[发明专利]采用N沟道和P沟道MOS晶体管的模拟浮动栅极存储器制造工艺

说明书

本发明涉及集成电路中模拟浮动栅极电极及其制造方法，其中捕获的电荷可被长时间存储。该模拟浮动栅极电极在多晶硅栅极水平形成，其整个长度为n型掺杂，并包括用作n沟道和p沟道MOS晶体管的栅极电极的部分；金属‑多晶硅存储电容器极板；和多晶硅‑有源隧穿电容器极板。p沟道MOS晶体管包括设置其源极区域和漏极区域之间的掩埋沟道区域，该沟道区域由离子注入形成。硅化物阻挡二氧化硅阻挡在电极上的硅化物覆层的形成，同时集成电路中其他多晶硅结构是硅化物覆层。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域。本发明的实施例更具体地针对应用于晶体管栅极的存储模拟电平的结构。

背景技术

半导体集成电路的重要一类是采用模拟电路功能的那些电路，其中输入和输出信号和信息被同样地通信和处理。模拟电路功能在多个不同领域中是重要的，如仪表和控制系统，音频应用，大规模电子系统的功率管理，通信功能，电机控制功能(如在硬盘驱动器中)等等。某些集成电路，例如接口电路，如模拟数字转换器(ADC)和数字模拟转换器(DAC)，包括模拟功能和数字功能。

通常，模拟集成电路功能依赖于芯片上建立和调节的参考电平(电压和电流)。这些参考电平通常涉及这类功能，如信号测量、信号调节、转换和接口功能(ADC和DAC)等等。模拟集成电路的适当功能，且特别是对电源电压、温度和其他操作条件的变化下的这种功能，通常严重依赖于在这种变化下参考电压和电流的稳定性。此外，反映在集成电路物理参数中的制造变化可影响这些集成电路中生成的参考电平。

因此，许多模拟集成电路包括“修整”或调解片上精度参考电路以及这些集成电路内其它电路功能的某些能力。修整通常是在被制造的原始电路的性能的电气测量或其他评估后，在制造时执行的。这类修整和调节的不同技术是已知的，包括电阻器的激光修整，以及以选择性分流电阻器排(resistor bank)中电阻器的数字控制字编程熔丝或反熔丝。近来，已经考虑将可编程非易失性存储器元件用作修整元件，例如取代熔丝或反熔丝。这些非易失性存储器元件的例子包括浮动栅极金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其中晶体管的状态是由在浮动栅极电极捕获的电荷限定的。器件的编程是通过如Fowler-Nordheim隧穿和热载流子注入的机理实现的。

某些模拟应用，如高精度ADC和DAC要求极其精确和稳定的参考电路。不仅参考电平具有高初始精度(如5V量级的参考电压的精度为1mV量级)，而且通常也需要5ppm/℃量级的温度稳定性，和10ppm/1000小时量级的长期漂移。为了实现这样的精度，更直接地修整电路元件是有用的，如在参考电路的输入端和放大器反馈回路中的电路元件。此外，电路元件的这种直接修整可导致与电阻器排型修整电路相比减少的功率消耗，因此很好地适用于现代电池驱动的应用。

使用浮动栅极技术直接在参考电路放大器修整电容器是有吸引力的，这是由于根据现代编程方法编程电荷的精度，还因为编程操作可通过纯电气装置执行。但考虑到修整仅可在制造时执行，所以这类修整中使用的任何捕获的电荷必须在器件的寿命期间保持在浮动栅极。结合本发明，已经注意到模拟集成电路中传统电容器介电膜随时间有一定程度的泄露。这类传统电容器介电体的例子是通过等离子体增强的化学气相沉积工艺(PECVD)沉积的氮化硅。类似地，在传统模拟电路中使用浮动栅极电容器技术要求额外的昂贵的工艺，如特别是用于可编程电容器的介电膜的沉积，额外导电层的沉积和图案化等等。

Ahuja等人的“A Very High Precision 500-nA CMOS Floating-Gate AnalogVoltage Reference”，J.Solid-State Circ.，Vol.40,No.12(IEEE，2005年12月)，pp.2364-72描述了在精确模拟参考电路中浮动栅极技术的使用。在本文中，浮动栅极器件被构造为双级多晶硅器件。两个多晶硅级之间的隧穿区域被形成为的二氧化硅膜。在给定的沉积分隔的隧穿氧化物膜的要求下，在该结构中实施的制造工艺被认为是相对昂贵的。此外，该方法使用相对厚的隧穿氧化物膜，其导致相对小的单位面积电容。