專利名稱：具有凹入型控制柵電極的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其制造方法，且更具體而言涉及具有凹入型控制柵電極的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其制造方法。
背景技術(shù)：
符合減小半導(dǎo)體產(chǎn)品的尺寸并提高操作速度的當(dāng)前趨勢(shì)，用于半導(dǎo)體產(chǎn)品的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以進(jìn)一步被集成以獲得高的操作速度。因此，引入了具有三維結(jié)構(gòu)而不是常規(guī)平面型結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。具有三維結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以具有延伸到半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹入型控制柵電極。
具有三維結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器具有比具有平面型結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器寬的溝道區(qū)，并因此具有更快操作速度。然而，在具有三維結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，單元是按單元位操作而且占據(jù)大的面積。
因此，三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的進(jìn)一步集成受到限制。此外，源區(qū)和漏區(qū)在具有三維結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中仍占據(jù)寬的面積。尤其，即使在適合集成的NAND型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，源區(qū)和漏區(qū)交替設(shè)置從而占據(jù)更大的面積，這限制了集成度的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種適合高操作速度和高集成度的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
本發(fā)明還提供了一種制造該半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的經(jīng)濟(jì)的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了包括半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。控制柵電極凹入到該半導(dǎo)體襯底內(nèi)，且存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層設(shè)置在控制柵電極側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底之間。隧穿絕緣層設(shè)置在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層與半導(dǎo)體襯底之間，且阻擋絕緣層形成在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層與控制柵電極之間。第一和第二溝道區(qū)在隧穿絕緣層下面的半導(dǎo)體襯底的表面周圍形成，從而圍繞該控制柵電極，并被一對(duì)相對(duì)的分隔絕緣層分開。
在此情形，控制柵電極可以具有圓柱、橢圓或多邊形形狀。而且，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、隧穿絕緣層和阻擋絕緣層沿控制柵電極的側(cè)壁形成。
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器還包括設(shè)置在控制柵電極底部與半導(dǎo)體襯底之間且比隧穿絕緣層厚的掩埋絕緣層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。多個(gè)控制柵電極分別凹入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)，且多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層均設(shè)置在多個(gè)控制柵電極的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底之間。多個(gè)隧穿絕緣層均設(shè)置在多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層與半導(dǎo)體襯底之間，且多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層的相鄰對(duì)彼此接觸，以將半導(dǎo)體襯底分隔為第一和第二區(qū)。多個(gè)阻擋絕緣層均設(shè)置在多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層與多個(gè)控制柵電極之間。而且，連續(xù)的第一溝道區(qū)在半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)表面周圍圍繞多個(gè)控制柵電極側(cè)壁的部分。連續(xù)的第二溝道區(qū)在半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)表面周圍圍繞多個(gè)控制柵電極側(cè)壁的其他部分。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的方法，其包括蝕刻半導(dǎo)體襯底以形成多個(gè)孔。通過(guò)使多個(gè)隧穿絕緣層的相鄰對(duì)彼此接觸從而將半導(dǎo)體襯底分隔為第一和第二區(qū)，多個(gè)隧穿絕緣層形成在多個(gè)孔側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底部分上。當(dāng)在多個(gè)隧穿絕緣層上形成多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層之后，阻擋絕緣層形成在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層上。而且，控制柵電極形成在阻擋絕緣層上以填充到多個(gè)孔中并凹入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)。
在此情形，該方法還包括通過(guò)使用氫氣氛退火具有多個(gè)孔的所述半導(dǎo)體襯底。


通過(guò)參考詳細(xì)描述示范性實(shí)施例的附圖，本發(fā)明的上述和其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更為明顯，在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的局部剖面透視圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的局部剖面透視圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的局部剖面透視圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖；
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的局圖剖面透視圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖；圖11到18是用于示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制造方法的平面圖和剖面圖；圖19示出在圖1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中的電流密度分布的模擬結(jié)果；且圖20示出在圖5的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中的電流密度分布的模擬結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
將參考示出了本發(fā)明示范性實(shí)施例的附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以實(shí)施為許多不同形式且不應(yīng)理解為限于這里給出的實(shí)施例；而是相反，提供這些實(shí)施例使得本公開充分和完整，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明概念。在附圖中，為了清楚而夸大了層和區(qū)域的厚度。
結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器具有三維結(jié)構(gòu)。例如，在該半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，控制柵電極延伸到半導(dǎo)體襯底內(nèi)?？刂茤烹姌O可以是凹入型或溝槽形，但本發(fā)明的范圍不限于此結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以是非易失存儲(chǔ)器，例如閃存或SONOS存儲(chǔ)器。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖，圖2是示出圖1的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的局部剖面透視圖。
參考圖1和2，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器使用半導(dǎo)體襯底105形成，并包括第一和第二溝道區(qū)110a和110b、隧穿絕緣層130、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140、阻擋絕緣層150和控制柵電極160。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器使用單個(gè)控制柵電極160共同控制成對(duì)的第一和第二溝道區(qū)110a和110b。然而，該對(duì)第一和第二溝道區(qū)110a和110b由成對(duì)的分隔絕緣層125a和125b分開?？蛇x地，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器還可以包括掩埋絕緣層120。
更具體而言，半導(dǎo)體襯底105可以包括體半導(dǎo)體晶片，例如硅晶片、鍺晶片或硅-鍺晶片。作為另一示例，半導(dǎo)體襯底105還可以包括在體半導(dǎo)體晶片上的外延層。
控制柵電極160凹入到半導(dǎo)體襯底105內(nèi)?？刂茤烹姌O160是圓柱形，因此可以減小徑向電場(chǎng)?？刂茤烹姌O160可以關(guān)于連接分隔絕緣層125a和125b的線對(duì)稱形成。然而，不考慮圖1和2，控制柵電極160可以具有橢圓條形。
存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140設(shè)置在控制柵電極160的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底105之間。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140用作電荷存儲(chǔ)介質(zhì)。例如，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140可以包括多晶硅層、氮化硅層、金屬或硅點(diǎn)、或金屬或硅納米晶體。尤其，氮化硅層、金屬或硅點(diǎn)或金屬或硅納米晶體可以用作局部電荷俘獲層。
隧穿絕緣層130設(shè)置在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140與半導(dǎo)體襯底105之間。隧穿絕緣層130用作電荷的隧穿路徑，并具有根據(jù)操作電壓的適當(dāng)厚度。例如，隧穿絕緣層130可以包括氧化物層、氮化物層或高k介電層。阻擋絕緣層150通過(guò)設(shè)置在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140與控制柵電極160之間而將它們隔離。例如，阻擋絕緣層150可以包括氧化物層、氮化物層或高k介電層。
隧穿絕緣層130、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140和阻擋絕緣層150可以沿控制柵電極160的側(cè)壁形成。即，阻擋絕緣層150圍繞控制柵電極160，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140圍繞阻擋絕緣層150，且隧穿絕緣層130圍繞存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140。因此，隧穿絕緣層130、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140和阻擋絕緣層150可以具有中空?qǐng)A柱形狀。
該成對(duì)的第一和第二溝道區(qū)110a和110b在隧穿絕緣層130下面的半導(dǎo)體襯底105表面周圍形成，從而圍繞控制柵電極160的側(cè)壁。第一和第二溝道區(qū)110a和110b被彼此面對(duì)的成對(duì)的分隔絕緣層125a和125b分開。例如，第一溝道區(qū)110a設(shè)置在分隔絕緣層125a和125b下面，且第二溝道區(qū)110b設(shè)置在分隔絕緣層125a和125b上。例如，分隔絕緣層125a和125b連接到隧穿絕緣層130，并包括氧化物層、氮化物層或高k介電層。
掩埋絕緣層120設(shè)置在控制柵電極160底部與半導(dǎo)體襯底105之間。掩埋絕緣層120可以厚于隧穿絕緣層130從而不在半導(dǎo)體襯底105底部區(qū)中形成溝道。因此，第一和第二溝道區(qū)110a和110b即使在半導(dǎo)體襯底105底部區(qū)中也不連接。
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器使用第一和第二溝道區(qū)110a和110b作為單獨(dú)的位線，且將控制柵電極160用作公共字線。在此情形，第一和第二溝道區(qū)110a和110b的四個(gè)角部可以用作I/O輸入。即，允許第一電流I1通過(guò)第一溝道區(qū)110a的流動(dòng)，且允許第二電流I2通過(guò)第二溝道區(qū)10b的流動(dòng)。
圖19中示出的關(guān)于電流密度進(jìn)行的模擬支持上述操作結(jié)果。在圖19中，色調(diào)分布顯示電流密度分布。而且，圖1的控制柵電極160被提供有1V的電壓(Vg＝1)，且圖1的第二溝道區(qū)110b的兩端被提供有0.01V的電壓(Vd＝0.01)。參考圖19，可以注意，與圖1和圖2的第一和第二溝道區(qū)110a和110b類似地形成高電流密度區(qū)。模擬的結(jié)果顯示第一和第二電流I1和I2的流動(dòng)可以引入到溝道區(qū)110a和110b中。
同時(shí)，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140是環(huán)形，但面對(duì)第一和第二溝道區(qū)110a和110b的部分可以分別是局部電荷存儲(chǔ)層。因此，即使在單級(jí)操作中，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以處理2位數(shù)據(jù)處理。此外，通過(guò)調(diào)整垂直深度，溝道區(qū)110a和110b可以具有大面積，這因此提高了半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的操作速度。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖，且圖4是示出圖3的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的局部剖面透視圖。圖3和4所示的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器僅具有與圖1和2所示不同的形狀。因此，將不給出元件的重復(fù)描述。
參考圖3和4，控制柵電極260具有矩形條形并凹入到半導(dǎo)體襯底205內(nèi)。然而，控制柵電極260可以具有其他多邊形狀。阻擋絕緣層250、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層240、和隧穿絕緣層230沿矩形條形的控制柵電極260形成。
成對(duì)的溝道區(qū)210a和210b圍繞矩形條形控制柵電極260，并被成對(duì)的分隔絕緣層225a和225b彼此分開。例如，成對(duì)的分隔絕緣層225a和225b可以與矩形條形控制柵電極260的相對(duì)角相鄰。通過(guò)使用比隧穿絕緣層230厚的掩埋絕緣層220，控制柵電極260的底部可以與半導(dǎo)體襯底205隔離。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖，且圖6是示出圖5的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的局部剖面透視圖。根據(jù)圖5和6所示的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器采用圖1和2所示的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為單元，且多個(gè)這樣的單元被NAND型連接。圖1和2中的相同參考標(biāo)號(hào)代表相同元件，且因此不重復(fù)它們的描述。
參考圖5和6，多個(gè)控制柵電極160、多個(gè)阻擋絕緣層150和多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140分別分離地形成在多個(gè)單元中。然而，形成多個(gè)隧穿絕緣層130使得相鄰對(duì)彼此接觸。即，多個(gè)單元的隧穿絕緣層130的端部彼此連接，因此形成連續(xù)形狀。因此，半導(dǎo)體襯底105可以分成位于多個(gè)隧穿絕緣層130上的上部區(qū)和位于多個(gè)隧穿絕緣層下面的下部區(qū)。
即使在圖5和6中相鄰單元的隧穿絕緣層130彼此直接接觸或交疊分隔絕緣層125a和125b可以如圖1和2所示設(shè)置?；蛘?，可以理解相鄰單元的多個(gè)隧穿絕緣層130的接觸部分相應(yīng)于圖1和2的分隔絕緣層125a和125b。
由于單元的多個(gè)隧穿絕緣層130的端部彼此連接，在半導(dǎo)體襯底105下部區(qū)中的單元的第一溝道區(qū)110a彼此連接。類似地，在半導(dǎo)體襯底105上部區(qū)中的單元的第二溝道區(qū)110b彼此連續(xù)連接。因此，單元的第一溝道區(qū)110a可以彼此連接，而不是單獨(dú)需要源區(qū)和漏區(qū)，并允許第二電流I2的流動(dòng)。類似地，單元的第二溝道區(qū)110b可以彼此連接，而不是單獨(dú)需要源區(qū)和漏區(qū)，并允許第二電流I2流動(dòng)。
因?yàn)槎鄠€(gè)控制柵電極160產(chǎn)生徑向電場(chǎng)，單元的溝道區(qū)110a和110b可以相互連接，而不需要源區(qū)和漏區(qū)。圖20所示的對(duì)于電流密度的模擬結(jié)果支持這樣的事實(shí)。參考圖20，在半導(dǎo)體襯底105內(nèi)形成形狀類似于圖5和6中的溝道區(qū)110a和110b的高電流密度區(qū)。因此，通過(guò)使用徑向電場(chǎng)，可以形成連續(xù)的溝道區(qū)110a和110b而沒(méi)有源區(qū)和漏區(qū)。
雖然在圖5和6中示出四個(gè)單元，但本發(fā)明不限于此。因此，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以是單NAND型串，且單個(gè)串中的單元數(shù)目可以適當(dāng)選擇。
根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器具有NAND結(jié)構(gòu)，其不具有源區(qū)和漏區(qū)，因此與常規(guī)NAND結(jié)構(gòu)相比，所占據(jù)的面積可以大大減小。因此，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以具有顯著高的集成度。此外，即使在單級(jí)操作的情況，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以處理2位數(shù)據(jù)，因此可以實(shí)現(xiàn)高操作速度。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖。圖7所示的第四實(shí)施例使用圖5所示的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為一串，且兩串排列為矩陣。因此，圖5和7中相似的參考標(biāo)號(hào)代表相似元件，且因此將不提供重復(fù)描述。
參考圖7，兩串被器件隔離層107隔離。兩對(duì)溝道區(qū)110a和110b可以用作四條位線。在兩串中，相同列的控制柵電極160可以連接到字線170。因此，通過(guò)適當(dāng)選擇字線170和位線，可以操作各個(gè)單元。
雖然在圖7中示出兩串，但本發(fā)明的范圍不限于此。此外，顯然各個(gè)串內(nèi)的單元數(shù)目可以適當(dāng)選擇。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖，且圖9是示出圖8的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的局部剖面透視圖。根據(jù)圖8和9的實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以使用根據(jù)圖3和4所示的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為單元，且多個(gè)這樣的單元可以被NAND型連接。在第五和第二實(shí)施例中相似的參考標(biāo)號(hào)代表相似元件，且因此將不重復(fù)它們的描述。
參考圖8和9，多個(gè)控制柵電極260、多個(gè)阻擋絕緣層250和多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層240分別形成在多個(gè)單元中。然而，形成多個(gè)隧穿絕緣層230使得相鄰對(duì)彼此接觸。即，單元的多個(gè)隧穿絕緣層230通過(guò)各個(gè)角連接，因此形成單個(gè)連續(xù)形式。因此，半導(dǎo)體襯底205可以分成在隧穿絕緣層230上的上部分和和在隧穿絕緣層230下的下部分。
雖然在圖8和9中相鄰單元的隧穿絕緣層230彼此直接接觸或者交疊，分隔絕緣層225a和225b可以如圖3和4所示設(shè)置?；蛘?，可以理解相鄰單元的隧穿絕緣層230的接觸部分相應(yīng)于圖3和4的分隔絕緣層225a和225b。
由于單元的隧穿絕緣層230的角彼此連接，在半導(dǎo)體襯底205下部區(qū)中的單元的第一溝道區(qū)210a彼此連接。類似地，在半導(dǎo)體襯底205上部區(qū)中的單元的第二溝道區(qū)210b彼此連續(xù)連接。因此，單元的第一溝道區(qū)210a可以彼此連接而不單獨(dú)需要源區(qū)和漏區(qū)，并允許第一電流I1流動(dòng)。類似地，單元的第二溝道區(qū)210b可以彼此連接而無(wú)源區(qū)和漏區(qū)，并允許第二電流I2流動(dòng)。
雖然在圖8和9中示出四個(gè)單元，但本發(fā)明的范圍不限于此。因此，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以是單NAND型串，且單串內(nèi)的單元數(shù)目可以適當(dāng)選擇。
根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的操作可以從圖5和6中理解。
圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的平面圖。本實(shí)施例示出排列成矩陣的兩串，使用圖8所示的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為單串。圖8和10中相似的參考標(biāo)號(hào)代表相似元件，且因此將不重復(fù)它們的描述。
參考圖10，兩串可以被器件隔離層207電隔離。兩對(duì)溝道區(qū)210a和210b可以用作四條位線。在兩串中，相同列的控制單電極260可以連接到字線270。因此，通過(guò)適當(dāng)選擇字線270和位線，可以操作各個(gè)單元。
雖然在圖10中示出兩串，但本發(fā)明的范圍不限于此。此外，顯然可以適當(dāng)選擇各個(gè)串內(nèi)的單元數(shù)目。
制造方法圖11到18是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的方法的平面圖和剖面圖。在此情形，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以相應(yīng)于圖5和6所示的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
參考圖11和12，半導(dǎo)體襯底105被蝕刻以形成多個(gè)孔115。多個(gè)孔115可以通過(guò)例如光刻和蝕刻來(lái)形成。雖然這些孔115具有圖11和12所示的圓形，但它們可以具有其他形狀例如橢圓形或多邊形。
在蝕刻之后，可以通過(guò)在氫氣氛中退火半導(dǎo)體襯底105而將多個(gè)孔115擴(kuò)大并倒圓。退火在高溫下進(jìn)行以產(chǎn)生半導(dǎo)體襯底105例如硅襯底的硅擴(kuò)散，因此倒圓孔115。
參考圖13和14，多個(gè)隧穿絕緣層130形成在孔115側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底105的部分上，從而多個(gè)隧穿絕緣層130的相鄰對(duì)彼此接觸。因此，半導(dǎo)體襯底105可以分成位于隧穿絕緣層130上的上部區(qū)和位于隧穿絕緣層130下的下部區(qū)。例如，隧穿絕緣層130可以通過(guò)熱氧化由孔115暴露的半導(dǎo)體襯底105的側(cè)壁部分而形成。在此情形，在相鄰孔115邊界部分上的半導(dǎo)體襯底部分的所有部分都被氧化，因此將隧穿絕緣層130彼此連接。
在形成隧穿絕緣層130之前或之后，掩埋絕緣層120可以選擇性地形成在孔115的半導(dǎo)體襯底105部分上。例如，掩埋絕緣層120可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)和蝕刻形成。
參考圖15和16，多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140形成在隧穿絕緣層130上。例如，多晶硅層、氮化硅層、金屬或硅點(diǎn)、或金屬或硅納米晶體使用CVD形成，且預(yù)定部分被選擇性地除去，因此形成存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140。
然后，阻擋絕緣層150形成在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層140上。例如，氧化物層、氮化物層或高k介電層使用CVD形成，且預(yù)定部分被選擇性地除去，因此形成阻擋絕緣層150。
參考圖17和18，控制柵電極160形成在阻擋絕緣層150上以填充進(jìn)孔115并凹入到半導(dǎo)體襯底105內(nèi)。例如，在導(dǎo)電層填充進(jìn)孔115并隨后被平面化之后，形成控制柵電極160。
此后，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法完成半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以使用典型體半導(dǎo)體晶片經(jīng)濟(jì)地制造。
雖然圖5和6所示的制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的方法作為本實(shí)施例的示例而描述，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然本方法可以容易地改進(jìn)并應(yīng)用于制造另一半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
雖然參考其示范性實(shí)施例具體示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各種變化，而不脫離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范疇。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，包括半導(dǎo)體襯底；控制柵電極，凹入到所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)；存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層，設(shè)置在所述控制柵電極側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底之間；隧穿絕緣層，設(shè)置在所述存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層與半導(dǎo)體襯底之間；阻擋絕緣層，設(shè)置在所述存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層與控制柵電極之間；和第一和第二溝道區(qū)，圍繞所述隧穿絕緣層下面的所述半導(dǎo)體襯底的表面形成，以圍繞所述控制柵電極，并被一對(duì)彼此面對(duì)的分隔絕緣層所分開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述控制柵電極具有圓柱、橢圓或多邊形的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、所述隧穿絕緣層和所述阻擋絕緣層沿所述控制柵電極的側(cè)壁形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述控制柵電極關(guān)于連接該對(duì)分隔絕緣層的線對(duì)稱形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，還包括設(shè)置在所述控制柵電極底部與所述半導(dǎo)體襯底之間的掩埋絕緣層，且比所述隧穿絕緣層厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其中所述存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層包括多晶硅層、氮化硅層、金屬或硅點(diǎn)、或金屬或硅納米晶體。
7.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，包括半導(dǎo)體襯底；多個(gè)控制柵電極，分別凹入到所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)；多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層，分別設(shè)置在所述多個(gè)控制柵電極的側(cè)壁與所述半導(dǎo)體襯底之間；多個(gè)隧穿絕緣層，分別設(shè)置在所述多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層和半導(dǎo)體襯底之間，且所述多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層中相鄰的一對(duì)彼此接觸從而將所述半導(dǎo)體襯底分隔為第一和第二區(qū)；多個(gè)阻擋絕緣層，分別設(shè)置在所述多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層和多個(gè)控制柵電極之間；連續(xù)的第一溝道區(qū)，在所述半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)表面周圍圍繞所述多個(gè)控制柵電極側(cè)壁的部分；和連續(xù)的第二溝道區(qū)，在所述半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)表面周圍圍繞所述多個(gè)控制柵電極側(cè)壁的其他部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述多個(gè)控制柵電極具有圓柱、橢圓或多邊形的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、多個(gè)隧穿絕緣層和多個(gè)阻擋絕緣層沿所述多個(gè)控制柵電極的側(cè)壁形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述多個(gè)控制柵電極是多邊條形，且所述多個(gè)隧穿絕緣層中相鄰對(duì)的邊角彼此接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述第一溝道區(qū)和第二溝道區(qū)對(duì)稱地形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，還包括多個(gè)掩埋絕緣層，分別設(shè)置在所述多個(gè)控制柵電極的底部與半導(dǎo)體襯底之間，且比所述多個(gè)隧穿絕緣層厚。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層包括多晶硅層、氮化硅層、金屬或硅點(diǎn)、或金屬或硅納米晶體。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述第一溝道區(qū)和第二溝道區(qū)用作獨(dú)立位線。
15.一種制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的方法，包括蝕刻半導(dǎo)體襯底以形成多個(gè)孔；在所述多個(gè)孔側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底部分上形成多個(gè)隧穿絕緣層，從而多個(gè)隧穿絕緣層的相鄰對(duì)彼此接觸，以將所述半導(dǎo)體襯底分隔為第一和第二區(qū)；在所述多個(gè)隧穿絕緣層上形成多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層；在所述存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層上形成阻擋絕緣層；和在所述阻擋絕緣層上形成控制柵電極，以被填充到所述多個(gè)孔中并凹入到所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括使用氫氣氛退火具有所述多個(gè)孔的所述半導(dǎo)體襯底。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在所述多個(gè)孔底部的半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)掩埋絕緣層，所述掩埋絕緣層厚于所述隧穿絕緣層。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述多個(gè)控制柵電極具有圓柱、橢圓或多邊形形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述多個(gè)控制柵電極具有多邊條形，且所述多個(gè)隧穿絕緣層的相鄰對(duì)的邊角彼此接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層每個(gè)都包括多晶硅層、氮化硅層、金屬或硅點(diǎn)、或金屬或硅納米晶體。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中形成所述多個(gè)隧穿絕緣層通過(guò)由所述多個(gè)孔暴露的半導(dǎo)體襯底側(cè)壁的熱氧化而實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有高操作速度并獲得高集成度的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，以及制造其的經(jīng)濟(jì)方法。該器件包括半導(dǎo)體襯底和凹入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)的控制柵電極。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層設(shè)置在控制柵電極的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底之間，且隧穿絕緣層設(shè)置在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層與半導(dǎo)體襯底之間。阻擋絕緣層設(shè)置在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層與控制柵電極之間。第一和第二溝道區(qū)隧穿絕緣層下面的半導(dǎo)體襯底的表面周圍形成，從而圍繞控制柵電極，并被一對(duì)相對(duì)的分隔絕緣層分開。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101079444SQ20061016930
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者樸允童, 具俊謨, 趙慶來(lái) 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社