[發(fā)明專利]一種非揮發(fā)性存儲器及其制造方法

無效

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• 申請日: 2010-11-11
• 公開（公告）號: CN102034874A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 王鵬飛;林曦;張衛(wèi)
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L29/788
• 分類號: H01L29/788;H01L27/115;H01L21/336
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發(fā)明涉及一種非揮發(fā)性存儲器及其制造方法，具體涉及一種使用帶浮柵的碰撞電離型MOSFET來作為基本結構的非揮發(fā)性存儲器及其制造方法，屬于50納米以下的非揮發(fā)性存儲器技術領域。

背景技術

存儲器大致可分為兩類：揮發(fā)性存儲器和非揮發(fā)性存儲器。揮發(fā)性存儲器在系統(tǒng)關閉時立即失去存儲在內(nèi)的信息，它需要持續(xù)的電源供應以維持數(shù)據(jù)。大部分的隨機存儲器（RAM）都屬于揮發(fā)性存儲器。非揮發(fā)性存儲器在系統(tǒng)關閉或者無電源供應時仍能繼續(xù)保持數(shù)據(jù)信息。非揮發(fā)性存儲器又可分為兩類，電荷阱型存儲器和浮柵型存儲器。在浮柵型存儲器中，電荷被存儲在浮柵中，它們在無電源供應的情況下仍然可以保持。儲存在浮柵中的電荷數(shù)量可以影響器件的閾值電壓,由此區(qū)分期間狀態(tài)的邏輯值1或0。?

所有的浮柵型存儲器都具有類似的原始單元架構，如圖1所示，它們都具有層疊的柵極結構，該層疊的柵極結構設置于襯底101之上，依序由隧穿氧化層104、浮柵105、介質(zhì)層106和控制柵極107所堆棧形成。并且，在柵極結構兩側的襯底101中，設置有源區(qū)102和漏區(qū)103。

自從1967年貝爾實驗室的D.Kahng和S.M.Sze提出浮柵結構的非揮發(fā)性存儲器后，基于柵堆疊的MOSFET結構的浮柵型非揮發(fā)性存儲器就以其在容量、成本和功耗上的優(yōu)勢成為半導體存儲器市場上的主流器件。但是，傳統(tǒng)MOSFET的最小亞閾值擺幅(SS)被限制在60mv/dec，這限制了浮柵型存儲器的工作速度，而且，隨著半導體芯片集成度的不斷增加，MOSFET的溝道長度也在不斷的縮短，當MOSFET的溝道長度變得非常短時，其源、漏極間的漏電流隨溝道長度的縮小也迅速上升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種新型的浮柵型非揮發(fā)性存儲器及其制備方法，以克服短溝道效應，并且提高亞閾值特性。

本發(fā)明提出的非揮發(fā)性存儲器，使用帶浮柵的碰撞電離型MOSFET作為基本結構，具體包括：

一個半導體襯底；

在所述半導體襯底內(nèi)形成的電流溝道區(qū)域；

在所述半導體襯底內(nèi)所述電流溝道區(qū)域的一側形成的具有第一種摻雜類型的漏區(qū)；

在所述半導體襯底內(nèi)所述電流溝道區(qū)域的非漏區(qū)側形成的具有第二種摻雜類型的源區(qū)；

在所述電流溝道區(qū)域與所述源區(qū)之間形成的用于產(chǎn)生電離碰撞的碰撞電離區(qū)域；

覆蓋所述電流溝道區(qū)域形成的第一層柵介質(zhì)層；

在所述第一層柵介質(zhì)層之上形成的作為電荷存儲節(jié)點的具有導電性的浮柵區(qū)；

覆蓋所述浮柵區(qū)形成的第二層柵介質(zhì)層；

在所述第二層柵介質(zhì)層之上形成的控制柵極。

進一步地，所述的半導體襯底為單晶硅或者為絕緣體上的硅（SOI）。所述的第一層、第二層柵介質(zhì)層由二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者高介電常數(shù)的絕緣材料而形成。所述的浮柵區(qū)由摻雜的多晶硅、鎢、氮化鈦或者合金材料所形成。

更進一步地，所述的第一種摻雜類型為n型，所述的第二種摻雜類型為p型；或者，所述的第一種摻雜類型為p型，所述的第二種摻雜類型為n型。

同時，本發(fā)明還提出了上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法，包括：

提供一個半導體襯底；

形成第一層光刻膠；

掩膜、曝光、刻蝕形成漏區(qū)需摻雜的圖形；

離子注入形成第一種摻雜類型的漏區(qū)；

剝除第一層光刻膠；

形成第一層絕緣薄膜；

形成第一層導電薄膜；

形成第二層光刻膠；

掩膜、曝光、刻蝕形成器件的浮柵；

剝除第二層光刻膠；

形成第二層絕緣薄膜；

形成第二層導電薄膜；

形成第三層光刻膠；

掩膜、曝光、刻蝕形成器件的控制柵極；

剝除第三層光刻膠；

形成第四層光刻膠；

掩膜、曝光、刻蝕形成源區(qū)需摻雜的圖形；

離子注入形成第二種摻雜類型的源區(qū)；

剝除第四層光刻膠；

形成第三層絕緣薄膜；

形成第五層光刻膠；

掩膜、曝光、刻蝕形成接觸孔；

剝除第五層光刻膠；

形成金屬接觸。

進一步地，所述的第一層、第二層絕緣薄膜為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者高介電常數(shù)的絕緣材料。所述的第三層絕緣薄膜為二氧化硅或者為氮化硅。所述的第一層導電薄膜為摻雜的多晶硅、鎢、氮化鈦或者合金材料。所述的第二層導電薄膜為金屬、合金或者為摻雜的多晶硅。