具有側柵疊層的SONOS存儲器件及其制造方法技術

本發明專利技術提供一種硅－氧化物－氮化物－氧化物－硅（ＳＯＮＯＳ）存儲器件及其制造方法。該ＳＯＮＯＳ存儲器件包括半導體襯底、淀積在半導體襯底上的絕緣層、形成在絕緣層的預定區域并且被分為源區、漏區和溝道區的有源層、形成在溝道區一側的第一側柵疊層和形成在第一側柵疊層相對側的第二側柵疊層。由于在每個ＳＯＮＯＳ存儲器件中至少存儲兩位數據，因此相對于包含在ＳＯＮＯＳ存儲器件中的存儲節點的布局，與常規的ＳＯＮＯＳ存儲器件相比，可以將半導體存儲器件的集成密度提高１．５－２倍。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體存儲器件及其制造方法，更具體地說，涉及具有增強的集成密度而不增加半導體存儲器件面積的硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存儲器件及其制造方法。
技術介紹
半導體存儲器件的數據存儲容量與每單位面積的存儲單元數即集成密度成比例。通常，每個存儲單元由一個晶體管和一個電容器構成。因此，通過縮小晶體管和電容器的尺寸可以增加半導體存儲器件的集成密度。由于早期低集成密度的半導體存儲器件具有足夠的容限用于光刻工藝，因此縮小晶體管和電容器的尺寸在某種程度上具有積極效果。半導體存儲器件的集成密度與半導體制造工藝中遵循的設計規則緊密相關。為了增加半導體存儲器件的集成密度，應嚴格遵循設計規則。嚴格遵循的設計規則意味著用于光刻工藝的容限減小，這就要求光刻工藝的精度。在大多情況下，在半導體制造工藝中，用于光刻工藝的容限減小導致成品率的下降。因此需要發展用于增強半導體存儲器件的集成密度同時防止成品率下降的新方法。作為努力增強集成密度的一部分，已經提出了新的半導體存儲器件，這種器件與常規的存儲單元結構不同，并且具有與晶體管上的常規電容器例如GMR或者TMR不同的數據存儲介質。硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存儲器件是一種新提出的半導體存儲器件。圖1是常規SONOS存儲器件的截面圖。參考圖1，常規的SONOS存儲器件包括p型半導體襯底10和放置在該p型半導體襯底10的預定區域上的柵疊層11。源區12和漏區14形成在p型半導體襯底10中柵疊層11的側面處，向其注入n型導電雜質。源區12和漏區14在柵疊層11的下面延伸。在柵疊層11的下面，溝道區16形成在源區12和漏區14之間。柵疊層11包括形成在包括p型半導體襯底10的溝道區16在內的預定區域上的存儲節點24和形成在該存儲節點24上的柵導電層26，即控制柵。該存儲節點24包括形成在包括p型半導體襯底10的溝道區16在內的預定區域上的隧道氧化物層18、形成在隧道氧化物層18上的氮化物層20和形成在該氮化物層20上的阻擋氧化物層22。該氮化物層20用于俘獲隧穿進入隧道氧化物層18內的電子，并在其內具有俘獲位置。參考標記28指的是俘獲在氮化物層20中的電子。阻擋氧化物層22用來防止俘獲在氮化物層20中的電子移動到柵導電層26。由于常規的SONOS存儲器件僅具有一個閾值電壓，因此僅能夠存儲一個數據。因此，為了存儲更多的數據，需要與數據數量成比例的更多的SONOS存儲器件，即應增加半導體存儲器件的集成密度。為了增加半導體存儲器件的集成密度，需要減小圖1所示的存儲器件的尺寸。這樣，應將嚴格遵循的設計規則用于光刻工藝中。然而，由于曝光工藝的限制，例如分辨率的限制，因此這是一項艱難的任務。因此，與常規存儲單元相比，常規的SONOS存儲器件的集成密度能夠被增強，但是由于曝光工藝的限制，增強集成密度的程度有限。
技術實現思路
本專利技術提供一種硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存儲器件，它使高密度存儲成為可能，同時增加了半導體存儲器件的集成密度，而不需要按比例縮小尺寸。本專利技術提供一種SONOS存儲器件的制造方法。根據本專利技術的技術方案，提供一種硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存儲器件，包括半導體襯底、絕緣層、有源層、第一側柵疊層和第二側柵疊層。該絕緣層淀積在半導體襯底上。有源層形成在絕緣層的預定區上，并被分為源區、漏區和溝道區。第一側柵疊層形成在溝道區的一側。第二側柵疊層形成在與第一側柵疊層相對的一側。導電層是介質硅層或者具有碳納米管結構。第一和第二側柵疊層彼此對稱或者不對稱地形成。第一側柵疊層包括依次層疊在溝道區第一側的第一存儲節點和第一側柵導電層，第二側柵疊層包括第二存儲節點和第二側柵導電層，第二存儲節點和第二側柵導電層依次層疊在與溝道區的第一側相對的第二側。第一和第二存儲節點在溝道區的頂表面上延伸并且彼此連接。第一存儲節點包括依次層疊在溝道區第一側的第一隧道氧化物層、第一俘獲層和第一阻擋氧化物層，第二存儲節點包括依次層疊在溝道區第二側的第二隧道氧化物層、第二俘獲層和第二阻擋氧化物層。第一和第二隧道氧化物層的厚度彼此相等，并且第一和第二阻擋氧化物層的厚度彼此相等。第一和第二阻擋氧化物層的厚度分別比第一和第二隧道氧化物層的厚度大。當第一和第二側柵疊層彼此不對稱時，第一隧道氧化物層的厚度等于第一阻擋氧化物層的厚度，第二隧道氧化物層的厚度等于第二阻擋氧化物層的厚度，但第二隧道氧化物層和第二阻擋氧化物層的厚度分別比第一隧道氧化物層和第一阻擋氧化物層的厚度大。第一隧道氧化物層的厚度等于第二隧道氧化物層的厚度，第二阻擋氧化物層的厚度比第一阻擋氧化物層的厚度大。第一俘獲層的厚度比第二俘獲層的厚度小。第一隧道氧化物層和第二阻擋氧化物層中至少一個層的厚度比第一隧道氧化物層的厚度大。第一俘獲層的厚度等于第二俘獲層的厚度，第二隧道氧化物層和第二阻擋氧化物層中至少一層的厚度比第一隧道氧化物層的厚度大。根據本專利技術的另一個技術方案，提供一種硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存儲器件的制造方法。該方法包括在半導體襯底上形成絕緣層的第一步；在絕緣層上形成導電層并將其分為源區、漏區和溝道區的第二步；在溝道區的整個表面上形成存儲節點的第三步；在存儲節點的整個表面上形成第一柵導電層的第四步；和除去在存儲節點的頂表面上形成的第一柵導電層的第五步。通過在溝道區的整個表面上依次層疊隧道氧化物層、俘獲層和阻擋氧化物層形成存儲節點。隧道氧化物層的厚度等于阻擋氧化物層的厚度。阻擋氧化物層的厚度比隧道氧化物層的厚度大。在第五步，除去溝道區頂表面上的存儲節點。在除去形成在存儲節點頂表面上的第一柵導電層之后，在存儲節點的暴露頂表面上形成第二柵導電層。通過在溝道區的整個表面上依次層疊第一和第二隧道氧化物層形成隧道氧化物層，并且在第一隧道氧化物層的一側和與第一隧道氧化物層的該側相鄰的第一隧道氧化物層的頂表面上形成第二隧道氧化物層。通過在隧道氧化物層的整個表面上依次層疊第一和第二俘獲層形成俘獲層，并且在隧道氧化物層的一側和與隧道氧化物層的該側相鄰的隧道氧化物層的頂表面上形成第二俘獲層。通過在第一和第二隧道氧化物層的整個表面上依次層疊第一和第二俘獲層形成俘獲層，并且在與第二隧道氧化物層相對的第一俘獲層上形成第二俘獲層。通過在隧道氧化物層的整個表面上依次層疊第一和第二阻擋氧化物層形成阻擋氧化物層，并且在俘獲層的一側和與俘獲層的該側相鄰的俘獲層的頂表面上形成第二阻擋氧化物層。通過在第一和第二俘獲層的整個表面上依次層疊第一和第二阻擋氧化物層形成阻擋氧化物層，并且在與第二俘獲層相對的第一阻擋氧化物層上形成第二阻擋氧化物層。如上所述，由于在每個SONOS存儲器件中至少可以存儲兩個數據，因此關于包含在SONOS存儲器件中的存儲節點的形狀，與常規的SONOS存儲器件相比，可以將半導體存儲器件的集成密度提高1.5-2倍。附圖說明通過參考附圖詳細描述例舉的實施例，本專利技術的上述和其它方面及優點將更加顯而易見，其中圖1是常規的SONOS存儲器件的截面圖；圖2是根據本專利技術第一實施例包括側柵疊層的SONOS存儲器件的截面圖；圖3是根據本專利技術第二實施例包括側柵疊層的SONOS存儲器件的截面圖；圖4和5是表示根據本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種ＳＯＮＯＳ存儲器件，包括：半導體襯底；形成在半導體襯底上的絕緣層；形成在絕緣層的預定區域上的有源層，并且該有源層被分為源區、漏區和溝道區；形成在溝道區一側的第一側柵疊層；和形成在第一側柵疊層相對側 的第二側柵疊層。

【技術特征摘要】
KR 2003-1-9 1311/031.一種SONOS存儲器件，包括半導體襯底；形成在半導體襯底上的絕緣層；形成在絕緣層的預定區域上的有源層，并且該有源層被分為源區、漏區和溝道區；形成在溝道區一側的第一側柵疊層；和形成在第一側柵疊層相對側的第二側柵疊層。2.根據權利要求1所述的SONOS存儲器件，其中有源層是半導體硅層。3.根據權利要求1所述的SONOS存儲器件，其中有源層具有碳納米管結構。4.根據權利要求1所述的SONOS存儲器件，其中第一和第二側柵疊層彼此對稱地形成。5.根據權利要求1所述的SONOS存儲器件，其中第一和第二側柵疊層彼此不對稱地形成。6.根據權利要求4所述的SONOS存儲器件，其中第一側柵疊層包括依次層疊在溝道區第一側的第一存儲節點和第一側柵導電層，第二側柵疊層包括第二存儲節點和第二側柵導電層，第二存儲節點和第二側柵導電層依次層疊在與溝道區的第一側相對的第二側。7.根據權利要求6所述的SONOS存儲器件，其中第一和第二存儲節點在溝道區的頂表面上延伸并且彼此連接。8.根據權利要求6所述的SONOS存儲器件，其中第一存儲節點包括依次層疊在溝道區第一側的第一隧道氧化物層、第一俘獲層和第一阻擋氧化物層，第二存儲節點包括依次層疊在溝道區第二側的第二隧道氧化物層、第二俘獲層和第二阻擋氧化物層。9.根據權利要求7所述的SONOS存儲器件，其中第一存儲節點包括依次層疊在溝道區第一側的第一隧道氧化物層、第一俘獲層和第一阻擋氧化物層，第二存儲節點包括依次層疊在溝道區第二側的第二隧道氧化物層、第二俘獲層和第二阻擋氧化物層。10.根據權利要求8所述的SONOS存儲器件，其中第一和第二隧道氧化物層的厚度彼此相等。11.根據權利要求10所述的SONOS存儲器件，其中第一和第二阻擋氧化物層的厚度彼此相等。12.根據權利要求11所述的SONOS存儲器件，其中第一和第二阻擋氧化物層的厚度分別比第一和第二隧道氧化物層的厚度大。13.根據權利要求5所述的SONOS存儲器件，其中第一側柵疊層包括依次層疊在溝道區第一側的第一存儲節點和第一側柵導電層，第二側柵疊層包括依次層疊在溝道區的與第一側相對的第二側的第二存儲節點和第二側柵導電層。14.根據權利要求13所述的SONOS存儲器件，其中第一和第二存儲節點在溝道區的頂表面上延伸，并且彼此連接。15.根據權利要求13所述的SONOS存儲器件，其中第一存儲節點包括依次層疊在溝道區第一側的第一隧道氧化物層、第一俘獲層和第一阻擋氧化物層，第二存儲節點包括依次層疊在溝道區第二側的第二隧道氧化物層、第二俘獲層和第二阻擋氧化物層。16.根據權利要求14所述的SONOS存儲器件，其中第一存儲節點包括依次層疊在溝道區第一側的第一隧道氧化物層、第一俘獲層和第一阻擋氧化物層，第二存儲節點包括依次層疊在溝道區第二側的第二隧道氧化物層、第二俘獲層和第二阻擋氧化物層。17.根據權利要求15所述的SONOS存儲器件，其中第一隧道氧化物層的厚度等于第一阻擋氧化物層的厚度。18.根據權利要求17所述的SONOS存儲器件，其中第二隧道氧化物層的厚度等于第二阻擋氧化物層的厚度。19.根據權利要求18所述的SONOS存儲器件，其中第二隧道氧化物層和第二阻擋氧化物層的厚度分別比第一隧道氧化物層和第一阻擋氧化物層...

【專利技術屬性】
技術研發人員：柳遠壹，李兆遠，尹世煜，金楨雨，
申請(專利權)人：三星電子株式會社，
類型：發明
國別省市：KR[韓國]