專利名稱：一種制造多位存儲(chǔ)器單元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造多位存儲(chǔ)器單元的方法，該多位存儲(chǔ)器單元具有自調(diào)準(zhǔn)ONO(氧化物-氮化物-氧化物)區(qū)。
背景技術(shù)：
在US 5 768 192中，說(shuō)明了一種非易失存儲(chǔ)器。其中存儲(chǔ)層的源極或漏極分別捕獲電子，這些捕獲的電子決定晶體管的閾值電壓。晶體管設(shè)計(jì)成SONOS晶體管(半導(dǎo)體-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體)，源極或漏極各自存在的一個(gè)電荷可分別被看作一個(gè)存儲(chǔ)位。因而，在此種結(jié)構(gòu)的每一個(gè)單元中可存儲(chǔ)兩位。對(duì)于編程狀態(tài)，溝道溝道中產(chǎn)生熱載流子；在靠近漏極區(qū)，這些電子由半導(dǎo)體材料注入到存儲(chǔ)層。另外，一個(gè)5V的典型電勢(shì)差使一個(gè)字行沿源極到漏極方向通過(guò)柵極。源極區(qū)本身接0V，作為位線的漏極區(qū)接5V。加反向電壓，在源極區(qū)也能俘獲電荷。源、漏間1.2V的電勢(shì)差和編程狀態(tài)的閾值電壓與非編程狀態(tài)的閾值電壓之間的柵壓使存儲(chǔ)在源極邊的位能夠讀取。柵極顯著的負(fù)電勢(shì)和漏極加譬如5V的電壓(字行幾乎無(wú)流)，通過(guò)驅(qū)使俘獲的載流子回到源極區(qū)與漏極區(qū)擦除存儲(chǔ)位，其相對(duì)于接地極(GIDL，柵誘生漏隙)為正。
近來(lái)，在高度集成存儲(chǔ)器中，源極到漏極的間距僅150nm。如果存儲(chǔ)芯片置于惡劣的環(huán)境下(尤其是高溫，一般為85℃，如在汽車中就很容易達(dá)到)，若其俘獲的載流子不再足以占據(jù)于電介質(zhì)氮化物中，充/放周期(無(wú)疑能夠?qū)崿F(xiàn)并且持久)的數(shù)目就會(huì)減少。那么，這就使得分別讀取存儲(chǔ)在源極和漏極的位更加困難。
在US 5 877 523中，說(shuō)明了一種多級(jí)分離柵閃存單元，其中應(yīng)用并構(gòu)造了氧化物層和希望作為存儲(chǔ)層的多晶硅層，在兩部分中形成浮柵電極。其余部分覆蓋電介質(zhì)層。這之上為導(dǎo)電層(用以形成柵極)。通過(guò)摻雜材料注入形成源極和漏極。
在US 5 969 383中，說(shuō)明了一種分離柵閃存器件。其中在溝道區(qū)部分上和漏極區(qū)部分上所有情況下依次制作了二氧化硅、氮化硅和二氧化硅層，溝道上的多層結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)控制柵電極。存儲(chǔ)器芯片的編程就是通過(guò)在氮化硅層捕獲載流子這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。選擇柵電極布置在溝道區(qū)的剩余部分上。
在US 5 796 140中，說(shuō)明了一種制作存儲(chǔ)器單元的方法。其中源極和漏極形成摻雜區(qū)，并用溝道區(qū)相互隔離開(kāi)；希望用做存儲(chǔ)載流子的存儲(chǔ)層制造在界面層之間的這些區(qū)域之上并掩埋其中；應(yīng)用了柵電極，并用電介質(zhì)層將其與半導(dǎo)體材料隔離開(kāi)；因此，除了位于溝道區(qū)與源極(或漏極)區(qū)之間界面的區(qū)域外，其余存儲(chǔ)層被全部去掉。
在JP 2000-58680中，說(shuō)明了一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。其中，柵電極的邊也用了氧化物-氮化物-氧化物層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是說(shuō)明一種制造多位存儲(chǔ)器單元的方法。即使在惡劣條件下，本多位存儲(chǔ)器單元也能保證獲得較大的充/放周期的數(shù)目。
借助具有權(quán)利要求1或4中各自特征的方法實(shí)現(xiàn)此目的。由從屬權(quán)利要求可見(jiàn)到具體實(shí)施例。
按照本發(fā)明制造多位存儲(chǔ)器單元，希望用來(lái)俘獲源極和漏極載流子的存儲(chǔ)層限制在鄰接溝道區(qū)的源極區(qū)或漏極區(qū)。存儲(chǔ)層安排在界面層之間，并且掩埋在較之高能帶帶隙材料中，以便分別在源極區(qū)和漏極區(qū)上的存儲(chǔ)層中俘獲的載流子維持在那里。
氮化物是較佳的存儲(chǔ)層材料；氧化物主要適合于包層材料。在存儲(chǔ)器單元用于硅材料系統(tǒng)情況下，本例中的存儲(chǔ)器單元為帶隙約5eV的氮化硅，包層為帶隙約9eV的二氧化硅。存儲(chǔ)層可為具有比包層帶隙小的不同材料，借此可獲得好的載流子電子限制，并且?guī)恫顟?yīng)盡可能大。因此，如氧化鉭、硅化金合和本征(未摻雜)導(dǎo)體硅可與二氧化硅一起作為存儲(chǔ)層材料。氮化硅的相對(duì)介電常數(shù)大約為7.9。應(yīng)用具有較高介電常數(shù)(如15...18)的替代材料可減小用作存儲(chǔ)的層堆垛整個(gè)厚度，并且這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
在本方法中，用于俘獲載流子的存儲(chǔ)層完全清除出源極區(qū)和漏極區(qū)包層之上的一個(gè)區(qū)域，任何情況下，都對(duì)著溝道溝道區(qū)。之后，制造并構(gòu)建希望作為一個(gè)字行的氧化物柵和柵電極或?qū)щ娪∷㈦娐罚⑶覍⑹冀K處于懸空狀態(tài)的存儲(chǔ)層掩埋入包層材料中(氧化物較佳)。把溝道溝道區(qū)上的存儲(chǔ)層去掉，用這種方法制作的SONOS晶體管單元具有了置于彼此分離的源極和漏極之上的存儲(chǔ)區(qū)。
在一個(gè)更佳的具體實(shí)施例中，氧化物柵不僅制作在襯底溝道區(qū)的半導(dǎo)體材料之上，而且在柵電極邊緣上的垂直方向，因而用此方法起到了相連的存儲(chǔ)層間額外的電絕緣效應(yīng)。柵電極邊緣上的垂直氧化物層的制作也改變了電場(chǎng)的分布，以至于沿存儲(chǔ)層方向增強(qiáng)熱電子的激勵(lì)并在那里俘獲之。用此方法明顯改進(jìn)了存儲(chǔ)器單元的工作特征(尤其編程狀態(tài))。
具體實(shí)施例方式
參照最適易的制造方法，根據(jù)本發(fā)明，下面給出存儲(chǔ)器單元實(shí)例更詳細(xì)的說(shuō)明，其中間產(chǎn)品分別示于

圖1至6和圖7至10的截面圖。大量此類單個(gè)存儲(chǔ)器單元組成可生成于一片芯片上。
圖1至6顯示根據(jù)本發(fā)明的一種制造方法的第一個(gè)實(shí)例。圖1的截面圖顯示在襯底上生長(zhǎng)半導(dǎo)體本體1、一層或半導(dǎo)體材料的層結(jié)構(gòu)。如果半導(dǎo)體材料沒(méi)有理想的本底摻雜，通過(guò)本來(lái)已知的方式，按照需要的濃度注入摻雜材料制造額定電導(dǎo)率的所謂的井(如p井)。此外，圖1顯示了用以將半導(dǎo)體本體1稱為下界面層的下氧化物層2(底氧化物)。之上是希望用以俘獲載流子的存儲(chǔ)層3(本例中，這里為氮化硅)。這之上是作為上界面層的又一層氧化物層4(頂氧化物)。輔助層5作為最頂層，比前一層較厚，并且也是氮化物較佳。利用一層掩膜(如光致抗蝕材料制成)，用照相技術(shù)，按照?qǐng)D一所示的方式制作存儲(chǔ)層3、上氧化物層4和輔助層5，以便側(cè)向限制希望用作存儲(chǔ)器單元的區(qū)域。圖1中顯示的已去除掩膜。
然后，輔助層5用做掩膜，通過(guò)在半導(dǎo)體材料中注入摻雜材料的方法制造源6a和漏6b。例如，當(dāng)用由硅制作的p摻雜襯底作為半導(dǎo)體本體時(shí)的，砷是用作此目的較適合摻雜材料。進(jìn)一步說(shuō)，按照?qǐng)D2，也制造了側(cè)向氧化物層7，利用襯底硅的氧化制造更容易完成。在這樣做時(shí)，材料經(jīng)歷了體積的增長(zhǎng)，以致于側(cè)向氧化物層7位于存儲(chǔ)層3之上。
然后，如果需要，另一層輔助層8(如也可是氧化物)淀積在第一層輔助層5的一側(cè)。例如，通過(guò)CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)方法制造此輔助層8的平板表面，平整整個(gè)表面。然后去除第一輔助層5，最好用濕法化學(xué)方法完成，上氧化物層作為刻蝕截止層。按這種方法，得到在圖3中顯示的中間產(chǎn)品。
然后，以本來(lái)已知的方式制造圖4所示的隔離9。為此目的，最好在整個(gè)表面上和接下來(lái)的各向異性刻蝕的背面淀積一層厚度極其均勻的材料(希望用做隔離的材料)，以致于能顯示出隔離9保持在輔助層8的內(nèi)邊緣上。因?yàn)楦綦x9可用來(lái)做后面要做的柵電極的部分，建議在此處淀積作為用于這些間隔的摻雜多晶硅材料。然后，用隔離刻除隔離之間區(qū)域的上氧化層4、存儲(chǔ)層3和下氧化層2，并留下間隔下面的各部分。這樣存儲(chǔ)層就已經(jīng)限制在源和漏邊緣的區(qū)域(對(duì)著柵極)。
圖5顯示在襯底的半導(dǎo)體材料上和隔離形成的側(cè)向內(nèi)邊上制造電介質(zhì)層10。通過(guò)半導(dǎo)體材料的表面氧化非常容易實(shí)現(xiàn)，尤其是當(dāng)使用硅時(shí)。然后，為此目的通過(guò)在隔離之間的凹槽中淀積材料的方法制作并完成柵電極。最好能夠?qū)⒃诖颂幍膿诫s多晶硅用于此目的。按照?qǐng)D5顯示，為平整表面再進(jìn)行一次CMP。
圖6顯示了淀積導(dǎo)電印刷電路后存儲(chǔ)器單元狀態(tài)的截面圖，導(dǎo)電印刷電路用于柵電極(如其為存儲(chǔ)器單元配置提供了一個(gè)字行)連接電源12。此導(dǎo)電印刷電路最好還用摻雜多晶硅。通過(guò)沿垂直于圖的平面方向限制圖6所示結(jié)構(gòu)的方法，完成單元的構(gòu)造。這要通過(guò)進(jìn)一步的光刻工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，刻蝕掉柵電極邊的材料直至上氧化層4下。接下來(lái)，最好用濕法化學(xué)刻蝕方法刻除存儲(chǔ)層3。再一次氧化，以用氧化物掩埋存儲(chǔ)層3存在的自由邊緣。因而，作為根據(jù)本發(fā)明方法的結(jié)果，沿垂直于圖6的圖平面的兩個(gè)方向，存儲(chǔ)層3也被氧化層束縛。因此，存儲(chǔ)層的所有邊掩埋入氧化物，永久地防止俘獲在存儲(chǔ)層兩部分的載流子流在一起。所以，用本方法制造的小型多位存儲(chǔ)器單元，具有比以前此類存儲(chǔ)器單元更長(zhǎng)的壽命。
圖7至10顯示了另一種方法，其提供了根據(jù)本發(fā)明稍微改進(jìn)結(jié)構(gòu)的一種存儲(chǔ)器單元。本方法依然始于襯底上生長(zhǎng)半導(dǎo)體本體1(圖7)、一層和半導(dǎo)體材料層結(jié)構(gòu)。如需要，為了半導(dǎo)體材料具有理想的本摻雜，按所需濃度通過(guò)摻雜材料注入的方法生長(zhǎng)p型井或n型井，在此上整個(gè)表面是作為下界面層的下氧化物層2(底氧化物層)、用以俘獲載流子的存儲(chǔ)層3和作為上界面層的再一層氧化物層(上氧化物層)。
根據(jù)構(gòu)成希望制造的溝道區(qū)6的上部保留部分所顯示的外型，制造一輔助層80(如可為多晶硅)。利用此輔助層80，為了在對(duì)著溝道區(qū)的源極區(qū)和漏極區(qū)的這些邊緣制造LDD區(qū)61(輕摻雜漏)，首先完成摻雜材料的注入較佳。用此方法，制造與本底摻雜類型符號(hào)相反、不良電導(dǎo)率的摻雜區(qū)。這樣在用于n型摻雜的P型井情況下，完成注入。用某種本本已知的方式，對(duì)于本底摻雜(如P)導(dǎo)電類型，輔助的所謂包注入62完成較好。但為獲得源極區(qū)和漏極區(qū)陡峭的限制，要具有較高一些的摻雜濃度。如果輔助層用做這些注入的掩膜，其后按照?qǐng)D7所示點(diǎn)標(biāo)示的尺寸再各向異性刻蝕。因?yàn)樵诳涛g時(shí)，層的厚度要有一些損耗，為了獲得準(zhǔn)確的剩余層厚度，必須在原始層厚度中計(jì)算入適當(dāng)?shù)牧舸?。如果不需要LDD和包注入，要嚴(yán)格按照點(diǎn)所標(biāo)示外型尺寸大小制造輔助層。
圖8所示，在輔助層80的相互對(duì)立邊緣制造間隔90，輔助層位于將制造的源和漏區(qū)的限制處。用本本已知的某種方式制造這些間隔，首先在打算作為間隔寬度的一層厚度整個(gè)區(qū)域上各向異性地應(yīng)用有關(guān)材料(如氮化物)的一層，然后再各向異性地刻蝕此層直至層的水平部分消失并僅保留層的垂直部分，基本是原始層厚度。然后利用這些間隔90，實(shí)施源區(qū)6a和漏區(qū)的摻雜材料6b的實(shí)際注入。這些摻雜的導(dǎo)電性表征與本底摻雜(如n+)的導(dǎo)電性表征相反。
去除輔助層80，僅保留間隔90。用微距離作掩膜，通過(guò)除去間隔層覆蓋區(qū)域外的上氧化層4和存儲(chǔ)層3，制造圖9所示的結(jié)構(gòu)。除掉間隔層90后，僅保留下氧化物層2的表面上氧化物覆蓋的存儲(chǔ)層剩余部分。這些部分分別位于溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)之間的界面，即由于制造方法的結(jié)果，源區(qū)或漏區(qū)分別在每種情況下與溝道區(qū)的一頭交疊。
制造氧化物層13，至少形成在溝道區(qū)上和存儲(chǔ)層上3，以至于存儲(chǔ)層完全被氧化物包圍?？刹糠钟玫?尤其是當(dāng)用硅作半導(dǎo)體材料時(shí)2Si3N4+12H2O產(chǎn)生6SiO2)再氧化的方法制造氧化物層13。部分用氧化物淀積方法(氧化物CVD，化學(xué)氣相淀積，特別是用硅作為半導(dǎo)體材料時(shí)TEOS的熱氧化，四乙氧基硅烷，Si(OC2H5)4+12O2產(chǎn)生SiO2)。輔助以硅的熱氧化具有優(yōu)勢(shì)，即提高隔對(duì)溝道區(qū)的源和漏區(qū)部分上硅的氧化，以形成厚氧化物層70。圖10顯示了應(yīng)用了作為字行的導(dǎo)電電路12和各自柵電極的制作。本導(dǎo)電印刷電路以電流從源經(jīng)溝道區(qū)至漏的帶狀構(gòu)成，以至于導(dǎo)電印刷電路限制在表面邊緣的側(cè)邊并可想象到在圖平面的前面和后面。部分暴露的存儲(chǔ)層是移除的結(jié)果。最好是將此結(jié)果導(dǎo)致的暴露隨后掩埋入氧化物，最好在再氧化時(shí)完成。
權(quán)利要求
1.一種制作存儲(chǔ)器單元的方法，存儲(chǔ)器的源極區(qū)(6a)和漏極區(qū)(6b)在半導(dǎo)體本體中(1)或在半導(dǎo)體材料一層中形成為摻雜區(qū)，摻雜區(qū)利用溝道區(qū)(6)彼此分離，一存儲(chǔ)層(3)，希望用作儲(chǔ)存載流子，安排在介質(zhì)層(2，4)之間的這些區(qū)之上，存儲(chǔ)層(3)，除了各自位于溝道區(qū)和源極區(qū)間的界面或是溝道區(qū)與漏極區(qū)間的界面上的這些區(qū)，均被去除以便存儲(chǔ)層出現(xiàn)在源極區(qū)和漏極區(qū)部分上并在溝道區(qū)(6)上被隔斷，一柵電極(11)，用電介質(zhì)層(10)將其與半導(dǎo)體材料隔離，同時(shí)也將存儲(chǔ)層的自由邊緣掩埋入材料中(該材料與界面層材料是同一類型)，其特征在于第一步，在半導(dǎo)體本體(1)上或半導(dǎo)體材料層上生長(zhǎng)由氧化物層(2)、存儲(chǔ)層(3)和氧化物層(4)組成的一系列層；第二步，將存儲(chǔ)層從要用作存儲(chǔ)單元的區(qū)域移出；第三步，在半導(dǎo)體材料中注入摻雜材料作為源極區(qū)(6a)和漏極區(qū)(6b)；第四步，在存儲(chǔ)層占據(jù)的區(qū)域外制造一層輔助層(8)，它在存儲(chǔ)層區(qū)域有一凹坑并具有接下來(lái)的第五步所需要的足夠陡峭的邊緣；第五步，在輔助層邊緣處的凹坑內(nèi)制造間隔(9)；第六步，去除間隔間的存儲(chǔ)層，制造構(gòu)建電介質(zhì)層(10)和柵電極(11)；第七步，應(yīng)用導(dǎo)電印刷電路(12)電導(dǎo)連接?xùn)烹姌O。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述方法，其第六步中，電介質(zhì)層(10)制造在半導(dǎo)體本體(1)或是半導(dǎo)體材料層上并在間隔(9)的邊上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述方法，在其第六和第七步間，存儲(chǔ)層(3)的自由邊緣掩埋在氧化物中。
4.一種用于制造存儲(chǔ)單元的方法中，在該存儲(chǔ)單元中，源極(6a)和漏極(6b)在半導(dǎo)體本體(1)中或在半導(dǎo)體材料層中形成摻雜區(qū)，借助溝道區(qū)(6)相互分離，一存儲(chǔ)層(3)，用作存儲(chǔ)載流子的存儲(chǔ)層安排在界面層(2、4)之間的區(qū)域上，存儲(chǔ)層(3)，除了各自位于溝道區(qū)和源極區(qū)間的界面或是溝道區(qū)與漏極區(qū)間的界面上的這些區(qū)，均被去除以便存儲(chǔ)層出現(xiàn)在源極區(qū)和漏極區(qū)部分上并在溝道區(qū)(6)上被隔斷，利用柵電極(11)，用電介質(zhì)層(10)將其與半導(dǎo)體材料隔離，同時(shí)也將存儲(chǔ)層的自由邊緣掩埋入材料中(該材料與界面層材料是同一類型)，其特征在于第一步，在半導(dǎo)體本體(1)上或半導(dǎo)體材料層上生長(zhǎng)由氧化物層(2)、存儲(chǔ)層(3)和氧化物層(4)組成的一系列層；第二步，在此上制造輔助層(80)，并且除希望用做溝道區(qū)的區(qū)域上一部分外，其余去除，以便輔助層的剩余部分具有下一步所需要的足夠陡峭的邊緣；第三步，在輔助層相互對(duì)立的邊緣上制造間隔(90)；第四步，用間隔作掩膜在半導(dǎo)體材料中引入摻雜材料以形成源極區(qū)(6a)和漏極區(qū)(6b)；第五步，去除輔助層；第六步，氧化層(4)的部分應(yīng)用到存儲(chǔ)層，并且對(duì)于存儲(chǔ)層，由于去除間隔而處于自由；第七步，去除間隔；第八步，制造電介質(zhì)層，其至少覆蓋溝道區(qū)和存儲(chǔ)層的邊緣；第九步，用導(dǎo)電印刷電路(12)，其流過(guò)溝道區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述方法，其中，在第二步，用輔助層(80)的剩余部分注入摻雜材料以形成LDD區(qū)(61)并使用包注入，隨后各向異性再刻蝕輔助層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5中所述方法，其第九步中，制造導(dǎo)電印刷電路以便以帶狀流過(guò)源極區(qū)(6a)、溝道區(qū)(6)和漏極區(qū)(6b)，以及在制造過(guò)程中除去存在于導(dǎo)電印刷電路邊的存儲(chǔ)層的部分。在第十步中，掩埋存儲(chǔ)層的自由邊緣于氧化物中。
全文摘要
一種制造多位存儲(chǔ)器單元的方法。希望用作俘獲載流子的存儲(chǔ)層(3)置于源板區(qū)(6a)和漏極區(qū)(6b)之上，并且在溝道區(qū)上隔斷，以防止源極區(qū)和漏極區(qū)上俘獲的載流子擴(kuò)散。存儲(chǔ)層限制在面向溝道區(qū)的源極區(qū)和漏極區(qū)部分上的區(qū)域，并且全部掩埋在氧化物中。
文檔編號(hào)H01L29/788GK1444774SQ01813445
公開(kāi)日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2001年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月28日
發(fā)明者F·霍曼恩, J·威勒 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司