СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОГО ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
NON-VOLATILE MEMORY DEVICE MANUFACTURING METHOD

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к способу производства полупроводникового устройства. Более конкретно настоящее изобретение относится к способу производства энергонезависимого запоминающего устройства и к энергонезависимому запоминающему устройству, произведенному с его помощью.
2. ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0002] Поскольку энергонезависимая память может, например, многократно выполнять такие операции, как сохранение, чтение и стирание данных, и поскольку сохраненные данные не теряются после выключения энергонезависимой памяти, энергонезависимая память широко применяется в персональных компьютерах и электронном оборудовании.
[0003] Традиционная структура энергонезависимой памяти имеет многослойную структуру затворов, включающую в себя туннельный оксидный слой, плавающий затвор, межзатворный диэлектрический слой и управляющий затвор, последовательно расположенные на подложке. Когда на таком устройстве флэш-памяти выполняется операция программирования или стирания, соответствующее напряжение соответственно прикладывается к области истока, области стока и управляющему затвору, так что электроны вводятся в плавающий затвор или вытягиваются из плавающего затвора.
[0004] При операции программирования и стирания энергонезависимой памяти больший коэффициент связи затвора (GCR) между плавающим затвором и управляющим затвором обычно означает, что для операции требуется более низкое рабочее напряжение, и рабочая скорость и эффективность флэш-памяти в результате значительно увеличиваются. Однако во время операций программирования или стирания электроны должны вводиться или вытягиваться из плавающего затвора через туннельный оксидный слой, расположенный под плавающим затвором, что часто приводит к повреждению структуры туннельного оксидного слоя, и таким образом уменьшает надежность запоминающего устройства.
[0005] Для повышения надежности запоминающего устройства в него встраивается стирающий затвор, способный вытягивать электроны из плавающего затвора путем приложения положительного напряжения к стирающему затвору. Таким образом, поскольку электроны в плавающем затворе вытягиваются через туннельный оксидный слой, расположенный на плавающем затворе, а не через туннельный оксидный слой, расположенный под плавающим затвором, надежность запоминающего устройства дополнительно повышается.
[0006] При возрастающем спросе на высокоэффективные запоминающие устройства по-прежнему существует потребность в улучшенном запоминающем устройстве, которое способно эффективно стирать сохраненные данные, и в способе его изготовления.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Настоящее изобретение предлагает способ производства энергонезависимого запоминающего устройства и энергонезависимое запоминающее устройство, произведенное с помощью этого способа. Энергонезависимое запоминающее устройство способно эффективно стирать сохраненные данные при низком напряжении стирания.
[0008] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения способ производства энергонезависимого запоминающего устройства включает в себя следующие этапы. Многослойная структура формируется на подложке и включает в себя диэлектрический слой затвора, вспомогательный затвор, изоляционный слой и жертвенный слой, расположенные по порядку. Туннельный диэлектрический слой формируется на подложке с одной стороны многослойной структуры. Плавающий затвор формируется на туннельном диэлектрическом слое. Многослойная структура травится до тех пор, пока самый верхний край плавающего затвора не окажется выше верхней поверхности изоляционного слоя. Слой диэлектрического материала формируется для покрытия боковых стенок плавающего затвора. Слой диэлектрического материала травится, чтобы сформировать протравленный слой диэлектрического материала и вскрыть самый верхний край плавающего затвора. Структура верхнего затвора формируется на протравленном слое диэлектрического материала, где часть протравленного слоя диэлектрического материала расположена между структурой верхнего затвора и подложкой.
[0009] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения энергонезависимое запоминающее устройство включает в себя по меньшей мере одну многослойную структуру затворов, туннельный диэлектрический слой, и по меньшей мере один плавающий затвор. Многослойная структура затворов располагается на подложке и включает в себя диэлектрический слой затвора, вспомогательный затвор и структуру верхнего затвора, уложенные по порядку. Туннельный диэлектрический слой располагается на подложке с одной стороны многослойной структуры затворов. Плавающий затвор располагается на туннельном диэлектрическом слое и включает в себя самый верхний край, криволинейную боковую стенку и две латеральные боковые стенки. Самый верхний край плавающего затвора встроен в структуру верхнего затвора. Нижняя поверхность структуры верхнего затвора, проходящая за латеральную боковую стенку плавающего затвора, удалена от туннельного диэлектрического слоя. Для дополнительной оптимизации работы энергонезависимого запоминающего устройства, описанного в вариантах осуществления настоящего изобретения, может быть расположен дополнительный средний затвор для увеличения связи затвора с плавающим затвором.
[0010] При использовании энергонезависимого запоминающего устройства в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения напряжение стирания, подаваемое на устройство, может быть уменьшено, что означает, что электроны могут эффективно вытягиваться из плавающего затвора, и в результате скорость стирания данных увеличивается.
[0011] Для того, чтобы сделать вышеупомянутые особенности и преимущества настоящего изобретения более понятными, варианты осуществления подробно описываются ниже со ссылками на чертежи.
[0012] Эти и другие цели настоящего изобретения, без сомнения, станут очевидными для специалистов в данной области техники после прочтения следующего подробного описания предпочтительного варианта осуществления, проиллюстрированного на различных чертежах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Сопроводительные чертежи включены для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения, и представляют собой составную часть данного описания. Эти чертежи иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения, и вместе с описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения.
[0014] Фиг. 1 представляет собой схематичное сечение, иллюстрирующее структуру, включающую в себя уложенные друг на друга структуры и проводящие прокладки, на этапе способа производства энергонезависимого запоминающего устройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0015] Фиг. 2 представляет собой схематичное сечение, иллюстрирующее структуру, включающую в себя плавающие затворы на боковых стенках уложенных друг на друга структур на этапе способа производства энергонезависимого запоминающего устройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0016] Фиг. 3 представляет собой схематичный вид сверху, иллюстрирующий структуру, включающую в себя плавающие затворы на боковых стенках уложенных друг на друга структур на этапе способа производства энергонезависимого запоминающего устройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0017] Фиг. 4 представляет собой схематичное сечение по линии B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе способа производства энергонезависимого запоминающего устройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0018] Фиг. 5 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 4, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора является более высоким, чем верхняя поверхность многослойной структуры.
[0019] Фиг. 6 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 5, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора покрыт слоем диэлектрического материала.
[0020] Фиг. 7 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 6, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты протравленным слоем диэлектрического материала.
[0021] Фиг. 8 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 7, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора покрыт структурой верхнего затвора.
[0022] Фиг. 9 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 8, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где прокладки удалены, чтобы вскрыть боковые стенки плавающего затвора.
[0023] Фиг. 10 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 9, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты структурой среднего затвора.
[0024] Фиг. 11 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 9, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты структурой среднего затвора.
[0025] Фиг. 12 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 6, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где остаточная прокладка располагается между структурой верхнего затвора и многослойной структурой.
[0026] Фиг. 13 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 12, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты структурой среднего затвора.
[0027] Фиг. 14 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 5, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты слоем диэлектрического материала.
[0028] Фиг. 15 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 14, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора покрыт структурой верхнего затвора.
[0029] Фиг. 16 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 15, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты структурой среднего затвора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0030] Следующее раскрытие обеспечивает множество различных вариантов осуществления или примеров для реализации различных особенностей настоящего изобретения. Конкретные примеры компонентов и компоновок описаны ниже для упрощения настоящего раскрытия. Они, конечно, являются просто примерами и не предназначены для ограничения. Например, формирование первого элемента поверх второго элемента или на нем в последующем описании может включать в себя варианты осуществления, в которых первый и второй элементы формируются в непосредственном контакте, а также могут включать в себя варианты осуществления, в которых дополнительные элементы могут быть сформированы между первым и вторым элементами, так что первый и второй элементы могут не находиться в прямом контакте. В дополнение к этому, настоящее раскрытие может повторить ссылочные цифры и/или буквы в различных примерах. Это повторение предназначено для простоты и ясности и само по себе не диктует связь между различными обсуждаемыми вариантами осуществления и/или конфигурациями.
[0031] Кроме того, пространственно относительные термины, такие как «ниже», «более низкий», «нижний», «под», «на», «выше», «верхний», «низ», «верх» и т.п., могут быть использованы в настоящем документе для простоты описания отношения одного элемента или особенности к другому элементу (элементам) или особенности (особенностям), проиллюстрированным на чертежах. Пространственно относительные термины предназначены для охвата различных ориентаций устройства при использовании или эксплуатации в дополнение к ориентации, изображенной на чертежах. Например, если устройство на чертежах перевернуто, элементы, описанные как «ниже» и/или «под» другими элементами или особенностями, будут тогда ориентированы «выше» и/или «над» другими элементами или особенностями. Устройство может быть ориентировано иначе (повернуто на 90 градусов и т.д.), и используемые в настоящем документе пространственные относительные дескрипторы также могут интерпретироваться соответствующим образом.
[0032] Хотя настоящее изобретение описано в отношении конкретных вариантов осуществления, его принципы, определяемые прилагаемой формулой изобретения, могут, очевидно, применяться за пределами конкретно описанных вариантов осуществления. Кроме того, в описании настоящего изобретения некоторые детали были опущены, чтобы не затенять его основные аспекты. Опущенные детали являются известными специалистам в данной области техники.
[0033] Фиг. 1 представляет собой схематичное сечение, иллюстрирующее структуру, включающую в себя уложенные друг на друга структуры и проводящие прокладки, на этапе способа производства энергонезависимого запоминающего устройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 1, структура, сформированная на этой этапы производства, включает в себя по меньшей мере подложку 200, по меньшей мере одну многослойную структуру 210, слой 212 изолирующего материала, туннельный диэлектрический слой 218, проводящую прокладку 220 и область 222 истока.
[0034] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения подложка 200 может быть полупроводниковой подложкой с подходящим типом проводимости, таким как p-тип или n-тип. Состав подложки 200 может включать в себя кремний, германий, нитрид галлия или другие подходящие полупроводниковые материалы, но не ограничивается этим.
[0035] По меньшей мере одна многослойная структура 210 находится на подложке 200. Например, две многослойные структуры 210 располагаются на подложке 200 и отстоят друг от друга в поперечном направлении. Каждая из многослойных структур 210 включает в себя диэлектрический слой 202 затвора, вспомогательный затвор 204, изоляционный слой 206 и жертвенный слой 208, расположенные по порядку. Каждая из многослойных структур 210 включает в себя первую боковую стенку 211 и вторую боковую стенку 211, и первые боковые стенки 211 многослойных структур 210 обращены друг к другу. Вспомогательный затвор 204 выполнен из проводящего материала с возможностью включения/выключения канала носителя в подложке 200, лежащей под вспомогательным затвором 204, при подаче соответствующего напряжения. Изоляционный слой 206 выполнен из изолирующего материала, такого как оксид кремния или оксинитрид кремния, но не ограничивается этим, и используется для электрической изоляции вспомогательного затвора 204 от слоев, расположенных над вспомогательным затвором 204. Жертвенный слой 208 представляет собой самый верхний слой в многослойной структуре 210 и является временным слоем, предназначенным для удаления перед последующим процессом формирования структуры затвора, такой как структура верхнего затвора, на вспомогательном затворе 204.
[0036] Слой 212 изоляционного материала формируется на боковых стенках 211, 213 многослойных структур 210. Материал слоя 212 изоляционного материала представляет собой, например, оксид кремния/нитрид кремния/оксид кремния или нитрид кремния/оксид кремния. Способ формирования слоя 212 изоляционного материала включает в себя, например, сначала формирование диэлектрического слоя 214 и диэлектрического слоя 216, покрывающих каждую из многослойных структур 210 на подложке 200 по порядку, а затем удаление части диэлектрического слоя 214 и диэлектрического слоя 216 для формирования слоя 212 изоляционного материала на боковой стенке каждой из многослойных структур 210. Материал диэлектрического слоя 214 является, например, нитридом кремния, а материал диэлектрического слоя 216 является, например, оксидом кремния. Способ формирования диэлектрического слоя 214 и диэлектрического слоя 216 является, например, способом химического осаждения из паровой фазы. Способ удаления части диэлектрического слоя 214 и диэлектрического слоя 216 является, например, способом анизотропного травления.
[0037] Туннельный диэлектрический слой 218 формируется на подложке 200 по меньшей мере между многослойными структурами 210 или дополнительно с обеих сторон многослойных структур 210. Материал туннельного диэлектрического слоя 218 является, например, оксидом кремния или другими слоями, которые позволяют горячим электронам проходить через него за счет туннельного эффекта. Способ формирования туннельного диэлектрического слоя 218 представляет собой, например, способ термического окисления или осаждения, но не ограничивается этим.
[0038] Проводящая прокладка 220 формируется на боковой стенке 211, 213 каждой из многослойных структур 210. Способ формирования проводящей прокладки 220 может включать в себя следующие этапы. Сначала проводящий слой (не показан) формируется на подложке 200. Материал проводящего слоя представляет собой, например, легированный поликристаллический кремний, полицид или другой подходящий проводящий материал. Когда материал проводящего слоя представляет собой легированный поликристаллический кремний, способ его формирования включает в себя, например, выполнение этапа ионной имплантации после формирования слоя нелегированного поликристаллического кремния способом химического осаждения из паровой фазы; или выполнение способа химического осаждения из паровой фазы с методом имплантации легирующей примеси на месте. Затем для травления проводящего слоя выполняется процесс травления, такой как процесс анизотропного травления или процесс обратного травления. В результате часть туннельного диэлектрического слоя 218 между многослойными структурами 210 вскрывается, и формируется проводящая прокладка 220.
[0039] После этого в подложке 200 между проводящими прокладками 220, расположенными на первых боковых стенках 211 многослойных структур 210, формируется область 222 истока. Способ формирования области 222 истока включает в себя, например, выполнение процесса ионной имплантации с использованием проводящих прокладок 220 в качестве маски. Имплантированная присадка может быть присадкой n-типа или p-типа в зависимости от требований устройства. Область 222 истока может рассматриваться как общая область истока, поскольку область 222 истока совместно используется двумя смежными ячейками памяти, каждая из которых включает в себя по меньшей мере многослойную структуру 210 и проводящую прокладку 220.
[0040] Фиг. 2 представляет собой схематичное сечение, иллюстрирующее структуру, включающую в себя плавающие затворы на боковых стенках уложенных друг на друга структур на этапе способа производства энергонезависимого запоминающего устройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 2, проводящая прокладка 220 имеет рисунок и/или обрезана для образования плавающего затвора 224. Способ формирования рисунка на проводящей прокладке 220 заключается в следующем. Шаблонный слой фоторезиста (не показан) формируется на подложке 200 так, чтобы покрыть части проводящей прокладки 220. Затем проводящая прокладка 220, выступающая из шаблонного слоя фоторезиста, полностью удаляется, так что остается только проводящая прокладка 220, расположенная на первой боковой стенке 211 многослойной структуры 210. Кроме того, части проводящей прокладки 220, расположенные на первой боковой стенке 211 многослойной структуры 210, могут иметь многоугольный контур, если смотреть сверху. Затем шаблонный слой фоторезиста удаляется. Высотой плавающего затвора 224 можно должным образом управлять, выполняя процесс обрезки. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения самый верхний край 226 плавающего затвора 224 находится выше верхней поверхности вспомогательного затвора 204, и выше или немного ниже нижней поверхности жертвенного слоя 208. Схематичный вид сверху, соответствующий структуре, показанной на Фиг. 2, показан на Фиг. 3.
[0041] Фиг. 3 представляет собой схематичный вид сверху, иллюстрирующий структуру, включающую в себя плавающие затворы на боковых стенках уложенных друг на друга структур на этапе способа производства энергонезависимого запоминающего устройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2 может соответствовать сечению по линии A-A’ на Фиг 3. Как показано на Фиг. 3, подложка 200 между изолирующими структурами 102, такими как неглубокие траншейные изолирующие структуры, может действовать как активная область запоминающего устройства, и активная область может проходить в первом направлении, например, в направлении x. Вспомогательный затвор 204 и жертвенный слой 208, оба из которых являются компонентами многослойной структуры 210, и область 222 истока могут простираться во втором направлении, таком как направление y, перпендикулярное к первому направлению. По меньшей мере один плавающий затвор, такой как два плавающих затвора 224, располагается между двумя смежными вспомогательными затворами 204. Каждый из плавающих затворов 224 включает в себя внутреннюю боковую стенку 224-1, обращенную к боковой стенке слоя 212 изоляционного материала, латеральную боковую стенку 224-2 и криволинейную боковую стенку 224-3, соединенную с краями внутренней боковой стенки 224-1 и латеральной боковой стенки 224-2. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения вид сверху на Фиг. 3 включает в себя по меньшей мере две области ячеек памяти, такие как первая область 110 ячейки памяти и вторая область 112 ячейки памяти. Первая и вторая области 110, 112 ячеек памяти могут использоваться для размещения ячеек памяти соответственно, и две ячейки памяти могут быть зеркально симметричны друг другу.
[0042] Фиг. 4 представляет собой схематичное сечение по линии B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе способа производства энергонезависимого запоминающего устройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Виды BB’ и CC’ на Фиг. 4 и вид AA’ на Фиг. 2 присутствуют на одном и том же этапы производства. Что касается вида BB’ на Фиг. 4, изолирующие структуры 102 располагаются под многослойными структурами 210 соответственно, и область 222 истока определяется между двумя смежными изолирующими структурами 102. Что касается вида CC’ на Фиг. 4, изолирующие структуры 102 располагаются с двух сторон плавающего затвора 224, и активная область (не показана) может быть определена в подложке 200 между двумя смежными изолирующими структурами 102.
[0043] Фиг. 5 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 4, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора является более высоким, чем верхняя поверхность многослойной структуры. Как показано на Фиг. 5, в частности на виде AA’ на Фиг. 5, жертвенный слой 208 в каждой многослойной структуре 210 удаляется полностью до тех пор, пока не будет вскрыта верхняя поверхность изоляционного слоя 206. Во время удаления жертвенного слоя 208 может быть удалена небольшая часть изоляционного слоя 206. Кроме того, может быть удалена часть слоя 212 изоляционного материала, расположенного между многослойной структурой 210 и плавающим затвором 224. Способ удаления жертвенного слоя 208 и части изоляционного слоя 206 представляет собой, например, способ влажного травления или способ сухого травления, но не ограничивается этим. При применении вышеупомянутого процесса травления самый верхний край 226 плавающего затвора 224 оказывается выше верхней поверхности изоляционного слоя 206, и часть внутренней боковой стенки 224-1 плавающего затвора 224 может быть вскрыта.
[0044] Фиг. 6 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 5, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора покрыт слоем диэлектрического материала. Как показано на Фиг. 6, на подложке 200 формируется слой 228 диэлектрического материала, покрывающий внутреннюю боковую стенку 224-1, латеральную боковую стенку 224-2 и криволинейную боковую стенку 224-3 плавающего затвора 224 после травления многослойной структуры 210, как показано на Фиг. 5. Что касается вида AA’ на Фиг. 6, часть внутренней боковой стенки 224-1 плавающего затвора 224 находится в прямом контакте со слоем 228 диэлектрического материала. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения слой 228 диэлектрического материала представляет собой конформный слой, который соответствует формам слоев под слоем 228 диэлектрического материала. Материал слоя 228 диэлектрика является, например, оксидом кремния или другим изоляционным материалом, и способ его формирования представляет собой, например, способ химического осаждения из паровой фазы или другие способы осаждения сплошного слоя, но не ограничивается этим.
[0045] Фиг. 7 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 6, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты протравленным слоем диэлектрического материала. Как показано на Фиг. 7, слой 228 диэлектрического материала травится для формирования протравленного слоя 230 диэлектрического материала, включающего в себя первую часть 230-1 и вторую часть 230-2. Путем травления слоя 228 диэлектрического материала самый верхний край 226 плавающего затвора 224 и часть внутренней боковой стенки 224-1 плавающего затвора 224 могут быть отделены от протравленного слоя 230 диэлектрического материала.
[0046] Первая часть 230-1 и вторая часть 230-2 протравленного слоя 230 диэлектрического материала являются структурами в форме прокладок и могут быть соответственно расположены на противоположных сторонах каждой из многослойных структур 210. Например, первая часть 230-1 протравленного слоя 230 диэлектрического материала может быть расположена на первой стороне каждой из многослойных структур 210, так что первая часть 230-1 может покрывать как первую боковую стенку 211 многослойной структуры 210, так и криволинейную боковую стенку 224-3 плавающего затвора 224. Кроме того, вторая часть, 230-2 протравленного слоя 230 диэлектрического материала может быть расположена на противоположной стороне (или второй стороне) каждой из многослойных структур 210, так что вторая часть 230-2 может покрывать вторую боковую стенку 213 многослойной структуры 210. Что касается вида AA’ на Фиг. 7, высота H0 плавающего затвора 224 больше, чем высота H1 первой части 230-1 протравленного слоя 230 диэлектрического материала. Кроме того, как показано на видах AA' и BB' на Фиг. 7, высота H1 первой части 230-1 протравленного слоя 230 диэлектрического материала, расположенной на криволинейной боковой стенке 224-3 плавающего затвора 224, могут быть такой же или отличающейся от высоты H2 первой части 230-1 протравленного слоя 230 диэлектрического материала, расположенной на первой боковой стенке 211 многослойной структуры, исходя из различных требований.
[0047] Фиг. 8 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 7, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора покрыт структурой верхнего затвора. Как показано на Фиг. 8, по меньшей мере одна область стока, например, две области 242 стока, может быть сформирована на сторонах многослойных структур 210. Области 242 стока располагаются в первой области 110 ячейки памяти и второй области 112 ячейки памяти соответственно, которые могут быть электрически связаны друг с другом через сквозные соединения или контакты в последующих производственных процессах. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения области 242 стока также могут быть сформированы до формирования слоя 228 диэлектрического материала, а не после формирования протравленного слоя 230 диэлектрического материала. Способ формирования области 242 стока включает в себя, например, выполнение процесса ионной имплантации. Имплантированная присадка может быть присадкой n-типа или p-типа в зависимости от конструктивного решения устройства. Легирующие присадки и их концентрации допинга области 222 истока и области 242 стока могут быть одинаковыми, а также могут быть разными.
[0048] Затем, как показано на виде AA’ на Фиг. 8, на верхней поверхности каждой из многослойных структур 210 формируется по меньшей мере одна структура верхнего затвора, например, две структуры 236 верхнего затвора. Структуры 236 верхнего затвора и многослойные структуры 210 могут простираться в одном и том же направлении, например, в направлении y, если смотреть сверху, и структуры 236 верхнего затвора могут быть расположены в первой области 110 ячейки памяти и второй области 112 ячейки памяти соответственно. Структуры 236 верхнего затвора могут быть многослойной структурой, включающей в себя диэлектрический слой 234 верхнего затвора и электрод верхнего затвора, который может действовать как стирающий затвор или и как стирающий затвор, и как управляющий затвор, в зависимости от фактических требований.
[0049] Ширина структуры 236 верхнего затвора определяется независимо от ширины вспомогательного затвора 204, так что ширина структуры 236 верхнего затвора может быть равна, меньше или больше ширины вспомогательного затвора 204. Часть структуры 236 верхнего затвора перекрывается в поперечном направлении с плавающим затвором 224, так что верхний край 236, часть внутренней боковой стенки 224-1 и часть криволинейной боковой стенки 224-3 плавающего затвора 224 могут быть закрыты структурой 236 верхнего затвора. Кроме того, внешние поверхности первой и второй частей 230-1, 230-2 протравленного слоя 230 диэлектрического материала находятся ниже нижнего края 237-1 структуры 236 верхнего затвора, а первая и вторая части 230-1, 230-2 протравленного слоя 230 диэлектрического материала отстоят от боковых стенок верхней структуры 235 затвора.
[0050] Материал диэлектрического слоя 234 верхнего затвора является, например, оксидом кремния или оксинитридом кремния. Способ формирования диэлектрического слоя 234 верхнего затвора представляет собой, например, способ химического осаждения из паровой фазы. Способ формирования верхнего затвора 235 является следующим: проводящий слой (не показан) формируется на подложке 200, а затем на проводящий слой наносится рисунок. Материалом проводящего слоя является, например, легированный поликристаллический кремний или полицид. Когда материал проводящего слоя представляет собой легированный поликристаллический кремний, способ его формирования включает в себя, например, выполнение этапа ионной имплантации после формирования слоя нелегированного поликристаллического кремния способом химического осаждения из паровой фазы; или выполнение способа химического осаждения из паровой фазы с методом имплантации легирующей примеси на месте. Способ формирования рисунка проводящего слоя включает в себя, например, процесс фотолитографии и процесс травления.
[0051] Что касается вида BB’ на Фиг. 8, часть структуры 236 верхнего затвора, расположенной над изоляционной структурой 102, закрывает первую часть 230-1 протравленного слоя 230 диэлектрического материала. Другими словами, первая часть 230-1 протравленного слоя 230 диэлектрического материала может быть расположена между структурой 236 верхнего затвора и подложкой 200. Кроме того, нижний край 237-2 структуры 236 верхнего затвора, расположенной над изоляционной структурой 102, находится ниже верхней поверхности многослойной структуры 210.
[0052] Как показано на виде СС’ на Фиг. 8, верхняя часть латеральной боковой стенки 224-2 плавающего затвора 224 может быть покрыта структурой 236 верхнего затвора, а нижняя часть латеральной боковой стенки 224-2 плавающего затвора 224 может быть покрыта протравленным слоем 230 диэлектрического материала. Благодаря наличию протравленного слоя 230 диэлектрического материала нижняя поверхность структуры 236 верхнего затвора, проходящая за латеральную боковую стенку 224-2 плавающего затвора 224, отстоит от туннельного диэлектрического слоя 218.
[0053] Когда этап изготовления, показанный на Фиг. 8, завершается, получается ячейка энергонезависимой памяти, включающая три электрода затвора, который включает в себя вспомогательный затвор 204, плавающий затвор 224 и верхний затвор 235. В этом случае протравленный слой 230 диэлектрического материала делается из изоляционного, а не проводящего материала, чтобы избежать ненужного электрического соединения. В частности, вспомогательный затвор 204 может действовать как линия слов, используемая для включения/выключения канала носителя под вспомогательным затвором 204. Плавающий затвор 224 может использоваться для хранения или захвата электрона, и таким образом определения состояния ячейки памяти, такого как состояние «1» или состояние «0». Структура 236 верхнего затвора может действовать не только как управляющий затвор для создания туннеля для горячего электрона из канала носителя в плавающий затвор 224, но также и как стирающий затвор для удаления электрона, хранящегося в плавающем затворе 224.
[0054] В соответствии со структурой, показанной на Фиг. 8, поскольку протравленный слой 230 диэлектрического материала располагается на латеральной боковой стенке плавающего затвора 224, нижняя поверхность структуры 236 верхнего затвора, проходящая за латеральную боковую стенку 224-2 плавающего затвора 224, отстоит от туннельного диэлектрического слоя 218. За счет формирования протравленного слоя 230 диэлектрического материала площадь перекрытия между структурой 236 верхнего затвора и латеральной боковой стенкой 224-2 плавающего затвора 224 уменьшается, что означает, что емкость связи между структурой 236 верхнего затвора и плавающим затвором 224 может быть соответственно уменьшена. Во время операции стирания, поскольку электрон, хранящийся в плавающем затворе 224, главным образом туннелирует от самого верхнего края 226 плавающего затвора 224 в структуру 236 верхнего затвора, уменьшенная площадь перекрытия между структурой 236 верхнего затвора и латеральной боковой стенкой 224-2 плавающего затвора 224 может повысить эффективность стирания и уменьшить требуемое напряжение стирания.
[0055] В следующих абзацах дополнительно описываются несколько альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения, и для краткости описываются только основные различия между этими вариантами осуществления.
[0056] Фиг. 9 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 8, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где прокладки удалены, чтобы вскрыть боковые стенки плавающего затвора. Как показано на виде AA’ на Фиг. 9, протравленный слой 230 диэлектрического материала дополнительно удаляется, так что криволинейная боковая стенка 224-3 плавающего затвора 224 больше не покрыта протравленным слоем 230 диэлектрического материала. Как показано на виде СС’ на Фиг. 9, нижняя поверхность структуры 236 верхнего затвора, проходящая за латеральную боковую стенку 224-2 плавающего затвора 224, вскрыта и подвешена над туннельным диэлектрическим слоем 218.
[0057] Фиг. 10 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 9, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты структурой среднего затвора. Как показано на виде AA’ на Фиг. 10, структура 240 среднего затвора формируется на плавающем затворе 224 после формирования структуры 236 верхнего затвора, и криволинейная боковая стенка 224-3 плавающего затвора 224 покрыта структурой 240 среднего затвора. Средняя структура 224 затвора является многослойной структурой, включающей в себя межзатворный диэлектрик 238 и управляющий затвор 239. Как показано на виде BB’ на Фиг. 10, нижний край 237-2 структуры 236 верхнего затвора, расположенной над изоляционной структурой 102, может быть покрыт структурой 240 среднего затвора. Как показано на виде СС’ на Фиг. 10, часть структуры 240 среднего затвора располагается между нижней поверхностью структуры 236 верхнего затвора и подложкой 200. Таким образом, межзатворный диэлектрик 238 непрерывно располагается на нижней поверхности структуры 234 верхнего затвора и латеральной боковой стенке 224-2 плавающего затвора 224.
[0058] Материал межзатворного диэлектрика 238 включает в себя оксид кремния/нитрид кремния/оксид кремния. Способ формирования межзатворного диэлектрика 238 включает в себя, например, формирование слоя оксида кремния, слоя нитрида кремния и другого слоя оксида кремния по порядку с использованием способа химического осаждения из паровой фазы. Материал слоя 238 межзатворного диэлектрика также может быть нитридом кремния/оксидом кремния или другими материалами с высокой диэлектрической постоянной (k>4). Материал управляющего затвора 239 является, например, легированным поликристаллическим кремнием или полицидом. Способ формирования управляющего затвора 239 включает в себя, например, сначала формирование проводящего слоя (не показан) на подложке, а затем формирование рисунка на проводящем слое для формирования управляющего затвора 239. Способ формирования проводящего слоя представляет собой, например, способ химического осаждения из паровой фазы.
[0059] Когда этап изготовления, показанный на Фиг. 10, завершается, получается ячейка энергонезависимой памяти, включающая четыре электрода затвора, который включает в себя вспомогательный затвор 204, плавающий затвор 224, верхний затвор 235 и средний затвор 240. Аналогичным образом функции вспомогательного затвора 204 и плавающего затвора 224 являются теми же самыми, что и на Фиг. 8. Однако верхний затвор 236 в этом варианте осуществления может действовать только как стирающий затвор для удаления электрона, хранящегося в плавающем затворе 224. Средний затвор 240 в этом варианте осуществления может быть управляющим затвором, общим для двух соседних ячеек памяти, и может создавать туннель для горячих электронов из канала носителя в плавающий затвор 224 выбранной ячейки.
[0060] В соответствии со структурой, показанной на Фиг. 10, нижняя поверхность структуры 236 верхнего затвора, проходящая за латеральную боковую стенку 224-2 плавающего затвора 224, отстоит от туннельного диэлектрического слоя 218. Площадь перекрытия между структурой 236 верхнего затвора и латеральной боковой стенкой 224-2 плавающего затвора 224 уменьшается, а площадь перекрытия между структурой 240 среднего затвора и латеральной боковой стенкой 224-2 плавающего затвора 224 увеличивается. В результате емкость связи между структурой 236 верхнего затвора и плавающим затвором 224 может быть уменьшена, что означает, что эффективность операции стирания может быть улучшена. Кроме того, емкость связи между структурой 240 среднего затвора и плавающим затвором 224 увеличивается, что означает, что также может быть улучшена эффективность операции программирования.
[0061] Фиг. 11 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 9, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты структурой среднего затвора. Структура, показанная на Фиг. 11, аналогична структуре, показанной на Фиг. 10, с тем основным отличием, что управляющий затвор 239 структуры 240 среднего затвора является относительно тонким и может покрывать не только криволинейную боковую стенку 224-3 плавающего затвора 224, но также и верхнюю поверхность структуры 236 верхнего затвора.
[0062] Фиг. 12 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 6, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где остаточная прокладка располагается между структурой верхнего затвора и многослойной структурой. Структура, показанная на Фиг. 12, аналогична структуре, показанной на Фиг. 8, с тем основным отличием, что протравленный слой 250 диэлектрического материала, включающий остаточную прокладку, такую как третья часть 250-3, формируется путем травления слоя 228 материала. Как показано на виде AA’ на Фиг. 12, протравленный слой 250 диэлектрического материала включает в себя по меньшей мере первую часть 250-1, соединенную между боковыми стенками противоположно расположенных плавающих затворов 224, вторую часть 250-2, расположенную напротив первой части 250-1, и третью часть 250-3, расположенную между вспомогательным затвором 204 и структурой 236 верхнего затвора. Как показано на виде AA’ на Фиг. 12, третья часть 250-3 протравленного слоя 250 диэлектрического материала может находиться в непосредственном контакте с внутренней боковой стенкой 224-1 плавающего затвора 224, но самый верхний край 226 плавающего затвора 224 все еще выше, чем третья часть 250-3 протравленного слоя 250 диэлектрического материала. Таким образом, во время операции стирания электрон, хранящийся в плавающем затворе 224, может туннелировать от самого верхнего края 226 плавающего затвора 224 в структуру 236 верхнего затвора, даже если третья часть 250-3 протравленного слоя 250 диэлектрического материала располагается между вспомогательным затвором 204 и структурой 236 верхнего затвора.
[0063] Фиг. 13 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 12, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты структурой среднего затвора. Структура, показанная на Фиг. 13, аналогична структуре, показанной на Фиг. 10, с тем основным отличием, что протравленный слой 250 диэлектрического материала, включающий остаточную прокладку, такую как третья часть 250-3, формируется путем травления слоя 228 материала так, чтобы третья часть 250-3 протравленного слоя 250 диэлектрического материала была расположена между вспомогательным затвором 204 и структурой 236 верхнего затвора. Как показано на виде AA’ на Фиг. 13, третья часть 250-3 протравленного слоя 250 диэлектрического материала может находиться в непосредственном контакте с внутренней боковой стенкой 224-1 плавающего затвора 224, но самый верхний край 226 плавающего затвора 224 все еще выше, чем третья часть 250-3 протравленного слоя 250 диэлектрического материала.
[0064] Фиг. 14 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 5, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты слоем диэлектрического материала. Как показано на Фиг. 14, протравленный слой 230 диэлектрического материала с плоской верхней поверхностью формируется на подложке 200. Верхняя часть плавающего затвора 224 может выступать из протравленного слоя 230 диэлектрического материала так, чтобы самый верхний край плавающего затвора 224 не находился в прямом контакте со протравленным слоем 230 материала. Материал протравленного слоя 230 диэлектрического материала является, например, оксидом кремния или другим проводящим или изоляционным материалом. Способ формирования протравленного слоя 230 диэлектрического материала может включать в себя нанесение слоя диэлектрического материала (не показан) на подложку 200 сплошным слоем. Затем слой диэлектрического материала выравнивается, чтобы получить плоскую верхнюю поверхность. После этого выровненный слой диэлектрического материала травится вниз до некоторой глубины, чтобы вскрыть самый верхний край 226 плавающего затвора 224, чтобы получить структуру, показанную на Фиг. 14.
[0065] Фиг. 15 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 14, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора покрыт структурой верхнего затвора. Структура, показанная на Фиг. 15, аналогична структуре, показанной на Фиг. 8, с тем основным отличием, что протравленный слой 230 диэлектрического материала имеет плоскую верхнюю поверхность. Кроме того, как показано на виде BB’ на Фиг. 15, нижний край структуры 236 верхнего затвора является компланарным с верхней поверхностью многослойной структуры 210, вместо того, чтобы быть ниже нее.
[0066] Фиг. 16 представляет собой схематичное сечение по линии A-A’, B-B’ и C-C’ на Фиг. 3 на этапе изготовления, следующем за изображенным на Фиг. 15, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где боковые стенки плавающего затвора покрыты структурой среднего затвора. Структура, показанная на Фиг. 16, аналогична структуре, показанной на Фиг. 10, с тем основным отличием, что, как показано на виде BB’ на Фиг. 16, структура 236 верхнего затвора имеет плоскую, а не криволинейную нижнюю поверхность.
[0067] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения предлагается энергонезависимое запоминающее устройство, произведенное с помощью вышеописанного способа, и структура этого энергонезависимого запоминающего устройства может быть той же самой, подобной или полученной из структур, соответственно показанных на Фиг. 8, 10, 11, 12, 13, 15 и 16. Энергонезависимое запоминающее устройство включает в себя по меньшей мере одну многослойную структуру затворов, расположенную на подложке 200 и включающую в себя по меньшей мере диэлектрический слой 202 затвора, вспомогательный затвор 204, изоляционный слой 206 и структуры 236 верхнего затвора, уложенные по порядку. Энергонезависимое запоминающее устройство дополнительно включает в себя туннельный диэлектрический слой 218, расположенный на подложке 200 с одной стороны многослойной структуры затворов. Энергонезависимое запоминающее устройство дополнительно включает в себя по меньшей мере один плавающий затвор 224, который располагается на туннельном диэлектрическом слое 218 и включает в себя самый верхний край 226, криволинейную боковую стенку 224-3, и две латеральные боковые стенки 224-2. Самый верхний край 226 плавающего затвора 224 заделан в структуру 236 верхнего затвора, и нижняя поверхность структуры 236 верхнего затвора, проходящая за латеральные боковые стенки 224-2 плавающего затвора 224, отстоит от туннельного диэлектрического слоя 218. В некоторых вариантах осуществления, как показано на Фиг. 10, 11, 13, 15 и 16, может присутствовать дополнительная структура 240 среднего затвора, покрывающая криволинейную боковую стенку 224-3 плавающего затвора 224. Назначение структуры 240 среднего затвора состоит в том, чтобы увеличить связь затвора с плавающим затвором 224 и тем самым дополнительно оптимизировать работу энергонезависимого запоминающего устройства.
[0068] Специалист в данной области техники легко заметит, что многочисленные изменения и модификации устройства и способа могут быть сделаны без отступлений от сути настоящего изобретения. Соответственно, вышеприведенное раскрытие должно рассматриваться как ограничиваемое только прилагаемой формулой изобретения.