Brevet FR2708146A1 — publié le 19950127

CELLULE Â GRILLE FLOTTANTE À DURÉE DE STOCKAGE ACCRUE La présente invention concerne les cellules de mémoire à grille flottante, telles que les mémoires EPROM. Une telle cellule comprend sur un substrat de silicium une première région isolante sur laquelle est formée une première région conductrice non connectée à 'extérieur et constituant une grille flottante. Sur la grille flottante est formée une deuxième région isolante elle-même revêtue d'une deuxième région conductrice servant de grille de commande. L'état de la technique et le problème posé vont être exposés en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente une vue en coupe au niveau des empilements de grille d'un premier mode de réalisation d'une structure de type EPROM la figure 2 représente une vue en coupe au niveau des empilements de grille d'un second mode de réalisation d'une structure de type EPROM ; et la figure 3 représente la structure de la figure 2 à un stade ultérieur de fabrication. Un exemple d'un empilement de grille de structure EPROM est représenté en figure 1 où la référence 1 désigne un substrat semiconducteur ; la référence 2 la première région isolante, couramment en oxyde de silicium et ayant par exemple une épaisseur de l'ordre de 100 nm ; la référence 3 la grille flottante constituée par exemple de silicium polycristallin dopé d'une épaisseur d'environ 400 nm ; la référence 4 la deuxième couche isolante ou couche interpoly constituée d'un oxyde de silicium ou d'un oxy-nitrure de silicium d'une épaisseur d'environ 200 nm ; la référence 5 une deuxième région conductrice constituée de silicium polycristallin d'une épaisseur d'environ 400 nm constituant la grille de commande, également appelée deuxième niveau de silicium. En outre, souvent, cette deuxième couche de silicium polycristallin est revêtue d'une région conductrice destinée à améliorer ses qualités de contact et de conductivité qui est usuellement en un siliciure métallique tel qu'un siliciure de tantale d'une épaisseur d'environ 300 nm. On a également représenté dans le substrat 1 des régions dopées de drain et de source entre les empilements de grille. Il faut ensuite prendre des contacts avec les régions de drain, de source et de grille de commande. Il apparaît clairement que, pour établir des contacts avec les régions de drain et de source, il convient que les côtés des empilements de grille soient isolés pour ne pas être mis en court-circuit par les métallisations de prise de contact de drain et de source. Ainsi, selon l'un des modes de fabrication classiques, apres formation des empilements de grille et des zones de drain et de source, on revêt l'ensemble de la structure d'une couche isolante 10 à travers laquelle on perce des ouvertures pour établir les différents contactes. Cette couche 10 peut a priori être en tout matériau isolant souhaité. En pratique, on préfère généralement utiliser un matériau possédant de bonnes capacités de fluage pour que, après recuit, et contrairement à ce qui est représenté en figure 1, la surface de la structure soit plane ce qui simplifie les opérations de masquage dans les zones où 1 'on veut établir les ouvertures de contact et facilite le passage des métallisations. Parmi les matériaux possédant de bonnes qualités de fluage, ceux qui présentent les caractéristiques les mieux adaptées à des structures semiconductrices sont les verres au silicium dopés. On utilise plus particulièrement les verres au silicium dopé au phosphore et/ou au bore. Parmi ces verres, le plus couramment utilisé est un verre dopé au bore et au phosphore (généralement désigné par l'abréviation BPSG d'après le terme anglo-saxon Boro-Phospho Silicate Glass) contenant une proportion d'environ 4 % de bore et 6 % de phosphore. Ce verre BPSG présente l'avantage de fluer à une température relativement basse par exemple de l'ordre de 850"C en une durée relativement courte, par exemple de l'ordre d'une quinzaine de minutes pour une couche d'une épaisseur de 1000 nm. Un tel traitement thermique présente l'avantage de peu influer sur la diffusion des dopants contenus dans le substrat de silicium et notamment de ne pas affecter sensiblement les diffusions de drain et de source. Par contre, les verres au phosphore (PSG) présentent 1 'ioeonve- nient de nécessiter des températures de fluage plus élevées, par exemple de l'ordre de 1000"C, et de présenter une vitesse de gravure très élevée. La figure 2 représente une variante de la structure de la figure 1. Dans les structures des figures 1 et 2, les empilements de grille sont strictement identiques. Toutefois, en figure 2, on a prévu au bord des structures de grille des régions isolantes d'espacement ou espaceurs 1 1 (d'après le terme anglo-saxon "spacer") qui sont formés avant le dépôt de la couche isolante 10. Ces espaceurs sont généralement utilisés pour mieux délimiter les diffusions de drain ou de source et/ou pour permettre la formation de régions de drain de type LDD, c'est-à-dire des régions de drain étagées formées en utilisant comme premier masque les empilements de grille puis comme deuxième masque les ouvertures comprises entre les grilles rétrécies par la surface occupée par les espaceurs. Dans les procédés de fabrication classiques, ces espaceurs 11 sont en oxyde de silicium pur. En effet, comme cela est connu, leur formation n'implique aucune étape de fluage. Ensuite, la couche d'isolement 10 est, pour les mêmes raisons que celles qui ont été exposées en relation avec la figure 1, une couche de BPSG. La figure 3 représente la structure de la figure 2 à une étape ultérieure de fabrication. Des ouvertures ont été formées dans la couche isolante planarisée 10 et ces ouvertures ont été remplies d'un matériau conducteur 13 venant en contact avec les régions de drain. Ce matériau conducteur est par exemple du tungstène. Sur la surface supérieure du composant ainsi obtenu sont formées des lignes conductrices 15, par exemple des lignes d'aluminium venant contacter les régions de drain. Il est également prévu d'une façon non représentée dans le plan de coupe de la figure 3 des contacts de sources et de grilles de commande. Enfin, l'ensemble de la structure est revêtu d'une couche finale de passivation 17, par exemple à nouveau un verre de type BPSG. Lors du fonctionnement d'une cellule à grille flottante du type ci-dessus, on stocke ou non des charges, couramment des électrons, dans la grille flottante 3 par application d'une tension de programmation sur la grille de commande 5, 6. L'effet mémoire résulte de la reconnaissance, par application d'une tension de lecture sur la grille de commande, du fait que des charges ont été stockées ou non dans la grille flottante. L'un des objectifs du fabricant de mémoire est bien entendu de prévoir des dispositifs dans lesquels la durée de stockage des charges dans la grille flottante soit aussi élevée que possible. L'un des mécanismes connus de perte de charges réside dans la compensation des électrons stockés sur la grille flottante par des ions mobiles issus de traces de contamination métallique, généralement des ions alcalins. Ces ions mobiles proviennent par exemple de certaines étapes de fabrication et se déplacent dans les couches isolantes 10 et 11 décrites précédemment. Ce phénomène est d' autant plus sensible avec les cellules modernes qui sont de très petites dimensions et donc dans lesquelles le nombre d'électrons stockables dans la grille flottante est limité. Par exemple, une cellule EPROM dans laquelle la grille a une dimension de 600 x 600 nm stocke environ 40 000 électrons lorsqu'elle est programmée. Par contre, une cellule de 1,2 x 1,2 micromètre en stockerait 160 000, soit quatre fois plus. On voit par cet exemple que la susceptibilité à la compensation de la charge de la grille flottante est quatre fois plus élevée pour la petite cellule. Bien entendu, une première précaution pour éviter la migration des ions mobiles est de limiter leur existence et d'éviter au maximum les contaminations au cours du processus de fabrication mais il est illusoire de penser que l'on peut éviter totalement toute trace de contamination. Ainsi, un objet de la présente invention est de stopper la possibilité de migration des ions mobiles vers la grille flottante. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une structure de blocage qui ne complique pas les procédés de fabrication existants et qui même ne les modifie pratiquement pas si ce n' est par un choix convenable de matériaux. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit d'utiliser une structure du type de celle des figures 2 et 3 et de remplacer les espaceurs en oxyde de silicium pur traditionnellement utilisés par des espaceurs en oxyde fortement dopé au phosphore. Dans un mode de réalisation de l'invention, les oxydes ou verres dopés au phosphore contiendront de 4 à 10 % en poids de phosphore. En effet, il est connu que les oxydes fortement dopés au phosphore, les PSG, présentent un effet de blocage ou plus exactement de piégeage des ions mobiles. Ainsi, la présente invention modifie la structure de la figure 3 seulement en modifiant la nature des espaceurs 11 sans modifier par ailleurs le procédé de fabrication. Par contre, la couche isolante de planairisation 10 reste une couche de BPSG qui présente de bonnes qualités de fluage. Le PSG est utilisé uniquement pour ses qualités de piégeage et non pas pour ses caractéristiques de fluage qui, comme on l'a vu précédemment, nécessite l'emploi de températures relativement élevées qui peuvent nuire à la réalisation de l'ensemble du dispositif. En outre, il n' est pas prévu d'ouverture dans la région constituée de PSG ni de contact entre la région d'ouverture et la région de PSG ; ainsi les difficultés de gravure du PSG sont évitées. Dans le cadre des exemples numériques donnés en relation avec les figures 1 à 3, la distance entre empilements de grille pourra être de l'ordre de 1200 nm et la largeur à la base des espaceurs de l'ordre de 300 nm. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'un mode de réalisation particulier, l'homme de l'art pourra y apporter diverses variantes et modifications. L'invention s'applique à toute structure à grille flottante. Le matériau d'espaceur peut être tout matériau assurant la fonction de blocage (piégeage) des ions mobiles. On pourrait par exemple utiliser du nitrure de silicium bien que, actuellement, cela implique des techniques plus complexes. REVEND ICAT IONS 1. Cellule à grille flottante caractérisée en ce que les parois latérales de l'empilement de grille sont revêtues d'une couche d'un matériau de blocage ou piégeage des ions mobiles. 2. Cellule à grille flottante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de blocage/piégeage est du verre dopé au phosphore (PSG). 3. Cellule à grille flottante selon la revendication 2, caractérisée en ce que le verre dopé au phosphore (PSG) contient de 4 à 10 % en poids de phosphore. 4. Cellule à grille flottante comprenant un empilement de grille (2-6), des espaceurs (11) formés sur les bords de l'empilement de grille, une couche isolante de planarisation (10) revêtant 1 'ensemble de la structure, des ouvertures de contact de drain (13) formées dans la couche isolante de planarisation et non dans les espaceurs, caractérisée en ce que les espaceurs (11) sont en verre dopé au phosphore 5. Cellule à grille flottante selon la revendication 4, caractérisée en ce que le verre dopé au phosphore (PSG) contient de 4 à 10 t en poids de phosphore. 6. Cellule à grille flottante selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche de planarisation est une couche de verre dopé au bore et au phosphore (BPSG).