Flash閃存器件的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種FLASH閃存器件，在頂層氧化層中設置擦除窗口，將擦除窗口內的第一頂層氧化層設置比較薄、而擦除窗口外的第二頂層氧化層厚度保持較厚，從而能夠通過位于擦除窗口中的第一頂層氧化層實現對浮柵中電子的擦除，能大大減輕擦除時對底層氧化層的損傷；同時擦除窗口區域內的多晶硅控制柵到半導體襯底之間的整體厚度減薄，從而能減少器件擦除時在多晶硅控制柵上所加的電壓，從而能進一步減輕擦除時對底層氧化層的損傷；底層氧化層的損傷的減輕，能提高器件的電荷保持能力并提高數據揮發的可靠性。
【專利說明】FLASH閃存器件
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種FLASH閃存器件。
【背景技術】
[0002]FLASH閃存，因為具備高密度、大容量等優點而成為目前閃存類型的主流之一，并廣泛地應用于數碼相機，智能手機等電子產品中。然而隨著其容量的提高，器件的尺寸越來越小，浮置柵極里面存儲的電荷也越來越少，加上MLC(Mult1-Level Cell)的廣泛應用，其中MLC的一個浮動柵存儲2個bit信息，因此對FLASH閃存的數據揮發特性要求越來越高。
[0003]如圖1所示，是現有FLASH閃存器件的結構示意圖；柵極結構包括:底層氧化層103、多晶硅浮柵102、頂層氧化層101以及多晶硅控制柵106。其中頂層氧化層101為電荷阻擋層，能夠阻擋電荷在工作過程中從頂部泄漏；多晶硅浮柵102用于存儲電荷，通過多晶硅浮柵102中的電荷的存儲來確定FLASH閃存O和I狀態。底層氧化層101作為電荷隧穿層，半導體襯底如硅襯底107和多晶硅浮柵102之間的電荷交換是通過穿過底層氧化層101進行的。在柵極結構的側壁上還形成有側墻105，在柵極結構兩側的硅襯底107中還形成有對稱的源漏區104。
[0004]現有FLASH閃存在擦寫操作的方式方法也限制了其可靠性的進一步提高。現有FLASH閃存的操作方法是通過溝道區的FN隧穿進行擦除和溝道熱載流子注入(HCI)進行信息寫入，載流子包括電子和空穴。
[0005]其中FN隧穿時在多晶硅控制柵106和硅襯底107之間加入高電壓后，電子和空穴通過FN隧穿機制穿過底層氧化層101進出多晶硅浮柵102，現有FLASH閃存擦除時是將多晶硅浮柵102上的電荷泄放到硅襯底107中。
[0006]HCI首先需要在源漏區104之間加以橫向電壓、多晶硅控制柵106上也加電壓并形成溝道，溝道中載流子在橫向電場下加速后獲得能量并形成能穿越底層氧化層101的熱載流子并將載流子注入到多晶硅浮柵102中。
[0007]現有FLASH閃存的操作方法，電子和空穴都是通過浮置柵極下面的隧穿氧化層即底層氧化層101進出浮柵，因此隧穿氧化層與半導體襯底之間界面的界面態會急速惡化，在反復的擦除寫入操作后，FLASH器件的數據保存能力會大大降低。
[0008]同時，FN隧穿擦寫的缺點之一缺點是速度較慢。但由于信息寫入時的熱載流子注入具備高能量的特點，為了抑制底層氧化層在寫入操作過程中的性能惡化，其必須保持一定的厚度，現有器件中的底層氧化層的厚度約為70埃。因此為了達到需要的擦除速度，信息擦除時的電壓無法降低，這也使隧穿氧化層無法通過降低操作電壓來減輕其性能惡化。
【發明內容】
[0009]本發明所要解決的技術問題是提供一種FLASH閃存器件，能通過頂層氧化層實現對浮柵中電荷的擦除、從而大大減輕擦除時對底層氧化層的損傷，能夠減少控制柵到襯底之間的整體厚度、從而能減少器件擦除時在控制柵上所加的電壓、并能進一步減輕擦除時對底層氧化層的損傷，從而能提高器件的電荷保持能力并提高數據揮發的可靠性。
[0010]為解決上述技術問題，本發明提供的FLASH閃存器件的柵極結構包括:
[0011 ] 底層氧化層，形成于半導體襯底表面。
[0012]多晶硅浮柵，形成于所述底層氧化層表面。
[0013]頂層氧化層，形成于所述多晶硅浮柵表面，所述頂層氧化層包括一擦除窗口，位于所述擦除窗口內的所述頂層氧化層為第一頂層氧化層，位于所述擦除窗口外的所述頂層氧
化層為第二頂層氧化層。
[0014]多晶硅控制柵，形成于所述頂層氧化層表面。
[0015]所述第一頂層氧化層為對存儲于所述多晶硅浮柵中電荷信息進行擦除時的FN隧穿層，所述第一頂層氧化層的厚度滿足對所述多晶硅浮柵進行擦除時形成FN隧穿的條件。
[0016]所述第二頂層氧化層的厚度大于所述第一頂層氧化層，且所述第二頂層氧化層的厚度滿足對所述多晶硅浮柵進行擦除時不形成FN隧穿的條件。
[0017]所述底層氧化層為對所述多晶硅浮柵進行電荷信息寫入時溝道熱載流子注入的隧穿層，所述底層氧化層的厚度大于等于所述第一頂層氧化層的厚度，所述底層氧化層的厚度在滿足寫入時能進行溝道熱載流子注入的條件下，所述底層氧化層的厚度越厚、所述底層氧化層的可靠性越好。
[0018]進一步的改進是，所述底層氧化層的厚度為90埃?180埃，所述第一頂層氧化層的厚度為60埃?80埃。
[0019]本發明通過在頂層氧化層中設置一擦除窗口，將擦除窗口內的第一頂層氧化層設置的比較薄、而擦除窗口外的第二頂層氧化層的厚度保持較厚，從而能夠通過位于擦除窗口中的第一頂層氧化層實現對浮柵中電子的擦除，從不必通過底層氧化層來擦除電子，能大大減輕擦除時對底層氧化層的損傷；同時擦除窗口區域內的多晶硅控制柵到半導體襯底之間的整體厚度減薄，從而能減少器件擦除時在多晶硅控制柵上所加的電壓，從而能進一步減輕擦除時對底層氧化層的損傷；底層氧化層的損傷的減輕，能提高器件的電荷保持能力并提高數據揮發的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0021]圖1是現有FLASH閃存器件的結構示意圖；
[0022]圖2是本發明實施例FLASH閃存器件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]如圖2所示，是本發明實施例FLASH閃存器件的結構示意圖，本發明實施例FLASH閃存器件的柵極結構包括:
[0024]底層氧化層3，形成于半導體襯底7表面，所述半導體襯底7能為硅襯底。
[0025]多晶硅浮柵2，形成于所述底層氧化層3表面。
[0026]頂層氧化層I，形成于所述多晶硅浮柵2表面，所述頂層氧化層I包括一擦除窗口，擦除窗口區域如圖2中的虛線框8所示，位于所述擦除窗口內的所述頂層氧化層I為第一頂層氧化層，位于所述擦除窗口外的所述頂層氧化層I為第二頂層氧化層。所述第一頂層氧化層和所述第二頂層氧化層分別為所述多晶硅浮柵2的自氧化層，即所述第一頂層氧化層和所述第二頂層氧化層都是通過對所述多晶硅浮柵2進行氧化形成。
[0027]多晶硅控制柵6，形成于所述頂層氧化層I表面。
[0028]所述第一頂層氧化層為對存儲于所述多晶硅浮柵2中電荷信息進行擦除時的FN隧穿層，所述第一頂層氧化層的厚度滿足對所述多晶硅浮柵2進行擦除時形成FN隧穿的條件。較佳為，所述第一頂層氧化層的厚度為60埃?80埃。
[0029]所述第二頂層氧化層的厚度大于所述第一頂層氧化層，且所述第二頂層氧化層的厚度滿足對所述多晶硅浮柵2進行擦除時不形成FN隧穿的條件。
[0030]所述底層氧化層3為對所述多晶硅浮柵2進行電荷信息寫入時溝道熱載流子注入的隧穿層，所述底層氧化層3的厚度大于等于所述第一頂層氧化層的厚度，所述底層氧化層3的厚度在滿足寫入時能進行溝道熱載流子注入的條件下，所述底層氧化層的厚度越厚、所述底層氧化層的可靠性越好；由于不需要在擦除時進行FN隧穿，本發明實施例所述底層氧化層3的厚度要設置的比現有技術中的底層氧化層的厚度(70埃左右)要厚，較佳為本發明實施例所述底層氧化層3的厚度為90埃?180埃。
[0031]在柵極結構的側壁上形成有側墻5，在柵極結構兩側的所述半導體襯底7中形成有源漏區4，本發明實施例中所述源漏區4為對稱結構。本發明實施例中所述多晶硅浮柵2用于存儲電子，通過所述多晶硅浮柵2中的電子的存儲和擦除實現對所述FLASH閃存器件的存儲狀態的改變。
[0032]本發明實施例FLASH閃存器件的操作方法包括信息寫入和信息擦除，以在所述多晶娃浮柵2存儲的信息為電子為例:
[0033]進行所述信息寫入時，采用熱電子注入方法將電子從所述半導體襯底7中穿過所述底層氧化層3注入到所述多晶硅浮柵2中。熱電子注入時需要在多晶硅控制柵6以及源漏區4中的漏區加正電壓，在源漏區4的源區和半導體襯底7上加電壓，從而在柵極結構下的所述半導體襯底7的表面形成溝道電流，溝道中的電子加速后會形成具有較高能量的熱電子，熱電子的能量大于所述底層氧化層3的勢壘時會注入到所述多晶硅浮柵2中從而實現信息寫入。
[0034]進行所述信息擦除時，在所述多晶硅控制柵6加正電壓，在所述多晶硅控制柵6的正電壓的控制下存儲于所述多晶硅浮柵2中的電子通過FN隧穿方式穿過所述第一頂層氧化層并被抽出，同時保證所述多晶硅浮柵2中的電子不穿過所述第二頂層氧化層，使所述信息擦除時電子的FN隧穿只發生在所述擦除窗口內。所述信息擦除時，所述多晶硅控制柵6加正電壓，所述FLASH閃存器件的源極、漏極和襯底電極都接地；或者，所述信息擦除時，所述多晶硅控制柵6加正電壓，所述FLASH閃存器件的襯底電極接地，所述FLASH閃存器件的源極、漏極都不接電位。
[0035]以上通過具體實施例對本發明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發明的限制。在不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種FLASH閃存器件，其特征在于，FLASH閃存器件的柵極結構包括: 底層氧化層，形成于半導體襯底表面； 多晶硅浮柵，形成于所述底層氧化層表面； 頂層氧化層，形成于所述多晶硅浮柵表面，所述頂層氧化層包括一擦除窗口，位于所述擦除窗口內的所述頂層氧化層為第一頂層氧化層，位于所述擦除窗口外的所述頂層氧化層為第二頂層氧化層； 多晶硅控制柵，形成于所述頂層氧化層表面； 所述第一頂層氧化層為對存儲于所述多晶硅浮柵中電荷信息進行擦除時的FN隧穿層，所述第一頂層氧化層的厚度滿足對所述多晶硅浮柵進行擦除時形成FN隧穿的條件；所述第二頂層氧化層的厚度大于所述第一頂層氧化層，且所述第二頂層氧化層的厚度滿足對所述多晶硅浮柵進行擦除時不形成FN隧穿的條件； 所述底層氧化層為對所述多晶硅浮柵進行電荷信息寫入時溝道熱載流子注入的隧穿層，所述底層氧化層的厚度大于等于所述第一頂層氧化層的厚度，所述底層氧化層的厚度在滿足寫入時能進行溝道熱載流子注入的條件下，所述底層氧化層的厚度越厚、所述底層氧化層的可靠性越好。
2.如權利要求1所述FLASH閃存器件，其特征在于:所述底層氧化層的厚度為90埃?180埃，所述第一頂層氧化層的厚度為60埃?80埃。
【文檔編號】H01L27/115GK103928466SQ201310013092
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月14日 優先權日:2013年1月14日
【發明者】劉冬華, 錢文生, 胡君 申請人:上海華虹宏力半導體制造有限公司