[發明專利]NAND閃存存儲單元、NAND閃存及其形成方法

有效

• 申請號: 201610437062.8
• 申請日: 2016-06-17
• 公開（公告）號: CN107516660B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 黃新運;肖磊;劉紅霞;沈曄暉;沈磊;劉岐
• 申請（專利權）人: 上海復旦微電子集團股份有限公司
• 主分類號: H01L27/11524
• 分類號: H01L27/11524;H01L27/11551;H01L29/10;H01L29/423;H01L21/28
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 吳圳添;吳敏

一種NAND閃存存儲單元、NAND閃存及其形成方法。所述NAND閃存存儲單元包括半導體襯底；位于所述半導體襯底上的鰭部；所述鰭部包括第一PN疊層和第二PN疊層，所述第二PN疊層位于所述第一PN疊層上方；所述第一PN疊層包括第一源層和第一漏層，所述第一源層與所述第一漏層在所述鰭部高度方向上直接層疊；所述第二PN疊層包括第二源層和第二漏層，所述第二源層與所述第二漏層在所述鰭部高度方向上直接層疊。所述NAND閃存存儲單元具有很好的工藝尺寸持續縮小能力，并且所述NAND閃存存儲單元能夠從器件結構上解決存儲單元讀取干擾的問題。同時，所述NAND閃存的形成方法簡單，工藝成本降低。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種NAND閃存存儲單元、NAND閃存及其形成方法。

背景技術

NAND閃存(NAND flash)是一種非易失閃存，主要功能是存儲資料，具較高的存儲單元密度，寫入和擦除速度快，同時NAND閃存的存儲單元尺寸幾乎是NOR閃存存儲單元尺寸的一半，可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量。

一種現有NAND閃存的存儲單元如圖1所示，半導體襯底(未示出)上具有溝道層110，溝道層110上依次具有隧穿介質層120、浮柵130、柵介質層140和控制柵150，溝道層110上的其它區域為介質層160。隨著半導體器件尺寸的減小，采用圖1所示浮柵結構的NAND閃存，面臨著能夠隧穿至浮柵的電子不足的問題，并且隨著半導體結構尺寸減小，存儲單元中浮柵尺寸越來越小，存儲單元能保存的電荷(電子)越來越少，因此存儲單元對數據的保持特性越來越差。浮柵形成過程中需要采用多次光刻和刻蝕工藝的問題等，隨著半導體結構尺寸減小，存儲單元的形成區域需要越來越復雜的多次曝光光刻技術，成本越來越高。

圖1所示現有NAND閃存存在讀取干擾(read disturb)。讀取干擾通常指對一個數據單元的讀操作導致的對另一個數據單元保存的電荷的影響。如圖1顯示了兩個相鄰浮柵130，因此對應有兩個相鄰的存儲單元。在多次對其中之一個存儲單元進行讀取操作后，與之相鄰的存儲單元的數據會發生例如1至0的翻轉。這是因為，在對其中之一個存儲單元讀取數據的時候，此存儲單元的漏端會有熱載流子形成，這些熱載流子在電場的作用下一部分會進入相鄰存儲單元的浮柵內。如果原先此相鄰存儲單元的浮柵內沒有電子，那么這些熱載流子的進入會讓此相鄰存儲單元的數據發生翻轉。上述過程即發生了熱載流子注入(HCI)。

熱載流子注入是固態電子器件中發生一個現象，當電子或空穴獲得足夠的動能后，它們就能夠突破勢壘的約束(熱載流子中的“熱”這個術語是指用來對載流子密度進行建模的有效溫度，而非器件本身的溫度)。由于載流子被束縛在金屬氧化物半導體場效應管的柵極電介質層中，晶體管的開關性能可以被永久地改變，熱載流子注入是一種可能對半導體器件可靠性產生負面影響的機制。

對于NAND閃存，熱載流子(通常為熱電子)可能被注入到浮柵中，從而改變存儲單元所保存的數據狀態。當其中之一個存儲單元產生的熱載流子注入到相鄰存儲單元的浮柵之后，會導致相鄰存儲單元存儲的數據出現錯誤，從而導致此相鄰存儲單元的存儲數據出現差錯(no good，NG)。

為了解決讀取干擾的問題，目前對NAND閃存采用的方法是改變讀取操作時字線(word line)的電壓，減緩熱載流子的形成。例如減小讀取單元和它相鄰電源字線間的電壓差。然而，通過減小讀取單元和它相鄰電源字線間的電壓差，只能緩解這種讀取干擾現象的發生。由于數據0和1對應的存儲單元間的閾值差(ΔVth)必須保證數據的可區分，不能持續減小。所以隨著閃存器件尺寸的減小和集成度的增加，這個辦法將無法運用。另外，對于多位數據單元(MLC，一個數據單元內存放多位數據)的閾值跨度比一位數據單元(SLC，一個數據單元內存放一位數據)更大，所以這種讀取干擾的情況會更嚴重。