[發明專利]包括一或多個非易失存儲器單元的半導體結構及形成方法

在審

• 申請號: 201711380119.6
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108206187A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 朱爾根·法爾;法蘭克·杰庫伯史奇
• 申請（專利權）人: 格芯公司
• 主分類號: H01L27/11521
• 分類號: H01L27/11521;H01L27/11524;H01L27/11568;H01L27/1157
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發明涉及包括一或多個非易失存儲器單元的半導體結構及形成方法，其中，一種半導體結構包括：包括半導體材料的支持襯底、位于該支持襯底上方的埋置絕緣層、位于該埋置絕緣層上方的半導體層，該半導體層具有上表面及下表面，該下表面位于該埋置絕緣層上，以及至少一個非易失存儲器單元。該非易失存儲器單元包括溝道區、前柵極結構、摻雜背柵區以及電荷儲存材料。該溝道區位于該半導體層中。該前柵極結構位于該溝道區及該半導體層的該上表面上方。該摻雜背柵區位于該溝道區下方的該支持襯底中。該電荷儲存材料至少嵌入該溝道區與該背柵區之間的該埋置絕緣層的部分中。

技術領域

本發明通常涉及集成電路領域，尤其涉及包括非易失存儲器(nonvolatilememory)裝置的集成電路。

背景技術

非易失存儲器(例如閃速存儲器)可用于各種儲存裝置中，例如，安全數字存儲卡(SD卡)、USB棒、固態硬盤(solid state drive；SSD)以及各種電子裝置例如手機、平板電腦、媒體播放器等的內部存儲器。非易失存儲器的進一步應用包括嵌入式系統，其中，除了邏輯裝置及/或易失性存儲器裝置以外，設置包括非易失存儲器的非易失存儲塊，以及其中，該非易失存儲器裝置及該邏輯裝置以及/或者易失性存儲器裝置物理地且電性地集成于單個襯底，例如單塊硅襯底上。除了非易失存儲器單元以外，可設于該單塊硅襯底上的裝置可包括邏輯晶體管，即設于邏輯電路中的場效應晶體管，以及/或者設于易失性存儲器電路(例如靜態隨機訪問存儲器及/或動態隨機訪問存儲器)中的場效應晶體管。包括非易失存儲器的嵌入式系統在各種領域中得到應用。例如，它們可用于汽車及物聯網應用中。例如，由于消除輸入/輸出緩沖區、設計靈活性、較低功耗以及/或者片上系統功能的緣故，所以與在分開的襯底上設置非易失存儲器以及邏輯及/或易失性存儲器電路的解決方案相比，在單個襯底上集成非易失存儲器及邏輯電路以及/或者易失性存儲器有助于提升性能并降低成本。

已用于嵌入式系統的閃速存儲器單元架構的類型包括：包括單個柵極的1晶體管單元(1T單元)，以及分離柵極解決方案例如1.5晶體管(1.5T)及2晶體管(2T)單元。在此類存儲器單元中，在該存儲器單元中所儲存的數據位可由電性絕緣材料所包圍的閃速柵極電極中所儲存的電荷量表示。已知的閃速存儲器單元可在晶片表面上以基本平面的配置形成，其中，除了用于形成邏輯電路及/或易失性存儲器電路中的場效應晶體管的多個工藝步驟以外，還執行若干額外的工藝步驟。尤其，在閃速存儲器單元的該形成中可采用雙柵極氧化物工藝。由于需要執行該額外工藝步驟以形成該閃速存儲器單元，所以在嵌入式系統中設置非易失存儲器可能具有較高的成本開銷。

Tiwari等人的“A silicon nanocrystals based memory”Appl.Phys.Lett.，68:1377-79，1996揭露使用由儲存于硅納米晶體中的電荷引起的閾值漂移的存儲器結構。

Tsuji等人的“Germanium nanoparticles formed in silicon dioxide layerby multi-energy implantation and oxidation state of Ge atoms”Journal ofPhysics:Conference Series，61:1196-1201，2007揭露在Si襯底上的SiO₂層中多能量注入Ge負離子。該Ge納米粒子據說有望成為一種可行的光發射源。

Xu等人的“Self-assembled SiGe nanoparticles integrated into SOI”Materials Letters,73:39-41，2012揭露通過Ge離子注入結合后續退火工藝在絕緣體上硅結構的頂部硅中合成SiGe納米粒子。

本發明提供半導體結構及其形成方法，其可有助于減少在與邏輯電路及/或易失性存儲器電路中的晶體管相同的襯底上形成非易失存儲器單元所采用的工藝步驟的數目。

發明內容