[發(fā)明專利]具有多個電荷存儲層的存儲器晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380031840.8
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN104769724B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設計）人: 依格·普利斯查克;賽格·利維;克里希納斯瓦米·庫馬爾
• 申請（專利權(quán)）人: 賽普拉斯半導體公司
• 主分類號: H01L29/792
• 分類號: H01L29/792
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;鄭霞

提供一種包含非易失性存儲器的半導體設備以及制造所述半導體設備以改善其性能的方法。通常，所述設備包含存儲器晶體管，所述存儲器晶體管包含：多晶硅溝道區(qū)，其電氣連接在襯底中形成的源極區(qū)和漏極區(qū)；氧化物?氮化物?氮化物?氧化物(ONNO)堆疊，其被布置在所述溝道區(qū)之上；以及高功函數(shù)柵電極，其在所述ONNO堆疊的表面之上形成。在一個實施方案中，所述ONNO堆疊包含多層電荷俘獲區(qū)，所述多層電荷俘獲區(qū)包含富氧的第一氮化物層和被布置在所述第一氮化物層之上的貧氧的第二氮化物層。還公開其他實施方案。

相關申請的交叉引用

本申請是2011年11月3日提交的共同未決的美國申請序列第13/288,919號的部分繼續(xù)申請，所述美國申請序列第13/288,919號是2008年5月13日提交的美國申請序列號第12/152,518號，即2011年11月22日發(fā)布的現(xiàn)在的專利第8,063,434號的分案，所述專利第8,063,434號在35U.S.C.119(e)下要求2007年5月25日提交的美國臨時專利申請序列第60/940,160號的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所有的這些申請在此通過引用以其整體并入。

技術領域

本發(fā)明通常涉及半導體設備，并且更特別地涉及包含非易失性半導體存儲器的集成電路以及制造所述半導體設備的方法。

背景

非易失性半導體存儲器是可以被電擦除并且被重新編程的設備。廣泛用于電腦和其他電子設備中以及之間的一般的數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)囊环N類型的非易失性存儲器是閃速存儲器，比如分柵閃速存儲器。分柵閃速存儲器晶體管具有與常規(guī)的邏輯晶體管(比如，金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET))的架構(gòu)類似的架構(gòu)，因為其還包含在連接襯底中的源極和漏極的溝道上形成的控制柵。然而，存儲器晶體管還包含在控制柵和溝道之間并且通過絕緣層或電介質(zhì)層與兩者絕緣的存儲器或電荷俘獲層。被施加到控制柵的編程電壓在電荷俘獲層上俘獲電荷，由控制柵部分地取消或屏蔽電場，從而改變晶體管的閾值電壓(V_T)并且編程存儲器單元。在讀出期間，V_T中的這樣的位移通過在施加預先確定的讀出電壓下存在或不存在流過溝道的電流來感測。為了擦除存儲器晶體管，擦除電壓被施加到控制柵以恢復或逆轉(zhuǎn)V_T的位移。

對于閃速存儲器的優(yōu)點的重要衡量是數(shù)據(jù)保留時間，該數(shù)據(jù)保留時間是存儲器晶體管在沒有施加電力的情況下可以保留電荷或保持被編程的時間。在電荷俘獲層中存儲或俘獲的電荷由于通過絕緣層的泄漏電流而隨時間減小，從而減少編程的閾值電壓(VTP)和擦除的閾值電壓(VTE)之間的差異，這限制存儲器晶體管的數(shù)據(jù)保留。

常規(guī)存儲器晶體管和形成該存儲器晶體管的方法所存在的一個問題在于，電荷俘獲層通常具有差的或隨時間減小的數(shù)據(jù)保留，這限制有效的晶體管壽命。參考圖1A，如果電荷俘獲層是富硅(Si)的，則在由曲線圖或線102代表的VTP和由線104代表的VTE之間存在大的初始窗口或差異，但窗口在保留模式中崩潰得非常迅速，到壽命終止(EOL 106)的時間少于約1.E+07秒。

參考圖1B，如果在另一方面，假設電荷俘獲層是高質(zhì)量氮化物層，即具有低化學計量濃度的Si的層，那么在保留模式中窗口的崩潰速率或Vt的斜率將減少，然而初始的程序擦除窗口也被減少。此外，在保留模式中Vt的斜率仍然是相當陡峭的，并且泄漏路徑?jīng)]有被充分地最小化以明顯改善數(shù)據(jù)保留，因此EOL 106僅僅被適度改善。

另一個問題在于，半導體存儲器越來越多地在集成電路(IC)中將邏輯晶體管(比如MOSFET的)與存儲器晶體管組合，該集成電路在用于嵌入式存儲器或系統(tǒng)級芯片(SOC)應用的普通襯底上制造。用于形成存儲器晶體管的性能的多種當前工藝與用于制造邏輯晶體管的工藝是不兼容的。

因此，存在對存儲器晶體管以及形成該存儲器晶體管的方法的需求，其提供改善的數(shù)據(jù)保留和增加的晶體管壽命。還期望的是，形成存儲器設備的方法與用于在普通襯底上形成的相同的IC中形成邏輯元件的方法是兼容的。