝置的簡化框圖。

圖2為圖1的存儲器裝置中可能發(fā)現(xiàn)的實例NAND存儲器陣列的一部分的示意圖。

圖3A到3E描繪在根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造的各個階段期間存儲器陣列的一部分。

圖4A到4B描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷存儲結(jié)構(gòu)的制造的各個階段期間的存儲器單元的一部分。

圖5A到5B概念性展示跨越根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷存儲材料的金屬濃度。

圖6A到6B描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷存儲結(jié)構(gòu)的制造的各個階段期間的存儲器單元的一部分。

圖7A到7B描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷存儲結(jié)構(gòu)的制造的各個階段期間的存儲器單元的一部分。

具體實施方式

在以下詳細(xì)描述中，參考形成此文的一部分且其中作為說明展示特定實施例的附圖。在所述圖式中，相同數(shù)字大體上描述若干圖各處的類似組件。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可利用其它實施例并且可做出結(jié)構(gòu)、邏輯及電變化。術(shù)語半導(dǎo)體可指代例如一層材料、晶片或襯底，并且包含任何基底半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)?！鞍雽?dǎo)體”應(yīng)理解為包含藍(lán)寶石上硅(SOS)技術(shù)、絕緣體上硅(SOI)技術(shù)、薄膜晶體管(TFT)技術(shù)、摻雜及不摻雜半導(dǎo)體、由基底半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支撐的硅外延層，以及所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。此外，當(dāng)在以下描述中參考半導(dǎo)體時，可能已利用前述工藝步驟在基底半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成若干區(qū)/結(jié)。因此，不應(yīng)以限制意義理解以下詳細(xì)描述。

傳統(tǒng)浮動?xùn)艠ONAND快閃結(jié)構(gòu)常常使用可在其周圍包覆控制柵極的厚多晶硅(有時稱為多結(jié)晶硅)浮動?xùn)艠O，從而允許其利用多晶硅上的二氧化硅柵極間電介質(zhì)來編程及擦除。然而，因為可能不存在足夠空間以在多晶硅浮動?xùn)艠O周圍包覆柵極間電介質(zhì)及控制柵極，所以此幾何結(jié)構(gòu)可能將無法維持在較小裝置中。以平坦幾何結(jié)構(gòu)使用此相同材料堆疊通常不令人滿意且甚至可能無法編程。為解決此問題，可能需要使用高k電介質(zhì)的柵極間電介質(zhì)。這些高k電介質(zhì)主要為氧化物，在多晶硅上沉積這些氧化物可氧化多晶硅，從而減弱其用作電荷存儲結(jié)構(gòu)的能力。

各個實施例包含在第一電介質(zhì)(例如穿隧電介質(zhì))與第二電介質(zhì)(例如柵極間電介質(zhì))之間具有電荷存儲結(jié)構(gòu)的存儲器單元，以及包含此類存儲器單元的存儲器裝置及系統(tǒng)。此類型的存儲器單元常常稱為浮動?xùn)艠O存儲器單元或電荷捕獲存儲器單元。各個實施例的電荷存儲結(jié)構(gòu)包含電荷存儲材料及吸氣劑。如本文所使用，吸氣劑為在未反應(yīng)的氧的情形中在電荷存儲材料所經(jīng)歷的工藝條件下預(yù)期在所述電荷存儲材料上與所述氧優(yōu)先反應(yīng)的元素或化合物；或者在已氧化電荷存儲材料的情形中預(yù)期拉引已反應(yīng)的氧遠(yuǎn)離已氧化的電荷存儲材料，或者與所述已氧化電荷存儲材料進(jìn)一步反應(yīng)以產(chǎn)生導(dǎo)電或為具有比所述已氧化電荷存儲材料更高的k值的介電化合物的化合物的元素或化合物。一些吸氣劑可能僅滿足這些準(zhǔn)則的一者，而其它者可能滿足一個以上的這些準(zhǔn)則。在非易失性存儲器裝置中此類存儲器單元是有用的。

各個實施例使用吸氣劑以減輕電荷存儲結(jié)構(gòu)的電荷存儲材料的氧化風(fēng)險。舉例來說，含硅電荷存儲材料的金屬摻雜及硅化提供此類吸氣劑，例如金屬硅化物。對于一個或一個以上實施例，并入到電荷存儲材料中的金屬理論上與SiO₂反應(yīng)以形成MSiO_x(M＝金屬)或MO_x+Si。舉例來說，用來從硅吸除氧的元素可從硅吸除氧是因為其反應(yīng)產(chǎn)物將具有比SiO₂更低的吉布斯自由能(Gibbs Free Energy)，且柵極堆疊退火期間供應(yīng)的高溫(例如通常900℃以上)可克服將防止這些反應(yīng)發(fā)生的動力勢壘。理論上已知有效的金屬的實例為鋯(Zr)、鈹(Be)和鎂(Mg)。預(yù)期有效的額外金屬為鈣(Ca)、鍶(Sr)、鈧(SC)、釔(Y)、稀土金屬(例如鑭(La))、釷(TH)、鈾(U)、鉿(HF)和鋁(Al)。除這些理論性功能金屬之外，在文獻(xiàn)中存在例如鈦(Ti)等其它金屬將在熱動力學(xué)上從硅中移除氧的實驗證據(jù)。

通過充當(dāng)用于暴露給多晶硅的氧的原位吸氣劑，摻雜到薄多晶硅浮動?xùn)艠O中的此類金屬可實現(xiàn)薄多晶硅浮動?xùn)艠O與基于其它氧化物的材料的整合。在氧氣到達(dá)多晶硅時，其可優(yōu)先鍵結(jié)到摻雜金屬，或者如果其確實與硅反應(yīng)而形成SiO₂，那么稍后在整合及高溫退火期間，金屬元素可擴(kuò)散至SiO₂部位，并且拉引氧遠(yuǎn)離Si以形成MO_x(金屬氧化物)或MSiO_x(金屬硅氧化物)。

使氧鍵結(jié)到金屬會產(chǎn)生多個優(yōu)點。繼續(xù)多晶硅浮動?xùn)艠O的實例，一個優(yōu)點在于其幫助確保存在足夠硅以用作電荷存儲結(jié)構(gòu)。如果氧化過多的硅，那么硅可能不再有效用作浮動?xùn)艠O。第二關(guān)注點在于SiO₂為可將顯著等效氧化物厚度(EOT)添加到柵極堆疊的低k電介質(zhì)?？捎糜谶@些柵極堆疊的電壓可能嚴(yán)格受限，且此額外量的EOT可造成需要額外量的電壓來編程及擦除電荷存儲結(jié)構(gòu)，并且使這些裝置不適用于存儲器產(chǎn)品。上述金屬中的許多者具有介電常數(shù)為高的氧化物，例如HfO₂具有k＝20且TiO₂具有k＝80。通過將氧化物從SiO₂(其中k＝3.9)轉(zhuǎn)化成高k氧化物，堆疊的EOT將得以減小。

多晶硅浮動?xùn)艠O的金屬摻雜或硅化的額外優(yōu)點在于摻雜此類薄多晶硅材料可具相當(dāng)大的挑戰(zhàn)性。另外，即使待摻雜此類薄多晶硅材料，摻雜劑物質(zhì)可能在熱循環(huán)期間擴(kuò)散開。本文所述的金屬通常將不會輕易擴(kuò)散，且可能仍可用于確保電荷存儲結(jié)構(gòu)中有足夠量的電子用于適當(dāng)編程及擦除功能。

各個實施例將固有地清除氧的組分并入到電荷存儲材料中或其頂部上(而先前策略依賴于勢壘層)以防止電荷存儲材料暴露給氧化劑。此種先前解決方案的問題在于，典型柵極堆疊的層將在某種程度上氧化且對于氧來說此類層通常在一定程度上是可滲透的，從而增加電荷存儲材料最終將變得從柵極堆疊內(nèi)的可用氧處氧化，因此使單元堆疊EOT降級且使電荷存儲材料本身的電性質(zhì)降級。通過接受氧到達(dá)電荷存儲材料的可能的必然性，且通過在電荷存儲材料中并入將與氧反應(yīng)且從含硅電荷存儲材料中原位移除或抑制形成非所要的氧化產(chǎn)物(例如SiO₂)的元素，可促進(jìn)對現(xiàn)有解決方案的改進(jìn)。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例作為與處理器130通信(例如，耦合到所述處理器130)而作為電子系統(tǒng)的部分的集成電路裝置的一個實例的存儲器裝置100的簡化框圖。電子系統(tǒng)的一些實例包含個人計算機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字媒體播放器、數(shù)字記錄器、游戲機(jī)、電氣設(shè)備、車輛、無線裝置、蜂窩式電話及類似物。處理器130可為例如在控制與存取存儲器裝置100時使用的存儲器控制器或其它外部處理器。

存儲器裝置100包含邏輯上布置成行與列的存儲器單元陣列104。存儲器單元陣列104的至少一個存儲器單元包含根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷存儲結(jié)構(gòu)。盡管將主要參考NAND存儲器陣列來描述各個實施例，但各個實施例不限于存儲器陣列104的特定架構(gòu)。適用于當(dāng)前實施例的其它陣列架構(gòu)的一些實例包含NOR陣列、AND陣列或其它陣列。

提供行解碼電路108及列解碼電路110以解碼地址信號。接收并且解碼地址信號以存取存儲器陣列104。存儲器裝置100還包含輸入/輸出(I/O)控制電路112以管理命令、地址及數(shù)據(jù)到存儲器裝置100的輸入以及從存儲器裝置100的數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息輸出。地址寄存器114耦合于I/O控制電路112與行解碼電路108及列解碼電路110之間以在解碼之前鎖存地址信號。命令寄存器124耦合于I/O控制電路112與控制邏輯116之間以鎖存?zhèn)魅氲拿?。控制邏?16響應(yīng)于所述命令而控制對存儲器陣列104的存取并且產(chǎn)生用于外部處理器130的狀態(tài)信息。所述控制邏輯116耦合到列解碼電路108與行解碼電路110以響應(yīng)于地址而控制行解碼電路108及列解碼電路110。

控制邏輯116還耦合到高速緩沖寄存器118。高速緩沖寄存器118鎖存如由控制邏輯116導(dǎo)引的傳入或傳出的數(shù)據(jù)，以在存儲器陣列104正分別忙于寫入或讀取其它數(shù)據(jù)時暫時存儲數(shù)據(jù)。在寫入操作期間，數(shù)據(jù)從高速緩沖寄存器118傳遞到數(shù)據(jù)寄存器120以傳送到存儲器陣列104；接著新數(shù)據(jù)從I/O控制電路112鎖存到高速緩沖寄存器118中。在讀取操作期間，數(shù)據(jù)從高速緩沖寄存器118傳遞到I/O控制電路112以輸出到外部處理器130；接著新數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器120傳遞到高速緩沖寄存器118。狀態(tài)寄存器122耦合在I/O控制電路112與控制邏輯116之間以鎖存用于輸出到處理器130的狀態(tài)信息。

存儲器裝置100在控制邏輯116處經(jīng)由控制鏈路132從處理器130接收控制信號。所述控制信號可包含芯片啟用CE#、命令鎖存啟用CLE、地址鎖存啟用ALE，以及寫入啟用WE#。存儲器裝置100經(jīng)由多路復(fù)用輸入/輸出(I/O)總線134從處理器130接收命令信號(其表示命令)、地址信號(其表示地址)，以及數(shù)據(jù)信號(其表示數(shù)據(jù))，并且經(jīng)由I/O總線134輸出數(shù)據(jù)到處理器130。

明確來說，命令在I/O控制電路112處的I/O總線134的輸入/輸出(I/O)引腳[7:0]上接收且被寫入到命令寄存器124中。地址在I/O控制電路112處的總線134的輸入/輸出(I/O)引腳[7:0]上接收且被寫入到地址寄存器114。數(shù)據(jù)在I/O控制電路112處用于8位裝置的輸入/輸出(I/O)引腳[7:0]或用于16位裝置的輸入/輸出(I/O)引腳[15:0]上接收且被寫入到高速緩沖寄存器118。隨后將數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)寄存器120中用于編程存儲器陣列104。對于另一實施例，可省略高速緩沖寄存器118，且數(shù)據(jù)直接寫入到數(shù)據(jù)寄存器120中。也在用于8位裝置的輸入/輸出(I/O)引腳[7:0]或用于16位裝置的輸入/輸出(I/O)引腳[15:0]上輸出數(shù)據(jù)。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可提供額外的電路及信號，且已簡化圖1的存儲器裝置。應(yīng)認(rèn)識到，參考圖1所述的各個塊組件的功能可無需隔離成集成電路裝置的不同組件或組件部分。舉例來說，集成電路裝置的單個組件或組件部分可經(jīng)調(diào)適以執(zhí)行圖1的一個以上塊組件的功能?；蛘?，集成電路裝置的一個或一個以上組件或組件部分可經(jīng)組合以執(zhí)行圖1的單個塊組件的功能。

另外，雖然根據(jù)用于接收與輸出各種信號的普遍常規(guī)而描述特定I/O引腳，但應(yīng)注意，在各個實施例中，可使用I/O引腳的其它組合或數(shù)目。

圖2為例如作為存儲器陣列104的一部分的NAND存儲器陣列200的示意圖。存儲器陣列200可形成于在半導(dǎo)體中形成的共同導(dǎo)電摻雜區(qū)(例如共同p阱)中。

如圖2所展示，存儲器陣列200包含一般稱為字線的存取線(其可包括共同耦合的控制柵極2021到202N)及交叉數(shù)據(jù)線，例如位線2041到204M。為便于在數(shù)字環(huán)境中尋址，字線202的數(shù)目與位線204的數(shù)目一般各為2的幾次冪。

存儲器陣列200包含NAND串2061到206M。各NAND串包含晶體管2081到208N，其各自位于字線202與位線204的交叉點。圖2中描繪成浮動?xùn)艠O晶體管的晶體管208表示用于存儲數(shù)據(jù)的非易失性存儲器單元。至少一個晶體管208具有根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷存儲結(jié)構(gòu)的柵極堆疊。各個NAND串206的浮動?xùn)艠O晶體管208源極到漏極串聯(lián)連接于一個或一個以上源極選擇柵極210(例如，場效應(yīng)晶體管(FET))與一個或一個以上漏極選擇柵極212(例如，F(xiàn)ET)之間。各個源極選擇柵極210位于本地位線204與源極選擇線214的交叉點，而各個漏極選擇柵極212位于本地位線204與漏極選擇線215的交叉點。

各個源極選擇柵極210的源極連接到共同源極線216。各個源極選擇柵極210的漏極連接到對應(yīng)NAND串206的第一浮動?xùn)艠O晶體管208的源極。舉例來說，源極選擇柵極2101的漏極連接到對應(yīng)NAND串2061的浮動?xùn)艠O晶體管2081的源極。各源極選擇柵極210的控制柵極連接到源極選擇線214。如果利用多個源極選擇柵極210用于給定NAND串206，那么其將串聯(lián)耦合于共同源極線216與所述NAND串206的第一浮動?xùn)艠O晶體管208之間。

各個漏極選擇柵極212的漏極在漏極接觸件處連接到用于對應(yīng)NAND串的本地位線204。舉例來說，漏極選擇柵極2121的漏極在漏極接觸件處連接到用于對應(yīng)NAND串2061的本地位線2041。各個漏極選擇柵極212的源極連接到對應(yīng)NAND串206的最后浮動?xùn)艠O晶體管208。舉例來說，漏極選擇柵極2121的源極連接到對應(yīng)NAND串2061的浮動?xùn)艠O晶體管208N的漏極。如果利用多個漏極選擇柵極212用于對應(yīng)NAND串206，那么其將串聯(lián)耦合在對應(yīng)位線204與所述NAND串206的最后浮動?xùn)艠O晶體管208N之間。

如圖2所展示，浮動?xùn)艠O晶體管208的典型構(gòu)造包含源極230與漏極232，作為電荷存儲結(jié)構(gòu)的浮動?xùn)艠O234，以及控制柵極236。浮動?xùn)艠O晶體管208使其控制柵極236耦合到字線202(例如，可共同耦合控制柵極以形成字線)。浮動?xùn)艠O晶體管208的一列耦合到給定本地位線204的NAND串206。浮動?xùn)艠O晶體管208的一行共同耦合到給定字線202的晶體管。

圖3A到3E描繪制造的各個階段期間存儲器陣列的一部分。圖3A描繪在發(fā)生若干處理步驟之后存儲器陣列的一部分。一般來說，圖3A可描繪其上形成非易失性存儲器單元的未來柵極堆疊的部分的半導(dǎo)體305。對于一個實施例，半導(dǎo)體305為單晶硅。對于另一實施例，半導(dǎo)體305為導(dǎo)電摻雜型單晶硅。其它實施例可包含非晶硅、多晶硅或其它半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體305可導(dǎo)電摻雜成第一導(dǎo)電性類型，例如p型導(dǎo)電性。

如圖3A進(jìn)一步描繪，已在所述半導(dǎo)體305上形成穿隧電介質(zhì)310、根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有一種或一種以上吸氣劑的電荷存儲結(jié)構(gòu)315、柵極間電介質(zhì)320、控制柵極325及介電罩330。這些元件將形成未來存儲器單元的柵極堆疊。

圖3A的結(jié)構(gòu)的形成可包含在半導(dǎo)體305的作用區(qū)(例如，其上將形成存儲器單元的區(qū)域)上形成穿隧電介質(zhì)310。舉例來說，半導(dǎo)體305的作用區(qū)可包含半導(dǎo)體晶片的導(dǎo)電摻雜型阱。穿隧電介質(zhì)310通常為一種或一種以上介電材料?？衫缤ㄟ^熱氧化半導(dǎo)體305而形成穿隧電介質(zhì)310?；蛘?，可通過毯覆式沉積介電材料而形成穿隧電介質(zhì)310，例如通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或原子層沉積(ALD)。用于穿隧電介質(zhì)310的實例介電材料包含硅氧化物(SiO_x)、硅氮化物(SiN_x)、硅氮氧化物(SiO_xN_y)、鋁氧化物(AlO_x)、鉿氧化物(HfO_x)、鉿鋁氧化物(HfAlO_x)、鑭氧化物(LaO_x)、鉭氧化物(TaO_x)、鋯氧化物(ZrO_x)、鋯鋁氧化物(ZrAlO_x)等等及其組合。

接著在所述穿隧電介質(zhì)310上形成電荷存儲結(jié)構(gòu)315。將參考圖4A到7B更詳細(xì)描述電荷存儲結(jié)構(gòu)315的形成。電荷存儲結(jié)構(gòu)315可用來存儲指示未來存儲器單元的數(shù)據(jù)狀態(tài)的電荷。所述電荷存儲結(jié)構(gòu)315為半導(dǎo)電到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。

接著在電荷存儲結(jié)構(gòu)315上形成柵極間電介質(zhì)320。柵極間電介質(zhì)320通常為一種或一種以上介電材料。舉例來說，柵極間電介質(zhì)320可包含包含高K介電材料的一層或一層以上介電材料。用于柵極間電介質(zhì)320的實例高k介電材料包含鋁氧化物(AlO_x)、鉿氧化物(HfO_x)、鉿鋁氧化物(HfAlO_x)、鉿硅氧化物(HfSiO_x)、鑭氧化物(LaO_x)、鉭氧化物(TaO_x)、鋯氧化物(ZrO_x)、鋯鋁氧化物(ZrAlO_x)、釔氧化物(Y₂O₃)等等。對于一個實施例，柵極間電介質(zhì)320包含鉿硅氧化物的臭氧基形成物，隨后為鉿氧化物的水基形成物。對于另一實施例，柵極間電介質(zhì)320在硅氮化物上包含高k介電材料。

在柵極間電介質(zhì)320上形成控制柵極325。一般來說，控制柵極325包含一種或一種以上導(dǎo)電材料。對于一個實施例，控制柵極325含有導(dǎo)電摻雜型多晶硅。對于另一實施例，控制柵極325含有含金屬的材料。對于另一實施例，控制柵極325在多晶硅上包含含金屬的材料，例如形成于導(dǎo)電摻雜型多晶硅上的耐火性金屬硅化物。用于金屬柵極的金屬鉻(Cr)、鈷(Co)、鉿(HF)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、釩(V)、鋯(Zr)，以及金屬氮化物(包含例如氮化鈦、氮化鉭、鉭碳氮化物，氮化鎢)通常被認(rèn)識為耐火性金屬材料。對于另一實施例，控制柵極325含有含多種金屬的材料，例如，柵極間電介質(zhì)320上的氮化鈦(TiN)勢壘，作為勢壘上的黏著材料的鈦(Ti)，以及黏著材料上的鎢(W)。

介電罩330可形成于控制柵極325上以用作在隨后處理期間保護(hù)控制柵極325的絕緣體及勢壘層。所述介電罩330含有一種或一種以上介電材料，且可包含(例如)例如硅氧化物(SiO_x)、硅氮化物(SiN_x)以及硅氮氧化物(SiO_xN_y)等電介質(zhì)。對于一個實施例，介電罩330為(例如)通過例如CVD等方法而形成的硅氮化物。應(yīng)注意，額外層可用來形成柵極堆疊，例如抑制相對材料或黏著材料之間的擴(kuò)散以促進(jìn)相對材料之間的黏著的勢壘材料。

在圖3B中，在介電罩330上形成并且圖案化掩模335。作為一個實例，光刻抗蝕材料可經(jīng)沉積以上覆于所述介電罩330上，暴露到例如UV光的輻射源，且經(jīng)顯影以界定上覆于所述介電罩330上的區(qū)域以用于移除。

在圖3C中，在掩模335的此圖案化之后，例如通過蝕刻或其它移除工藝而移除介電罩330的暴露部分及下伏部分以暴露半導(dǎo)體305?？稍谝堰x定的移除工藝在移除下伏材料低效時使用一個以上移除工藝。在移除后，界定用于字線的一個或一個以上柵極堆疊337。盡管圖3A到3E僅描繪存儲器單元，然而選擇柵極(圖3A到圖3E未展示)可由相同柵極堆疊337形成。

在圖3D中，例如通過導(dǎo)電摻雜圖3中所暴露的半導(dǎo)體305的部分而使源極/漏極區(qū)340形成為大體上鄰近穿隧電介質(zhì)310。存儲器單元的通道區(qū)由源極/漏極區(qū)340之間的半導(dǎo)體305的區(qū)域來界定。源極/漏極區(qū)340通常將具有不同于半導(dǎo)體305的導(dǎo)電類型的導(dǎo)電類型。導(dǎo)電類型可為相反的。舉例來說，對于p型半導(dǎo)體305，源極/漏極區(qū)340可具有n+型導(dǎo)電性。

在圖3E中，還可形成介電間隔物345。作為一個實例，將例如硅氮化物的一些介電材料的毯覆式沉積物形成為上覆于柵極堆疊337，隨后為各向異性地移除所述毯覆沉積物以形成介電間隔物345。圖3E所描繪的所得結(jié)構(gòu)包含串聯(lián)耦合的存儲器單元，例如NAND串的存儲器單元。然而，將容易顯而易見的是，可使用柵極堆疊337形成存儲器單元用于替代陣列架構(gòu)。

圖4A到4B描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷存儲結(jié)構(gòu)315的制造的各個階段期間存儲器單元的一部分。在圖4A中，在上覆于半導(dǎo)體305的穿隧電介質(zhì)310上形成電荷存儲材料450。電荷存儲材料450通常含有能夠存儲電荷的一種或一種以上材料。對于至少一些實施例，電荷存儲材料包含含硅材料。含硅電荷存儲材料的實例包含多晶硅、非晶硅及單晶硅。所述電荷存儲材料450可為未摻雜或?qū)щ姄诫s的含硅材料。舉例來說，電荷存儲材料450可為具有p型導(dǎo)電的多晶材料?？稍诶鐔尉Ч?、非晶硅及多晶硅的半導(dǎo)體材料的形成之后或與其同時執(zhí)行導(dǎo)電摻雜。

對于一個實施例，電荷存儲材料450具有約到(1nm到10nm)的厚度。對于另一實施例，電荷存儲材料450具有約到(3nm到5nm)的厚度。應(yīng)認(rèn)識到，工業(yè)制造的可變性將固有地產(chǎn)生厚度上的微小變動，使得尋求例如(3nm)的特定厚度將可能在存儲器單元間產(chǎn)生在所述特定值以上與以下的厚度。

在圖4B中，將由箭頭455表示的一種或一種以上吸氣劑并入到所得電荷存儲結(jié)構(gòu)315的電荷存儲材料450中。由于預(yù)期金屬的實例的特定者作為常用多晶硅浮動?xùn)艠O的吸氣劑，故而本文所述的各種實施例將使用這些金屬的實例作為吸氣劑455。然而，對于除含硅材料之外的電荷存儲材料450，應(yīng)理解，其它元素或化合物可滿足上述吸氣劑準(zhǔn)則?？衫缤ㄟ^離子植入、等離子、濺鍍或其它物理沉積工藝并入金屬455?；蛘?，可在形成電荷存儲材料450期間例如通過化學(xué)氣相沉積(CVD)而將金屬455并入到電荷存儲材料450中。所述金屬的濃度可在例如1E19/cm³到化學(xué)計量水平的范圍內(nèi)及以上，且金屬濃度可大于50原子百分比(原子％)。在并入金屬455之后，可對裝置進(jìn)行退火以使得金屬455的至少一部分與電荷存儲材料450反應(yīng)以形成電荷存儲結(jié)構(gòu)315。對于特定實施例，電荷存儲結(jié)構(gòu)315基本上由硅以及金屬硅氧化物、金屬硅化物、金屬氧化物及金屬的一者或一者以上組成。對于特定額外實施例，電荷存儲結(jié)構(gòu)315基本上由金屬硅氧化物以及金屬硅化物、金屬氧化物及金屬中的一者或一者以上組成。對于特定另外實施例，電荷存儲結(jié)構(gòu)315基本上由金屬硅化物以及金屬硅氧化物、金屬氧化物及金屬的一者或一者以上組成。可在形成隨后的柵極間電介質(zhì)320之前執(zhí)行用于各種實施例的退火作為用于形成所述隨后柵極間電介質(zhì)320的處理的一部分，或者在用于形成所述隨后的柵極間電介質(zhì)320的處理之后執(zhí)行用于各種實施例的退火。在金屬455的濃度高于化學(xué)計量水平時，電荷存儲結(jié)構(gòu)315內(nèi)可能出現(xiàn)未反應(yīng)的金屬455的層或凹穴。

金屬455的濃度可成梯度地跨越電荷存儲材料450，或者其可均勻地跨越電荷存儲材料450。圖5A到5B概念性展示從對應(yīng)于電荷存儲材料450與電介質(zhì)310之間的界面的點A到對應(yīng)于電荷存儲材料450與柵極間電介質(zhì)320之間的界面的點B跨越電荷存儲材料450的金屬的濃度。對于各種實施例，金屬455的濃度愈靠近點B愈高。預(yù)期愈靠近此界面氧化風(fēng)險愈大，且希望愈靠近點B金屬455的濃度愈高。金屬455的濃度可為例如圖5A所描繪的梯度。梯度可如由線572所描繪般均勻，梯度可如線574所描繪般在愈靠近點A處具有比點B更高的斜率，或者梯度可如線576所描繪般在愈靠近點B處具有比點A更高的斜率，或者梯度可如線578所描繪般為階梯狀。或者，濃度可如線580所描繪般在點A到點B上實質(zhì)上均勻(例如均勻)。其它濃度曲線將顯而易見，例如愈靠近點B具有金屬455的愈低濃度的濃度曲線，且實施例不限于特定濃度曲線。

對于特定實施例，至少一些電荷存儲材料450形成為實質(zhì)上缺乏(例如，缺乏)金屬455。舉例來說，多晶硅可在形成時缺乏金屬。圖6A到6B描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷存儲結(jié)構(gòu)315的制造的各個階段期間存儲器單元的一部分。在圖6A中，電荷存儲材料450形成于上覆于半導(dǎo)體305的穿隧電介質(zhì)310上。在圖6B中，將金屬455并入到電荷存儲材料450的僅一部分460中。舉例來說，在離子植入、等離子沉積或其它物理沉積工藝中，通?？赏ㄟ^改變所施加的能量的量而控制植入深度?；蛘撸贑VD工藝中，在形成的第一部分期間，可供應(yīng)僅用于電荷存儲材料450之前驅(qū)體以進(jìn)行反應(yīng)直至已形成特定厚度，接著通過同時供應(yīng)用于金屬455的前驅(qū)體及用于電荷存儲材料450的前驅(qū)體而繼續(xù)反應(yīng)?；蛘撸稍谛纬扇狈饘?55的電荷存儲材料450的部分之后且在形成在其中并入金屬455的電荷存儲材料450的部分460之前形成勢壘。如同圖4A到4B的實施例，可執(zhí)行退火以使金屬455的至少一部分與部分460的電荷存儲材料450反應(yīng)。對于特定實施例，部分460基本上由硅以及金屬硅氧化物、金屬硅化物、金屬氧化物及金屬中的一者或一者以上組成。對于特定其它實施例，部分460基本上由金屬硅氧化物、金屬硅化物及金屬中的一者或一者以上組成。對于額外實施例，部分460的反應(yīng)產(chǎn)物從柵極間電介質(zhì)320分離電荷存儲材料450的剩余部分。使用圖6B的電荷存儲結(jié)構(gòu)315形成存儲器單元可如參考圖3A到3E所述般繼續(xù)進(jìn)行。

圖7A到圖7B描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的電荷存儲結(jié)構(gòu)315的制造的各個階段期間存儲器單元的一部分。圖7A到7B的實例展示可如何以循序過程將金屬455并入到電荷存儲材料450中。在圖7A中，在上覆于半導(dǎo)體305的穿隧電介質(zhì)310上形成第一電荷存儲材料450₁，并且在所述第一電荷存儲材料450₁上形成第一金屬455₁。隨后，在所述第一金屬455₁上形成第二電荷存儲材料450₂，并且在所述第二電荷存儲材料450₂上形成第二金屬455₂。隨后，在所述第二金屬455₂上形成第三電荷存儲材料450₃，并且在所述第三電荷存儲材料450₃上形成第三金屬455₃?？梢源朔绞叫纬奢^少或額外的層。

在圖7A所描繪的實例中，電荷存儲材料450的各個連續(xù)形成物較薄，而金屬455的各連續(xù)形成物較厚。在此實例中在金屬455的至少一部分與電荷存儲材料450反應(yīng)后，將得到例如圖7B所描繪愈靠近頂部(即，愈靠近柵極間電介質(zhì)320)具有愈高濃度的梯度。應(yīng)注意，通過形成具有均勻厚度的各層電荷存儲材料450而增加隨后層的金屬的厚度，或者通過形成具有均勻厚度的各層金屬455而減少隨后層的電荷存儲材料450的厚度，可獲得類似結(jié)果。如果金屬455對電荷存儲材料450之比大于化學(xué)計量的量，那么可能出現(xiàn)未反應(yīng)金屬455的層。類似地，如果金屬455對電荷存儲材料450之比小于化學(xué)計量的量，那么可能出現(xiàn)未反應(yīng)的電荷存儲材料450的層。對于一些實施例，金屬455的反應(yīng)產(chǎn)物從柵極間電介質(zhì)320中分離任何剩余電荷存儲材料450，即，無電荷存儲材料450的部分與柵極間電介質(zhì)320接觸?？扇鐓⒖紙D3A到3E所描述繼續(xù)進(jìn)行使用圖7B的電荷存儲結(jié)構(gòu)315形成存儲器單元。將顯而易見的是，圖7A所描繪的工藝可用來形成圖6B所描繪的實施例的部分460。

結(jié)論

包含具有一種或一種以上吸氣劑的電荷存儲結(jié)構(gòu)的存儲器單元可用于非易失性存儲器裝置中。各種實施例提供對電荷存儲結(jié)構(gòu)的電荷存儲材料中的氧的吸除，以促進(jìn)緩解所述電荷存儲材料的有害氧化。

盡管本文已說明且描述特定實施例，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可用適于達(dá)成相同目的的任何布置替換所展示的特定實施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白實施例的許多調(diào)適。相應(yīng)地，本申請案意欲涵蓋所述實施例的任何調(diào)適或變動。