相關(guān)申請

本申請要求2015年1月23日提交的美國臨時申請62/107,077的權(quán)益。

本發(fā)明涉及非易失性存儲單元陣列。

背景技術(shù)：

本領(lǐng)域眾所周知的是將分裂柵存儲單元形成為此類單元的陣列。例如，美國專利7,868,375(出于所有目的以引用方式并入本文)公開了存儲單元的陣列，其中每個存儲單元包括浮動?xùn)?、控制柵或耦合柵、選擇柵、擦除柵，它們?nèi)啃纬稍诰哂邢薅ㄔ谠礃O區(qū)和漏極區(qū)之間的溝道區(qū)的襯底上。為了有效利用空間，存儲單元成對地形成，其中每對共享共同的源極區(qū)和擦除柵。

還已知的是在與存儲單元的陣列相同的晶圓管芯上形成低電壓邏輯器件和高電壓邏輯器件兩者。此類邏輯器件可包括晶體管，所述晶體管各自具有源極和漏極，以及控制源極和漏極之間的溝道區(qū)的導(dǎo)電性的多晶硅柵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

形成存儲器件的方法包括在第一導(dǎo)電類型的襯底中形成第二導(dǎo)電類型的間隔開的第一區(qū)和第二區(qū)，從而在第一區(qū)和第二區(qū)之間限定溝道區(qū)；形成浮動?xùn)?，該浮動?xùn)旁O(shè)置在溝道區(qū)的與第一區(qū)相鄰的第一部分上方并且與該第一部分絕緣；形成控制柵，該控制柵設(shè)置在浮動?xùn)派戏讲⑶遗c該浮動?xùn)沤^緣；形成擦除柵，該擦除柵設(shè)置在第一區(qū)上方并且與該第一區(qū)絕緣；以及形成選擇柵，該選擇柵在溝道區(qū)的與第二區(qū)相鄰的第二部分上方并且與該第二部分絕緣。形成浮動?xùn)虐ㄔ谝r底上形成第一絕緣層，在第一絕緣層上形成第一導(dǎo)電層，執(zhí)行第一蝕刻以穿過第一導(dǎo)電層形成第一溝槽，以及執(zhí)行不同于第一蝕刻的第二蝕刻以穿過第一導(dǎo)電層形成第二溝槽。浮動?xùn)艠?gòu)成第一溝槽和第二溝槽之間的第一導(dǎo)電層。第一區(qū)設(shè)置在第一溝槽下方。第一導(dǎo)電層的側(cè)壁在第一溝槽處具有負(fù)斜率，并且第一導(dǎo)電層的側(cè)壁在第二溝槽處是豎直的。

形成存儲器件的方法包括在第一導(dǎo)電類型的襯底中形成第二導(dǎo)電類型的間隔開的第一區(qū)和第二區(qū)，從而在第一區(qū)和第二區(qū)之間限定溝道區(qū)；形成浮動?xùn)?，該浮動?xùn)旁O(shè)置在溝道區(qū)的與第一區(qū)相鄰的第一部分上方并且與該第一部分絕緣；形成控制柵，該控制柵設(shè)置在浮動?xùn)派戏讲⑶遗c該浮動?xùn)沤^緣；形成擦除柵，該擦除柵設(shè)置在第一區(qū)上方并且與該第一區(qū)絕緣；以及形成選擇柵，該選擇柵在溝道區(qū)的與第二區(qū)相鄰的第二部分上方并且與該第二部分絕緣。形成浮動?xùn)虐▽⒌谝欢嗑Ч鑼映练e在襯底上方并且與該襯底絕緣，以及蝕刻穿過第一多晶硅層，留下第一多晶硅層的塊，該塊構(gòu)成浮動?xùn)拧Ｐ纬煽刂茤虐▽⒌诙嗑Ч鑼映练e在第一多晶硅層上方并且與該第一多晶硅層絕緣，以及蝕刻穿過第二多晶硅層，留下第二多晶硅層的塊，該塊構(gòu)成控制柵。形成擦除柵包括將第三多晶硅層沉積在第一區(qū)上方并且與該第一區(qū)絕緣。形成選擇柵包括將第四多晶硅層沉積在襯底上方并且與該襯底絕緣，以及蝕刻穿過第四多晶硅層，留下第四多晶硅層的與浮動?xùn)藕涂刂茤艂?cè)向相鄰并且與該浮動?xùn)藕涂刂茤沤^緣的第一塊。

通過查看說明書、權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的其他目的和特征將變得顯而易見。

附圖說明

圖1a至圖7a是示出形成本發(fā)明的存儲單元器件的步驟的側(cè)剖視圖(在存儲區(qū)域中沿單元wl方向)。

圖1b至圖7b是示出形成本發(fā)明的存儲單元器件的步驟的側(cè)剖視圖(沿單元bl方向)。

圖8至圖26是示出形成本發(fā)明的存儲單元器件的步驟的側(cè)剖視圖。

圖27是示出本發(fā)明的存儲單元器件的替代實(shí)施例的側(cè)剖視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是用于用金屬柵，以及在與存儲單元陣列相同的晶圓管芯上的低電壓邏輯器件和高電壓邏輯器件來形成自對準(zhǔn)分裂柵存儲單元的技術(shù)。

該過程開始于提供半導(dǎo)體襯底10。氧化物層12形成在襯底10上。第一多晶硅(多晶硅)層14形成在氧化物層12上。氮化物層16形成在多晶硅層14上。氮化物層16可在其上包括barc涂層。使用光刻光致抗蝕劑沉積18、掩模曝光和光致抗蝕劑蝕刻將結(jié)構(gòu)圖案化。在結(jié)構(gòu)的暴露部分上進(jìn)行barc、氮化物、多晶硅、氧化物和硅蝕刻，以形成延伸穿過所有這些層并進(jìn)入襯底10的溝槽20。溝槽20將襯底劃分成一個或多個存儲單元區(qū)域22、一個或多個hv/mv器件區(qū)域24以及一個或多個核心器件區(qū)域26，并且將存儲單元區(qū)域22劃分成有源區(qū)22a和隔離區(qū)22b。所得結(jié)構(gòu)示于圖1a(在存儲區(qū)域22中，沿單元wl方向的橫截面)和圖1b(沿單元bl方向的橫截面)中。

在去除光致抗蝕劑18之后，用絕緣材料(例如，sti氧化物)填充溝槽20。優(yōu)選地，這涉及常規(guī)sti工藝，其中溝槽襯有氧化物層，隨后是氧化物沉積，退火和cmp(化學(xué)機(jī)械拋光)氧化物蝕刻。然后通過氮化物蝕刻去除氮化物層16。所得結(jié)構(gòu)示于圖2a和圖2b中。

優(yōu)選地，在暴露的多晶硅層14上進(jìn)行多晶硅注入。然后，使用氧化物蝕刻將sti絕緣體28的上表面降低到多晶硅層14的上表面下方，如圖3a和圖3b所示。

通過氧化物、氮化物、氧化物沉積和退火在結(jié)構(gòu)上方形成ono(氧化物、氮化物、氧化物)絕緣體30。第二多晶硅層32形成在結(jié)構(gòu)上方，隨后進(jìn)行多晶硅注入和退火。接下來，在該結(jié)構(gòu)上形成氮化物層34，隨后是氧化物層36，隨后是另一個氮化物層38，隨后是另一個氧化物層40，如圖4a和圖4b所示。

使用光刻工藝(光致抗蝕劑，掩模曝光和蝕刻)來選擇性地暴露存儲單元區(qū)域22中的結(jié)構(gòu)的部分。氧化物、氮化物和氧化物蝕刻用于將溝槽42形成到結(jié)構(gòu)的暴露部分中，如圖5a和圖5b所示(去除光致抗蝕劑之后)。執(zhí)行氧化物沉積和蝕刻以沿著溝槽42的側(cè)壁形成氧化物的間隔物44。間隔物的形成是本領(lǐng)域所熟知的，并且涉及材料在結(jié)構(gòu)輪廓上方的沉積，隨后進(jìn)行各向異性蝕刻工藝，由此將該材料從該結(jié)構(gòu)的水平表面去除，同時該材料在該結(jié)構(gòu)的豎直取向表面上在很大程度上保持完整(具有圓化的上表面)。氮化物蝕刻用于去除氮化物層34在溝槽42(在間隔物44之間)的底部處的暴露部分。多晶硅蝕刻用于去除第二多晶硅層32在溝槽42(在間隔物44之間)的底部處的暴露部分。所得結(jié)構(gòu)示于圖6a和圖6b中。

執(zhí)行hto(熱氧化物)沉積以在結(jié)構(gòu)上(以及在溝槽42中)形成氧化物層46，隨后進(jìn)行hto退火。然后，執(zhí)行氧化物、ono和多晶硅蝕刻以將溝槽42向下延伸到氧化物層12。多晶硅蝕刻優(yōu)選地為各向同性的，使得在第一多晶硅層14的側(cè)壁上存在輕微的底切14a(即，負(fù)斜率)。所得結(jié)構(gòu)示于圖7a和圖7b中。然后將屏蔽氧化物層48沉積在結(jié)構(gòu)上，隨后進(jìn)行注入和退火，以便在溝槽42下方的襯底中形成源極(第一)區(qū)50，如圖8所示。

執(zhí)行氧化物蝕刻以去除屏蔽氧化物層48。然后執(zhí)行氧化物沉積，以在第一多晶硅層14的底切邊緣處形成隧道氧化物52。然后將多晶硅沉積在結(jié)構(gòu)上，隨后進(jìn)行多晶硅cmp回蝕刻，這用多晶硅填充溝槽。如圖9所示，另外的多晶硅回蝕刻在每個溝槽42的底部處留下多晶硅塊54。氧化物沉積和cmp氧化物蝕刻用于用氧化物56填充溝槽42。然后使用氮化物蝕刻去除氮化物層38，如圖10所示。

執(zhí)行氧化物蝕刻以去除氧化物層36并暴露下面的氮化物層34。然后使用氮化物蝕刻去除氮化物層34的暴露部分，隨后進(jìn)行多晶硅蝕刻以去除第二多晶硅層32的暴露部分。執(zhí)行hto沉積和退火。然后，執(zhí)行hto、ono和多晶硅蝕刻以去除ono層30和第一多晶硅層14的暴露部分，如圖11所示，留下構(gòu)成一對存儲單元的堆疊結(jié)構(gòu)58。雖然僅示出了單個堆疊結(jié)構(gòu)58，但是應(yīng)當(dāng)理解，在存儲單元區(qū)域22中存在此類堆疊結(jié)構(gòu)的陣列。

然后在該結(jié)構(gòu)上形成光致抗蝕劑60，并且從與每個堆疊結(jié)構(gòu)58相鄰的存儲單元區(qū)域中的這些部分選擇性地去除。然后在襯底的對應(yīng)部分(最終將在其上方形成字線柵)上執(zhí)行注入工藝，如圖12所示。在去除光致抗蝕劑54之后，執(zhí)行熱氧化以在第一多晶硅層14的暴露側(cè)上形成氧化物62。執(zhí)行氮化物沉積和氮化物蝕刻以在堆疊結(jié)構(gòu)58的側(cè)面上形成氮化物間隔物64，如圖13所示。

在該階段處，可形成光致抗蝕劑并且選擇性地去除以選擇性地暴露晶圓的各個部分以用于注入。例如，可以執(zhí)行hv/mv器件區(qū)域和核心器件區(qū)域中的字線注入和vt注入。然后使用氧化物蝕刻去除襯底表面上的氧化物層12的暴露部分。然后通過rto和hto在結(jié)構(gòu)上形成氧化物66(襯底上的氧化物層和氧化物沿著堆疊結(jié)構(gòu)側(cè)壁的間隔物)，隨后進(jìn)行hto退火，如圖14所示。

在該階段處，可形成光致抗蝕劑并且選擇性地去除以選擇性地暴露晶圓的各個部分以用于進(jìn)一步注入。例如，可根據(jù)需要在核心器件區(qū)域中執(zhí)行p阱和n阱注入。然后在存儲單元區(qū)域22和核心器件區(qū)域26上方形成光致抗蝕劑，留下暴露的hv/mv器件區(qū)域24。使用氧化物蝕刻去除hv/mv器件區(qū)域24中的襯底表面上的氧化物66，隨后進(jìn)行氧化工藝以形成較厚的氧化物層68。在去除光致抗蝕劑之后，在hv/mv器件區(qū)域24上方形成額外的光致抗蝕劑，留下暴露于氧化物蝕刻的存儲單元區(qū)域22和核心器件區(qū)域26，該氧化物蝕刻去除襯底表面上的氧化物層66，沿著存儲單元區(qū)域結(jié)構(gòu)58的氧化物間隔物66以及沿著存儲單元區(qū)域結(jié)構(gòu)頂部表面的氧化物，如圖15所示(去除光致抗蝕劑之后)。

在該結(jié)構(gòu)上方形成高k絕緣材料層70，隨后形成tin層72、第三多晶硅層74和氧化物層76。使用光刻法將氧化物層圖案化以從存儲單元區(qū)域22去除氧化物層76，但在hv/mv器件區(qū)域24和核心器件區(qū)域26中使其保持完整。然后執(zhí)行另一種多晶硅沉積，以增厚存儲單元區(qū)域22中的多晶硅74，并且在hv/mv器件和核心器件區(qū)域中的氧化物層76上方形成多晶硅層78，如圖16所示。

在barc涂層之后，執(zhí)行多晶硅蝕刻以使多晶硅層74變薄并去除多晶硅層78。然后，通過氧化物蝕刻去除氧化物層76，從而在hv/mv器件區(qū)域24和核心器件區(qū)域26中相對于其厚度在存儲單元區(qū)域22中留下具有更大厚度的多晶硅層74，如圖17所示。在結(jié)構(gòu)上方形成氧化物層80，其通過光刻法而被圖案化以選擇性地暴露下面的多晶硅74的部分。在暴露的多晶硅部分上執(zhí)行多晶硅蝕刻，從而在各個區(qū)域中留下多晶硅塊74，如圖18所示(去除光刻光致抗蝕劑之后)。

再次使用光刻法(即，光致抗蝕劑沉積、掩模曝光、多晶硅蝕刻、氧化物蝕刻)對氧化物層80進(jìn)行圖案化，以去除存儲單元區(qū)域中的氧化物層80的部分，從而使多晶硅塊74的下面部分暴露。在去除光致抗蝕劑之后，然后執(zhí)行多晶硅蝕刻以去除多晶硅塊74的這些暴露部分(即，減小存儲單元區(qū)域22中的多晶硅塊74的寬度)。然后執(zhí)行tin蝕刻以去除tin層72的暴露部分。然后執(zhí)行氧化物蝕刻，其去除多晶硅塊74上方的氧化物層80，并且去除襯底表面上的高k絕緣體70。在圖19中示出了所得結(jié)構(gòu)。

使用氧化工藝在襯底的暴露表面部分上形成氧化物層。然后執(zhí)行一系列注入以在各個區(qū)域中形成源極/漏極區(qū)。例如，光致抗蝕劑形成在結(jié)構(gòu)上方，并且僅從存儲單元區(qū)域22去除。然后，執(zhí)行l(wèi)dd注入以形成漏極區(qū)82。在去除光致抗蝕劑之后，在結(jié)構(gòu)上方形成額外的光致抗蝕劑，并且僅從核心器件區(qū)域26去除。然后，執(zhí)行注入以在核心器件區(qū)域26中形成源極區(qū)84和漏極區(qū)86。然后執(zhí)行氧化物蝕刻以去除核心器件區(qū)域26中的襯底表面上的氧化物層。在去除光致抗蝕劑之后，在結(jié)構(gòu)上方形成額外的光致抗蝕劑88，并且僅從hv/mv器件區(qū)域24去除。然后，執(zhí)行高電壓注入以在hv/mv器件區(qū)域24中形成源極區(qū)90和漏極區(qū)92，如圖20所示(在氧化物蝕刻用于去除hv/mv器件區(qū)域24中的襯底表面上的氧化物層之后)。通過分離注入，三個區(qū)域中的各種源極/漏極區(qū)可用不同的擊穿電壓形成，并且適應(yīng)不同導(dǎo)電類型的阱(即，p阱與n阱)中各種區(qū)域的形成。

在去除光致抗蝕劑之后，執(zhí)行氧化物和氮化物沉積和回蝕刻，以沿著結(jié)構(gòu)的側(cè)壁形成氧化物/氮化物間隔物94?？蓤?zhí)行額外的注入以完成源極/漏極區(qū)形成，其中間隔物阻止該注入，使得緩變結(jié)產(chǎn)生，如圖21所示。在結(jié)構(gòu)上方形成光致抗蝕劑，并且通過光刻法選擇性地去除該光致抗蝕劑，以選擇性地暴露存儲單元區(qū)域22中的結(jié)構(gòu)。然后執(zhí)行氧化物蝕刻以去除存儲單元區(qū)域22中的多晶硅塊上的氧化物。在去除光致抗蝕劑之后，硅化物96形成在多晶硅塊的暴露的頂部表面和襯底的暴露的上表面上。然后在結(jié)構(gòu)上方形成絕緣材料97(例如，氧化物)和98(例如，ildo-層間電介質(zhì))。在圖22中示出了所得結(jié)構(gòu)。

執(zhí)行ildo蝕刻以暴露hv/mv器件區(qū)域24和核心器件區(qū)域26中的多晶硅塊74，并且對于存儲單元區(qū)域22中的每個堆疊結(jié)構(gòu)58暴露外部多晶硅塊74?？墒褂脠D案化的光致抗蝕劑來保護(hù)存儲單元區(qū)域，以在hv/mv器件區(qū)域和核心器件區(qū)域中進(jìn)行額外的ildo蝕刻，以到達(dá)這些區(qū)域中的多晶硅塊74。然后通過多晶硅蝕刻去除暴露的多晶硅塊74，留下溝槽100，如圖23所示。溝槽100通過金屬沉積和回蝕刻(即，形成用于邏輯器件和存儲單元的金屬柵)填充有金屬材料塊102。對于不同區(qū)域，可使用用于其他區(qū)域的保護(hù)性光致抗蝕劑分別執(zhí)行金屬沉積和回蝕刻。在圖24中示出了所得結(jié)構(gòu)。

然后在結(jié)構(gòu)上方形成絕緣材料104(例如，ild0)，并使用cmp蝕刻將其平坦化。光致抗蝕劑然后形成在結(jié)構(gòu)上，并通過光刻法圖案化以選擇性地暴露絕緣材料。然后使用蝕刻去除絕緣材料的暴露部分，以形成穿過絕緣材料104的接觸孔106，該接觸孔下至并暴露源極區(qū)和漏極區(qū)，如圖25所示(去除光致抗蝕劑后)。接觸孔106然后用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料填充以產(chǎn)生用于源極區(qū)/漏極區(qū)的電觸點(diǎn)108。最終結(jié)構(gòu)示于圖26中。

存儲單元各自包括源極區(qū)50和漏極區(qū)82、多晶硅浮動?xùn)?10、多晶硅控制(耦合)柵112、多晶硅擦除柵114、和金屬字線或選擇柵116。存儲單元成對地形成，共享共同的擦除柵114和共同的源極區(qū)50。hv/mv器件區(qū)域24中的每個邏輯器件包括源極區(qū)90和漏極區(qū)92，以及金屬柵102。核心器件區(qū)域26中的每個邏輯器件包括源極區(qū)84和漏極區(qū)86，以及金屬柵102。

上述形成工藝具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，存儲單元和邏輯器件在其多晶硅柵被去除并被金屬材料替代之前在自對準(zhǔn)工藝中完全地形成。存儲單元部件，特別是浮動?xùn)?、控制柵、擦除柵以及浮動?xùn)藕筒脸龞胖g的隧道氧化物首先形成，并且由絕緣材料保護(hù)以免受稍后實(shí)施的金屬柵形成處理。浮動?xùn)诺膫?cè)面通過單獨(dú)的處理步驟形成，使得源極區(qū)上方的浮動?xùn)艂?cè)壁可形成有輕微的底切以增強(qiáng)面向擦除柵的尖銳邊緣，而與選擇柵相鄰的浮動?xùn)艂?cè)壁形成為豎直取向。許多元件彼此自對準(zhǔn)，這減少了所需的光刻掩模步驟的數(shù)量。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上述和本文所示的實(shí)施例。例如，本文中對本發(fā)明的提及并不意在限制任何權(quán)利要求或權(quán)利要求術(shù)語的范圍，而是僅參考可由一項或多項權(quán)利要求涵蓋的一個或多個特征。上文所述的材料、工藝和數(shù)值的例子僅為示例性的，而不應(yīng)視為限制權(quán)利要求。另外，根據(jù)權(quán)利要求和說明書顯而易見的是，并非所有方法步驟都需要以所示出或所要求的精確順序進(jìn)行，而是需要以允許適宜地形成存儲單元對和相關(guān)聯(lián)的邏輯器件的任意順序來進(jìn)行。材料的單個層可形成為此類材料或類似材料的多個層，并且反之亦然。最后，金屬選擇柵116可由導(dǎo)電材料的復(fù)合材料制成。例如，不是由固體金屬塊制成，選擇柵116可替代地由l形金屬材料120和多晶硅塊122形成，如圖27所示。又如，選擇柵116可以保留多晶硅(即，圖22所示的存儲單元區(qū)域22中的外部多晶硅塊74不會被去除并被金屬塊替代，如圖23-圖24所示)。

應(yīng)該指出的是，如本文所用，術(shù)語“在…上方”和“在…上”兩者包容地包含“直接在…上”(之間未設(shè)置中間材料、元件或空間)和“間接在…上”(之間設(shè)置有中間材料、元件或空間)。類似地，術(shù)語“相鄰”包括“直接相鄰”(之間沒有設(shè)置中間材料、元件或空間)和“間接相鄰”(之間設(shè)置有中間材料、元件或空間)，“被安裝到”包括“被直接安裝到”(之間沒有設(shè)置中間材料、元件或空間)和“被間接安裝到”(之間設(shè)置有中間材料、元件或空間)，并且“被電連接到”包括“被直接電連接到”(之間沒有將元件電連接在一起的中間材料或元件)和“被間接電連接到”(之間有將元件電連接在一起的中間材料或元件)。例如，“在襯底上方”形成元件可包括在其之間沒有中間材料/元件的情況下在襯底上直接形成元件，以及在其之間有一個或多個中間材料/元件的情況下在襯底上間接形成元件。