具有擴大的控制柵極結構的快閃記憶體裝置及其製造方法

2023-06-09 04:17:46 1

專利名稱：具有擴大的控制柵極結構的快閃記憶體裝置及其製造方法
技術領域：
本發明大體上針對集成電路裝置領域，目.更特定地說，針對具有擴大的控制柵極結 構的快閃記憶體裝置及其各種製造方法。
背景技術：
製造集成電路裝置是一項非常有競爭性且複雜的工作。消費者常常要求此類集成電 路裝置隨著產品的更新換代而展現出增加的性能能力。在製造存儲器裝置(例如快快閃記憶體 儲器裝置)的領域中尤其如此。
圖1是沿字線28的縱軸截取的說明性快閃記憶體裝置10的橫截面圖。如圖中所示， 多個隔離結構14(例如，溝槽隔離結構)形成於半導電襯底12中。襯底12可採取多種 形式，例如體矽襯底、外延生長的半導電材料層等。裝置IO具有柵極堆疊20，其由所 謂的隧道氧化物層22、浮動柵極24、柵極間或多聚物間層26 (例如，ONO (氧化物-氮化物-氧化物)堆疊)以及控制柵極28組成。注意，圖1中所描繪的控制柵極28還具 有位於鄰近的浮動柵極結構24之間的向下延伸的指狀物32。
在操作中，將電壓施加到控制柵極28，冃.施加到裝置IO的源極區域(未圖示)禾口/ 或溝道區域。此電壓致使電子隧穿隧道氧化物層22，且在浮動柵極24中被捕集。可檢 測此經捕集電荷的存在或不存在，且表示一個信息位，即"1"或"0"。為了移除此電 荷，將不同電壓施加到控制柵極28和漏極區域(未圖示)和/或溝道區域。在此過程期 間，浮動柵極24中所捕集的電子反向隧穿隧道氧化物層22，從而耗盡浮動柵極24上的 電荷。
控制柵極28電容性地耦合到浮動柵極24，以便控制施加到浮動柵極24的電壓。此 電容性耦合非常重要。控制柵極28的向下延伸的指狀物32輔助提供或增強此電容性耦合。
圖2描繪與圖1中所示的裝置10具有相同基本結構的另一說明性存儲器裝置30。 然而，在裝置30中，控制柵極28具有伸長的指狀物33，其位於鄰近的柵極電極結構 24之間。在指狀物33部分延伸到隔離結構14中的意義上，指狀物33是伸長的。伸長 的指狀物33趨向於增加控制柵極28與浮動柵極24之間的電容性耦合。另外，伸長的 指狀物33趨向於在鄰近的浮動柵極結構24之間提供某種程度的屏蔽。屏蔽的目的在於試圖防止浮動柵極之間的幹擾。
儘管圖1和圖2中描繪的結構具有進步，但仍需要改進快閃記憶體裝置的控制柵極 與浮動柵極之間的電容性耦合。另外，也以一直需要改進鄰近的浮動柵極結構之間的屏 蔽°
本發明針對可解決或至少減少前面所提及的問題中的一些或全部的裝置和各種方法。

發明內容
下文呈現本發明的簡化概述，以便提供對本發明一些方面的基本理解。此概述並非 本發明的詳盡綜述。不希望識別本發明的重要或關鍵元件，或劃定本發明的範圍。此概 述的唯一目的是以簡化的形式呈現一些概念，作為稍後論述的更詳細描述的序言。
本發明大體上針對一種具有擴大的控制柵極結構的快閃記憶體裝置以及其各種制 造方法。在一個說明性實施例中，所述裝置包括多個浮動柵極結構，其形成於半導電 襯底上方；隔離結構，其位於所述多個浮動柵極結構的每一者之間；以及控制柵極結構， 其包括多個擴大的末端部分，所述擴大的末端部分中的每一者位於鄰近的浮動柵極結構 之間。
在另一說明性實施例中，所述裝置包括多個浮動柵極結構，其形成於半導電襯底 上；隔離結構，其位於所述多個浮動柵極結構的每一者之間，其中所述浮動柵極結構的 每一者均包括懸垂部分，所述懸垂部分位於鄰近的隔離結構上方；以及控制柵極結構， 其包括多個擴大的末端部分，其中所述擴大的末端部分的每一者的至少一部分位於鄰近 浮動柵極結構上的懸垂部分下方，且其中所述擴大末端部分的至少一部分位於形成於位 於鄰近的浮動柵極結構之間的隔離結構中的凹部中。
在又一說明性實施例中，所述裝置包括多個浮動柵極結構，其形成於半導電襯底 上方；隔離結構，其位於所述多個浮動柵極結構的每一者之間；以及控制柵極結構，其 包括多個擴大的末端部分，所述多個擴大的末端部分的每一者的整體位於形成於隔離結 構的一者中的凹部內。
在另一說明性實施例中，所述裝置包括多個浮動柵極結構，其形成於半導電襯底 上方；隔離結構，其位於所述多個浮動柵極結構的每一者之間，所述浮動柵極結構的每 一者均包括位於鄰近的隔離結構上方的懸垂部分；以及控制柵極結構，其包括主體、多 個向下延伸的指狀物和多個形成於所述向下延伸的指狀物的遠端上的擴大的末端部分， 所述擴大的末端部分的每一者位於鄰近的浮動柵極結構之間，其中所述擴大的末端部分的每一者的至少一部分位於形成於隔離結構的一者中的凹部中，且其中所述擴大的末端 部分的每一者的至少一部分位於鄰近浮動柵極結構上的懸垂部分下方。
在一個說明性實施例中，所述方法包括在半導電襯底中形成多個隔離結構；在所 述襯底上方形成多個浮動柵極結構，所述隔離結構的每一者位於鄰近的浮動柵極結構之 間；執行各向同性蝕刻過程，以界定所述多個隔離結構的每一者中的凹部；以及在多個 浮動柵極結構上方形成控制柵極結構，所述控制柵極結構包括多個擴大的末端部分，所 述多個擴大的末端部分的每一者至少部分位於隔離結構中的凹部的一者中。
在另一說明性實施例中，所述方法包括在半導電襯底中形成多個隔離結構；在所 述襯底上方形成多個浮動柵極結構，所述隔離結構的每一者位於鄰近的浮動柵極結構之 間，其中形成所述多個浮動柵極結構包括形成所述多個浮動柵極結構以使得所述浮動柵 極結構的每一者均包括位於鄰近隔離結構處的懸垂部分；執行各向同性蝕刻過程，以界 定所述多個隔離結構的每一者中的凹部；以及在所述多個浮動柵極結構上方形成控制柵 極結構，所述控制柵極結構包括多個擴大的末端部分，所述擴大的末端部分的每一者整 體位於所述凹部的一者中，且其中所述擴大的末端部分的至少一部分位於鄰近的浮動柵 極結構上的懸垂部分下方。
在又一說明性實施例中，所述方法包括在半導電襯底中形成多個隔離結構；在所 述襯底上方形成多個浮動柵極結構，所述隔離結構的每一者位於鄰近的浮動柵極結構之 間，其中形成所述多個浮動柵極結構包括形成所述多個浮動柵極結構以使得所述浮動柵 極結構的每一者均包括位於鄰近隔離結構處的懸垂部分；執行各向同性蝕刻過程，以界 定所述多個隔離結構的每一者中的凹部；以及在所述多個浮動柵極結構上方形成控制柵 極結構，所述控制柵極結構包括多個擴大的末端部分，所述擴大的末端部分的每一者至 少部分位於所述凹部的一者中，且其中所述擴大的末端部分的至少一部分位於鄰近的浮 動柵極結構上的懸垂部分下方。


可參考結合附圖而進行的以下描述來理解本發明，在附圖中，相同參考標號識別相 同元件，目.其中
圖1和圖2是沿字線的縱軸截取的說明性現有技術存儲器裝置的橫截面圖
圖3A到圖3B是本發明的一個說明性實施例的橫截面圖；以及
圖4A到圖4D描繪形成圖3A到圖3B中所描繪的裝置的一種說明性方法。
雖然本發明可容許具有各種修改和替代形式，已在圖中以實例的方式展示了且在本文中詳細描述了本發明的特定實施例。然而，應理解，不希望本文對特定實施例的描述 使本發明限於所揭示的特定形式，而是相反，本發明將涵蓋屬於如所附權利要求書所界 定的本發明的精神和範圍內的所有修改、均等物和替代物。
具體實施例方式
下文描述本發明的說明性實施例，為了清楚起見，本說明書中未描述實際實施方案 的所有特徵。當然將了解，在任何此實際實施例的開發過程中，必須作出大量實施方案 專有的決策，以實現開發者的特定目標，例如符合系統相關和商業相關的約束條件，其 將在實施方案間變化。此外，將了解，此開發工作可能是複雜且耗時的，但儘管如此仍 將是從本發明獲益的所屬領域的技術人員的日常工作。
現將參考附圖來描述本發明。在圖式中描繪集成電路裝置的各種區域和結構。出於 清楚性和闡釋的目的，圖中所描繪的各種特徵和區域的相對大小與真實集成電路裝置上 的那些特徵或結構的大小相比可能被誇示或縮減。儘管如此，包含附圖以描述和闡釋本 發明的說明性實例。本文所使用的詞和短語應被理解並解釋為具有與所屬領域的技術人 員對那些詞和短語的理解一致的含義。沒有術語或短語的特殊定義，即與所屬領域的技 術人員所理解的一般和習慣含義不同的定義，希望由所述術語或短語在本文中的一致使 用暗示。就希望術語或短語具有特殊含義(即除所屬領域的技術人員所理解的含義之外 的含義)來說，本說明書中將以直接且明確地提供所述術語或短語的特殊定義的界定方 式來清楚地陳述此特殊定義。
圖3A到圖3B中描繪本文所揭示的存儲器裝置100的一個說明性實施例。圖3A是 沿裝置100的字線128的縱軸截取的裝置100的橫截面圖。圖3B是裝置100的一部分 的放大圖。
裝置100由柵極堆疊120組成，柵極堆疊120包括第一絕緣層122 (有時被稱為隧 道氧化物層)、浮動柵極124、柵極間絕緣層126和控制柵極128。多個隔離結構114 (例 如，溝槽隔離結構)使鄰近的浮動柵極124與存儲器單元電隔離。控制柵極128進一步 包括擴大的末端部分130，其至少一部分位於鄰近的浮動柵極結構124之間。同樣注意 到，在一個說明性實施例中，擴大的末端部分130的至少一部分位於形成於隔離結構114 中的凹部117內。在一些情況下，擴大的末端部分130的整體可位於凹部117內。
可使用多種已知的材料和處理工具來製造裝置100。舉例來說，襯底112可以是體 矽襯底或外延矽層。隔離結構114可由任何類型的絕緣材料(例如，二氧化矽、氮氧化 矽等)組成。在一個說明性實施例中，隔離結構114為可使用已知技術形成的溝槽隔離結構。第一絕緣層122可由多種材料(例如二氧化矽)組成，且可通過執行已知的沉積 或熱生長過程來形成第一絕緣層122。類似地，浮動柵極結構124可由多種材料組成， 例如經摻雜多晶矽、金屬電極、例如高k電介質(A1203、 Hf02等，或其組合)的捕集 材料、納米級存儲材料等。可通過執行已知的沉積和蝕刻技術來形成浮動柵極結構124。 柵極間絕緣材料126 (有時被稱為多聚物間絕緣層)也可由多種材料組成。舉例來說， 柵極間絕緣材料126可由位於兩個二氧化矽層之間的氮化矽層(所謂的"ONO"堆疊) 組成。控制柵極128也可由多種材料製成，例如經慘雜多晶矽、金屬電極、例如高k電 介質(A1203、 Hf02等，或其組合)的捕集材料、納米級存儲材料等。如所屬領域的技 術人員將認識到，在閱讀完本申請案之後，本發明具有較廣的適用性。舉例來說，本發 明可與SONOS型裝置一起使用。因此，本發明不應被視為限於本文所描繪的說明性材 料和實施例。
圖3B是至少部分位於鄰近的浮動柵極結構124之間的擴大的末端部分130的放大 圖。控制柵極128包括向下延伸的指狀物132，所述指狀物132遠端上進一步包括擴大 的末端部分130。在當以此縱向橫截面圖觀看時，擴大的末端部分130的水平尺寸136 大於指狀物132的水平尺寸134的意義上，部分130被擴大。在一個說明性實施例中， 擴大的末端部分130的至少一部分位於隔離結構144的頂表面115下方。在一個特定說 明性實施例中，大體上擴大的末端部分130的整體位於隔離結構U4的頂表面115下方。 在所描繪的實施例中，擴大的末端部分130的最下點133位於第一絕緣層122 (例如， 隧道氧化物層)的頂表面123上方從約2 nm到5 nm範圍內的距離。
在圖3B中，將擴大的末端部分130描繪為具有大體上為圓形的橫截面配置，其中 標稱直徑136為約2nm到5 nm。然而，應了解，擴大的末端部分130的說明性尺寸136 可視應用而變化。在圖3B中將柵極間絕緣層126描繪為給形成於隔離結構114中的凹 部117的整體加襯裡。然而，視多種因素而定，柵極間絕緣層126可不覆蓋凹部117的 內表面的整體。還應注意，擴大的末端部分130的至少一部分位於鄰近的浮動柵極結構 124的位於隔離結構(由虛線125界定)上方的懸垂部分124A下方。
現將參考圖4A到圖4C描述一種用於形成裝置100的說明性技術。如圖4A中所示，
可使用多種已知技術來在襯底112中形成多個隔離結構114。舉例來說，隔離結構114
可以是通過執行已知的蝕刻、沉積和拋光技術而形成的溝槽隔離結構。可通過已知的熱
生長或沉積過程來形成第一絕緣材料層122。可通過沉積多晶矽層且執行各向異性蝕刻
過程從而界定浮動柵極結構124，來形成浮動柵極結構124。
如圖4B中所指示，下一個步驟涉及在隔離結構114中形成凹部117。通過將浮動柵極結構124用作掩模執行各向同性蝕刻過程127來形成凹部117。各向同性蝕刻過程127 可以是溼蝕刻或幹蝕刻過程。在一個特定說明性實施例中，當隔離結構114由二氧化矽 組成時，蝕刻過程127是使用例如稀釋的HF的化學物質作為蝕刻劑的溼[ ]蝕刻過程。 將圖4B中的凹部117描繪為半圓形形狀。然而，如所屬領域的技術人員將了解，實際 形成於實際裝置上的凹部117不可能具有此精確的幾何形狀。在一些情況下，由各向同 性蝕刻過程127界定的凹部117可具有不規則形狀。如圖3B中所指示，在一些情況下， 凹部117的一部分將在鄰近的浮動柵極結構124的懸垂部分124A下方延伸。可通過控 制蝕刻過程127的參數來控制凹部117的大小，例如深度、寬度。
接下來，如圖4C中所示，可使用己知的技術和材料來形成柵極間絕緣層126。舉 例來說，柵極間絕緣層126可由多個材料層(例如所屬領域的技術人員眾所周知的ONO (氧化物-氮化物-氧化物)層堆疊)組成。在一個說明性實施例中，可執行多種保形沉積 過程，以形成多層柵極間絕緣層126。在一些情況下，柵極間絕緣層126可不覆蓋凹部 117的整個內表面，即覆蓋中可能存在間隙。
其後，如圖4D中所描繪，使用已知的技術和材料來形成控制柵極128。舉例來說， 控制柵極128可由經摻雜多晶矽組成，通過執行在沉積過程期間引入摻雜劑材料的化學 汽相沉積過程來形成經摻雜多晶矽。或者，可將離子植入多晶矽層中。
由於裝置100的獨特結構，可實現控制柵極128與浮動柵極124之間更好的電容性 耦合。另外，本文所揭示的新穎結構可在鄰近的存儲器單元之間提供某一程度的增加的 屏蔽。
上文所揭示的特定實施例僅僅是說明性的，因為可以獲益於本文教示的所屬領域的 技術人員所明白的不同但等效的方式來修改和實踐本發明。舉例來說，可以不同次序來 執行上文所陳述的過程步驟。此外，除了在所附權利要求書中所描述的構造和設計之外， 不希望限於本文所展示的構造或設計的細節。因此，顯然，上文所揭示的特定實施例可 經更改或修改，且所有此類變化都被視為在本發明的範圍和精神內。因此，在所附權利 要求書中陳述本文所尋求的保護。
權利要求
1. 一種裝置，其包括多個浮動柵極結構，其形成於半導電襯底上方；隔離結構，其位於所述多個浮動柵極結構的每一者之間；以及控制柵極結構，其包括多個擴大的末端部分，所述擴大的末端部分的每一者位於鄰近的浮動柵極結構之間。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述隔離結構是溝槽隔離結構。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其進一步包括柵極間絕緣層，其位於所述控制柵極結 構與所述多個浮動柵極結構的每一者之間。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其中所述柵極間絕緣層包括位於兩個二氧化矽層之間 的氮化矽層。
5. 根據權利要求3所述的裝置，其中所述擴大的末端部分的至少一部分位於形成於所 述隔離結構中的凹部中。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其中所述柵極間絕緣層位於所述凹部的內表面與所述 擴大的末端部分之間的所述凹部中。
7. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述擴大的末端部分的整體位於形成於所述隔離 結構中的凹部內。
8. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述浮動柵極結構的每一者均包括位於鄰近的隔 離結構上方的懸垂部分，且其中所述擴大的末端部分的至少一部分位於鄰近的浮動 柵極結構上的所述懸垂部分下方。
9. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述控制柵極結構包括主體和多個向下延伸的指 狀物，且其中所述擴大的末端部分形成於所述向下延伸的指狀物的遠端上。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其中當截取所述控制柵極結構的縱向橫截面時，所述 擴大的末端部分的橫向橫截面尺寸大於所述向下延伸的指狀物的橫向橫截面尺寸。
11. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述擴大的末端部分具有大體上半圓形配置。
12. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述擴大的末端部分的底部位於形成於所述浮動 柵極結構的每一者下方的隧道氧化物層的頂表面上方約2nm到5nm。
13. —種方法，其包括在半導電襯底中形成多個隔離結構；在所述襯底上形成多個浮動柵極結構，所述隔離結構的每一者位於鄰近的浮動柵極結構之間；執行各向同性蝕刻過程，以界定所述多個隔離結構的每一者中的凹部；以及 在所述多個浮動柵極結構上方形成控制柵極結構，所述控制柵極結構包括多個擴大的末端部分，所述擴大的末端部分的每一者至少部分位於所述隔離結構中的所述凹部的一者中。
14. 根據權利要求13所述的方法，其進一步包括在所述凹部的內表面與所述擴大的末 端部分之間的所述凹部中形成柵極間絕緣層。
15. 根據權利要求13所述的方法，其中形成所述控制柵極結構包括形成所述控制柵極 結構以使得所述擴大的末端部分的整體位於所述凹部內。
16. 根據權利要求13所述的方法，其中形成所述多個浮動柵極結構包括形成所述多個 浮動柵極結構以使得所述浮動柵極結構的每一者均包括位於鄰近所述隔離結構處 的懸垂部分，目.其中所述擴大的末端部分的至少一部分位於鄰近的浮動柵極結構上 的所述懸垂部分下方。
17. 根據權利要求13所述的方法，其中形成所述控制柵極結構包括形成所述控制柵極 結構以使得所述控制柵極結構包括主體和多個向下延伸的指狀物，且其中所述擴大 的末端部分形成於所述向下延伸的指狀物的遠端上。
18. 根據權利要求17所述的方法，其中形成所述控制柵極結構包括形成所述控制柵極 結構以使得當截取所述控制柵極結構的縱向橫截面時，所述擴大的末端部分的橫向 橫截面尺寸大於所述向下延伸的指狀物的橫向橫截面尺寸。
19. 根據權利要求13所述的方法，其中形成所述控制柵極結構包括形成所述控制柵極 結構以使得所述擴大的末端部分的底部位於形成於所述浮動柵極結構的每一者下 方的隧道氧化物層的頂表面上方約2nm到5nm。
全文摘要
本發明揭示一種具有擴大的控制柵極結構的快閃記憶體裝置及其各種製造方法。在一個說明性實施例中，所述裝置包含多個浮動柵極結構(124)，其形成於半導電襯底上方；隔離結構(114)，其位於所述多個浮動柵極結構(124)的每一者之間；以及控制柵極結構(128)，其包括多個擴大的末端部分(130)，所述擴大的末端部分(130)的每一者均位於鄰近的浮動柵極結構(128)之間。
文檔編號H01L21/8247GK101416299SQ200780012164
公開日2009年4月22日 申請日期2007年3月15日 優先權日2006年3月29日
發明者迪 李, 錢德拉·穆利 申請人:美光科技公司