本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬浮柵mtp器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

多次可編程存儲(chǔ)器(multi-timeprogrammemory，簡稱mtp)，相比于單次可編程存儲(chǔ)器(onetimeprogrammemory，簡稱otp)來說，具有可多次進(jìn)行數(shù)據(jù)的存入、讀取、抹除等動(dòng)作，且存入的數(shù)據(jù)在斷電后也不會(huì)消失的優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為個(gè)人電腦、電子設(shè)備、移動(dòng)存儲(chǔ)等領(lǐng)域所廣泛采用的一種存儲(chǔ)器器件。如圖1所示，現(xiàn)有的mtp器件1包括：位于襯底100上的浮柵110和擦除柵120，浮柵110的材料為多晶硅，擦除柵120用于控制擦除所述浮柵110中的電荷。通過控制浮柵110中是否存在電子，實(shí)現(xiàn)mtp器件1實(shí)現(xiàn)0和1存儲(chǔ)。

隨著集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展，晶體管的特征尺寸也越來越小，在mos晶體管特征尺寸不斷縮小情況下，為了降低晶體管柵極的寄生電容，提高器件速度，金屬柵極被引入到晶體管中。然而，由于金屬柵極并不能存儲(chǔ)電子，所以金屬柵極并沒有用于mtp器件中，不利于實(shí)現(xiàn)mtp器件的小尺寸化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種金屬浮柵mtp器件以及制備方法，可以將金屬柵極用于mtp器件中的浮柵，有利于實(shí)現(xiàn)mtp器件的小尺寸化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金屬浮柵mtp器件，包括：

襯底；

淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)，形成于所述襯底的表面；

氧化物層和氮化物層，依次形成于所述襯底的淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)上；

高k電介質(zhì)層，形成于所述氮化物層上；以及

金屬浮柵，形成于所述高k電介質(zhì)層上。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件中，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)的摻雜劑量為5e14cm^-3～1e15cm^-3。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件中，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)的摻雜深度為

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件中，所述氧化物層的厚度為所述氮化物層的厚度為

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件中，所述氧化物層和氮化物層的特征尺寸均比所述金屬浮柵的特征尺寸大5nm～10nm。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件中，所述襯底中具有深阱，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)位于所述深阱的表面。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件中，所述深阱的摻雜類型為p型，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)的摻雜類型為n型。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件中，所述襯底中還包括源極區(qū)和漏極區(qū)，所述源極區(qū)和漏極區(qū)分別位于所述氧化物層的兩側(cè)。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件中，所述高k電介質(zhì)層和所述氮化物層之間還設(shè)置有一氧化物電介質(zhì)層，所述高k電介質(zhì)層和所述金屬浮柵之間還設(shè)置有一金屬柵極導(dǎo)體層。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件中，所述高k電介質(zhì)層的介電常數(shù)大于等于4.0。

根據(jù)本發(fā)明的另一面，還提供一種金屬浮柵mtp器件的制備方法，包括：

提供一襯底；

在所述襯底的表面進(jìn)行離子注入形成淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)；

在形成于所述襯底的淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)上依次形成氧化物層和氮化物層；

在所述氮化物層上形成高k電介質(zhì)層；以及

在所述高k電介質(zhì)層上形成金屬浮柵。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件的制備方法中，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)的摻雜劑量為5e14cm^-3～1e15cm^-3。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件的制備方法中，所述淺摻雜溝道增強(qiáng) 區(qū)的摻雜深度為

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件的制備方法中，所述氧化物層的厚度為所述氮化物層的厚度為

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件的制備方法中，所述氧化物層和氮化物層的特征尺寸均比所述金屬浮柵的特征尺寸大5nm～10nm。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件的制備方法中，所述襯底中具有深阱，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)位于所述深阱的表面。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件的制備方法中，所述深阱的摻雜類型為p型，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)的摻雜類型為n型。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件的制備方法中，所述高k電介質(zhì)層和所述氮化物層之間形成一氧化物電介質(zhì)層，所述高k電介質(zhì)層和所述金屬浮柵之間形成一金屬柵極導(dǎo)體層。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件的制備方法中，在所述氮化物層上形成高k電介質(zhì)層的步驟包括：

在所述氮化物層上依次形成所述氧化物電介質(zhì)層、高k電介質(zhì)層、金屬柵極導(dǎo)體層和多晶硅層；

對(duì)所述襯底的表面進(jìn)行離子注入，在所述氧化物層的兩側(cè)分別形成所述源極區(qū)和漏極區(qū)；

去除所述多晶硅層。

進(jìn)一步的，在所述金屬浮柵mtp器件的制備方法中，所述高k電介質(zhì)層的介電常數(shù)大于等于4.0。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的金屬浮柵mtp器件及其制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

在本發(fā)明提供的金屬浮柵mtp器件及其制備方法中，淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)形成于襯底的表面，氧化物層和氮化物層依次形成于所述襯底的淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)上，高k電介質(zhì)層形成于所述氮化物層上，金屬浮柵形成于所述高k電介質(zhì)層上，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)可以增強(qiáng)帶間隧道效應(yīng)，所述氮化物層用于存入電子或釋放電子，實(shí)現(xiàn)0和1的存儲(chǔ)，從而完成編程和擦除操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)的多晶硅浮柵mtp器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中一實(shí)施例金屬浮柵mtp器件的制備方法的流程圖；

圖3-圖8為本發(fā)明一實(shí)施例的金屬浮柵mtp器件在制備過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的金屬浮柵mtp器件以及制備方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。

為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

本發(fā)明的核心思想在于，提供一種金屬浮柵mtp器件包括：襯底；淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)，形成于所述襯底的表面；

氧化物層和氮化物層，依次形成于所述襯底的淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)上；高k電介質(zhì)層，形成于所述氮化物層上；以及金屬浮柵，形成于所述高k電介質(zhì)層上。高k電介質(zhì)層形成于所述氮化物層上，金屬浮柵形成于所述高k電介質(zhì)層上，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)可以增強(qiáng)帶間隧道效應(yīng)，所述氮化物層用于存入電子或釋放電子，實(shí)現(xiàn)0和1的存儲(chǔ)，從而完成編程和擦除操作。

根據(jù)上述核心思想在于，提供一種金屬浮柵mtp器件的制備方法，如圖2 所示，包括：

步驟s11、提供一襯底；

步驟s12、在所述襯底的表面進(jìn)行離子注入形成淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)；

步驟s13、在形成于所述襯底的淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)上依次形成氧化物層和氮化物層；

步驟s14、在所述氮化物層上形成高k電介質(zhì)層；以及

步驟s15、在所述高k電介質(zhì)層上形成金屬浮柵。

以下請(qǐng)參閱圖3-圖8具體說明本發(fā)明的金屬浮柵mtp器件及其制備方法。

首先，進(jìn)行步驟s11，如圖3所示，提供一襯底200，所述襯底200的材質(zhì)可以為材料可以為單晶硅(si)、單晶鍺(ge)、硅鍺(gesi)或碳化硅(sic)，也可以是絕緣體上硅(soi)，絕緣體上鍺(goi)；或者還可以為其它的材料，例如砷化鎵等iii-v族化合物。較佳的，所述襯底200中具有深阱201，所述深阱201的摻雜類型為p型，此外，所述襯底200中還可以設(shè)置有淺槽隔離202等結(jié)構(gòu)，此為本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的，在此不作贅述。

接著，進(jìn)行步驟s12，繼續(xù)參考圖3，在所述襯底200的表面進(jìn)行離子注入形成淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)203，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)203位于所述深阱201的表面，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)203可以增強(qiáng)帶間隧道效應(yīng)。較佳的，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)203的摻雜類型為n型，例如，離子注入采用的元素可以為as元素，能量為60kev～80kev，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)203的摻雜劑量為5e14cm^-3～1e15cm^-3，例如，6e14cm^-3、8e14cm^-3等等，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)203的摻雜深度為例如，等等。

之后，進(jìn)行步驟s13，如圖4所示，在形成于所述襯底200的淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)203上依次形成氧化物層211和氮化物層212，所述氮化物層212用于存入電子或釋放電子，實(shí)現(xiàn)0和1的存儲(chǔ)。具體的，可以先在整個(gè)所述襯底200表面制備層疊的氧化物膜以及氮化物膜，然后所述氮化物膜上制備光掩膜，并對(duì)所述氧化物膜以及氮化物膜進(jìn)行圖形化，形成所述氧化物層211和氮化物層212。較佳的，所述氧化物層211的厚度為例如等，所述氮化物層212的厚度為例如等。

接著，進(jìn)行步驟s14，如圖5所示，在所述氮化物層212上形成高k電介質(zhì) 層312。在本實(shí)施例中，在所述高k電介質(zhì)層212和所述氮化物層212之間形成一氧化物電介質(zhì)層311，在所述高k電介質(zhì)層212上形成一金屬柵極導(dǎo)體層313。具體的，步驟s14包括以下子步驟s141～s143：

子步驟s141、如圖5所示，在所述氮化物層212上依次形成所述氧化物電介質(zhì)層311、高k電介質(zhì)層312、金屬柵極導(dǎo)體層313和多晶硅層314。具體的，可以先在整個(gè)器件表面制備層疊的氧化物電介質(zhì)膜、高k電介質(zhì)膜、金屬柵極導(dǎo)體膜和多晶硅膜，然后所述多晶硅膜上制備光掩膜，并對(duì)所述氧化物電介質(zhì)膜、高k電介質(zhì)膜、金屬柵極導(dǎo)體膜和多晶硅膜進(jìn)行圖形化，形成所述氧化物電介質(zhì)層311、高k電介質(zhì)層312、金屬柵極導(dǎo)體層313和多晶硅層314；

子步驟s142、如圖6所示，對(duì)所述襯底200的表面進(jìn)行離子注入，在所述氧化物層211的兩側(cè)分別形成所述源極區(qū)203和漏極區(qū)204，在圖6中，所述源極區(qū)203位于所述氧化物層211的左側(cè)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，所述源極區(qū)203還位于所述氧化物層211的右側(cè)；

子步驟s143、如圖7所示，去除所述多晶硅層313，所述多晶硅層313可以在子步驟s142中保護(hù)所述金屬柵極導(dǎo)體層313。

較佳的，所述高k電介質(zhì)層312的介電常數(shù)大于等于4.0，例如，所述高k電介質(zhì)層312的材料為氧化鉿(hfo2)、正硅酸鉿(hfsio4)、二氧化鋯(zro2)、氧化鋁(al2o3)、二氧化鈦(tio2)、氧化鑭(la2o3)、鈦酸鍶(srtio3)、鋁酸鑭(laalo3)、氧化鈰(ceo2)、氧化釔(y2o3)及其組合。所述金屬柵極導(dǎo)體層313可包括元素金屬或任何導(dǎo)電化合物及其組合和多層，元素金屬例如為鎢(w)、鉭(ta)、鋁(al)、釕(ru)、鉑(pt)等，導(dǎo)電化合物包括但不限于：氮化鈦(tin)、氮化鉭(tan)、硅化鎳(nisi)、硅化鎳鉑(niptsi)、氮化鈦(tin)、氮化鉭(tan)、碳化鈦(tic)、碳化鉭(tac)、氧氮碳化鉭(tacno)、氧化釕(ruo2)等。

最后，進(jìn)行步驟s15，如圖8所示，在所述高k電介質(zhì)層312上形成金屬浮柵410，具體的在本實(shí)施例中，所述金屬浮柵410形成于所述金屬柵極導(dǎo)體層313上。在本實(shí)施例中，所述金屬浮柵410包括依次層疊的凹槽形的金屬阻擋層tan411、凹槽形的調(diào)整功函數(shù)的金屬層tial412、凹槽形的阻擋金屬層tin413以及填充于阻擋金屬層tin413中的金屬鋁414，阻擋金屬層tin413和金屬鋁 414之間還可以設(shè)置一層金屬鈦層。所述金屬浮柵410的制備過程為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的，在此不作贅述。

其中，所述氧化物層211和氮化物層212的特征尺寸均為cd1，較佳的，所述氧化物層211和氮化物層212的特征尺寸cd1比所述金屬浮柵410的特征尺寸cd2大5nm～10nm，例如8nm，可以有效地防止光刻過程中的對(duì)準(zhǔn)偏差。

經(jīng)過上述步驟，形成了如圖8所示的金屬浮柵mtp器件2，在所述金屬浮柵mtp器件2中，所述淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)203形成于所述襯底200的表面，所述氧化物層211和氮化物層212依次形成于所述襯底200的淺摻雜溝道增強(qiáng)區(qū)203上，所述高k電介質(zhì)層312形成于所述氮化物層上212，所述金屬浮柵410形成于所述高k電介質(zhì)層312上。

在本實(shí)施例中，所述襯底200中還可以設(shè)置有深阱201、淺槽隔離202，在所述氧化物層211兩側(cè)的所述深阱201中分別形成所述源極區(qū)203和漏極區(qū)204，所述高k電介質(zhì)層212和所述氮化物層212之間形成有所述氧化物電介質(zhì)層311，所述高k電介質(zhì)層212上形成有所述金屬柵極導(dǎo)體層313。此外，所述襯底200上還可以形成擦除柵等結(jié)構(gòu)，此為本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的，在此不作贅述。

所述金屬浮柵mtp器件2在編程時(shí)，能帶之間的熱電子進(jìn)入所述氮化物層212中，閾值電壓增加，源極和漏極之間的電流減??；

所述金屬浮柵mtp器件2在擦除時(shí)，能帶之間的熱空穴進(jìn)入所述氮化物層212中，閾值電壓降低，源極和漏極之間的電流增加。

本發(fā)明的所述金屬浮柵mtp器件2的浮柵為金屬浮柵，有利于降低所述金屬浮柵mtp器件2的尺寸。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。