專利名稱：固定值存儲單元裝置及其制作方法
許多電子系統(tǒng)都需要其內固定地寫入有數據的存儲器。此類存儲器被稱作固定值存儲器，讀存儲器，或固定值存儲器。
為了寫入大量的數據，作為讀存儲器大多利用其上有鋁敷層的塑料盤。這些塑料盤在其鋁敷層中具有兩種點式的凹陷，這些凹陷被賦予邏輯值零和1。在這些凹陷的布局中，信息是數字式地存儲的。此類盤被稱作CD盤，并廣泛地用于音樂的數字存儲。
為了讀出存儲在CD盤上的數據，采用一個閱讀器，盤在該閱讀器內機械地旋轉。點式的凹陷經由一個激光二極管和一個光電二極管被掃描。其中，典型的掃描頻率為2×40kHz。在一個CD盤上可存儲5千兆位信息。
閱讀器具有運動件，這些運動件受到機械磨損，所占的體積較大并且只能慢速地取數。此外，該閱讀器還對振動敏感，并因此只可有限度地用在移動式系統(tǒng)中。
為了存儲較少量的數據，公開了以半導體為基礎的固定值存儲器。此類存儲器大多是作為平面型的、集成的、采用MOS晶體管的硅電路實現的。其中的MOS晶體管分別經由與字線相連的柵極被選擇。MOS晶體管的輸入端與參考線相連，其輸出端與位線相連。在讀出過程中，按電流是否流過晶體管計數。存儲的信息被相應地賦值。從技術上說，存儲信息的完成措施大多在于，MOS晶體管通過在溝道區(qū)內不同的離子注入具有不同的截止電壓。
這些以半導體為基礎的存儲器可隨機地訪問存儲的信息。讀出信息所需的電功率大大小于在具有機械式傳動機構的閱讀器中讀出信息所需的電功率。由于為了讀出信息不需要機械式傳動機構，所以不存在機械磨損和對振動的敏感性。因此，以半導體為基礎的固定值存儲器也可用于移動式系統(tǒng)。
所描述的硅存儲器具有平面式結構。據此，每個存儲單元需要占用最小的面積約6至8F2，其中，F為在具體的工藝中可制作的最小結構尺寸。據此，在1微米級工藝中，平面式硅存儲器被限定的存儲密度約為0.14位/微米2。
已經公開的是，在平面型硅存儲器中，通過成行地布置MOS晶體管來提高存儲密度。在每一行中，MOS晶體管是串聯的。通過“與非”結構意義上的成行地選擇，MOS晶體管被讀出。為此，每行只需兩個接點。在這兩個接點之間，設在該行中的MOS晶體管是串聯的.相鄰的MOS晶體管的互連的源/漏區(qū)可作為連在一起的摻雜區(qū)來實現。據此，每個存儲單元所占的面積可減少到理論上4F2(F為在具體的工藝中可制作的最小結構尺寸)。譬如，H·Kawagoe和N·Tsuji在IEEEJ.Solid-State Circuits，vol.SC-11，P.360，1976中公開了這種存儲單元裝置。
本發(fā)明的任務在于提供一種在半導體基礎上的固定值存儲單元裝置，其中，存儲器密度得以增加，并且這種固定值存儲單元裝置可用很少幾個工序制作，且其產出率很高。另外，還應提供一種用于制作這種存儲單元裝置的方法。
解決以上任務的技術方案在于權利要求1所述的固定值存儲單元裝置以及權利要求5所述的用于制作這種裝置的方法。其余的權利要求描述了本發(fā)明的其它實施形式。
在本發(fā)明的固定值存儲單元裝置中，存儲單元分別設在半導體襯底的主面內的基本上平行伸展的行中。在半導體襯底的主面內具有縱向的溝槽。這些縱向的溝槽基本上平行于上述行伸展。這些縱向溝槽至少與行一樣長。這些行分別交替地處于相鄰的縱向溝槽之間和處于溝槽的底部。半導體襯底的主面是通過縱向溝槽被結構化的。行中的每個第二行處在縱向溝槽的底部，處在縱向溝槽之間的行位于限定這些縱向溝槽的材料上。
相鄰的行是通過一個隔離結構相互隔離的。該隔離結構沿垂直方向隔離相鄰的行。下列情況在發(fā)明的范疇之中，即隔離結構是通過沿縱向溝槽的側壁設置的隔離側墻，和分別設在半導體襯底中的相鄰的縱向溝槽之間的、防止在相鄰的行之間的半導體襯底中形成導通溝道的摻雜層，即所謂的溝道截止層構成的。摻雜層有利地是在分別處于相鄰的縱向溝槽之間的半導體襯底材料中構成的，并且其在半導體襯底中的深度小于縱向溝槽的深度。這種隔離在相鄰的行之間不占用面積。平行于半導體襯底的主面，相鄰的行是直接相互毗鄰的。垂直于半導體的主面，相鄰的行有一個相當于縱向溝槽深度的間距。
有利的是，沿一行設置的存儲單元的MOS晶體管是串聯的。其中，沿一行相鄰的MOS晶體管的互連的源/漏區(qū)為連在一起的摻雜區(qū)結構。每行具有兩個接點，設在該行中的MOS晶體管在這兩個接點之間是串聯的。經由這兩個接點，處在具體的行中的MOS晶體管可在“與非”結構的意義上被選擇。
本發(fā)明的固定值存儲單元裝置是有利地由一個隔離結構，即隔離用側墻和防止在相鄰的行之間的半導體襯底中形成導電的溝道的摻雜層，以及由在每行中串聯的、其內分別互連的源/漏區(qū)作為半導體襯底中的連在一起的摻雜區(qū)結構的MOS晶體管構成的。如果在該實施形式中，縱向溝槽的寬度、相鄰的縱向溝槽的間距、連在一起的摻雜區(qū)的尺寸和字線的寬度相當于一個在具體的工藝中的最小結構尺寸F，則每個存儲單元所占的面積為2F2。如果以其可制作的最小結構寬度F為0.4微米的工藝作為基礎，則可使存儲密度達到6.25位/微米2。
以下情況是在本發(fā)明的范疇之內，即根據存入具體的存儲單元中的信息，MOS晶體管具有不同的閾值電壓。為了以數字的形式存儲數據，MOS晶體管具有兩個不同的閾值電壓。如果固定值存儲單元裝置被用于多值邏輯，則MOS晶體管根據存入的信息具有多于兩個不同的閾值電壓。
本發(fā)明的固定值存儲單元裝置的制作是采用自對準的工藝步驟實現的，據此，可減少每個存儲單元的占用面積。
為了制作固定值存儲單元裝置，首先進行第一次溝道離子注入，以便調整沿位于相鄰的縱向溝槽之間的行設置的MOS晶體管的閾值電壓。然后，對縱向溝槽進行腐蝕。在對縱向溝槽進行腐蝕后，為了調整設在縱向溝槽的底部的MOS晶體管的閾值電壓，進行第二次溝道離子注入。在進行第二次溝道離子注入時，相鄰的縱向溝槽之間的范圍是掩蔽的。在為所有的MOS晶體管制作了柵氧化層之后，垂直于行伸展的字線被建立，這些字線分別構成沿不同的行設置的MOS晶體管的柵極。最后，對源/漏進行離子注入，此時，字線被用作掩模，并且同時為設在縱向溝槽的底部的MOS晶體管和設在相鄰的縱向溝槽之間的MOS晶體管形成源/漏區(qū)。
在把含有二氧化硅的溝槽掩模用作腐蝕掩模的情況下，縱向溝槽首先被腐蝕。隨后，在進行第二次溝道離子注入時，溝槽掩模被用于掩蔽相鄰的縱向溝槽之間的范圍。在進行第二次溝道離子注入以后，溝槽掩模被去除。
下面借助一個實施例和附圖詳細說明本發(fā)明。附圖所示為

圖1進行第一次溝道離子注入后的硅襯底，圖2對溝槽進行腐蝕和進行第二次溝道離子注入后的硅襯底，圖3形成字線后的硅襯底，圖4圖3中的IV-IV斷面的硅襯底視圖；圖5圖3中的V-V斷面的硅襯底視圖，圖6圖3所示的硅襯底的俯視圖。
附圖所示不是按實際比例繪制的。
為了制作一個本發(fā)明的、在一個譬如由單晶硅構成的襯底1內的固定值存儲單元裝置，首先在襯底1的主面2上建立一個限定固定值存儲單元裝置范圍的隔離結構(圖中未示出)。襯底1譬如是P型摻雜的，其摻雜濃度為1015cm-3。
隨后進行硼離子注入，以便形成溝道截止層3。硼離子注入是用譬如6×1013cm-2的劑量和譬如120keV的能量進行的。據此，其深度在主面2以下譬如0.3μm，其厚度為0.3μm的溝道截止層3被建立(見圖1)。
然后，借助光刻方法確定MOS晶體管的耗盡溝道的范圍。借助于50keV的能量和4×1012cm-2的劑量的砷進行的第一次溝道離子注入，形成耗盡溝道4。在采用0.4μm級工藝的情況下，平行于主面2的耗盡溝道4的面積譬如為0.6μm×0.6μm。
通過用TEOS方法淀積一個其厚度譬如為200nm的SiO2層，借助于光刻方法使SiO2層結構化從而形成一個溝槽掩模5(見圖2)。
通過譬如用氯氣進行各向異性的腐蝕，在溝槽掩模5用作腐蝕掩模的情況下，縱向溝槽6被腐蝕?？v向溝槽6的深度譬如為0.6μm。縱向溝槽6伸展到襯底1之內，并把溝道截止層3分割。在對縱向溝槽6進行腐蝕時，耗盡溝道4的寬度被調整。因此，相對于耗盡溝道4溝槽掩模5的調整是不苛刻的。
在應用0.4μm級工藝的情況下，縱向溝槽6的寬度為0.4μm，相鄰的縱向溝道6的間距也為0.4μm?？v向溝槽6的長度取決于存儲單元裝置的尺寸規(guī)格，譬如為130μm。
通過用TEOS方法淀積另一個SiO2層，并通過隨后的各向異性的腐蝕，在縱向溝槽6的側壁上形成由SiO2構成的隔離側墻7。隨后，借助光刻方法確定用于后來被建立在縱向溝槽底部制造的MOS晶體管耗盡溝道的范圍。通過用譬如50keV的能量和譬如4×1012cm-2劑量的砷進行第二次溝道離子注入，在縱向溝槽的底部制造耗盡溝道8。此時，相鄰的縱向溝槽6之間的范圍是通過溝槽掩模5和隔離側墻7掩蔽的。因此，在確定耗盡溝道8時的調整是不苛刻的。就縱向溝槽6的側壁而言，第二次溝道的離子注入是自對準的。
隨后，用濕化學方法，譬如用NH4F/HF去除溝槽掩模5。隔離側墻7同時也被去除。在犧牲層氧化物生長和被腐蝕掉之后，生長一其厚度譬如為10nm的柵氧化層9。該柵氧化層9在縱向溝槽6的底部和縱向溝槽6之間處于主面2上(見圖3、示出圖3中的IV-IV斷面的圖4和示出圖3中的V-V斷面的圖5。在圖3中所示的斷面在圖4和圖5中分別以III-III表示。
借助TEOS方法淀積出另一SiO2層，從該SiO2層中，通過各向異性的干腐蝕，在縱向溝槽6的側壁上再形成由SiO2構成的側墻10。該SiO2層以譬如60nm的厚度被淀積。接著譬如用CF4進行再腐蝕。
在整個面上淀積出其厚度譬如為400nm的多晶硅層。通過一個光刻工藝步驟使該多晶硅層結構化，字線11得以形成，這些字線11沿主面2譬如垂直于縱向溝槽6伸展。字線11的寬度為0.4μm。相鄰的字線11的間距為0.4μm。字線11的寬度和間距分別相當于最小的結構尺寸F。字線11的伸展準則在于，在縱向溝槽6的底部形成的耗盡溝道8分別處于字線11的下方。
隨后，用譬如25Kev的能量和譬如5×1015cm-2的劑量對源/漏進行砷離子注入。在對源/漏進行離子注入時，摻雜區(qū)12在縱向溝槽6的底部以及在縱向溝槽6之間的主面2中被建立。摻雜區(qū)12其作用是分別作為兩個沿一行設置的相鄰MOS晶體管的公共的源/漏區(qū)。在對源/漏進行離子注入的同時，字線11也被摻雜。
通過另一SiO2層的淀積和各向異性的再腐蝕，具有側墻13的字線11的側面被覆蓋。涉及字線11，對源/漏的離子注入是自對準地進行的。由于摻雜區(qū)12與耗盡溝道4、8是被同一導電類型摻雜，所以在沿平行于縱向溝槽6走向的方向確定耗盡溝道時進行調整要求是不嚴格的。根據相鄰的字線11的間距、相鄰的縱向溝槽6的間距以及縱向溝槽6的尺寸，平行于主面2的摻雜區(qū)12的面積最大為F×F，即0.4μm×0.4μm。每兩個相鄰的摻雜區(qū)12和設在其間的字線11分別構成一個MOS晶體管。在縱向溝槽6的底部以及在縱向溝槽6之間各設有一行串聯的MOS晶體管，這些MOS晶體管分別由兩個摻雜區(qū)12和設在其間的字線11構成。設在縱向溝槽6的底部的MOS晶體管通過側墻10和溝道截止層3與相鄰的、設在縱向溝槽6之間的MOS晶體管隔離。用譬如為3×1018cm-3的雜質濃度對溝道截止層3的摻雜連同側墻10，可保證在縱向溝槽6的側面上形成的寄生MOS晶體管的閾值電壓高到足以阻止漏電流。
每行在固定值存儲單元裝置的邊緣上具有兩個接點，在這兩個接點之間，設在該行中的MOS晶體管是串聯的(未示出)。如果人們考慮，摻雜區(qū)12中的每一個是用于兩個相鄰的MOS晶體管的源/漏區(qū)的，則每個平行于縱向溝槽6走向的MOS晶體管的長度為2F。MOS晶體管的寬度分別為F。因此，根據制作工藝，一個由單個晶體管構成的存儲單元的面積為2F2。在向主面2的投影中，沿一條字線11相鄰的、其輪廓Z1、Z2在圖6的俯視圖中用粗線示出的存儲單元直接相互毗鄰。存儲單元Z1設在縱向溝槽6之一的底部，而存儲單元Z2則設在兩個相鄰的縱向溝槽6之間的主面2上。通過相鄰的存儲單元在高度上交錯的設置，排列密度增大，而同時又不使相鄰的存儲單元之間的隔離變壞。
固定值存儲單元裝置的編程是在進行第一次和第二次溝道離子注入時進行的。耗盡溝道4、8是只為那些被分配一個第一邏輯值的MOS晶體管形成的。一個第二邏輯值被分配給其它的MOS晶體管。
固定值存儲單元裝置通過一個中間氧化物的淀積、接觸窗口的腐蝕和金屬層的蒸發(fā)及結構化被制成。圖中沒示出這些已公開的工藝步驟。
權利要求
1.固定值存儲單元裝置，其中，-在半導體襯底(1)由設有很多單個的存儲單元，-存儲單元分別設在基本上平行伸展的行中，-在半導體襯底(1)的主面(2)內具有縱向溝槽(6)，這些縱向溝槽基本上平行于行伸展，-這些行分別交替地處于相鄰的縱向溝槽(6)之間的主面(2)上并處在縱向溝槽(6)的底部，-設有隔離結構(3、10)，相鄰的行通過這些隔離結構(3、10)相互隔離，-存儲單元分別包括至少一個MOS晶體管(12、11、12)，-字線(11)橫向于行伸展，字線(11)分別與沿不同的行設置的MOS晶體管的柵極相連。
2.按照權利要求1所述的固定值存儲單元裝置，其中，用于隔離相鄰的行的隔離結構包括沿縱向溝槽(6)的側壁設置的隔離側墻(10)和分別設在縱向溝槽(6)之間的半導體襯底(1)中的摻雜層(3)，這些摻雜層(3)防止在相鄰的行之間的半導體襯底(1)中構成導電溝道。
3.按照權利要求1或2所述的固定值存儲單元裝置，其中，-沿一行設置的存儲單元的MOS晶體管是串聯的，-沿一行相鄰的MOS晶體管的互連的源/漏區(qū)為半導體襯底中的關聯摻雜區(qū)(12)結構，-每行具有兩個接點，在這兩個接點之間，設在行中的MOS晶體管是串聯的。
4.按照以上權利要求之一所述的固定值存儲單元裝置，其中，根據存入具體的存儲單元中的信息，MOS晶體管具有不同的閾值電壓。
5.用于制作固定值存儲單元裝置的方法，其中，-在半導體襯底(1)的主面(2)內基本上平行伸展的縱向溝槽(6)被腐蝕，-很多設在行中的、分別包括至少一個MOS晶體管的存儲單元被制造，其中，行交替地設在相鄰的縱向溝槽(6)之間的主面(2)上和縱向溝槽(6)的底部，-在腐蝕縱向溝槽(6)之前，為了調整設在縱向溝槽(6)之間的主面(2)上的MOS晶體管的閾值電壓，對溝道進行第一次離子注入，-在腐蝕縱向溝槽(6)之后，為了調整設在縱向溝槽(6)的底部的晶體管的閾值電壓，對溝道進行第二次離子注入，-相鄰的縱向溝槽(6)之間的主面(2)是掩蔽的，-一個柵氧化層被生成，-橫向于行伸展的字線(11)被生成，這些字線(11)分別與沿不同的行設置的MOS晶體管的柵極相連，-對MOS晶體管的源/漏區(qū)進行離子注入，此時，字線(11)被用作掩模，-隔離結構(3、10)被生成，這些隔離結構使相鄰行的MOS晶體管相互隔離。
6.按照權利要求5所述的方法，其中，-為了形成隔離結構，在進行第一次溝道離子注入之前，在半導體襯底中生成摻雜層(3)，該摻雜層(3)在腐蝕縱向溝槽(6)時被腐蝕透，并且該摻雜層(3)防止在相鄰的行之間的半導體襯底(1)中構成導電溝道，-此外，為了形成隔離結構(3、10)在腐蝕縱向溝之后，縱向溝(6)的側壁上的隔離側墻(10)被生成。
7.按照權利要求5所述的方法，其中，-對縱向溝槽(6)的腐蝕是在把含有SiO2的溝槽掩模(5)用作腐蝕掩模的情況下進行的，-在進行第二次溝道離子注入時，含有SiO2的溝槽掩模(5)掩蔽相鄰的縱向溝槽(6)之間的主面(2)，-在對溝道進行離子注入后，溝槽掩模(5)被去除。
全文摘要
固定值存儲單元裝置包括很多單個的存儲單元,這些存儲單元分別包括一個MOS晶體管并且設在平行伸展的行中。其中,相鄰的行分別交替地在縱向溝槽(6)的底部和在相鄰的縱向溝槽(6)之間伸展并且是相互隔離的。通過自對準工藝步驟,固定值存儲單元裝置是可在每個存儲單元的占用面積為2F
文檔編號H01L21/8246GK1179234SQ96192693
公開日1998年4月15日 申請日期1996年3月4日 優(yōu)先權日1995年3月20日
發(fā)明者W·克勞斯內德爾, L·里斯赫, F·霍夫曼 申請人:西門子公司