專利名稱：非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置(特別地，EEPROM(電可擦除和可編程 只讀存儲器)或閃存)及其制造方法。
背景技術(shù)：
非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置(也稱為非易失性存儲器)用作例如數(shù)碼相機、便攜 式音頻播放器和蜂窩電話等各種產(chǎn)品的記錄介質(zhì)。非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置的研究和 開發(fā)已經(jīng)在積極地進行以滿足市場的各種需求，例如，進一步地產(chǎn)品尺寸的減小、記錄 容量的增加、記錄和讀取的響應(yīng)速度的增加和功耗的減小。作為滿足前面提到的市場需求的方式中的一個，近年來，所謂的SOI(絕緣體上 硅)類型的非易失性存儲器已經(jīng)在積極開發(fā)，其中的元件使用在絕緣膜上提供的硅(Si) 來形成。下列方法及其類似的已知用于在SOI非易失性存儲器中形成SOI襯底其中氧 分子通過離子注入從硅晶體表面注入并且然后在高溫下進行氧化，由此氧化硅的絕緣膜 在硅晶體中形成的方法；以及其中準(zhǔn)備兩個硅晶圓，用于通過離子注入而分離的部分在 硅晶圓中的一個中形成，兩個硅晶圓互相接合，并且然后分離硅晶圓中的一個的方法。另一方面，為了實現(xiàn)成本降低，已經(jīng)提出其中在玻璃襯底或塑料襯底上提供存 儲晶體管的結(jié)構(gòu)(例如，專利文件1)。在常規(guī)的存儲晶體管中，用硅形成的島狀半導(dǎo)體層601，第一絕緣膜602(也稱 為隧道絕緣膜)、浮柵603 (FG)、第二絕緣膜604和控制柵605 (CG)堆疊在襯底600上， 并且浮柵603電絕緣(浮置)。此外，源線(SL)電連接到雜質(zhì)區(qū)606和607中的一個， 這些雜質(zhì)區(qū)起作為源極或漏極的作用并且在半導(dǎo)體層601中提供，并且位線(BL)電連接 到雜質(zhì)區(qū)606和607中的另一個(見

圖11)。此外，在使用浮柵的非易失性存儲器中，數(shù)據(jù)根據(jù)在浮柵603中積累的電荷量 來存儲。浮柵603電絕緣；從而，電壓通過使用控制柵605間接地施加在半導(dǎo)體層601 和浮柵603之間，由此操作存儲晶體管。當(dāng)電子在浮柵603中積累時，與電子沒有積累的狀態(tài)相比，已經(jīng)施加到控制柵 605的電壓較不太可能施加在半導(dǎo)體層601和浮柵603之間；因此，存儲晶體管的閾值 明顯沿正方向偏移。即，通過用存儲晶體管的閾值的變化檢測積累在浮柵603中的電荷 量，存儲在存儲晶體管中的數(shù)據(jù)可以被讀出。這里，如果半導(dǎo)體層601的雜質(zhì)區(qū)606和607具有相同的電勢，浮柵603的電勢 Vfg和存儲晶體管的閾值的變化△ Vtm可以由下列公式表示。[公式⑴]
權(quán)利要求
1.一種非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其包括 具有雜質(zhì)區(qū)的第一半導(dǎo)體層；具有源區(qū)和漏區(qū)的第二半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層上的第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜上的浮柵，所述浮柵與所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層重疊；在所述浮柵上的第二絕緣膜；在所述第二絕緣膜上的控制柵，所述控制柵與所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體 層和所述浮柵重疊；以及所述控制柵上電連接到所述雜質(zhì)區(qū)的第一導(dǎo)電膜，所述控制柵上電連接到所述源區(qū) 和所述漏區(qū)中的一個的第二導(dǎo)電膜；以及所述控制柵上電連接到所述源區(qū)和所述漏區(qū)中 的另一個的第三導(dǎo)電膜。
2.如權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述雜質(zhì)區(qū)在所述第一半導(dǎo) 體層的兩個區(qū)域中分開地提供且所述控制柵介于其之間，并且所述第一導(dǎo)電膜電連接到 彼此分開提供的該兩個雜質(zhì)區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述浮柵的邊緣可提供在所 述第一半導(dǎo)體層上方。
4.如權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中提供所述控制柵以覆蓋所述 浮柵且所述第二絕緣膜介于其之間。
5.如權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述浮柵是硅、鎢、鉭、 鈦、鉬、氮化鎢、氮化鉭、氮化鈦和氮化鉬中的任一個。
6.如權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述第一半導(dǎo)體層和所述第 二半導(dǎo)體層在玻璃襯底上提供。
7.如權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述第一半導(dǎo)體層用于寫入 操作和擦除操作，并且所述第二半導(dǎo)體層用于讀取操作。
8.如權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中相同的電勢施加到所述第二 導(dǎo)電膜、所述第三導(dǎo)電膜和所述控制柵。
9.一種非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其包括 具有雜質(zhì)區(qū)的第一半導(dǎo)體層；具有源區(qū)和漏區(qū)的第二半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層上的第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜上的浮柵，所述浮柵與所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層重疊；在所述浮柵上的第二絕緣膜；在所述第二絕緣膜上的控制柵，所述控制柵與所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體 層和所述浮柵重疊；以及所述控制柵上電連接到所述雜質(zhì)區(qū)的第一導(dǎo)電膜，所述控制柵上電連接到所述源區(qū) 和所述漏區(qū)中的一個的第二導(dǎo)電膜；以及所述控制柵上電連接到所述源區(qū)和所述漏區(qū)中 的另一個的第三導(dǎo)電膜，其中所述第一導(dǎo)電膜與所述第一半導(dǎo)體膜完全重疊，以及其中所述第二導(dǎo)電膜和所述第三導(dǎo)電膜與所述第二半導(dǎo)體膜部分重疊。
10.如權(quán)利要求9所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述雜質(zhì)區(qū)在所述第一半 導(dǎo)體層的兩個區(qū)域中分開地提供且所述控制柵介于其之間，并且所述第一導(dǎo)電膜電連接 到彼此分開提供的該兩個雜質(zhì)區(qū)。
11.如權(quán)利要求9所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述浮柵的邊緣可提供在 所述第一半導(dǎo)體層上方。
12.如權(quán)利要求9所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述控制柵提供以覆蓋所 述浮柵且所述第二絕緣膜介于其之間。
13.如權(quán)利要求9所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述浮柵是硅、鎢、鉭、 鈦、鉬、氮化鎢、氮化鉭、氮化鈦和氮化鉬中的任一個。
14.如權(quán)利要求9所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述第一半導(dǎo)體層和所述 第二半導(dǎo)體層在玻璃襯底上提供。
15.如權(quán)利要求9所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中所述第一半導(dǎo)體層用于寫 入操作和擦除操作，并且所述第二半導(dǎo)體層用于讀取操作。
16.如權(quán)利要求9所述的非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置，其中相同的電勢施加到所述第 二導(dǎo)電膜、所述第三導(dǎo)電膜和所述控制柵。
17.一種用于制造非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置的方法，包括以下步驟在襯底上形成第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層上形成第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜上形成浮柵以與所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層重疊；在所述浮柵上形成第二絕緣膜；形成控制柵以與所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層和所述浮柵重疊；使用所述控制柵作為掩模添加雜質(zhì)元素到所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層以 在所述第一半導(dǎo)體層中形成雜質(zhì)區(qū)并且在所述第二半導(dǎo)體層中形成源區(qū)和漏區(qū)；以及形成電連接到所述雜質(zhì)區(qū)的第一導(dǎo)電膜、電連接到所述源區(qū)和所述漏區(qū)中的一個的 第二導(dǎo)電膜和電連接到所述源區(qū)和所述漏區(qū)中的另一個的第三導(dǎo)電膜。
18.如權(quán)利要求17所述的用于制造非易失性半導(dǎo)體存儲器裝置的方法，其中所述浮柵 的邊緣提供在所述第一半導(dǎo)體層上方。
全文摘要
目的是即使在寫入和擦除重復(fù)進行的情況下抑制讀取錯誤。此外，另一個目的是降低寫入電壓和擦除電壓同時抑制存儲晶體管的面積增加。在襯底上提供的用于寫入操作和擦除操作的第一半導(dǎo)體層和用于讀取操作的第二半導(dǎo)體層上，提供浮柵和控制柵且絕緣膜介于其間；使用該第一半導(dǎo)體層進行電子到浮柵的注入和從浮柵的釋放；并且使用該第二半導(dǎo)體層進行讀取。
文檔編號H01L29/788GK102027589SQ20098011849
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者淺見良信 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所