УСТРОЙСТВО ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ Российский патент 2023 года по МПК H10B41/40 G11C16/06 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к полупроводниковому устройству. Более конкретно настоящее изобретение относится к устройству энергонезависимой памяти.

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 структуру стекового затвора, 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.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Настоящее изобретение предлагает устройство энергонезависимой памяти, способное эффективно стирать сохраненные данные при низком напряжении стирания.

[0008] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения раскрывается устройство энергонезависимой памяти. Устройство энергонезависимой памяти включает в себя по меньшей мере одну ячейку памяти, которая включает в себя подложку, стековую структуру, туннельный диэлектрический слой, плавающий затвор, структуру управляющего затвора и структуру стирающего затвора. Стековая структура располагается на подложке и включает в себя диэлектрический слой затвора, вспомогательный затвор и изолирующий слой, расположенные в указанном порядке. Туннельный диэлектрический слой располагается на подложке с одной стороны стековой структуры. Плавающий затвор располагается на туннельном диэлектрическом слое и включает в себя самый верхний край и криволинейную боковую стенку. Структура управляющего затвора покрывает криволинейную боковую стенку плавающего затвора. Структура стирающего затвора покрывает структуру плавающего затвора и управляющего затвора, и самый верхний край плавающего затвора включается в структуру стирающего затвора.

[0009] При использовании устройства энергонезависимой памяти 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. Кроме того, поскольку стирающий затвор покрывает как плавающий затвор, так и структуру управляющего затвора, стирающий затвор может иметь увеличенную ширину, и таким образом может быть произведен более легко.

[0010] Для того, чтобы сделать вышеупомянутые особенности и преимущества настоящего изобретения более понятными, варианты осуществления подробно описываются ниже со ссылками на чертежи.

[0011] 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

[0012] 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.

[0013] Фиг. 1 представляет собой схематическое поперечное сечение, иллюстрирующее структуру включая стековые структуры и проводящие прокладки на стадии способа производства устройства энергонезависимой памяти в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

[0014] Фиг. 2 представляет собой схематическое поперечное сечение, иллюстрирующее структуру, включающую в себя плавающие затворы на боковых стенках стековых структур на стадии способа производства устройства энергонезависимой памяти в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

[0015] Фиг. 3 представляет собой схематический вид сверху, иллюстрирующий структуру, включающую в себя плавающие затворы на боковых стенках стековых структур на стадии способа производства устройства энергонезависимой памяти в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

[0016] Фиг. 4 представляет собой схематическое поперечное сечение по линии В-В' и С-С' на Фиг. 3 на стадии способа производства устройства энергонезависимой памяти в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

[0017] Фиг. 5 представляет собой схематическое поперечное сечение по линии А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 3 на стадии изготовления, следующей за изображенной на Фиг. 4, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора является более высоким, чем верхняя поверхность стековой структуры.

[0018] Фиг. 6 представляет собой схематическое поперечное сечение по линии А-А', В-В' и С-С ' на Фиг. 3 на стадии изготовления, следующей за изображенной на Фиг. 5, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора покрыт стековым слоем.

[0019] Фиг. 7 представляет собой схематическое поперечное сечение по линии А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 3 на стадии изготовления, следующей за изображенной на Фиг. 6, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где управляющий затвор формируется на криволинейной боковой стенке плавающего затвора.

[0020] Фиг. 8 представляет собой схематическое поперечное сечение устройства энергонезависимой памяти по линии А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 3 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где стирающий затвор покрывает плавающий затвор и управляющий затвор.

[0021] Фиг. 9 представляет собой схематический вид сверху устройства энергонезависимой памяти, включающего в себя структуры, показанные на Фиг. 8.

[0022] Фиг. 10 представляет собой схематическое поперечное сечение на стадии изготовления, следующей за изображенной на Фиг. 6, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где два смежных управляющих затвора объединены вместе.

[0023] Фиг. 11 представляет собой схематическое поперечное сечение устройства энергонезависимой памяти по линии А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 9 в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где стирающий затвор покрывает плавающий затвор и объединенный управляющий затвор.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0024] 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.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] Фиг. 1 представляет собой схематическое поперечное сечение, иллюстрирующее структуру включая стековые структуры и проводящие прокладки на стадии способа производства устройства энергонезависимой памяти в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 1, структура, сформированная на этой стадии производства, включает в себя по меньшей мере подложку 200, по меньшей мере одну стековую структуру 210, слой 212 изолирующего материала, туннельный диэлектрический слой 218, проводящую прокладку 220 и область 222 истока.

[0028] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения подложка 200 может быть полупроводниковой подложкой с подходящим типом проводимости, таким как р-тип или n-тип. Состав подложки 200 может включать в себя кремний, германий, нитрид галлия или другие подходящие полупроводниковые материалы, но не ограничивается этим.

[0029] По меньшей мере одна стековая структура 210 находится на подложке 200. Например, две стековые структуры 210 располагаются на подложке 200 и отстоят друг от друга в поперечном направлении. Каждая из стековых структур 210 включает в себя диэлектрический слой 202 затвора, вспомогательный затвор 204, изоляционный слой 206 и жертвенный слой 208, расположенные в указанном порядке. Каждая из стековых структур 210 включает в себя первую боковую стенку 211 и вторую боковую стенку 211, и первые боковые стенки 211 стековых 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 стековой структуре 210 и является временным слоем, предназначенным для удаления перед последующим процессом формирования структуры затвора, такой как верхняя структура затвора, на вспомогательном затворе 204.

[0030] Слой 212 изоляционного материала формируется на боковых стенках 211, 213 стековых 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 стековых структур 210 на подложке 200 в указанном порядке, а затем удаление части диэлектрического слоя 214 и диэлектрического слоя 216 для формирования слоя 212 изоляционного материала на боковой стенке каждой из стековых 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.

[0031] Туннельный диэлектрический слой 218 формируется на подложке 200 по меньшей мере между стековыми структурами 210 или дополнительно с обеих сторон стековых 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.

[0032] Проводящая прокладка 220 формируется на боковой стенке 211, 213 каждой из стековых структур 210. Способ формирования проводящей прокладки 220 может включать в себя следующие стадии. 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 стадии 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 стековыми структурами 210 обнажается, и формируется проводящая прокладка 220.

[0033] После этого в подложке 200 между проводящими прокладками 220, расположенными на первых боковых стенках 211 стековых 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 стековую структуру 210 и проводящую прокладку 220.

[0034] Фиг. 2 представляет собой схематическое поперечное сечение, иллюстрирующее структуру, включающую в себя плавающие затворы на боковых стенках стековых структур на стадии способа производства устройства энергонезависимой памяти 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 стековой структуры 210. Кроме того, части проводящей прокладки 220, расположенные на первой боковой стенке 211 стековой 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. Схематический вид сверху, соответствующий структуре, показанной на Фиг. 2, показан на Фиг. 3.

[0035] Фиг. 3 представляет собой схематический вид сверху, иллюстрирующий структуру, включающую в себя плавающие затворы на боковых стенках стековых структур на стадии способа производства устройства энергонезависимой памяти в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2 может соответствовать поперечному сечению по линии А-А' на Фиг 3. Как показано на Фиг. 3, подложка 2 00 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 х. Вспомогательный затвор 204 и жертвенный слой 208, оба из которых являются компонентами стековой 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.

[0036] Фиг. 4 представляет собой схематическое поперечное сечение по линии В-В' и С-С' на Фиг. 3 на стадии способа производства устройства энергонезависимой памяти в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Виды ВВ' и СС' на Фиг. 4 и вид АА' на Фиг. 2 находятся на одной и той же стадии производства. Что касается вида ВВ' на Фиг. 4, изолирующие структуры 102 располагаются под стековыми структурами 210 соответственно, и область 222 истока определяется между двумя смежными изолирующими структурами 102. Что касается вида СС' 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.

[0037] Фиг. 5 представляет собой схематическое поперечное сечение по линии А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 3 на стадии изготовления, следующей за изображенной на Фиг. 4, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора является более высоким, чем верхняя поверхность стековой структуры. Как показано на Фиг. 5, в частности на виде АА' на Фиг. 5, жертвенный слой 208 в каждой стековой структуре 210 удаляется полностью до тех пор, пока не будет обнажена 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 стековой 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 обнажена.

[0038] Фиг. 6 представляет собой схематическое поперечное сечение по линии А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 3 на стадии изготовления, следующей за изображенной на Фиг. 5, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где самый верхний край плавающего затвора покрыт стековым слоем. Как показано на Фиг. 6, стековый слой 227, включающий в себя диэлектрический слой 228 и проводящий слой 229, формируется на подложке 200, стековой структуре 210 и туннельном диэлектрическом слое 218. Таким образом, внутренняя боковая стенка 224-1, латеральная боковая стенка 224-2 и криволинейная боковая стенка 224-3 плавающего затвора 224 могут быть покрыты стековым слоем 227. Что касается вида АА' на Фиг. 6, часть внутренней боковой стенки 224-1 плавающего затвора 224 находится в прямом контакте с диэлектрическим слоем 228. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения стековый слой 227 представляет собой конформный слой, который соответствует формам слоев под диэлектрическим слоем 228. Диэлектрический слой 228 может быть однослойной или многослойной структурой, и материал диэлектрического слоя 228 является, например, оксидом кремния, нитридом кремния/оксидом кремния, другими материалами с высокой диэлектрической постоянной (k>4), или другим изоляционным материалом. Например, диэлектрический слой 228 может быть трехслойной структурой, включающей в себя оксид кремния/нитрид кремния/оксид кремния, уложенные в указанном порядке. Способ его формирования представляет собой, например, способ химического осаждения из паровой фазы или другие способы осаждения сплошного слоя, но не ограничивается этим. Материал проводящего слоя 229 может быть, например, легированным поликристаллическим кремнием или полицидом. Способ его формирования представляет собой, например, способ химического осаждения из паровой фазы или другие способы осаждения сплошного слоя, но не ограничивается этим.

[0039] Фиг. 7 представляет собой схематическое поперечное сечение по линии А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 3 на стадии изготовления, следующей за изображенной на Фиг. 6, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где управляющий затвор формируется на криволинейной боковой стенке плавающего затвора. Как показано на виде АА' на Фиг. 7, проводящий слой 229, расположенный на диэлектрическом слое 228, структурируется так, чтобы сформировать по меньшей мере один управляющий затвор 239 и остаточный проводящий слой 241 на двух противоположных сторонах стековой структуры 210 соответственно. В частности, управляющий затвор 239 и остаточный проводящий слой 241 представляют собой структуры в форме прокладок с криволинейными внешними боковыми стенками. Кроме того, управляющие затворы 239 могут быть сформированы в первой области 110 ячейки памяти и второй области 112 ячейки памяти соответственно, и каждый из управляющих затворов 239 может покрывать криволинейную боковую стенку 224-3 соответствующего плавающего затвора 224. Управляющий затвор 239 включает в себя самый верхний край, который находится ниже, чем самый верхний край 226 плавающего затвора 224. Кроме того, как показано на виде СС' на Фиг. 7, диэлектрический слой 228 и управляющий затвор 239 могут быть расположены на латеральной боковой стенке 224-2 плавающего затвора 224 и могут проходить через нижележащую изоляционную структуру 102. Во время процесса формирования управляющего затвора 239 стековая структура 210 и плавающий затвор 224 покрываются диэлектрическим слоем 228. Таким образом, диэлектрический слой 228 может использоваться в качестве защитного слоя для защиты поверхностей стековой структуры 210 и плавающего затвора 224 от повреждений, вызываемых травлением.

[0040] После стадии производства, показанной на Фиг. 7, диэлектрический слой 228, выступающий из управляющего затвора 239, может быть дополнительно удален с использованием управляющего затвора 239 в качестве травильной маски, и затем структура 236 стирающего затвора может быть сформирована на плавающем затворе 224 и структуре 240 управляющего затвора. Соответствующая структура иллюстрируется на Фиг. 8 в качестве примера. Фиг. 8 представляет собой схематическое поперечное сечение устройства энергонезависимой памяти по линии А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 3 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, где стирающий затвор покрывает плавающий затвор и управляющий затвор. Как показано на виде АА' на Фиг. 8, связывающий диэлектрический слой 238 располагается между плавающим затвором 224 и управляющим затвором 239, и формируется путем удаления диэлектрического слоя 228, покрывающего стековую структуру 210 и плавающий затвор 224, с использованием управляющего затвора 239 в качестве травильной маски. Самый верхний край 238-1 связывающего диэлектрического слоя 238 латерально отстоит от самого верхнего края 226 плавающего затвора 224. Таким образом, самый верхний край 226 плавающего затвора 224 не покрывается связывающим диэлектрическим слоем 238. Связывающий диэлектрический слой 238 и управляющий затвор 239 могут составлять структуру 240 управляющего затвора устройства энергонезависимой памяти.

[0041] После формирования связывающего диэлектрического слоя 238 по меньшей мере одна область стока, например две области 242 стока, может быть сформирована на сторонах стековых 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. 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.

[0042] После формирования области 242 стока, как показано на виде АА' на Фиг. 8, структура 236 стирающего затвора формируется на плавающем затворе 224 и структуре 240 управляющего затвора. Структура 236 стирающего затвора может быть стековой структурой, включающей в себя диэлектрический слой 234 стирающего затвора и стирающий затвор 235, последовательно уложенные друг на друга. Структура 236 стирающего затвора может покрывать наружную поверхность плавающего затвора 224 и наружную поверхность управляющего затвора 239. Кроме того, структура 236 стирающего затвора может быть непрерывным слоем, простирающимся от первой области 110 ячейки памяти до второй области 112 ячейки памяти, и заполнять зазор между первой областью 110 ячейки памяти и второй областью 112 ячейки памяти (например зазор между двумя смежными плавающими затворами 224). Следовательно, структура 236 стирающего затвора может покрывать по меньшей мере два плавающих затвора 22 4 и две структуры 240 управляющего затвора. Кроме того, внутренняя боковая стенка 224-1 плавающего затвора 224 может находиться в прямом контакте со структурой 236 стирающего затвора, а самый верхний край 226 плавающего затвора 224 может быть включен в структуру 236 стирающего затвора. Поскольку ширина структуры 236 стирающего затвора больше, чем сумма нижних ширин этих двух плавающих затворов 224 и этих двух управляющих затворов 239, структура 236 стирающего затвора может быть произведена более легко, даже если размеры ячеек памяти являются малыми.

[0043] Материал диэлектрического слоя 234 стирающего затвора является, например, оксидом кремния или оксинитридом кремния. Способ формирования диэлектрического слоя 234 стирающего затвора представляет собой, например, способ химического осаждения из паровой фазы. Способ формирования стирающего затвора 235 является следующим: проводящий слой (не показан) формируется на подложке 200, а затем проводящий слой структурируется. 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 стадии 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.

[0044] Как показано на виде ВВ' на Фиг. 8, управляющий затвор 239 и стирающий затвор 236 могут быть расположены на изоляционной структуре 102. Таким образом, управляющий затвор 239 может быть расположен между стирающим затвором 236 и изоляционной структурой 102.

[0045] Как показано на виде СС' на Фиг. 8, верхняя часть латеральной боковой стенки 224-2 плавающего затвора 224 может быть покрыта структурой 236 стирающего затвора, а нижняя часть латеральной боковой стенки 224-2 плавающего затвора 224 может быть покрыта управляющим затвором 239. Благодаря наличию управляющего затвора 239 нижняя поверхность структуры 236 стирающего затвора, проходящая за латеральную боковую стенку 224-2 плавающего затвора 224, отстоит от изоляционной структуры 102 и туннельного диэлектрического слоя 218.

[0046] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения другие компоненты, такие как сквозные соединения, разрядные шины, межслойный диэлектрик и т.д., могут быть дополнительно сформированы на подложке 200, и структура, показанная на Фиг. 8, может быть дополнительно модифицирована. В результате может быть получена ячейка энергонезависимой памяти, включающая структуру, проиллюстрированную на Фиг. 8. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения энергонезависимая ячейка памяти включает в себя четыре электрода затвора, такие как вспомогательный затвор 204, плавающий затвор 224, управляющий затвор 239 и стирающий затвор 235. Структура 240 управляющего затвора может быть расположена между подложкой 200 и структурой 236 стирающего затвора. 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». Управляющий затвор 239 может создавать туннель для горячих электронов из канала носителя в плавающий затвор 224 выбранной ячейки. Стирающий затвор 235 может использоваться для удаления электрона, хранящегося в плавающем затворе 224.

[0047] В соответствии со структурой, показанной на Фиг. 8, поскольку структура 236 стирающего затвора может покрывать самые верхние края 226 двух смежных плавающих затворов 224, электрон, хранящийся в плавающих затворах 224, может туннелировать от самых верхних краев 226 плавающих затворов 224 в структуру 236 стирающего затвора, когда к структуре 236 стирающего затвора приложено напряжение стирания. Таким образом данные, хранившие в двух смежных ячейках памяти устройства энергонезависимой памяти, могут быть стерты одновременно и эффективно. Кроме того, поскольку структура управляющего затвора 240 может быть дополнительно расположена на латеральной боковой стенке плавающего затвора 224, нижняя поверхность структуры 236 стирающего затвора, проходящая за латеральную боковую стенку 224-2 плавающего затвора 224, отстоит от туннельного диэлектрического слоя 218. За счет формирования структуры 240 управляющего затвора на латеральной боковой стенке 224-2 плавающего затвора 224 площадь перекрытия между структурой 236 стирающего затвора и латеральной боковой стенкой 224-2 плавающего затвора 224 уменьшается, что означает, что емкость связи между структурой 236 стирающего 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 стирающего затвора, уменьшенная площадь перекрытия между структурой 236 стирающего затвора и латеральной боковой стенкой 224-2 плавающего затвора 224 может повысить эффективность стирания и уменьшить требуемое напряжение стирания.

[0048] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения предлагается устройство энергонезависимой памяти, и структура этого устройства энергонезависимой памяти может быть той же самой, подобной или полученной из структуры, показанной на Фиг. 8. Устройство энергонезависимой памяти включает в себя по меньшей мере одну ячейку памяти, расположенную в области 110, 112 ячейки памяти, и по меньшей мере одна ячейка 110, 112 памяти включает в себя подложку 200, стековую структуру 210, туннельный диэлектрический слой 218, плавающий затвор 224, структуру 240 управляющего затвора и структуру 236 стирающего затвора. Стековая структура 210 располагается на подложке 200 и включает в себя диэлектрический слой 202 затвора, вспомогательный затвор 204 и изоляционный слой 206, уложенные в указанном порядке. Туннельный диэлектрический слой 218 располагается на подложке 200 с одной стороны стековой структуры 210. Плавающий затвор 224 располагается на туннельном диэлектрическом слое 218 и включает в себя самый верхний край 226 и криволинейную боковую стенку 224-3. Структура 240 управляющего затвора покрывает криволинейную боковую стенку 224-3 плавающего затвора 224. Структура 236 стирающего затвора покрывает плавающий затвор 224 и структуру 240 управляющего затвора, и самый верхний край 226 плавающего затвора 224 включается в структуру 236 стирающего затвора.

[0049] Фиг. 9 представляет собой схематический вид сверху устройства энергонезависимой памяти, включающего в себя структуру, показанную на Фиг. 8, где поперечные сечения по линиям А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 9 могут соответствовать видам АА', ВВ' и СС' на Фиг. 8. Как показано на Фиг. 9, устройство энергонезависимой памяти включает в себя четыре ячейки памяти, размещенные в первой, второй, третьей и четвертой областях памяти 110, 112, 114 и 116 соответственно. Структуры в первой области 110 памяти и второй области 112 памяти являются зеркальными друг к другу, и структуры в третьей области 114 памяти и четвертой области 116 памяти являются зеркальными друг к другу. Структуры 240 управляющего затвора могут простираться вдоль направления Y, и количество структур 240 управляющего затвора может быть равно по меньшей мере двум. Таким образом, одна из структур 240 управляющего затвора может простираться вдоль направления Y от первой области 110 ячейки памяти до третьей области 114 ячейки памяти, а другой из управляющих затворов 239 может простираться вдоль направления Y от второй области 112 ячейки памяти до четвертой области 116 ячейки памяти. Поскольку каждая структура 240 управляющего затвора простирается вдоль направления Y, части структуры 240 управляющего затвора могут покрывать плавающие затворы 224, а другие части структуры 240 управляющего затвора могут покрывать изоляционную структуру 102, расположенную между двумя смежными плавающими затворами 224. Что касается структуры 236 стирающего затвора, она может простираться вдоль направления Y и покрывать нижележащие структуры 240 управляющего затвора в первой, второй, третьей и четвертой областях 110, 112, 114, 116 ячейки памяти. Кроме того, зазор между двумя смежными плавающими затворами 224 может быть заполнен структурой 236 стирающего затвора.

[0050] В следующих абзацах дополнительно описывается один альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, и для краткости описываются только основные различия между вариантами осуществления.

[0051] Фиг. 10 представляет собой схематическое поперечное сечение на стадии изготовления, следующей за изображенной на Фиг.6, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где два смежных управляющих затвора объединены вместе. Структура, показанная на виде АА' на Фиг. 10, аналогична структуре, показанной на Фиг. 7, с тем основным отличием, что управляющий затвор 239 на границе первой области 110 ячейки памяти и второй области 112 ячейки памяти объединены вместе, чтобы сформировать объединенный управляющий затвор 249. Как изображено на виде ВВ' на Фиг. 10, объединенный управляющий затвор 249 может быть расположен непосредственно над областью 222 истока. Как показано на виде СС' на Фиг. 10, объединенный управляющий затвор 249 может проходить через нижележащую изоляционную структуру 102.

[0052] Фиг. 11 представляет собой схематическое поперечное сечение устройства энергонезависимой памяти по линии А-А', В-В' и С-С' на Фиг. 9 в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, где стирающий затвор покрывает плавающий затвор и объединенный управляющий затвор. Как изображено на видах АА' и ВВ' на Фиг. 11, структура, показанная на Фиг. 11, аналогична структуре, показанной на Фиг. 8, с тем основным отличием, что объединенный управляющий затвор 249 располагается между областью 222 истока и структурой 236 стирающего затвора, и объединенный управляющий затвор 249 и связывающий диэлектрический слой 238 могут составлять структуру 240 управляющего затвора устройства энергонезависимой памяти. За счет объединения двух смежных управляющих затворов 239 может быть получен объединенный управляющий затвор 249 с увеличенной шириной. Таким образом, электрическое сопротивление объединенного управляющего затвора 249 может быть уменьшено, и ячейки памяти в областях 110, 112 ячейки памяти могут быть запрограммированы более эффективно во время операции программирования устройства энергонезависимой памяти.

[0053] 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.

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении надежности запоминающего устройства за счёт встраивания в него стирающего затвора, способного вытягивать электроны из плавающего затвора путем приложения положительного напряжения к стирающему затвору. Технический результат достигается за счёт того, что устройство энергонезависимой памяти включает в себя по меньшей мере одну ячейку памяти, которая включает в себя подложку, стековую структуру, туннельный диэлектрический слой, плавающий затвор, структуру управляющего затвора и структуру стирающего затвора. Стековая структура располагается на подложке и включает в себя диэлектрический слой затвора, вспомогательный затвор и изолирующий слой, расположенные в указанном порядке. Туннельный диэлектрический слой располагается на подложке с одной стороны стековой структуры. Плавающий затвор располагается на туннельном диэлектрическом слое и включает в себя самый верхний край и криволинейную боковую стенку. Структура управляющего затвора покрывает криволинейную боковую стенку плавающего затвора. Структура стирающего затвора покрывает структуру плавающего затвора и управляющего затвора, и самый верхний край плавающего затвора включается в структуру стирающего затвора. 19 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство энергонезависимой памяти, содержащее по меньшей мере одну ячейку памяти, которая содержит:

подложку;

стековую структуру, расположенную на подложке и содержащую диэлектрический слой затвора, вспомогательный затвор и изоляционный слой, уложенные в указанном порядке;

туннельный диэлектрический слой, расположенный на подложке с одной стороны стековой структуры;

плавающий затвор, расположенный на туннельном диэлектрическом слое и содержащий самый верхний край и криволинейную боковую стенку;

структуру управляющего затвора, покрывающую криволинейную боковую стенку плавающего затвора; и

структуру стирающего затвора, покрывающую плавающий затвор и структуру управляющего затвора, причем самый верхний край плавающего затвора включается в структуру стирающего затвора.

2. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором плавающий затвор дополнительно содержит две латеральные боковые стенки, соответственно связанные с двумя краями криволинейной боковой стенки, и структура управляющего затвора дополнительно располагается на латеральных боковых стенках между структурой стирающего затвора и подложкой.

3. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором плавающий затвор дополнительно содержит внутреннюю боковую стенку, обращенную к стековой структуре, в котором структура стирающего затвора покрывает внутреннюю боковую стенку плавающего затвора.

4. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором самый верхний край плавающего затвора располагается выше, чем верхняя поверхность изоляционного слоя.

5. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором структура управляющего затвора имеет самый верхний край, который располагается ниже, чем самый верхний край плавающего затвора.

6. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором структура управляющего затвора содержит связывающий диэлектрик и управляющий затвор, последовательно уложенные друг на друга, и связывающий диэлектрик отстоит от самого верхнего края плавающего затвора.

7. Устройство энергонезависимой памяти по п. 6, в котором управляющий затвор содержит криволинейную боковую стенку.

8. Устройство энергонезависимой памяти по п. 7, в котором криволинейная боковая стенка управляющего затвора полностью покрыта структурой стирающего затвора.

9. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором ширина структуры стирающего затвора больше, чем ширина нижней поверхности плавающего затвора.

10. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором структура стирающего затвора дополнительно покрывает часть вспомогательного затвора.

11. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором самая нижняя поверхность структуры стирающего затвора располагается ниже, чем верхняя поверхность вспомогательного затвора.

12. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором по меньшей мере одна ячейка памяти содержит первую ячейку памяти и вторую ячейку памяти и каждая из первой и второй ячеек памяти содержит стековую структуру, плавающий затвор и структуру управляющего затвора, в котором структура стирающего затвора покрывает структуры управляющего затвора первой и второй ячеек памяти.

13. Устройство энергонезависимой памяти по п. 12, в котором первая ячейка памяти и вторая ячейка памяти являются зеркальным отображением друг друга.

14. Устройство энергонезависимой памяти по п. 12, в котором структура стирающего затвора заполняет зазор между плавающими затворами первой ячейки памяти и второй ячейки памяти.

15. Устройство энергонезависимой памяти по п. 12, которое дополнительно содержит область истока, совместно используемую первой ячейкой памяти и второй ячейкой памяти, и эта область истока покрыта структурой стирающего затвора.

16. Устройство энергонезависимой памяти по п. 12, в котором структура управляющего затвора первой ячейки памяти объединена со структурой управляющего затвора второй ячейки памяти.

17. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, дополнительно содержащее изоляционную структуру, расположенную в подложке, в котором структура управляющего затвора дополнительно содержит часть, расположенную на изоляционной структуре, и структура стирающего затвора дополнительно содержит часть, расположенную на изоляционной структуре, причем часть структуры управляющего затвора располагается между изоляционной структурой и частью структуры стирающего затвора.

18. Устройство энергонезависимой памяти по п. 17, в котором вспомогательный затвор дополнительно содержит часть, расположенную на изоляционной структуре, и боковая стенка части вспомогательного затвора покрывается частью структуры стирающего затвора, расположенной на изоляционной структуре.

19. Устройство энергонезависимой памяти по п. 1, в котором по меньшей мере одна ячейка памяти содержит первую ячейку памяти и третью ячейку памяти и первая и третья ячейки памяти совместно используют стековую структуру, структуру управляющего затвора и структуру стирающего затвора.

20. Устройство энергонезависимой памяти по п. 19, в котором структура управляющего затвора является непрерывной структурой, простирающейся между первой ячейкой памяти и третьей ячейкой памяти.