[發明專利]高性能平面浮柵閃存器件結構及其制作方法

無效

• 申請號: 201010227176.2
• 申請日: 2010-07-07
• 公開（公告）號: CN102315223A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 霍宗亮;劉明;姜丹丹;龍世兵;王琴
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L29/49;H01L21/8247;H01L21/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及納米電子器件及納米加工技術領域，特別涉及一種高性能平面浮柵閃存器件結構及其制作方法。

背景技術

非揮發存儲器的特點在于，當電源暫時中斷或者器件無限期地處于斷電狀態時，依然能夠長期保持已經存儲的信息。理想的非揮發存儲器應滿足低每位成本、高密度、快速的隨機存取、低功耗等要求。

在20世紀80年代中期，一種被稱為“快閃”存儲器(Flash)的新技術被開發出來，它的低成本及快速的編程、擦除能力使其快速的成為半導體器件市場的主導力量。

在存儲器按比例縮小和發展的過程中，數據存儲密度和每位成本是推動發展的主要因素。提供高密度快閃存儲器的方法之一是采用每單元存儲多個數據的多電平單元(MultiLevel?cell，MLC)的電荷存儲技術。這就要求存儲器件有足夠大的存儲窗口，以確保能夠可靠而快速地識別并讀出不同的電荷電平。同時，存儲的電荷電平能夠長期保持差別并可區分，即存儲的電荷電平的保持特性也是一個不可忽略的重要指標。

而傳統的Flash存儲器是采用多晶硅薄膜浮柵結構的硅基非揮發存儲器，多晶硅浮柵厚度很難進一步縮小。隨著器件制作工藝節點的減小，傳統的Flash存儲器出現了一些如應力導致泄漏電流(Stress?induced?leakagecurrent，SILC)等可靠性方面的問題。因此尋找更好的存儲結構以及存儲材料成為浮柵存儲器進一步發展的關鍵。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有浮柵存儲器中多晶硅浮柵存儲結構在豎直方向上進一步縮小時面臨的存儲窗口減小、保持特性變差的問題，本發明的主要目的在于提供一種高性能平面浮柵閃存器件結構及其制作方法，以擴大浮柵存儲單元的存儲窗口，提高其電荷保持特性，而同時不犧牲器件其他方面的性能。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種高性能平面浮柵閃存器件結構，該結構包括：

硅襯底1；

在硅襯底1上重摻雜的源導電區7和漏導電區8；

覆蓋在源導電區7與漏導電區8之間熱載流子溝道上的二氧化硅隧穿介質層2；

覆蓋在二氧化硅隧穿介質層2上的由多晶硅浮柵3以及金屬薄膜4堆疊而成的復合浮柵存儲層；

覆蓋在復合浮柵存儲層上的由多層薄膜介質構成的阻塞介質層5；以及覆蓋在阻塞介質層5上的控制柵6。

上述方案中，所述金屬薄膜4采用金屬材料、金屬氮化物材料或硅化物材料。

上述方案中，所述金屬材料采用Au、Co、Ni或W，金屬氮化物材料采用WN或TaN，硅化物材料采用CoSi或NiSi。

上述方案中，所述阻塞介質層5采用二氧化硅-氮化硅-二氧化硅組成的ONO三層薄膜介質結構，或者采用引入高K材料所組成的單層或多層薄膜介質結構，至少包括氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鉿(HfO₂)、二氧化硅-氧化鋁(OA)、二氧化硅-氧化鉿(OH)、二氧化硅-氧化鋁-二氧化硅(OAO)、二氧化硅-氧化鉿-二氧化硅(OHO)、氧化鋁-氧化鉿-氧化鋁(AHA)或氧化鉿-氧化鋁-氧化鉿(HAH)。

上述方案中，所述阻塞介質層5采用原子層沉積ALD、化學氣相淀積CVD或者磁控濺射生長，厚度為10nm～20nm。

上述方案中，所述控制柵6采用多晶硅柵或金屬柵，該金屬柵包括TiN、TaN、W或WN。

為達到上述目的，本發明還提供了一種高性能平面浮柵閃存器件結構的制作方法，該方法包括：

A、在硅襯底上生長一層SiO₂隧穿介質層；

B、在SiO₂隧穿介質上生長多晶硅浮柵；

C、在多晶硅浮柵存儲層上淀積金屬薄膜；

D、在金屬薄膜上淀積阻塞介質層；

E、在阻塞介質層上淀積控制柵；

F、執行形成柵電極和源、漏的工藝，制作完整的存儲器晶體管。

上述方案中，步驟A中所述生長SiO₂隧穿介質的方法為氧化生長、化學氣相淀積CVD或原子層沉積ALD；所述SiO₂隧穿介質的厚度為4nm至8nm。

上述方案中，步驟B中所述生長多晶硅浮柵的方法為化學氣相淀積CVD、原子層沉積ALD或者磁控濺射；所述多晶硅浮柵的厚度為10nm至100nm步驟C中所述生長金屬薄膜的方法為電子束蒸發或化學氣相淀積CVD，所述金屬薄膜的厚度為5至50nm。