空气隧道浮栅存储单元及其制造方法技术

一种空气隧道浮栅存储单元，包括将空气隧道限定在衬底上，将第一多晶硅层（浮栅）限定在空气隧道上，将氧化物层沉积在第一多晶硅层上，使得氧化物层覆盖第一多晶硅层，并且限定空气隧道的侧壁，将第二多晶硅层作为字线限定在氧化物层上。本发明专利技术也公开了一种制造空气隧道浮栅存储单元的方法，将牺牲层形成在衬底上，将第一多晶硅层形成在牺牲层上，将氧化物层沉积在第一多晶硅层上，使得氧化物层覆盖第一多晶硅层，并且限定牺牲层的侧壁，使用热磷酸（Ｈ↓［３］ＰＯ↓［４］）浸泡以蚀刻牺牲层，形成空气隧道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种浮栅存储单元，尤其涉及一种空气隧道(airtunning)浮栅存储单元及制造这种存储单元的方法。
技术介绍
如附图说明图1所示，常规浮栅存储单元100包括衬底110，衬底110具有掺杂的源极120和漏极130。隧道氧化物层140位于浮栅150和衬底110之间，氧化物-氮化物-氧化物(ONO)叠层160位于浮栅150之上，并且控制栅极170位于ONO叠层160之上。常规浮栅存储单元100将隧道氧化物层140作为绝缘层，以保存存储在浮栅150上的电荷，而隧道氧化物层140的厚度一般大于7nm。此隧道氧化物层140也可以在常规浮栅存储单元100的编程/擦除操作中，作为电荷传输介质。然而，在多次的编程/擦除操作之后，大量通过隧道氧化物层140的注入电荷将会引起严重的应力引发漏电流(stress-induced leakage current，SILC)，导致隧道氧化物层140的退化，而隧道氧化物层140的退化将会使编程/擦除速度变慢，并且降低常规浮栅存储单元100中的浮栅150的电荷保持能力。为了加强常规浮栅存储单元100的编程/擦除速度，可以在常规浮栅存储单元100上施加较大的电场。然而，较大的电场将会造成更严重的隧道氧化物层140退化，因此，隧道氧化物层140具有编程/擦除速度上限，限制常规浮栅存储单元100的性能。有鉴于此，目前需要一种改进的浮栅存储单元，可加强常规浮栅存储单元的性能且避免上述问题。
技术实现思路
大致来说，本专利技术满足提供一种空气隧道浮栅存储单元的需要，也提供一种制造这种空气隧道浮栅存储单元的方法。根据本专利技术的一个方案，提供一种空气隧道浮栅存储单元。空气隧道浮栅存储单元包含设置在衬底上的空气隧道。将第一多晶硅层限定在空气隧道上，作为浮栅。将氧化物层设置在第一多晶硅层上，使得氧化物层覆盖第一多晶硅层且限定空气隧道的侧壁。将第二多晶硅层限定在氧化物层上，并且图案化第二多晶硅层，以形成字线。在一个实施例中，空气隧道具有大约3nm至大约10nm的厚度范围。在另一个实施例中，空气隧道为真空隧道。根据本专利技术的另一个方案，提供一种制造这种空气隧道浮栅存储单元的方法。在衬底上形成牺牲层。将第一多晶硅层形成在牺牲层上，作为浮栅。之后，将氧化物层形成在第一多晶硅层上，使得氧化物层覆盖第一多晶硅层且限定牺牲层的侧壁。将第二多晶硅层形成在氧化物层上，且图案化第二多晶硅层，以形成字线。之后，使用热磷酸浸泡以侧向蚀刻牺牲层，以形成空气隧道。在一个实施例中，牺牲层为氮化物层。在另一个实施例中，牺牲层的厚度在大约3nm到大约10nm的范围内。可以理解的是上述一般说明及以下详细说明仅为示例性和解释性的，并非限制本专利技术。附图简述包含在本专利技术中并作为本专利技术的组成部分的附图用于说明本专利技术的实施例，并且与本专利技术的说明一起用来解释本专利技术的主旨。图1示出常规浮栅存储单元的剖面图；图2(a)是NOR/NAND型空气隧道浮栅存储阵列的顶视图，而图2(b)-(c)是在根据本专利技术的实施例形成NOR/NAND型空气隧道浮栅存储阵列的存储单元的空气隧道之前和之后，沿A-A′线截取的NOR/NAND型浮栅存储阵列的剖面图；图3(a)是AND型空气隧道浮栅存储阵列的顶视图，而第图3(b)-(c)是在根据本专利技术的实施例形成AND型空气隧道浮栅存储阵列的存储单元的空气隧道之前和之后，沿A-A′线截取的AND型空气隧道浮栅存储阵列的剖面图；图4是针对常规浮栅存储单元和根据本专利技术实施例的空气隧道浮栅存储单元，示出模拟的富雷—诺特海姆式(FN)隧穿电流密度作为电场的函数的曲线图；图5(a)-(b)是示出根据本专利技术实施例的空气隧道浮栅存储单元的FN隧穿编程特性和FN隧穿擦除特性的曲线图。实施方式详细的组件符号用于使本专利技术具体化，虽然结合实施例来描述本专利技术，但是本专利技术并非旨在限定在这些实施例中，相反地，本专利技术旨在涵盖包含在由所附权利要求所定义的本专利技术的精神和范围内的替换、变体及等同物。而且，在下述本专利技术的具体实施例中，为了全面理解本专利技术，揭示了各种特定实施例，但也可能在这些实施例之外实施本专利技术。对于其它实例、公知的方法、过程、组成及电路将不会详细描述，以避免模糊本专利技术的方向。图2(a)是或非门(NOR)/与非门(NAND)型空气隧道浮栅存储阵列200的顶视图，而图2(b)-(c)是在根据本专利技术的实施例形成NOR/NAND型空气隧道浮栅存储阵列200的存储单元的空气隧道之前和之后，沿A-A′线截取的NOR/NAND型空气隧道浮栅存储阵列200的剖面图。如图2(a)所示，NOR/NAND型浮置存储阵列200包含9个存储单元(单元_1、单元_2、……、以及单元_9)，其中3个存储单元共享字线(WL)202。使用四个浅沟道隔离(STI)区域201，以将9个存储单元分成3行。图2(b)-(c)示出在单元_1、单元_2和单元_3的空气隧道形成的前后，沿A-A′线截取的单元_1、单元_2和单元_3的剖面图。在一个实施例中，浅沟道隔离区域为氧化物区域。如图2(b)所示，在衬底210上形成四个STI区域201之后，在衬底210上和两个STI区域201之间形成牺牲层220。在一个实施例中，牺牲层220为氮化物层，在另一实施例中，此牺牲层220的厚度在大约3nm到大约10nm的范围内。第一多晶硅层230，用作浮栅，并且位于牺牲层220之上，而对第一多晶硅层230和牺牲层220一起进行图案化。之后，在第一多晶硅层230上沉积共形氧化物层240，使得共形氧化物层240覆盖第一多晶硅层230，并且限定牺牲层220的侧壁。将第二多晶硅层202形成在共形氧化物层240之上，之后图案化第二多晶硅层202，以形成字线202。该共形氧化物层240也可称为多晶硅间(inter-poly)氧化物层。之后，使用热磷酸(H3PO4)浸泡以侧向蚀刻NOR/NAND型浮栅存储阵列200的每一个存储单元的牺牲层220，蚀刻方向如图2(a)的箭头所示。热磷酸(H3PO4)浸泡会蚀刻牺牲层220的前壁和后壁，由于热磷酸(H3PO4)浸泡至少30次，选择性移除氮化物多于氧化物和硅，在将牺牲层220移除之后，NOR/NAND型空气隧道浮栅存储阵列200的存储单元的轮廓仍能大致不变。因此，如图2(c)所示，在NOR/NAND型浮栅存储阵列200的每一个存储单元的衬底210和第一多晶硅层(浮栅)230之间，形成空气隧道250。在一个实施例中，空气隧道250的厚度在大约3nm到大约10nm的范围内。在其它实施例中，在空气隧道250的前壁和后壁都被氧化之后，空气隧道250为真空隧道。图3(a)是与门(AND)型空气隧道浮栅存储阵列300的顶视图，而图3(b)-(c)是在根据本专利技术的实施例形成AND型空气隧道浮栅存储阵列300的存储单元的空气隧道之前和之后，沿A-A′线截取的AND型空气隧道浮栅存储阵列300的剖面图。如图3(a)所示，AND型空气隧道浮栅存储阵列300包含9个存储单元(单元_1、单元_2……及单元_9)，其中3个存储单元共享字线(WL)302。图3(b)和(c)示出在单元_1、单元_2和单元_3的空气隧道形成的前后，沿A-A′线截取的单元_1、单元_2和单元_3的剖面图。如图3(b本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浮栅存储单元，包括：衬底；空气隧道，限定在该衬底之上；第一多晶硅层，限定在该空气隧道之上；以及氧化物层，限定在该第一多晶硅层之上，使得该氧化物层覆盖该第一多晶硅层并且限定该空气隧道的侧壁。

【技术特征摘要】
US 2005-5-20 11/134,1551.一种浮栅存储单元，包括衬底；空气隧道，限定在该衬底之上；第一多晶硅层，限定在该空气隧道之上；以及氧化物层，限定在该第一多晶硅层之上，使得该氧化物层覆盖该第一多晶硅层并且限定该空气隧道的侧壁。2.如权利要求1所述的浮栅存储单元，还包括第二多晶硅层，限定在该氧化物层之上。3.如权利要求1所述的浮栅存储单元，其中该空气隧道的厚度在大约3nm到大约10nm的范围内。4.如权利要求1所述的浮栅存储单元，其中该空气隧道为真空隧道。5.如权利要求1所述的浮栅存储单元，其中该第一多晶硅层用作浮栅。6.如权利要求2所述的浮栅存储单元，其中该第二多晶硅层用作字线。7.如权利要求1所述之浮栅存储单元，其中通过富雷—诺特海姆式(FN)隧穿来编程或擦除该浮栅存储单元。8.如权利要求1所述的浮栅存储单元，其中通过沟道热电子(CHE)注入来编程该浮栅存储单元。9.如权利要求1所述的浮栅存储单元，其中通过沟道起始次要电子注入(CHISEL)来编程该浮栅存储单元。10.如权利要求1所述的浮栅存储单元，其中通过脉冲鼓动衬底高热电子注入(PASHEI)来编程该浮栅存储单元。11.一种制造浮栅存储单元的方法，包括提供栅极；将牺牲层形成在该衬底之上；将第一多晶硅层形成在该牺牲层之上；将氧化物层形成在该第一多晶硅层之上；以及蚀刻该牺牲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕函庭，赖二琨，谢光宇，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]