非易失性存儲單元與存儲器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型一般地涉及電子器件，并且更特別地涉及其半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體器 件的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 過去，半導(dǎo)體制造商已經(jīng)制造了包含與存儲器塊耦接的邏輯塊的集成電路。邏輯 塊典型地包括數(shù)據(jù)處理單元，例如，中央處理單元、圖形處理單元，以及存儲能夠由數(shù)據(jù)處 理單元使用的或者存儲于硬盤、存儲網(wǎng)絡(luò)或其他存儲器件內(nèi)的數(shù)據(jù)的存儲器塊。在某些配 置中，存儲器塊包括易失性存儲器、非易失性存儲器，或者它們的組合。常規(guī)的非易失性存 儲器包含布置于基板之上的電荷存儲層以及覆蓋于電荷存儲層之上的控制柵極。電荷存儲 層可以已經(jīng)包含浮置柵極層、氮化物層、納米晶體或納米團(tuán)簇層等。附加層增加了制造存儲 器塊的成本，以及制造存儲器塊的時間。另外，使用附加層增加了制造過程的復(fù)雜性，同時 降低了產(chǎn)量。
[0003] 某些集成電路具有使用單多晶工藝制造的存儲單元，在該單多晶工藝中多晶硅 單層被用來制造用于非易失性存儲單元的以及在邏輯塊內(nèi)的晶體管的柵電極。在這些器 件中，單獨(dú)的電荷存儲和控制柵極層被去除。存儲器件已經(jīng)在下列專利中進(jìn)行過描述：在 2013 年 4 月 2 日頒予ThierryYao等人的，題目為"ProcessofForminganElectronic DeviceIncludingaNonvolatileMemoryCellhavingaFloatingGateElectrodeor aConductiveMemberwithDifferentPortions"的美國專利No. 8,409,944B2;在2013年 3 月 19 日頒予ThierryYao等人的，題目為"ElectronicDeviceIncludingaTunneling Structure"的美國專利No. 8, 399, 918B2 ;以及在2012年10月2日頒予ThierryYao等人 的，題目為"MethodofUsingaNonvolatileMemoryCell"的美國專利No. 8,279, 681B2。
[0004]因此，具有存儲單元及其制造方法將是有利的。高成本效益地實施該結(jié)構(gòu)和方法 將是更有利的。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的一個目的是具有適合于使用不會在例如基于p基板的半導(dǎo)體技術(shù) 中增加制造成本的嵌入式低位計數(shù)的應(yīng)用的非易失性存儲單元。
[0006] 根據(jù)本實用新型的一種實施例，提供了一種非易失性存儲單元，包含：具有主表面 的為第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料；在半導(dǎo)體材料的第一部分內(nèi)的第一隔離區(qū)以及在半導(dǎo)體 材料的第二部分內(nèi)的第二隔離區(qū)，第一隔離區(qū)具有第一及第二面，第二隔離區(qū)具有第一及 第二面，其中半導(dǎo)體材料的與第一隔離區(qū)的第一面相鄰的部分用作第一有源區(qū)，半導(dǎo)體材 料的在第一隔離區(qū)的第二面與第二隔離區(qū)的第一面之間的部分用作第二有源區(qū)，并且半導(dǎo) 體材料的與第二隔離區(qū)的第二面相鄰的部分用作第三有源區(qū)；由第一有源區(qū)形成的第一電 容器，第一電容器具有第一及第二電極，第一電容器的第一電極用作控制柵極；由第二有源 區(qū)形成的隧穿增強(qiáng)型器件，該隧穿增強(qiáng)型器件具有第一電極和第二電極，隧穿增強(qiáng)型器件 的第一電極用作擦除柵極，而隧穿增強(qiáng)型器件的第二電極與第一電容器的第二電極耦接以 形成浮置柵極；以及由第三有源區(qū)形成的狀態(tài)晶體管，該狀態(tài)晶體管具有控制電極、第一載 流電極和第二載流電極，狀態(tài)晶體管的控制電極與浮置柵極直接耦接。
[0007] 優(yōu)選地，非易失性存儲單元還包含形成于半導(dǎo)體材料的第三部分內(nèi)的第三隔離結(jié) 構(gòu)，該第三隔離結(jié)構(gòu)從表面延伸到半導(dǎo)體材料的第三部分之內(nèi)并且具有第一面和第二面， 半導(dǎo)體材料的在第二隔離區(qū)的第二面與第三隔離區(qū)的第一面之間的部分用作第四有源區(qū)； 由第四有源區(qū)形成的為第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)；以及與第一摻雜區(qū)接觸的基板觸頭。
[0008] 優(yōu)選地，第一電容器和隧穿增強(qiáng)型器件包含：在第一有源區(qū)內(nèi)的為第二導(dǎo)電類型 及第一摻雜濃度的第一摻雜區(qū)；在第二有源區(qū)內(nèi)的為第二導(dǎo)電類型及第二摻雜濃度的第二 摻雜區(qū)；在第一有源區(qū)和第二有源區(qū)之上的絕緣層；在位于第一有源區(qū)之上的絕緣層的一 部分之上的第一柵極導(dǎo)體以及在位于第二有源區(qū)之上的絕緣層的一部分之上的第二柵極 導(dǎo)體，第一柵極導(dǎo)體具有第一及第二側(cè)壁并且第二柵極導(dǎo)體具有第一及第二側(cè)壁；在第二 摻雜區(qū)內(nèi)的為第一導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)以及在第二摻雜區(qū)內(nèi)的為第一導(dǎo)電類型的第四 摻雜區(qū)，第三摻雜區(qū)與第一柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁橫向相鄰并且第三摻雜區(qū)與第二柵極導(dǎo)體 的第一側(cè)壁橫向相鄰；與第三摻雜區(qū)相鄰的且橫向位于第三摻雜區(qū)與第一隔離區(qū)之間的為 第一導(dǎo)電類型的第五摻雜區(qū)；與第四摻雜區(qū)相鄰的且橫向位于第三摻雜區(qū)與第一隔離區(qū)之 間的為第一導(dǎo)電類型的第六摻雜區(qū)；與第五摻雜區(qū)相鄰的且橫向位于第五摻雜區(qū)與第一隔 離區(qū)之間的為第二導(dǎo)電類型的第七摻雜區(qū)；以及與第六摻雜區(qū)相鄰的且橫向位于第六摻雜 區(qū)與第二隔離區(qū)之間的為第二導(dǎo)電類型的第八摻雜區(qū)。
[0009] 優(yōu)選地，第一電容器的第一電極與第五摻雜區(qū)及第七摻雜區(qū)接觸；并且隧穿增強(qiáng) 型器件的第一電極與第六摻雜區(qū)及第八摻雜區(qū)接觸。
[0010] 優(yōu)選地，狀態(tài)晶體管包含：絕緣層的在第三有源區(qū)之上的部分；位于絕緣層的在 第三有源區(qū)之上的部分之上的第三柵極導(dǎo)體，該第三柵極結(jié)構(gòu)包含第三柵電極區(qū)和第一及 第二側(cè)壁；以及在第三有源區(qū)內(nèi)的為第二導(dǎo)電類型的第九摻雜區(qū)以及在第三有源區(qū)內(nèi)的為 第二導(dǎo)電類型的第十摻雜區(qū)，第九摻雜區(qū)與第三柵電極的第一側(cè)壁橫向相鄰并且第十摻雜 區(qū)位于第九摻雜區(qū)與第三隔離區(qū)之間。
[0011] 優(yōu)選地，第一導(dǎo)電電極與第九摻雜區(qū)接觸，并且第二導(dǎo)電電極與第十摻雜區(qū)接觸。 [0012] 優(yōu)選地，非易失性存儲單元還包含：在第二隔離區(qū)下方且與其接觸的為第一導(dǎo)電 類型的第十一摻雜區(qū)；以及在第四隔離區(qū)下方且與其接觸的為第一導(dǎo)電類型的第十二摻雜 區(qū)。
[0013] 優(yōu)選地，非易失性存儲單元還包含：分別與第一柵電極的第一及第二側(cè)壁相鄰的 第一及第二間隔體；分別與第二柵電極的第一及第二側(cè)壁相鄰的第三及第四間隔體；以及 分別與第三柵電極的第一及第二側(cè)壁相鄰的第五及第六間隔體。
[0014] 優(yōu)選地，第一柵電極、第二柵電極及第三柵電極電耦接在一起。
[0015] 根據(jù)本實用新型的另一種實施例，提供了一種存儲器件，包含：具有第一電極和第 二電極的第一電容器，該第一電容器的第一電極用作存儲器件的第一控制柵極；具有第一 電極和第二電極的第二電容器，該第二電容器的第一電極用作存儲器件的擦除柵極，并且 第二電容器的第二電極與第一電容器的第二電極耦接以形成第一浮置柵極；以及具有控制 電極、第一載流電極及第二載流電極的晶體管，該晶體管的控制電極與第一浮置柵極直接 耦接。
[0016] 優(yōu)選地，第一電容器、第二電容器及晶體管按單片集成在一起。
[0017] 優(yōu)選地，第一電容器包含：為第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料；形成于半導(dǎo)體材料的 第一部分之上的第一絕緣層；形成于絕緣層之上的柵極導(dǎo)體，該柵極導(dǎo)體具有第一面和第 二面并且用作第一電容器的第二電極；形成于與柵極導(dǎo)體的第一面相鄰的半導(dǎo)體材料的第 二部分內(nèi)的為第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)；形成于半導(dǎo)體材料的第三部分內(nèi)的為第二導(dǎo)電 類型的第二摻雜區(qū)；形成于與柵極導(dǎo)體的第二面相鄰的半導(dǎo)體材料的第四部分內(nèi)的為第一 導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)；與第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)電接觸的第一電極；以及與第三摻雜 區(qū)電接觸的第三電極。
[0018] 優(yōu)選地，第二電容器包含：為第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料；形成于半導(dǎo)體材料的 第一部分之上的第一絕緣層；形成于絕緣層之上的柵極導(dǎo)體，該柵極導(dǎo)體具有第一面和第 二面并且用作第二電容器的第一電極；形成于與柵極導(dǎo)體的第一面相鄰的半導(dǎo)體材料的第 二部分內(nèi)的為第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)；形成于半導(dǎo)體材料的第三部分內(nèi)的為第二導(dǎo)電 類型的第二摻雜區(qū)；形成于與柵極導(dǎo)體的第二面相鄰的半導(dǎo)體材料的第四部分內(nèi)的為第一 導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)；與第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)電接觸的第二電極；以及與第三摻雜 區(qū)電接觸的第三電極。
[0019] 優(yōu)選地，晶體管包含：為第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料；形成于半導(dǎo)體材料的第一 部分之上的第一絕緣層；形成于絕緣層之上的柵極導(dǎo)體，該柵極導(dǎo)體具有第一面和第二面； 形成于與柵極導(dǎo)體的第一面相鄰的半導(dǎo)體材料的第二部分內(nèi)的為第二導(dǎo)電類型的第一摻 雜區(qū)；形成于與柵極導(dǎo)體的第二面相鄰的半導(dǎo)體材料的第三部分內(nèi)的為第二導(dǎo)電類型的第 二摻雜區(qū)；與第一摻雜區(qū)電接觸的第一電極；以及與第二摻雜區(qū)電接觸的第二電極。
[0020] 根據(jù)本實用新型的另一種實施例，提供了一種非易失性存儲單元，包含：為第一導(dǎo) 電類型及第一濃度的且具有主表面的半導(dǎo)體材料，該半導(dǎo)體材料由多個隔離區(qū)分隔成多個 有源區(qū)，在第一隔離區(qū)與第二隔離區(qū)之間的第一有源區(qū)，在第二隔離區(qū)與第三隔離區(qū)之間 的第二有源區(qū)，在第三隔離區(qū)與第四隔離區(qū)之間的第三有源區(qū)；由第一有源區(qū)形成的第一 半導(dǎo)體器件，該第一半導(dǎo)體器件包含：形成于第一有源區(qū)的半導(dǎo)體材料之上的第一柵極結(jié) 構(gòu)，該第一柵極結(jié)構(gòu)具有第一面和第二面；形成于第一有源區(qū)的第一部分內(nèi)且與第一柵極 結(jié)構(gòu)的第一面對齊的為第一導(dǎo)電類型及第二濃度的第一摻雜區(qū)；形成于第一有源區(qū)的第二 部分內(nèi)且與第一摻雜區(qū)相鄰的為第一導(dǎo)電類型及第三濃度的第二摻雜區(qū)；形成于第一有源 區(qū)的第三部分內(nèi)的為第二導(dǎo)電類型及第四濃度的第三摻雜區(qū)，該第三摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū) 相鄰且與第一摻雜區(qū)橫向間隔開；與第二摻雜區(qū)及第三摻雜區(qū)接觸的第一電極；由第二有 源區(qū)形成的第二半導(dǎo)體器件，該第二半導(dǎo)體器件包含：形成于第二有源區(qū)的半導(dǎo)體材料之 上的第二柵極結(jié)構(gòu)，該第二柵極結(jié)構(gòu)具有第一面和第二面；形成于第二有源區(qū)的第一部分 內(nèi)且與第二柵極結(jié)構(gòu)的第一面對齊的為第一導(dǎo)電類型及第五濃度的第四摻雜區(qū)；形成于第 二有源區(qū)的第二部分內(nèi)且與第四摻雜區(qū)相鄰的為第一導(dǎo)電類型及第六濃度的第五摻雜區(qū)； 形成于第二有源區(qū)的第三部分內(nèi)的為第二導(dǎo)電類型及第七濃度的第六摻雜區(qū)，該第六摻雜 區(qū)與第五摻雜區(qū)相鄰且與第四摻雜區(qū)橫向間隔開；與第六摻雜區(qū)和第七摻雜區(qū)接觸的第二 電極；形成于第三有源區(qū)的半導(dǎo)體材料之上的第三柵極結(jié)構(gòu)，該第三柵極結(jié)構(gòu)具有第一面 和第二面；形成于第三有源區(qū)的第一部分內(nèi)且與第三柵極結(jié)構(gòu)的第一面對齊的為第二導(dǎo)電 類型及第八濃度的第七摻雜區(qū)；形成于第三有源區(qū)的第二部分內(nèi)且與第八摻雜區(qū)相鄰的為 第二導(dǎo)電類型及第九濃度的第八摻雜區(qū)；與第七摻雜區(qū)及第八摻雜區(qū)接觸的第三電極；形 成于第三有源區(qū)的第三部分內(nèi)且與第三柵極結(jié)構(gòu)的第二面對齊的為第二導(dǎo)電類型及第十 濃度的第九摻雜區(qū)；形成于第三有源區(qū)的第四部分內(nèi)且與第九摻雜區(qū)相鄰的為第二導(dǎo)電類 型及第十一濃度的第十摻雜區(qū)；與第九摻雜區(qū)及第十摻雜區(qū)接觸的第四電極。
[0021] 優(yōu)選地，第二濃度大于第一濃度；第三濃度大于第二濃度；第四濃度大于第二濃 度；第五濃度大于第一濃度；第六濃度大于第五濃度；第七濃度大于第一濃度；第八濃度大 于第一濃度；并且第九濃度大于第八濃度。
[0022] 優(yōu)選地，該非易失性存儲單元還包含：在第