具有增大溝道區(qū)有效寬度的非易失性存儲器單元及其制作方法
【專利說明】具有増大溝道區(qū)有效寬度的非易失性存儲器單元及其制作方法
[0001]相關(guān)申請案
[0002]本申請要求2013年3月14日提交的美國臨時申請N0.61/784，556的權(quán)益，并且該美國臨時申請以引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及非易失性存儲器裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]分裂柵非易失性存儲器裝置在本領(lǐng)域中是已知的。例如，美國專利7，927，994公開一種分裂柵非易失性存儲器單元，該美國專利出于所有目的以引用的方式并入本文中。圖1示出形成在半導(dǎo)體襯底12上的此類分裂柵存儲器單元的例子。源極區(qū)16和漏極區(qū)14在襯底12中形成為擴(kuò)散區(qū)，并且兩者間限定了溝道區(qū)18。該存儲器單元包括四個導(dǎo)電柵極:浮柵22，其設(shè)置在溝道區(qū)18的第一部分和源極區(qū)16的一部分上方并且與之絕緣；控制柵26，其設(shè)置在浮柵22上方并且與之絕緣；擦除柵24，其設(shè)置在源極區(qū)16上方并且與之絕緣；以及選擇柵20，其設(shè)置在溝道區(qū)18的第二部分上方并且與之絕緣。導(dǎo)電觸點(diǎn)10可被形成為電連接到漏極區(qū)14。
[0005]該存儲器單元被布置成陣列，其中此類存儲器單元的列被隔離區(qū)的列分開。隔離區(qū)是襯底上形成了絕緣材料的部分。熟知的隔離區(qū)形成技術(shù)是STI，其涉及向襯底的表面中形成溝槽，并且用絕緣材料(例如，二氧化硅-氧化物)填充溝槽。STI絕緣材料28的上表面通常與襯底12的表面齊平或稍微高于襯底12的表面。圖2示出該存儲器單元和隔離區(qū)28的常規(guī)布置方式。用于整行存儲器單元的選擇柵20被形成為延伸跨越多列STI絕緣材料28的單條導(dǎo)電線(通常稱為字線)?？刂茤?6類似地形成為沿著該行存儲器單元延伸的連續(xù)控制柵線，如同擦除柵24 —樣。
[0006]隨著裝置的幾何形狀不斷縮小，在較低電壓下操作存儲器單元陣列變得越來越難。例如，降低讀取電壓(例如，漏極14上的正電壓)會導(dǎo)致讀取單元電流(在溝道區(qū)18中)變低，而降低選擇柵電壓會導(dǎo)致亞閾值漏電流變高。升高選擇柵電壓來抑制漏電流將導(dǎo)致抑制讀取單元電流。因此，需要在不影響亞閾值泄漏的情況下改善讀取操作期間的單元電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明通過提供一種存儲器裝置陣列來解決上述問題和需要，所述存儲器裝置陣列包括半導(dǎo)體材料襯底以及間隔開的隔離區(qū)，所述半導(dǎo)體材料襯底具有第一導(dǎo)電類型和表面；所述間隔開的隔離區(qū)形成在襯底中，基本上彼此平行且在第一方向上延伸，在每對相鄰的隔離區(qū)之間有一個有源區(qū)。每個隔離區(qū)都包括形成到襯底的表面中的溝槽以及形成在溝槽中的絕緣材料，其中絕緣材料頂表面的至少若干部分凹陷以低于襯底表面。每個有源區(qū)都包括一列存儲器單元。每個存儲器單元都包括:間隔開的第一區(qū)域和第二區(qū)域，這兩個區(qū)域形成在襯底中并且具有不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型，其中襯底的溝道區(qū)設(shè)置在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間；浮柵，其設(shè)置在溝道區(qū)的第一部分上方并且與之絕緣；以及選擇柵，其設(shè)置在溝道區(qū)的第二部分上方并且與之絕緣。選擇柵被形成為連續(xù)字線，每一條字線各自在垂直于第一方向的第二方向上延伸并且各自形成用于每列存儲器單元中的一個存儲器單元的選擇柵。每條字線的若干部分向下延伸到溝槽中并且在隔離區(qū)的絕緣材料上方延伸，使得每個存儲器單元的字線都設(shè)置在襯底頂表面上方并與襯底頂表面絕緣，并且鄰近于溝槽側(cè)壁橫向設(shè)置并與溝槽側(cè)壁絕緣。
[0008]—種形成存儲器裝置陣列的方法包括:提供半導(dǎo)體材料襯底，該襯底具有第一導(dǎo)電類型和表面；以及在襯底中形成間隔開的隔離區(qū)，這些隔離區(qū)基本上彼此平行并且在第一方向上延伸，其中每對相鄰隔離區(qū)之間有一個有源區(qū)。每個隔離區(qū)都通過以下步驟形成:向襯底的表面中形成溝槽，并且在溝槽中形成絕緣材料，其中絕緣材料頂表面的至少若干部分凹陷以低于襯底表面。該方法還包括在每個有源區(qū)中形成一列存儲器單元，其中形成每個存儲器單元包括:在襯底中形成間隔開的第一區(qū)域和第二區(qū)域，這兩個區(qū)域具有不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型，其中襯底的溝道區(qū)設(shè)置在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間；形成位于溝道區(qū)第一部分上方并且與之絕緣的浮柵；以及形成位于溝道區(qū)的第二部分上方并且與之絕緣的選擇柵。選擇柵被形成為連續(xù)字線，其中每一條字線各自在垂直于第一方向的第二方向上延伸并且各自形成用于每列存儲器單元中的一個存儲器單元的選擇柵極。每條字線的若干部分向下延伸到溝槽中并且在隔離區(qū)的絕緣材料上方延伸，使得每個存儲器單元的字線都設(shè)置在襯底頂表面上方并與襯底頂表面絕緣，并且鄰近于溝槽側(cè)壁橫向設(shè)置并與溝槽側(cè)壁絕緣。
[0009]通過查看說明書、權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的其他對象和特征將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0010]圖1是常規(guī)存儲器單元的側(cè)面橫截面圖。
[0011]圖2是常規(guī)存儲器單元陣列的透視橫截面圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的存儲器單元陣列的透視橫截面圖。
[0013]圖4A是在本發(fā)明的方法的第一步中用來形成隔離區(qū)的半導(dǎo)體襯底的俯視圖。
[0014]圖4B是沿著線4B-4B所截取的結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其示出本發(fā)明的初始處理步驟。
[0015]圖4C是該結(jié)構(gòu)的俯視圖，其示出處理圖4B的結(jié)構(gòu)過程中的下一個步驟，在該步驟中限定了隔離區(qū)。
[0016]圖4D是沿著線4D-4D所截取的圖4C的結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其示出在該結(jié)構(gòu)中形成的隔離溝槽。
[0017]圖4E是圖4D的結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其示出在隔離溝槽中形成材料的隔離塊。
[0018]圖4F是圖4E的結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其示出隔離區(qū)的最終結(jié)構(gòu)。
[0019]圖5A至圖5L是沿著線5A-5A所截取的圖4F的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的側(cè)面橫截面圖，其依序示出在形成本發(fā)明的非易失性存儲器陣列的過程中處理半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的步驟。
[0020]圖6是示出用于形成選擇柵和擦除柵的替代實(shí)施例的側(cè)面橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明通過增大位于至少選擇柵下方的溝道區(qū)的有效寬度，使其比相鄰隔離區(qū)(傳統(tǒng)上，該隔離區(qū)限定溝道區(qū)的寬度)之間的距離更寬，來解決上述問題。這種修改在不影響亞閾值泄漏的情況下改善了讀取操作期間的單元電流。
[0022]圖3示出具有加大有效溝道區(qū)寬度的存儲器單元配置，該配置與圖2所示的配置類似(其中類似元件用相同參考標(biāo)號標(biāo)識)。主要不同在于，對于隔離材料128在字線120之下的部分，隔離材料128的頂部，凹陷以低于襯底12的頂表面12a，并且字線120向下延伸到低于隔離區(qū)中襯底12的表面12a。這樣一來，字線120最終在隔離區(qū)列128之間環(huán)繞襯底12。這種配置導(dǎo)致每個選擇柵20下方的有效溝道區(qū)寬度W大于相鄰隔離區(qū)之間的距離D。每個選擇柵20下方的較大有效溝道區(qū)寬度W在不影響亞閾值泄漏的情況下改善了讀取操作期間的單元電流。
[0023]圖4A至圖4F和圖5A至圖5L中示出了形成圖3的存儲器單元配置的方法。此方法以半導(dǎo)體襯底12開始，該半導(dǎo)體襯底優(yōu)選地為P型的且在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。
[0024]隔離區(qū)的形成
[0025]圖4A至圖4F示出了在襯底上形成隔離區(qū)的眾所周知的STI方法。參考圖4A，其示出了半導(dǎo)體襯底12(或半導(dǎo)體阱)的俯視平面圖，半導(dǎo)體襯底12可優(yōu)先選擇為P型并且在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。第一材料層30及第二材料