[發(fā)明專利]改進(jìn)的雙摻雜浮柵晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410405898.0
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN105449002B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂冬琴;葉好華
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L29/788
• 分類號: H01L29/788;H01L29/49;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 張欣

本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的雙摻雜浮柵晶體管。根據(jù)本發(fā)明的一種浮柵晶體管，包括：半導(dǎo)體襯底；以及依次形成在所述半導(dǎo)體襯底上的隧道氧化層、浮柵層、柵間介質(zhì)層、控制柵層，其中所述浮柵層包括疊層區(qū)域，所述疊層區(qū)域包括多個第一摻雜類型的多晶硅子層，所述多個第一摻雜類型的多晶硅子層彼此以層間介質(zhì)層隔開，所述浮柵層還包括在所述疊層區(qū)域兩側(cè)的第二摻雜類型的第一反型區(qū)域，所述第二摻雜類型和第一摻雜類型不同。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，更具體地，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的雙摻雜浮柵晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

浮柵MOSFET(FGMOS)是一種有別于傳統(tǒng)MOSFET的新型晶體管結(jié)構(gòu)。FGMOS的柵極和襯底之間是被電隔離的，形成一個浮動節(jié)點(diǎn)，即浮柵結(jié)構(gòu)。隨后，在浮柵結(jié)構(gòu)上沉積多種控制/輸入結(jié)構(gòu)。這些控制/輸入結(jié)構(gòu)與浮柵結(jié)構(gòu)也不是電連接的，而是容性連接的。由于浮柵結(jié)構(gòu)被高電阻值材料完全包圍，因此浮柵結(jié)構(gòu)中所含的電荷可長期保持不變。通常，當(dāng)浮柵中的電荷需要改變時，使用隧道效應(yīng)和熱載流子注入機(jī)制來改變浮柵結(jié)構(gòu)中所保存的電荷量。

FGMOS被廣泛用于諸如閃存(Flash Memory)的各種存儲設(shè)備行業(yè)。編程效率(速度)和數(shù)據(jù)保存能力是考量FGMOS存儲單元性能的兩個重要指標(biāo)。近年來，隨著閃存產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，期望先進(jìn)的閃存設(shè)備能長達(dá)十年以上地保存數(shù)據(jù)，這對于FGMOS的性能提出了挑戰(zhàn)。特別是隨著存儲密度的提高，F(xiàn)GMOS單元尺寸需不斷地減小，隧穿氧化層的尺寸相應(yīng)縮減，漏泄電流導(dǎo)致的電荷量丟失問題逐漸顯現(xiàn)出來。因此，期望有更好地FGMOS結(jié)構(gòu)來改善存儲單元的性能，尤其是數(shù)據(jù)保存性能。

近年來提出的一種FGMOS結(jié)構(gòu)是雙摻雜浮柵(DDFG)結(jié)構(gòu)，其中，形成P-N-P的浮柵來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一N摻雜浮柵。圖1A－1D示出現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域的一種制作雙摻雜浮柵晶體管的工藝過程。如圖1A所示，通過本領(lǐng)域已知的適當(dāng)工藝依次制備P型襯底層101、隧道氧化層102、N型浮柵多晶硅層103、柵間隔層104、控制柵多晶硅層105。接下去可沉積電介質(zhì)材料作為硬掩模層106。硬掩模106可定義出柵極圖形。隨后，如圖1B所示，向下刻蝕控制柵多晶硅層105、柵間隔層104、浮柵多晶硅層103、以及隧道氧化層102，使各層具有硬掩模106所定義的柵極圖形。接下去，如圖1C所示，采用大傾角離子注入工藝，使N型浮柵多晶硅層103的兩側(cè)被反型為P型區(qū)107，得到沿溝道長度的P-N-P雙摻雜浮柵結(jié)構(gòu)。某些工藝實(shí)踐中，在得到如圖1C所示的雙摻雜浮柵疊層結(jié)構(gòu)后，還可在浮柵疊層結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)壁108，得到如圖1D所示的結(jié)構(gòu)。在形成雙摻雜浮柵疊層結(jié)構(gòu)后，可通過摻雜得到源區(qū)和漏區(qū)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用上述這種雙摻雜浮柵(DDFG)結(jié)構(gòu)的FGMOS展示出了更好的編程速度和更佳的數(shù)據(jù)保存性能。因此，雙摻雜浮柵方案是一種在業(yè)界受到高度關(guān)注的方案。

盡管現(xiàn)有技術(shù)給出了可行的雙摻雜浮柵晶體管結(jié)構(gòu)，但存儲產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展始終需求一種性能更佳的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請為進(jìn)一步改進(jìn)雙摻雜FGMOS在存儲應(yīng)用中的性能，對浮柵結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)。具體而言，本申請?zhí)岢鲈诟沤Y(jié)構(gòu)中形成特殊的P-N-P雙摻雜浮柵結(jié)構(gòu)，其中N區(qū)是疊層區(qū)域，由多個被介質(zhì)層隔開的多晶硅子層構(gòu)成。本申請還提出一種特殊的雙摻雜浮柵結(jié)構(gòu)，其中反型P區(qū)四面包圍中間的N區(qū)，從而溝道長度方向和溝道寬度方向均形成了P-N-P雙摻雜結(jié)構(gòu)。本申請還提出用于制造改進(jìn)型浮柵結(jié)構(gòu)的工藝。

具體地，本申請?zhí)岢鲆韵路桨福?/p>

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種浮柵晶體管，包括：半導(dǎo)體襯底；以及依次形成在所述半導(dǎo)體襯底上的隧道氧化層、浮柵層、柵間介質(zhì)層、控制柵層，其中所述浮柵層包括疊層區(qū)域，所述疊層區(qū)域包括多個第一摻雜類型的多晶硅子層，所述多個第一摻雜類型的多晶硅子層彼此以層間介質(zhì)層隔開，所述浮柵層還包括在所述疊層區(qū)域兩側(cè)的第二摻雜類型的第一反型區(qū)域，所述第二摻雜類型和第一摻雜類型不同。