[發明專利]雙柵電荷俘獲存儲器及其制作方法

有效

• 申請號: 201210026182.0
• 申請日: 2012-02-07
• 公開（公告）號: CN103247669A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 劉明;王晨杰;霍宗亮;張滿紅;劉璟;王永;謝常青
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L27/115;H01L21/8247
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，尤其涉及一種基于多晶硅納米線場效應晶體管的雙柵電荷俘獲存儲器及其制作方法。

背景技術

閃存存儲技術是現在主流的一種存儲技術，它既具有隨機存取存儲器(RAM)的優勢，能夠隨時擦除和重寫數據信息，又有只讀存儲器(ROM)的特點，在電路斷電的情況下保持存儲的數據信息，因此閃存存儲器又被稱為一種非易失存儲器。

主流的閃存存儲技術按照陣列結構和實現的功能可以分為兩類：NAND型陣列架構的閃存存儲技術和NOR型陣列架構的閃存存儲技術。前者主要側重于大容量數據信息的保存，后者則側重于數據和編碼處理過程中的數據寄存和快速讀取擦除。

隨著無線通訊數據通信量的增大和多媒體設備集成度的提高，對于嵌入式存儲的要求日益提高，在要求數據高速存取的同時，還要求提高存儲密度。這些都對NOR型陣列架構的閃存存儲技術提出了新的要求。尤其是當今各類平板電子設備的不斷發展，要求NOR型陣列架構的存儲技術不僅要有更快的編擦速度，而且要求存儲陣列由更高的存儲密度。

傳統的閃存存儲器的存儲單元為浮柵型電荷存儲單元，其電荷存儲區為嵌入硅基氧化物中的浮柵層，浮柵層主要由金屬和多晶硅構成，所以又分為金屬浮柵和多晶硅浮柵。浮柵存儲器件通過特定的電荷寫入和擦除方式，使電荷從溝道通過硅基氧化層注入浮柵層中。由于構成浮柵層的材料具有比較高的電子功函數，其與包裹它的硅基氧化物構成電子的二維能量束縛態，限制了電荷的運動，使器件存儲了注入的電荷所帶來的數據信息。但是，由于浮柵中束縛的電荷是連續分布的，如果器件局部存在電荷泄露現象，會導致整個器件中電荷全部丟失，從而丟失所保存的信息。為了提高器件的數據保持和可靠性，需要苛求包裹浮柵層的硅基氧化物都不能泄露電荷，其主要途徑就是增厚氧化物厚度，但是這樣又會影響數據的存取速度。

作為浮柵存儲技術的替代者，電荷俘獲存儲技術改進了浮柵存儲技術的缺點，在電荷俘獲存儲技術中，電荷俘獲存儲區由具有大量深能級缺陷的介質材料形成，使得存儲的電荷離散分布與存儲區介質的缺陷之中，減小電荷大量流失的可能性，提高了器件的可靠性。另一方面，電荷俘獲存儲單元由簡單的三明治結構構成，易于在各個器件結構中進行集成。

為了提高存儲器的存儲密度，本發明在多晶硅納米線場效應晶體管的基礎上引入了雙柵結構和電荷俘獲存儲單元。另一方面，由于采用的納米線場效應晶體管的溝道為納米線的薄膜溝道，可以有效提高溝道的載流子的密度和遷移率，減小場效應管的亞閾值擺幅，提高選擇開關比，降低了器件的功耗。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于多晶硅納米線場效應晶體管的雙柵電荷俘獲存儲器及其制作方法，以提高存儲器的存儲密度，提高器件的選擇開關比和可靠性，降低器件的功耗。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種基于多晶硅納米線場效應晶體管的雙柵電荷俘獲存儲器，該雙柵電荷俘獲存儲器具有兩個相互獨立控制的多晶硅柵極，具體包括：半導體襯底100；形成于該半導體襯底100之上的第一介質緩沖層101；形成于該第一介質緩沖層101之上的第二介質緩沖層102；形成于該第二介質緩沖層102之上的多晶硅底柵103；在該多晶硅底柵103兩側對稱分布的兩個納米線溝道104；形成于該多晶硅底柵103與該兩個納米線溝道104之間以及該兩個納米線溝道104與該第二介質緩沖層102之間的兩個電荷俘獲存儲器介質層105；形成于該兩個納米線溝道104外側且位于該電荷俘獲存儲器介質層105之上的兩個頂柵介質層106；形成于該多晶硅底柵103、該電荷俘獲存儲器介質層105、該納米線溝道104及該頂柵介質層106之上的硬質掩蔽層107；形成于該硬質掩蔽層107及該電荷俘獲存儲器介質層105之上、該頂柵介質層106和該硬質掩蔽層107外側的多晶硅頂柵108；以及跨越兩個納米線溝道104的源區109和漏區110。

為達到上述目的，本發明還提供了一種基于多晶硅納米線場效應晶體管的雙柵電荷俘獲存儲器的制作方法，包括：

在半導體襯底200上依次沉積硅基的氧化物薄膜201、硅基的氮化物薄膜202、n型摻雜的多晶硅薄膜203’和硬質掩膜層204’；

在硬質掩膜層204’上方涂覆光刻膠并曝光形成第一光刻膠圖形205，隨后通過RIE刻蝕技術對硬質掩膜層204’進行刻蝕，刻蝕未經光刻膠遮擋的部分，形成硬質掩膜層圖形204；