專利名稱：具有溝槽側(cè)壁晶體管的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非易失性存儲(chǔ)器件，本發(fā)明更特別地涉及用于非易失性存儲(chǔ)器件的晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著非易失性存儲(chǔ)器件的集成度的提高，通過相應(yīng)減小存儲(chǔ)單元的電流和耦合比，難以制造更高集成度的非易失性存儲(chǔ)器件，但是在現(xiàn)有存儲(chǔ)單元內(nèi)這是可以的。在多個(gè)存儲(chǔ)單元串聯(lián)在一起的NAND型非易失性存儲(chǔ)器件中，減小存儲(chǔ)單元的電流尤其困難。如圖1所示，NAND型非易失性存儲(chǔ)器件包括選擇晶體管和多個(gè)串聯(lián)的存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)單元的柵極連接到字線WL。選擇晶體管的柵極連接到地選擇線GSL或者字符串選擇線SSL。串聯(lián)連接到存儲(chǔ)單元的多個(gè)字符串連接到公共源極線CSL。分別串聯(lián)連接到存儲(chǔ)單元的每個(gè)字符串連接到不同的位線BL。
為了對(duì)選擇的存儲(chǔ)單元“A”進(jìn)行寫操作，對(duì)存儲(chǔ)單元“A”的柵極施加程序電壓(program voltage)，而對(duì)存儲(chǔ)單元“A”的溝道施加0V電壓，這樣實(shí)現(xiàn)了FN隧道效應(yīng)。利用FN隧道，邏輯值“0”存儲(chǔ)在選擇的存儲(chǔ)單元“A”上，而使連接到選擇的字線WL的未選存儲(chǔ)單元“B”的溝道浮置。將至少與對(duì)相應(yīng)字符串選擇線SSL施加的電壓相同的電壓施加到選擇的位線BL，而將0V電壓施加到未選位線BL。對(duì)選擇的字線WL施加程序電壓，而對(duì)未選字線WL施加通過電壓(pass voltage)。
為了防止未選存儲(chǔ)單元因?yàn)槭┘映绦螂妷汉屯ㄟ^電壓而被寫入，必須使連接到字線WL的未選存儲(chǔ)單元的溝道浮置，而且使其電壓升高到預(yù)定電壓。然而，不能使未選存儲(chǔ)單元的溝道電壓充分升高，因?yàn)槲催x存儲(chǔ)單元和/或者連接到該未選存儲(chǔ)單元的選擇晶體管的門限電壓存在偏差。門限電壓的偏差可能是例如由未選存儲(chǔ)單元和/或者選擇存儲(chǔ)單元的耦合比和可用溝道電壓的偏差引起的。因此，可以將程序電壓和通過電壓限制在低于足以實(shí)現(xiàn)某個(gè)編程速度的電平。
為了進(jìn)行讀操作，對(duì)選擇的位線WL施加0V電壓，而對(duì)未選位線WL施加通過電壓。測(cè)量選擇位線BL上流動(dòng)的電流，以檢測(cè)存儲(chǔ)在選擇存儲(chǔ)單元上的數(shù)據(jù)，作為邏輯值“0”或者“1”。選擇的存儲(chǔ)單元上較大的電流變化，有助于讀取選擇的BL線上數(shù)據(jù)。然而，隨著單元尺寸的減小，可以流過串聯(lián)的選擇的單元和未選單元的電流也減小，這樣就限制了較高集成度的存儲(chǔ)器件。
標(biāo)題為“NONVOLATILE SEMICONDUCTOR STORAGE DEVICEHAVING BURIED ELECTRODE WITHIN SHALLOW TRENCH”的第6,222,796號(hào)美國專利公開了一種非易失性存儲(chǔ)器件，其中對(duì)埋入溝槽的電極施加電壓，以防止誤寫入?，F(xiàn)在，將參考圖2A說明該非易失性存儲(chǔ)器件。
如圖2A和2B所示，絕緣層16位于襯底11上的淺溝槽14的下部。埋入電極18位于絕緣層16上。浮置柵極17形成在淺溝槽14之間的激活區(qū)上。柵極間介質(zhì)20位于浮置柵極17和埋入電極18上?？刂茤艠O21位于柵極間介質(zhì)20上，而且與浮置柵極17和埋入電極18交叉。埋入電極18平行于淺溝槽14，而且其一部分在淺溝槽14上延伸。在所示的存儲(chǔ)器件上，在寫操作期間，對(duì)連接到未選位線的存儲(chǔ)單元的埋入電極18施加高電平電壓，以避免寫入。厚絕緣層19位于埋入電極18與控制柵極21之間，以使埋入電極18與控制柵極21絕緣。
參考圖2A，難以在這種存儲(chǔ)單元上形成埋入電極18，而且難以對(duì)其施加必要電壓。該存儲(chǔ)器件包括形成在激活區(qū)41上形成的源極觸點(diǎn)42和位線觸點(diǎn)43。配置源極觸點(diǎn)42，以使電壓傳導(dǎo)到存儲(chǔ)單元的源極區(qū)。位線觸點(diǎn)43電連接到位線BL。該存儲(chǔ)器件使用多晶硅觸點(diǎn)44對(duì)埋入電極18施加電壓。用于形成各種觸點(diǎn)的區(qū)域可能增大單元陣列使用的面積，而且需要外圍電路系統(tǒng)以通過各觸點(diǎn)施加各種電壓，從而進(jìn)一步增大了存儲(chǔ)器件的面積。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器件包括半導(dǎo)體襯底、器件隔離層、隧道絕緣層、浮置柵極、埋入浮置柵極以及控制柵極。溝槽位于襯底上，用于限定與溝槽相鄰的襯底的激活區(qū)。器件隔離層沿溝槽位于襯底上。隧道絕緣層位于襯底的激活區(qū)上。浮置柵極位于對(duì)著襯底的激活區(qū)的隧道絕緣層上。埋入浮置柵極位于溝槽內(nèi)的器件隔離層上。柵極間介質(zhì)層位于浮置柵極和埋入浮置柵極上，而且在它們之上延伸?？刂茤艠O位于柵極間介質(zhì)層上，而且在浮置柵極和埋入浮置柵極上延伸。
在某些其他實(shí)施例中，浮置柵極的下部主面可以位于埋入浮置柵極的上部主面之上。埋入浮置柵極的上部主面可以與襯底的激活區(qū)的上部主面對(duì)準(zhǔn)。埋入柵極絕緣層可以沿溝槽位于埋入浮置柵極與襯底側(cè)壁之間。埋入柵極絕緣層的厚度可以比隧道絕緣層的厚度厚。
在某些其他實(shí)施例中，溝槽內(nèi)的器件隔離層的中心區(qū)域具有上部主面，它被開槽，而且位于溝槽內(nèi)的器件隔離層的包圍區(qū)域的上部主面之下。埋入浮置柵極位于器件隔離層的開槽中心區(qū)域上，以致器件隔離層的包圍區(qū)域位于埋入浮置柵極與溝槽內(nèi)的半導(dǎo)體側(cè)壁之間。
在某些其他實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器件包括半導(dǎo)體襯底；襯底上的多個(gè)溝槽；隧道絕緣層；多個(gè)浮置柵極；埋入柵極絕緣層；多個(gè)埋入浮置柵極、柵極間介質(zhì)層以及控制柵極。溝槽位于襯底上，用于限定其間的激活區(qū)。隧道絕緣層位于襯底的激活區(qū)上。多個(gè)浮置柵極分別位于襯底的激活區(qū)上的隧道絕緣層上。埋入柵極絕緣層沿溝槽位于襯底上。多個(gè)埋入浮置柵極分別位于埋入柵極絕緣層上并且與浮置柵極之一相鄰的溝槽之一內(nèi)。埋入柵極絕緣層位于埋入浮置柵極與溝槽的側(cè)壁之間。柵極間介質(zhì)層在浮置柵極和埋入浮置柵極上，并在它們之上延伸?？刂茤艠O位于柵極間介質(zhì)層上，而且在浮置柵極和埋入浮置柵極上延伸。
某些其他實(shí)施例提供了一種非易失性存儲(chǔ)器件的制造方法。在半導(dǎo)體襯底形成用于限定與溝槽相鄰的襯底上的激活區(qū)的溝槽。在襯底的激活區(qū)上形成隧道絕緣層。在對(duì)著襯底上的激活區(qū)的隧道絕緣層上形成浮置柵極。沿溝槽在襯底上形成器件隔離層。在溝槽內(nèi)的器件隔離層上形成埋入浮置柵極。


圖1是傳統(tǒng)NOR型閃速存儲(chǔ)器件的電路圖。
圖2A和圖2B分別是傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器件的平面俯視圖和剖視圖。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的平面俯視圖。
圖3B是沿圖3A所示線I-I’取的剖視圖。
圖3C是沿圖3A所示線II-II’取的剖視圖。
圖4A至圖7A是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法的平面俯視圖。
圖4B至圖7B分別是沿圖4A至圖7A中的線I-I’取的剖視圖。
圖4C至圖7C分別是沿圖4A至圖7A中的線II-II’的剖視圖。
圖8A至9A是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法的平面俯視圖。
圖8B和圖9B分別是沿圖8A和圖9A中的線I-I’的剖視圖。
圖8C和圖9C分別是沿圖8A和9A中的線II-II’的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
盡管本發(fā)明容易實(shí)現(xiàn)各種修改和替換形式，但是作為例子，附圖示出其特定實(shí)施例，而且在此詳細(xì)說明該特定實(shí)施例。然而，應(yīng)該明白，無意使本發(fā)明局限于所公開的特定形式，相反，本發(fā)明涵蓋了落入權(quán)利要求限定的本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)的所有修改、等同以及替換。在對(duì)附圖所作的描述中，同樣的參考編號(hào)表示同樣的元件。
應(yīng)理解，在元件或者層被稱為位于“之上”、“連接到”或者“耦合到”另一個(gè)元件或者層時(shí)，它可以直接位于之上、直接連接到或者直接耦合到另一個(gè)元件或者層，也可以存在中間元件或者層。相反，在元件被稱為“直接位于之上”、“直接連接到”或者“直接耦合到”另一個(gè)元件或者層時(shí)，不存在中間元件或者層。在此使用的術(shù)語“和/或者”包括一個(gè)或者多個(gè)所列的有關(guān)項(xiàng)目之任一及其所有組合。
應(yīng)理解，盡管在此為了描述各區(qū)域、層和/或者部分，使用了術(shù)語第一和第二，但是這些區(qū)域、層和/或者部分不受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)區(qū)域、層或者部分與另一個(gè)區(qū)域、層或者部分區(qū)別開。因此，下面討論的第一區(qū)域、層或者部分可以被稱為第二區(qū)域、層或者部分，同樣，第二區(qū)域、層或者部分也可以被稱為第一區(qū)域、層或者部分，而不脫離本發(fā)明講述的內(nèi)容。
此外，在此可以利用相對(duì)術(shù)語，例如，“下”或者“底”和“上”或者“頂”描述一個(gè)元件與另一個(gè)元件的關(guān)系，如圖所示。應(yīng)理解，相對(duì)術(shù)語意在說明，除了附圖所示的取向之外，還包括不同取向的器件。例如，如果圖中的器件翻轉(zhuǎn)，則以位于其他元件的“下”側(cè)描述的元件則位于該其他元件的“上”側(cè)。因此，根據(jù)圖的特定取向，典型術(shù)語“下”可以包括“下”取向和“上”取向。同樣，如果一個(gè)圖中的器件被翻轉(zhuǎn)，則以其他元件“之下”或者“下面”描述的元件位于該其他元件“之上”。因此，典型術(shù)語“之下”或者“下面”可以包括之上取向和之下取向。
在此參考剖視圖，說明本發(fā)明實(shí)施例，該剖視圖是本發(fā)明的理想化實(shí)施例的原理圖。這樣，可以預(yù)期由制造技術(shù)和/或者公差產(chǎn)生的例如所示形狀的變形。因此，不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明實(shí)施例局限于在此示出的各區(qū)域的特定形狀，它還包括例如制造過程導(dǎo)致的形狀偏差。例如，利用矩形示出的注入?yún)^(qū)通常在其邊緣具有圓形或者彎曲特征和/或者梯形注入濃度，而非從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元變化。同樣，通過注入形成的埋入?yún)^(qū)可能導(dǎo)致在該埋入?yún)^(qū)與通過其進(jìn)行注入的表面之間的區(qū)域上產(chǎn)生某些注入。因此，附圖所示的區(qū)域是示意性的，其形狀并不說明是器件某個(gè)區(qū)域的精確形狀，而且也無意限制本發(fā)明范圍。
在此使用的專門名詞僅用于說明特點(diǎn)實(shí)施例，而無意限制本發(fā)明。在此使用的單數(shù)形式“一個(gè)(a)”、“一個(gè)(an)”和“該(the)”也是意在包括多種方式，除非上下文中明確指出。還應(yīng)該明白，本說明書中使用的術(shù)語“包括(comprises)”和/或者“包括(comprising)”規(guī)定存在描述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或者部件，但是并不排除存在或者附加一個(gè)或者多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或者它們的組。
除非另有說明，在此使用的所有術(shù)語(包括科技術(shù)語)的意義與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員通常理解的意義相同。還應(yīng)該明白，術(shù)語，例如通常使用的字典所定義的術(shù)語應(yīng)該理解為具有與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的意義一致的意義，而不能以理性化的或者過度形式化的意義理解它們，除非在此這樣明確限定。
現(xiàn)在，參考圖3A-C說明根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件。
如圖3A-C所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成溝槽102，而在溝槽102上形成器件隔離層STI，以在其間限定襯底100的激活區(qū)?？刂茤艠OCG和浮置柵極FG位于襯底100的激活區(qū)上。隧道絕緣層103位于浮置柵極FG與襯底100的激活區(qū)之間。柵極間介質(zhì)IGD位于浮置柵極FG與控制柵極CG之間。
埋入浮置柵極BFG位于與浮置柵極FG相鄰的溝槽102內(nèi)。在器件隔離層STI的凹槽區(qū)域110內(nèi)形成埋入浮置柵極BFG。更具體地說，參考圖3B，溝槽102內(nèi)的器件隔離層STI可以具有其被開槽的上部主面低于器件隔離層STI的周圍區(qū)域的上部主面的中心區(qū)域。埋入浮置柵極BFG可以位于器件隔離層STI的凹槽中心區(qū)域上。器件隔離層STI的周圍區(qū)域可以使埋入浮置柵極BFG與襯底100的激活區(qū)的側(cè)壁電絕緣，而且優(yōu)選具有在寫操作期間足以防止在埋入浮置柵極BFG與襯底100的激活區(qū)之間產(chǎn)生FN隧道效應(yīng)的厚度。
在某些實(shí)施例中，可以在埋入浮置柵極BFG與溝槽區(qū)域102的側(cè)壁之間形成埋入柵極絕緣層112(參考圖6)?？刂茤艠OCG與浮置柵極FG和埋入浮置柵極BFG交叉。柵極間介質(zhì)IGD也位于控制柵極CG與埋入浮置柵極BFG之間。通過柵極間介質(zhì)IGD，浮置柵極FG和埋入浮置柵極BFG與控制柵極CG電絕緣。配置隧道絕緣層103，以在寫操作期間產(chǎn)生FN隧道效應(yīng)。埋入浮置柵極BFG與溝槽區(qū)域102的側(cè)壁之間的埋入柵極絕緣層112的厚度優(yōu)選比隧道絕緣層103的厚度厚，以防止在寫操作期間，通過埋入柵極絕緣層112產(chǎn)生FN隧道效應(yīng)。
在存儲(chǔ)器件的單元陣列上，器件隔離層STI限定襯底100的多個(gè)激活區(qū)，而且控制柵極CG與器件隔離層和激活區(qū)交叉。浮置柵極FG位于控制柵極CG與激活區(qū)之間?？刂茤艠OCG還與器件隔離層STI的凹槽區(qū)域110內(nèi)的埋入浮置柵極BFG交叉。位于控制柵極CG之一下面的埋入浮置柵極BFG與位于相鄰之另一控制柵極CG下面的埋入浮置柵極BFG絕緣。因此，將對(duì)選擇的控制柵極CG施加的電壓施加到其下的一組相應(yīng)埋入浮置柵極BFG。
在位于浮置柵極FG下面的激活區(qū)上形成扁平晶體管(flattransistor)的溝道，而沿埋入浮置柵極BFG的側(cè)壁形成側(cè)壁晶體管的溝道。在寫操作期間，電荷從扁平晶體管的溝道注入浮置柵極FG。通過耦合到埋入浮置柵極BFG與溝槽區(qū)域102的側(cè)壁之間的埋入柵極絕緣層的電壓對(duì)側(cè)壁晶體管的溝道施加的電場(chǎng)，沿扁平晶體管的溝道邊緣更有效產(chǎn)生FN隧道效應(yīng)。因此，利用位于與浮置柵極FG相鄰的控制柵極CG下面的埋入浮置柵極BFG，可以提高寫操作的速度。
響應(yīng)存儲(chǔ)在扁平晶體管上的邏輯值是“0”還是“1”(即，浮置柵極FG上的電荷量)，扁平晶體管的門限電壓波動(dòng)。相反，側(cè)壁晶體管的門限電壓可以保持固定，而與存儲(chǔ)在扁平晶體管上的邏輯值無關(guān)。因此，在寫操作期間，在利用對(duì)控制柵極CG施加的電壓使側(cè)壁晶體管導(dǎo)通時(shí)，可以增大有關(guān)扁平晶體管輸出的單元電流。
在NAND型非易失性存儲(chǔ)器件的寫操作期間，對(duì)選擇字線WL施加讀電壓，而對(duì)未選字線WL施加通過電壓。例如，可以對(duì)選擇字線WL施加0V的讀電壓，而對(duì)未選字線WL施加4.5V通過電壓。隨著選擇的單元陣列中對(duì)其施加通過電壓的未選存儲(chǔ)單元輸出的電流的增大，位線BL電流也增大。增大的位線BL電流有助于將邏輯值“1”寫入選擇的存儲(chǔ)單元。因?yàn)樵谶x擇的存儲(chǔ)單元內(nèi)寫入邏輯值“0”時(shí)，可以切斷選擇的存儲(chǔ)單元上的電流，所以可以使未選存儲(chǔ)單元的側(cè)壁晶體管導(dǎo)通或者斷開。當(dāng)在多位存儲(chǔ)單元內(nèi)使用根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件時(shí)，多位存儲(chǔ)單元可以呈現(xiàn)增大的多位驗(yàn)證滑窗寬度(verify window width)，因?yàn)檫壿嫈?shù)據(jù)“00”和邏輯數(shù)據(jù)“11”的電流增加的不同。
現(xiàn)在參考圖4A-C和圖7A-C，說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的制造方法。圖4B和7B分別是沿圖4A和7A中的線I-I’取的剖視圖。圖4C和7C分別是沿圖4A和7A中的線II-II’取的剖視圖。
如圖4A-C所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成絕緣層、導(dǎo)電層以及掩模層。順序構(gòu)圖掩模層、導(dǎo)電層以及絕緣層，以在襯底100上形成溝槽102。在溝槽102之間的襯底100的激活區(qū)上形成隧道絕緣層103和浮置柵極104。溝槽102內(nèi)填充絕緣層，以形成器件隔離層106。去除掩模層，以露出浮置柵極104。在其上露出浮置柵極104的襯底100的整個(gè)表面上形成光致抗蝕劑層。構(gòu)圖該光致抗蝕劑層，以形成與浮置柵極104和器件隔離層106交叉的光致抗蝕劑圖形108。
如圖5A-C所示，利用光致抗蝕劑圖形108作為蝕刻掩模，部分去除器件隔離層106，以在其上形成凹槽區(qū)域110，并露出襯底100上的溝槽102的側(cè)壁。可以以矩陣形式排列凹槽區(qū)域110。
如圖6A-C所示，在器件絕緣層106的凹槽區(qū)域110以及在該凹槽區(qū)域110上露出的襯底100上的溝槽102的側(cè)壁上形成埋入柵極絕緣層112。凹槽區(qū)域110內(nèi)填充導(dǎo)電層，以形成埋入浮置柵極114。下面進(jìn)一步說明形成埋入柵極絕緣層112和埋入浮置柵極114的過程。
可以由包括在凹槽區(qū)域110內(nèi)、形成在襯底100的表面上、具有確定厚度的柵極絕緣層形成埋入柵極絕緣層112。柵極絕緣層至少覆蓋溝槽102內(nèi)的半導(dǎo)體100的部分側(cè)壁，而且覆蓋浮置柵極圖形104。柵極絕緣層比隧道絕緣層103厚。柵極絕緣層優(yōu)選具有足以抑制通過其產(chǎn)生FN隧道效應(yīng)的厚度?？梢岳脽嵫趸镄纬蓶艠O絕緣層。在柵極絕緣層是熱氧化物時(shí)，不能在器件隔離層106與埋入浮置柵極114之間形成埋入柵極絕緣層。作為一種選擇，或者，另外，可以利用化學(xué)汽相沉積(CVD)方法形成柵極絕緣層，而在埋入浮置柵極114與器件隔離層106之間形成埋入柵極絕緣層112。
形成埋入浮置柵極114的過程可以包括在襯底100以及凹槽區(qū)域110內(nèi)形成導(dǎo)電層。使導(dǎo)電層成槽，以在凹槽區(qū)域110內(nèi)形成埋入浮置柵極114。去除覆蓋浮置柵極104的柵極絕緣層，保留襯底100上的埋入浮置柵極114和溝槽102的側(cè)壁與器件隔離層106之間的埋入柵極絕緣層112。
參考圖7A-C，在襯底100的表面上保形地形成介質(zhì)膜116。在介質(zhì)膜116上形成控制柵極導(dǎo)電層118。連續(xù)構(gòu)圖控制柵極導(dǎo)電層118、介質(zhì)膜116以及浮置柵極104，以分別形成圖3A-C所示的控制柵極CG、柵極間介質(zhì)IGD以及浮置柵極FG?？刂茤艠OCG與襯底100的激活區(qū)和器件隔離層106交叉。浮置柵極FG位于控制柵極CG與襯底100之間。柵極間介質(zhì)IGD位于浮置柵極FG與控制柵極CG之間以及埋入浮置柵極BFG與控制柵極CG之間。
現(xiàn)在，參考圖8A-C和圖9A-C說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的制造方法。圖8B和9B分別是沿圖8A和9A中的線I-I’取的剖視圖。圖8C和9C分別是沿圖8A和9A中的線II-II’取的剖視圖。
如圖8A-C所示，蝕刻半導(dǎo)體襯底200，以形成溝槽202，然后，在溝槽202之間確定襯底200的激活區(qū)。溝槽202內(nèi)填充絕緣層，以形成器件隔離層206。部分去除器件隔離層206，以在其內(nèi)形成凹槽區(qū)域210，因此，在襯底200上露出凹槽202的側(cè)壁。以矩陣形式排列凹槽區(qū)域210。在凹槽區(qū)域210的整個(gè)表面上保形地形成柵極絕緣層。在凹槽區(qū)域210的柵極絕緣層上和在凹槽區(qū)域210上露出襯底100的側(cè)壁上形成埋入浮置柵極214。去除襯底100的激活區(qū)上的柵極絕緣層，以形成埋入柵極絕緣層212，它保留在埋入浮置柵極214與凹槽區(qū)域210內(nèi)的襯底100的部分側(cè)壁之間。
如上所述，在與襯底100的激活區(qū)相鄰的凹槽區(qū)域210上，可以形成多個(gè)埋入浮置柵極214。埋入柵極絕緣層212位于埋入浮置柵極214與溝槽區(qū)域202的側(cè)壁之間。可以利用上面參考圖7A-C(例如，熱氧化過程或者CVD)描述的一個(gè)或者多個(gè)處理過程形成埋入柵極絕緣層212。埋入柵極絕緣層212可以位于埋入浮置柵極214與器件隔離層206之間。埋入柵極絕緣層212優(yōu)選具有足以抑制通過其產(chǎn)生FN隧道效應(yīng)的厚度。
如圖9A-C所示，在襯底200的整個(gè)表面上形成隧道絕緣層203。在由熱氧化物形成隧道絕緣層203時(shí)，在襯底200的激活區(qū)上和埋入浮置柵極214上形成隧道絕緣層203。因此，隧道絕緣層203和埋入柵極絕緣層212沿其長度包圍埋入浮置柵極214。在隧道絕緣層的整個(gè)表面上形成導(dǎo)電層。構(gòu)圖導(dǎo)電層，以在襯底200的激活區(qū)上，形成浮置柵極204。
在浮置柵極204上形成介質(zhì)膜和控制柵極導(dǎo)電層。構(gòu)圖介質(zhì)膜、控制柵極導(dǎo)電層以及浮置柵極204，從而分別形成柵極間介質(zhì)IGD、控制柵極CG以及浮置柵極FG?？刂茤艠OCG與襯底200的激活區(qū)和器件隔離層206交叉。浮置柵極FG位于控制柵極CG與襯底200之間。柵極間介質(zhì)IGD位于浮置柵極FG和控制柵極CG之間以及埋入浮置柵極BFG與控制柵極CG之間，例如，如圖3A-C所示。在形成浮置柵極204后，可以去除埋入浮置柵極214上的絕緣層。
因此，在某些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器件包括浮置柵極、隧道絕緣層、控制柵極、埋入柵極絕緣層以及埋入浮置柵極。埋入浮置柵極位于與浮置柵極相鄰的器件隔離層上。因此，利用對(duì)控制柵極施加的電壓可以控制由層疊的浮置柵極、隧道絕緣層以及襯底的激活區(qū)形成的扁平晶體管。側(cè)壁晶體管由層疊埋入浮置柵極、埋入柵極絕緣層以及襯底的激活區(qū)形成，而且利用對(duì)控制柵極施加的電壓可以控制它。
如上所述，在寫操作期間，可以增強(qiáng)沿選擇的存儲(chǔ)單元的溝道邊緣的電場(chǎng)，這樣可以加強(qiáng)寫操作期間產(chǎn)生的有效FN隧道效應(yīng)。此外，可以提高未選存儲(chǔ)單元的溝道電壓，這樣可以抑制對(duì)其產(chǎn)生寫錯(cuò)誤。此外，在寫操作期間，可以使側(cè)壁晶體管導(dǎo)通，以增大單元電流。因此，非易失性存儲(chǔ)器件可以以高速工作，而且可以驗(yàn)證存儲(chǔ)單元內(nèi)的多位，因?yàn)楸硎具壿嬛怠?”和“1”的單元電流的差值增大。
盡管參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是，顯然，本發(fā)明并不僅限于其細(xì)節(jié)。上面的說明中建議了各種替換和修改，而本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以設(shè)想其他替換和修改。因此，所有這些替換和修改包括在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非易失性存儲(chǔ)器件，包括半導(dǎo)體襯底，其上具有溝槽，用于限定與該溝槽相鄰的襯底上的激活區(qū)；器件隔離層，沿溝槽，位于襯底上；隧道絕緣層，位于襯底上的激活區(qū)上；浮置柵極，位于對(duì)著襯底上的激活區(qū)的隧道絕緣層上；埋入浮置柵極，位于溝槽內(nèi)的器件隔離層上；柵極間介質(zhì)層，在浮置柵極和埋入浮置柵極上延伸；以及控制柵極，位于柵極間介質(zhì)層上，而且在浮置柵極和埋入浮置柵極上延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中浮置柵極的下部主面位于埋入浮置柵極的上部主面之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中埋入浮置柵極的上部主面與襯底的激活區(qū)的上部主面對(duì)準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，進(jìn)一步包括沿溝槽位于埋入浮置柵極與襯底側(cè)壁之間的埋入柵極絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中埋入浮置柵極直接位于埋入柵極絕緣層上；以及埋入柵極絕緣層沿溝槽直接位于器件隔離層和襯底的側(cè)壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中埋入柵極絕緣層比隧道絕緣層厚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中溝槽內(nèi)的器件隔離層的中心區(qū)域具有上部主面，它在位于溝槽內(nèi)的器件隔離層的包圍區(qū)域的上部主面之下被開槽；以及埋入浮置柵極位于器件隔離層的開槽中心區(qū)域上，以致器件隔離層的包圍區(qū)域位于埋入浮置柵極與溝槽內(nèi)的半導(dǎo)體襯底側(cè)壁之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中浮置柵極與埋入浮置柵極互相電絕緣。
9.一種非易失性存儲(chǔ)器件，包括半導(dǎo)體襯底；溝槽，位于襯底上，用于限定其間的激活區(qū)；隧道絕緣層，位于襯底的激活區(qū)上；多個(gè)浮置柵極，分別位于襯底的激活區(qū)上的隧道絕緣層上；埋入柵極絕緣層，沿溝槽，位于襯底上；多個(gè)埋入浮置柵極，分別位于埋入柵極絕緣層上并且與浮置柵極之一相鄰的溝槽之一內(nèi)，其中埋入柵極絕緣層位于埋入浮置柵極與溝槽的側(cè)壁之間；柵極間介質(zhì)層，在浮置柵極和埋入浮置柵極上延伸；以及控制柵極，位于柵極間介質(zhì)層上，而且在浮置柵極和埋入浮置柵極上延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中埋入浮置柵極與相鄰浮置柵極圖形電絕緣。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中浮置柵極的下部主面位于埋入浮置柵極的相鄰上部主面之上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中埋入浮置柵極的上部主面與襯底的激活區(qū)的相鄰上部主面對(duì)準(zhǔn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器件，進(jìn)一步包括沿溝槽的底部部分，位于埋入柵極絕緣層與半導(dǎo)體之間的器件隔離層，而且其中溝槽內(nèi)的器件隔離層的中心區(qū)域具有位于溝槽內(nèi)的器件隔離層的包圍區(qū)域的上部主面之下的被開槽的上部主面；以及埋入浮置柵極位于埋入柵絕緣層上，該埋入柵極絕緣層位于溝槽內(nèi)的器件隔離層的開槽中心區(qū)域上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中埋入柵極絕緣層比隧道絕緣層厚。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中埋入浮置柵極與相鄰浮置柵極電絕緣。
16.一種非易失性存儲(chǔ)器件的制造方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底形成溝槽，用于限定與溝槽相鄰的襯底上的激活區(qū)；在襯底的激活區(qū)上形成隧道絕緣層；在對(duì)著襯底上的激活區(qū)的隧道絕緣層上形成浮置柵極；沿溝槽在襯底上形成器件隔離層；以及在溝槽內(nèi)的器件隔離層上形成埋入浮置柵極。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括在溝槽內(nèi)的器件隔離層的中心區(qū)域上開槽，以使開槽中心區(qū)域的上部主面低于溝槽內(nèi)的器件隔離層的包圍區(qū)域的上部主面，其中在器件隔離層的開槽中心區(qū)域上形成埋入浮置柵極，以使器件隔離層的包圍區(qū)域沿溝槽位于埋入浮置柵極與半導(dǎo)體側(cè)壁之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括沿溝槽，在襯底的側(cè)壁上形成埋入柵極絕緣層，其中在溝槽內(nèi)的埋入柵極絕緣層上形成埋入浮置柵極，以使埋入柵極絕緣層沿溝槽位于埋入浮置柵極與襯底的側(cè)壁之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中形成埋入柵極絕緣層包括沿溝槽，在浮置柵極和襯底的側(cè)壁上形成絕緣層；以及去除浮置柵極上的絕緣層，而保留沿溝槽的襯底側(cè)壁上的絕緣層。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在隧道絕緣層上形成浮置柵極之前，在襯底的激活區(qū)和埋入浮置柵極上形成隧道絕緣層。
全文摘要
非易失性存儲(chǔ)器件包括半導(dǎo)體襯底、器件隔離層、隧道絕緣層、浮置柵極、埋入浮置柵極以及控制柵極。溝槽位于襯底上，用于限定與溝槽相鄰的襯底的激活區(qū)。器件隔離層沿溝槽位于襯底上。隧道絕緣層位于襯底的激活區(qū)上。浮置柵極位于對(duì)著襯底的激活區(qū)的隧道絕緣層上。埋入浮置柵極位于溝槽內(nèi)的器件隔離層上。柵極間介質(zhì)層位于浮置柵極和埋入浮置柵極上，而且在它們之上延伸?？刂茤艠O位于柵極間介質(zhì)層上，而且在浮置柵極和埋入浮置柵極上延伸。
文檔編號(hào)H01L21/8239GK1753189SQ20051010692
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月23日
發(fā)明者樸珉徹, 許星會(huì), 崔正達(dá), 李知晅 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社