本發(fā)明涉及具有選擇柵極、浮動柵極、控制柵極和擦除柵極的非易失性閃存單元。

背景技術：

具有選擇柵極、浮動柵極、控制柵極和擦除柵極的分裂柵非易失性閃存單元是本領域熟知的。參見例如美國專利6,747,310和7,868,375。在浮動柵極上具有懸垂的擦除柵極也是本領域熟知的。參見例如美國專利5,242,848。所有這三篇專利出于所有目的均全文以引用方式并入本文。

圖1示出了形成于半導體襯底10上的一對常規(guī)存儲器單元。每個存儲器單元包括設置在襯底10上面并通過絕緣層12(如，二氧化硅(“氧化物”))與該襯底絕緣的浮動柵極14。控制柵極18設置在浮動柵極14上面并通過絕緣層16(如，ono-氧化物-氮化物-氧化物)與該浮動柵極絕緣。絕緣層20(如，氮化硅(“氮化物”))設置在控制柵極10上面。絕緣層22(如，氧化物)設置在絕緣層20上面。絕緣層24(如，氮化物)設置在絕緣層22上面。選擇柵極(字線柵極)26設置在襯底10上面并與該襯底絕緣，且與浮動柵極14和控制柵極18橫向相鄰。間隔開的源極區(qū)28和漏極區(qū)30分別形成于襯底中(具有與襯底(或襯底中形成的阱)的導電類型不同的導電類型)。擦除柵極32形成于源極區(qū)28上面并通過絕緣層34(如，氧化物)與該源極區(qū)絕緣。

圖2示出了此類存儲器單元的陣列的俯視平面圖。每行控制柵極18形成為或連接成沿行方向延伸的單線(即，電連接整行控制柵極18)。每行選擇(字線)柵極26形成為或連接成沿行方向延伸的單線(即，電連接整行選擇柵極26)。存儲器單元的列通過沿列方向延伸的隔離區(qū)36彼此絕緣。例如，將溝槽形成到襯底表面中并用絕緣材料(例如sti氧化物)填充溝槽的熟知技術可用于形成隔離區(qū)36。每行源極區(qū)(在列方向上由兩個 相鄰的存儲器單元共享)形成為連續(xù)擴散區(qū)，該連續(xù)擴散區(qū)沿行方向延伸穿過在列方向上相鄰的隔離區(qū)36之間的間隙g(即，電連接整行源極區(qū)28)。導電擦除柵極線32(在圖2中以虛線顯示)在源極擴散區(qū)28上面延伸，并且還由在列方向上相鄰的兩個存儲器單元共享。

隨著器件幾何形狀繼續(xù)縮小，sti氧化物(源極線擴散區(qū)從中延伸穿過)的彼此面對的末端之間的間隙g變得更難控制。另外，對于這種構(gòu)造，源極線28和擦除柵極線32占用了過多的空間，以確保相鄰sti隔離區(qū)36(在列方向上)的末端之間的間隙g具有可行的臨界尺寸，特別是考慮到sti氧化物的線-端圓化。

技術實現(xiàn)要素：

一種減小型非易失性存儲器單元陣列以具有多個平行、連續(xù)的隔離區(qū)的半導體襯底實現(xiàn)，每個隔離區(qū)沿第一方向延伸，有源區(qū)位于每對相鄰的隔離區(qū)之間，其中每個隔離區(qū)包括形成到襯底表面中的溝槽和設置于溝槽中的絕緣材料。多個平行、連續(xù)的源極線擴散區(qū)位于襯底中，每個擴散區(qū)沿正交于第一方向的第二方向延伸，其中每個源極線擴散區(qū)跨每個有源區(qū)并在每個隔離區(qū)中的絕緣材料之下延伸。多個存儲器單元對形成于每個有源區(qū)中。每個存儲器單元對包括：襯底中的源極區(qū)，該源極區(qū)是連續(xù)的源極線擴散區(qū)中的一個的一部分；襯底中的第一漏極區(qū)和第二漏極區(qū)，其中第一溝道區(qū)在第一漏極區(qū)和源極區(qū)之間延伸，并且第二溝道區(qū)在第二漏極區(qū)和源極區(qū)之間延伸；設置在第一溝道區(qū)的第一部分上面并且與該第一部分絕緣的第一浮動柵極；設置在第二溝道區(qū)的第一部分上面并且與該第一部分絕緣的第二浮動柵極；設置在第一溝道區(qū)的第二部分上面并且與該第二部分絕緣的第一選擇柵極；設置在第二溝道區(qū)的第二部分上面并且與該第二部分絕緣的第二選擇柵極；設置在第一浮動柵極上面并且與其絕緣的第一控制柵極；設置在第二浮動柵極上面并且與其絕緣的第二控制柵極；以及設置在源極區(qū)上面并且與其絕緣的擦除柵極。

一種形成非易失性存儲器單元陣列的方法包括：在半導體襯底中形成多個平行、連續(xù)的隔離區(qū)，其中每個連續(xù)的隔離區(qū)沿第一方向延伸，有源區(qū)位于每對相鄰的隔離區(qū)之間，并且其中每個隔離區(qū)的形成包括在襯底的表面中形成溝槽并在溝槽中形成絕緣材料；在襯底中形成多個平行、連 續(xù)的源極線擴散區(qū)，每個擴散區(qū)沿正交于第一方向的第二方向延伸，其中每個源極線擴散區(qū)跨每個有源區(qū)并在每個隔離區(qū)中的絕緣材料之下延伸；以及在每個有源區(qū)中形成多個存儲器單元對。每個存儲器單元對包括：襯底中的源極區(qū)，該源極區(qū)是連續(xù)的源極線擴散區(qū)中的一個的一部分；襯底中的第一漏極區(qū)和第二漏極區(qū)，其中第一溝道區(qū)在第一漏極區(qū)和源極區(qū)之間延伸，并且第二溝道區(qū)在第二漏極區(qū)和源極區(qū)之間延伸；設置在第一溝道區(qū)的第一部分上面并且與該第一部分絕緣的第一浮動柵極；設置在第二溝道區(qū)的第一部分上面并且與該第一部分絕緣的第二浮動柵極；設置在第一溝道區(qū)的第二部分上面并且與該第二部分絕緣的第一選擇柵極；設置在第二溝道區(qū)的第二部分上面并且與該第二部分絕緣的第二選擇柵極；設置在第一浮動柵極上面并且與其絕緣的第一控制柵極；設置在第二浮動柵極上面并且與其絕緣的第二控制柵極；以及設置在源極區(qū)上面并且與其絕緣的擦除柵極。

一種形成非易失性存儲器單元陣列的方法包括：在半導體襯底上形成第一絕緣材料層；在第一絕緣材料層中形成沿第一方向延伸的多個第一溝槽；用不同于第一絕緣材料的第二絕緣材料填充所述多個第一溝槽；在第一絕緣材料層中形成沿正交于第一方向的第二方向延伸的多個第二溝槽；將所述多個第二溝槽延伸至襯底中；用第三絕緣材料填充所述多個第二溝槽，其中第三絕緣材料將平行的隔離區(qū)限定于半導體襯底中，有源區(qū)位于每對相鄰的隔離區(qū)之間，并且其中隔離區(qū)不在襯底中于所述多個第一溝槽之下形成；移除第二絕緣材料；通過進行第一溝槽注入而在半導體襯底中形成多個平行、連續(xù)的源極線擴散區(qū)，其中每個源極線擴散區(qū)沿第一方向延伸，并且跨過每個有源區(qū)；以及在每個有源區(qū)中形成多個存儲器單元對。每個存儲器單元對包括：襯底中的源極區(qū)，該源極區(qū)是連續(xù)的源極線擴散區(qū)中的一個的一部分；襯底中的第一漏極區(qū)和第二漏極區(qū)，其中第一溝道區(qū)在第一漏極區(qū)和源極區(qū)之間延伸，并且第二溝道區(qū)在第二漏極區(qū)和源極區(qū)之間延伸；設置在第一溝道區(qū)的第一部分上面并且與該第一部分絕緣的第一浮動柵極；設置在第二溝道區(qū)的第一部分上面并且與該第一部分絕緣的第二浮動柵極；設置在第一溝道區(qū)的第二部分上面并且與該第二部分絕緣的第一選擇柵極；設置在第二溝道區(qū)的第二部分上面并且與該第二部分絕緣的第二選擇柵極；設置在第一浮動柵極上面并且與其絕緣的第 一控制柵極；設置在第二浮動柵極上面并且與其絕緣的第二控制柵極；以及設置在源極區(qū)上面并且與其絕緣的擦除柵極。

通過查看說明書、權利要求書和附圖，本發(fā)明的其他目的和特征將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是一對常規(guī)非易失性存儲器單元的剖視圖。

圖2是常規(guī)非易失性存儲器單元的陣列的俯視平面圖。

圖3a-3g是沿y-列方向的側(cè)面剖視圖，其示出了本發(fā)明的存儲器單元對的形成。

圖4a-4g是沿x-行方向的側(cè)面剖視圖，其示出了本發(fā)明的存儲器單元對的形成。

圖5是本發(fā)明的非易失性存儲器單元陣列的俯視平面圖。

圖6a-6d是沿y-列方向的側(cè)面剖視圖，其示出了在本發(fā)明的替代實施例中存儲器單元對的形成。

圖7a-7d是沿x-行方向的側(cè)面剖視圖，其示出了在本發(fā)明的替代實施例中存儲器單元對的形成。

圖8是本發(fā)明的替代實施例的非易失性存儲器單元陣列的俯視平面圖。

具體實施方式

本發(fā)明是非易失性存儲器陣列以及利用兩個掩模步驟減小存儲器單元陣列的大小的技術。第一水平掩模步驟用于蝕刻將限定源極線的氮化硅層。第二垂直掩模步驟用于蝕刻硅溝槽，以隔離相鄰的位。該技術可在源極線得到呈直角的sti轉(zhuǎn)角，并避免常規(guī)單掩模sti形成法導致的sti線-端圓化。因此，可減小兩個控制柵極之間的空間，從而減小存儲器單元陣列的大小。或者，存儲器單元陣列的大小可通過一個或多個注入而實現(xiàn)，所述注入滲透sti隔離區(qū)，以使得源極線擴散區(qū)在連續(xù)隔離區(qū)絕緣的下面延伸。

參見圖3a-3g和圖4a-4g，其示出了制造本發(fā)明的存儲器單元陣列的工藝步驟的剖視圖(分別沿y-列方向和x-行方向)。該工藝始于在硅襯 底40上形成二氧化硅(氧化物)層42。然后在氧化物層42上形成氮化硅(氮化物)層44。將光致抗蝕劑材料涂覆在結(jié)構(gòu)上，并進行光刻掩模步驟，從而暴露光致抗蝕劑材料的所選部分。使光致抗蝕劑顯影，并將光致抗蝕劑用作掩模，蝕刻該結(jié)構(gòu)，以使得溝槽46形成到氮化物層44中，所述溝槽沿x-行方向延伸，如圖3a和圖4a所示(在光致抗蝕劑移除后)。具體地講，各向異性地蝕刻氮化物層44，直到暴露氧化物層42。

使用氧化物沉積和cmp或回蝕來以氧化物47填充溝槽46。將光致抗蝕劑材料涂覆在結(jié)構(gòu)上，并進行光刻掩模步驟，從而暴露光致抗蝕劑材料的所選部分。使光致抗蝕劑顯影，并選擇性移除，以暴露出氮化物層44的多個部分。然后使用氮化物蝕刻將溝槽48形成到氮化物層44中，所述溝槽沿y-列方向延伸。使用各向異性蝕刻來蝕刻溝槽48底部的暴露氧化物42和硅40(即，使溝槽48延伸通過氧化物層42進入襯底40中)，如圖3b和圖4b所示(在光致抗蝕劑移除后)。厚絕緣材料(如，氧化物)層形成于結(jié)構(gòu)上面，從而填充溝槽48。然后使用氮化物44作為刻蝕阻擋層，進行化學-機械拋光，溝槽48保持被sti氧化物50填充，如圖3c和圖4c所示。sti氧化物50限定沿y-列方向延伸的隔離區(qū)49，有源區(qū)51在所述隔離區(qū)之間(以交替方式)。

使用氮化物蝕刻移除氮化物44。將多晶硅(多晶)沉積于結(jié)構(gòu)上，然后使用氧化物47和50作為蝕刻阻擋層，進行多晶化學機械拋光(cmp)(其中多晶層52有效代替氮化物層44)，如圖3d和圖4d所示。絕緣層54(如ono，具有氧化物、氮化物和氧化物亞層)形成于結(jié)構(gòu)上面。多晶層56形成于ono層54上面。一個或多個絕緣層(如，氧化物58和氮化物60)形成于多晶層56上面。使光致抗蝕劑在氮化物層60上面形成、顯影，并除了沿x-行方向行進的條紋之外選擇性移除。使用一系列蝕刻移除氮化物60、氧化物58、多晶56和ono54(除了它們的被光致抗蝕劑的條紋保護的部分之外)的多個部分，從而保留有源區(qū)51中此類層的疊堆對s1和s2。在光致抗蝕劑移除之后，沿疊堆s1和s2的側(cè)面形成(如，通過氮化物沉積和蝕刻)絕緣間隔物61(如，氮化物)。光致抗蝕劑部分地形成于疊堆s1和s2上面以及所述疊堆間的區(qū)域上面，但暴露出疊堆對s1和s2之外的區(qū)域。然后使用多晶蝕刻移除多晶層52的暴露部分，如圖3e和圖4e所示(在光致抗蝕劑移除后)。

進行氧化物蝕刻，以移除有源區(qū)51中的氧化物47，和氧化物42的暴露部分，以及隔離區(qū)49中的氧化物50的上部(即，減小隔離區(qū)49中氧化物50的高度)。使用對溝槽46的注入在襯底中在疊堆s1和s2之間形成源極區(qū)62。所得的結(jié)構(gòu)如圖3f和圖4f所示。

存儲器單元的形成通過以下步驟完成：鄰近浮動柵極52和浮動柵極52上面的控制柵極56形成選擇柵極70(通過多晶沉積和蝕刻)，在襯底表面上于源極區(qū)62上面形成氧化物72，在氧化物72上面形成擦除柵極74(通過多晶沉積和蝕刻)，以及在襯底中鄰近選擇柵極70通過注入形成漏極區(qū)76。最終結(jié)構(gòu)如圖3g和圖4g所示。最終構(gòu)造包括沿列方向首尾相連延伸的存儲器單元對，每個存儲器單元對共享共同的源極區(qū)62。溝道區(qū)78在源極區(qū)62和漏極區(qū)76之間延伸。每個存儲器單元具有設置在第一溝道區(qū)部分上面的浮動柵極52、設置在第二溝道區(qū)部分上面的選擇柵極70以及設置在浮動柵極52上面的控制柵極56。

如圖5所示，源極線62所需的間距通過使該間距由溝槽46限定而減小，從而由于相鄰的控制柵極線56可更靠近在一起而使陣列大小減小，由于隔離區(qū)49僅以線條圖案形成而更好地控制臨界尺寸，并且隔離區(qū)49的源極線側(cè)無末端效應。

圖6a-6d和圖7a-7d示出了替代實施例，其中形成在連續(xù)sti氧化物線之下延伸的連續(xù)源極線。具體地講，進行上文結(jié)合圖3a-3b和圖4a-4b描述的處理，不同的是不形成溝槽46(因而不形成氧化物47)。這得到sti氧化物50的連續(xù)線，如圖6a和圖7a所示。如上文結(jié)合圖3c-3e和圖4c-4e所討論繼續(xù)所述處理，得到如圖6b和圖7b所示的結(jié)構(gòu)(即，疊堆s1和s2之間無氧化物47)。然后使用一個或多個注入形成源極線62，所述注入具有足夠的能量以滲透隔離區(qū)49中的sti氧化物50，因此形成平行、連續(xù)的源極擴散區(qū)，所述擴散區(qū)沿x-行方向延伸跨過有源區(qū)51和隔離區(qū)49(即，在sti氧化物50的下面)(即，作為每行的源極擴散區(qū)的部分的所有源極區(qū)62連接在一起)。在優(yōu)選的非限制性實施例中，可執(zhí)行三個單獨的注入，第一注入具有第一深度范圍64，第二注入具有延伸得比第一深度范圍64更深的第二深度范圍66，并且第三注入66具有延伸得比第一深度范圍64和第二深度范圍66更深的第三深度范圍68，以使得所形成的源極線在隔離區(qū)49中的sti氧化物50下連續(xù)延伸，如圖6c和圖7c 所示。如上文結(jié)合圖3g和圖4g所述繼續(xù)這種處理，得到如圖6d和圖7d所示的最終結(jié)構(gòu)。如圖8所示，該技術得到隔離區(qū)49的線條圖案，并且源極線62在sti氧化物50的下面延伸。

應當理解，本發(fā)明不限于上述的和本文中示出的實施例，而是涵蓋落在所附權利要求書的范圍內(nèi)的任何和所有變型形式。舉例來說，本文中對本發(fā)明的提及并不意在限制任何權利要求或權利要求術語的范圍，而是僅涉及可由這些權利要求中的一項或多項權利要求涵蓋的一個或多個特征。上文所述的材料、工藝和數(shù)值的例子僅為示例性的，而不應視為限制權利要求。另外，根據(jù)權利要求和說明書中顯而易見的是，并非所有方法步驟都需要以所示出或所聲稱的精確順序來執(zhí)行，而是需要以允許本發(fā)明的存儲器單元的適當形成的任意順序來執(zhí)行。例如，源極線注入中的一者或多者可在工藝的更早階段進行(如，第一源極線注入可在溝槽48形成之后，但在sti氧化物50形成之前進行)。最后，單個材料層可以被形成為多個這種或類似材料層，反之亦然。

應該指出的是，如本文所用，術語“在…上面”和“在…上”兩者包容地包含“直接在…上”(之間沒有設置中間材料、元件或空間)和“間接在…上”(之間設置有中間材料、元件或空間)。類似地，術語“相鄰”包括“直接相鄰”(之間沒有設置中間材料、元件或空間)和“間接相鄰”(之間設置有居間材料、元件或空間)，“被安裝到”包括“被直接安裝到”(之間沒有設置中間材料、元件或空間)和“被間接安裝到”(之間設置有中間材料、元件或空間)，并且“被電連接到”包括“被直接電連接到”(之間沒有將元件電連接在一起的中間材料或元件)和“被間接電連接到”(之間有將元件電連接在一起的中間材料或元件)。例如，“在襯底上面”形成元件可包括在之間沒有中間材料/元件的情況下在襯底上直接形成元件，以及在之間有一個或多個中間材料/元件的情況下在襯底上間接形成元件。