專利名稱：Sonos存儲(chǔ)器及其制造和操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其制造和操作的方法，更具體地，涉及一種SONOS存儲(chǔ)器及其制造和操作的方法。
背景技術(shù)：
例如DRAM的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的單位存儲(chǔ)單元包括單個(gè)晶體管和單個(gè)電容器。因此，為了增加半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元的封裝密度，將減少晶體管和/或電容器的體積。在早期的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，光刻法具有足夠的余量，使得半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的封裝密度可以通過(guò)減小各元件的體積來(lái)提高。但是現(xiàn)在，如果進(jìn)一步增加半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的封裝密度，則需要新的方法。
另一方面，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的封裝密度與設(shè)計(jì)規(guī)則密切相關(guān)。因此，為了增加半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的封裝密度，應(yīng)將設(shè)計(jì)規(guī)則變窄。這時(shí)，光刻法與蝕刻工藝的余量大大降低。這里，降低工藝余量意味著必須更精確地進(jìn)行光刻工藝。如果光刻工藝余量降低，產(chǎn)量將急劇降低。因此，需要能夠增加半導(dǎo)體器件的封裝密度和降低產(chǎn)量的新方法。
為了滿足這一需求，引入具有非常不規(guī)則結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中在晶體管上表面上設(shè)置具有不同于公知電容器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)如GMR或TMR。
SONOS存儲(chǔ)器是新近引入的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器之一。圖1是常規(guī)SONOS存儲(chǔ)器(下文指常規(guī)存儲(chǔ)器)的截面圖。
參照?qǐng)D1，通過(guò)將n型雜質(zhì)注入到p型半導(dǎo)體襯底10(下文指半導(dǎo)體襯底)中形成源區(qū)12和漏區(qū)14。在源區(qū)與漏區(qū)12、14之間限定溝道區(qū)16。在半導(dǎo)體襯底10的溝道區(qū)16上形成柵極堆疊結(jié)構(gòu)18。由隧道氧化層18a、氮化硅層(Si3N4)層18b、阻擋氧化層18c和柵電極18d構(gòu)成柵極堆疊結(jié)構(gòu)18。隧道氧化層18a與源區(qū)和漏區(qū)12、14接觸。氮化層18b具有預(yù)定密度的陷阱位。因此，當(dāng)向柵電極18d提供預(yù)定電壓時(shí)，電子穿過(guò)隧道氧化層18a并在氮化硅層18b的阱位置被俘獲。阻擋氧化層18c在電荷俘獲期間阻擋電子朝著柵電極18d遷移。
在常規(guī)存儲(chǔ)器中，依照是否在氮化硅層18b中的阱位置俘獲電子來(lái)改變閾值電壓。利用這一特性，可將信息存入常規(guī)存儲(chǔ)器或從其讀出。
由于常規(guī)存儲(chǔ)器中電子俘獲場(chǎng)所是在氮化硅層的內(nèi)部，可存儲(chǔ)控制溝道的閾值電壓的足夠電子。但是只有一個(gè)比特的信息可存儲(chǔ)于單位存儲(chǔ)單元。
因此，在常規(guī)存儲(chǔ)器中，為了增大封裝密度必須降低存儲(chǔ)器的體積。但是，由于設(shè)計(jì)規(guī)則變窄，限制了僅通過(guò)降低存儲(chǔ)器的體積來(lái)增加封裝密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種SONOS存儲(chǔ)器，可制造為具有高封裝密度而不按照窄設(shè)計(jì)規(guī)則。
本發(fā)明還提供一種制造SONOS器件的方法。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種操作SONOS存儲(chǔ)器的方法。
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種SONOS器件，其包括包括源區(qū)和漏區(qū)及溝道區(qū)的半導(dǎo)體層。在半導(dǎo)體層上形成的上部堆疊結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體層一起形成上部SONOS存儲(chǔ)器。同樣，半導(dǎo)體層下面形成的下部堆疊結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體層一起形成下部SONOS存儲(chǔ)器。
這里，上部堆疊結(jié)構(gòu)包括上部隧道層、上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、上部絕緣層和上部柵電極，它們順序地層疊在溝道區(qū)上。下部堆疊結(jié)構(gòu)包括下部隧道層、下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、下部絕緣層和下部柵電極，它們順序地層疊在溝道區(qū)下。
上部和下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層可具有不同的厚度、陷阱密度、和/或可以由不同的材料形成。而且，上部和下部隧道層可具有不同的厚度。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，包括在第一半導(dǎo)體襯底上順序地形成下部絕緣層、下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層和下部隧道層的第一步驟。在第二步驟中，在下部隧道層上形成半導(dǎo)體層。然后，第三步驟中，在半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域上形成上部堆疊結(jié)構(gòu)。上部堆疊結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體層一起形成上部SONOS存儲(chǔ)器。第四步驟中，在半導(dǎo)體層形成源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)。
這里，第二步驟可包括在第二半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成氫離子層，將摻雜了氫離子的第二半導(dǎo)體襯底表面接合到隧道層。然后，移除在第二半導(dǎo)體襯底的接合表面的氫離子層的相對(duì)側(cè)的第二半導(dǎo)體襯底部分。
第三步驟中，在半導(dǎo)體層上順序地形成上部隧道層、上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、上部絕緣層和柵電極的材料層。在用于柵電極的材料層上形成限定溝道區(qū)的光致抗蝕劑層圖形后，使用光致抗蝕劑層圖形作為掩膜，以相反于其形成的順序，蝕刻在形成有溝道區(qū)的半導(dǎo)體層上層疊的材料層。然后，移除光致抗蝕劑層圖形。
這里，上部與下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層可具有不同的厚度和可由具有不同阱密度的材料層形成?？蛇x擇地，上部與下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層可由具有相等阱密度的不同材料層形成。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種操作SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中向SONON存儲(chǔ)器寫(xiě)數(shù)據(jù)的方法包括在半導(dǎo)體層和下部SONOS存儲(chǔ)器之間施加第一寫(xiě)電壓，由此向下部SONOS存儲(chǔ)器寫(xiě)入第一數(shù)據(jù)。
向下部SONOS存儲(chǔ)器寫(xiě)入第一數(shù)據(jù)之后，在半導(dǎo)體層與上部SONOS存儲(chǔ)器之間施加第二寫(xiě)電壓，由此向上部SONOS存儲(chǔ)器寫(xiě)入第二數(shù)據(jù)。
依照本發(fā)明的又一方面，提供一種操作SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中讀出SONOS存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)的方法包括當(dāng)保持源區(qū)與漏區(qū)之間的電位差時(shí)，向上部或下部SONOS存儲(chǔ)器施加讀電壓，由此讀出存儲(chǔ)于上部或下部SONOS存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。
依照本發(fā)明的再一方面，提供一種操作SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中擦除寫(xiě)入SONOS存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)的方法包括在半導(dǎo)體層與上部SONOS存儲(chǔ)器之間施加第一擦除電壓，由此擦除寫(xiě)入到上部SONOS存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。
這里，如果在半導(dǎo)體層與下部SONOS存儲(chǔ)器之間施加第二擦除電壓，則可擦除記錄于下部SONOS存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)。
依照本發(fā)明，在應(yīng)用常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)則時(shí)可極大地提高封裝密度。同時(shí)，由于其制造僅需要一般的CMOS工藝，因此易于制造SONOS存儲(chǔ)器。


通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述實(shí)施例，本發(fā)明的上述與其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而意見(jiàn)，其中圖1是常規(guī)SONOS存儲(chǔ)器的截面圖；圖2是依照本發(fā)明的實(shí)施例的SONOS存儲(chǔ)器的截面圖；圖3至圖8是說(shuō)明制造圖2所示的SONOS存儲(chǔ)器的方法的第一實(shí)施例的步驟的截面圖；和圖9至10是說(shuō)明制造圖2所示的SONOS存儲(chǔ)器的方法的第二實(shí)施例的步驟的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，將參照附圖更全面的描述依照本發(fā)明的實(shí)施例的SONOS存儲(chǔ)器及其制造方法。附圖中，為了清楚放大了層與區(qū)的厚度。
首先，將描述依照本發(fā)明的SONOS存儲(chǔ)器(下文指存儲(chǔ)器)。
參照?qǐng)D2，在半導(dǎo)體襯底40(如n+型硅襯底)上順序地層疊下部絕緣層42、下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44和下部隧道層46。在捕獲載流子期間，下部絕緣層42防止載流子(如電子)遷移到半導(dǎo)體襯底40中。優(yōu)選下部絕緣層42由氧化硅層形成，但也可以是氧化鋁(Al2O3)層、氧化鉭(TaO2)層、氧化鈦(TiO2)層等中的一個(gè)。下部隧道層46優(yōu)選由氧化硅層形成，但可以是其它絕緣層。下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44可以是絕緣層，如氮化物層或PZT層，其具有預(yù)定的阱密度，即1012/cm2或更大，能夠捕獲載流子。將第一半導(dǎo)體層48設(shè)置在下部隧道層46上。第一半導(dǎo)體層48包括摻雜有n+導(dǎo)電雜質(zhì)的源區(qū)和漏區(qū)48a、48b，以及位于源區(qū)與漏區(qū)48a、48b之間的溝道區(qū)48c。包括半導(dǎo)體襯底40、下部絕緣層42、下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44和下部隧道層46的下部堆疊結(jié)構(gòu)與第一半導(dǎo)體層48一起形成下部SONOS存儲(chǔ)器。由于第一半導(dǎo)體層48也用于在后面將進(jìn)行描述的上部SONOS存儲(chǔ)器，第一半導(dǎo)體層48的源區(qū)和漏區(qū)48a、48b以及溝道區(qū)48c將分別變成上部與下部SONOS存儲(chǔ)器的共有源區(qū)和漏區(qū)以及共有溝道區(qū)。
在第一半導(dǎo)體層48上形成覆蓋溝道區(qū)48c和接觸源區(qū)與漏區(qū)48a、48b的柵極堆疊結(jié)構(gòu)50。柵極堆疊結(jié)構(gòu)50包括上部隧道層50a、上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b、上部絕緣層50c和柵電極50d。柵極堆疊結(jié)構(gòu)50是上部堆疊結(jié)構(gòu)，與第一半導(dǎo)體層48一起形成上部SONOS存儲(chǔ)器。優(yōu)選由氧化硅層形成的上部隧道層50a可以是其它絕緣層。上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b可以是絕緣層，如氮化物層或PZT層，其具有預(yù)定的阱密度，如1012/cm2或更大，能夠俘獲載流子。當(dāng)在上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b中俘獲載流子(電子或空穴)時(shí)，上部絕緣層50c阻擋載流子朝著柵電極50d的遷移。上部絕緣層50c優(yōu)選由SiO2層形成，但也可以是Al2O3層、TaO2層和TiO2層之一。柵電極50d可以是摻雜有導(dǎo)電雜質(zhì)的半導(dǎo)體電極或金屬電極。
由于第一半導(dǎo)體層48夾在柵電極50d與半導(dǎo)體襯底40之間，可將柵電極50d認(rèn)為是上部柵電極，和將半導(dǎo)體襯底40認(rèn)為是下部柵電極。
上述依照本發(fā)明的SONOS存儲(chǔ)器在第一半導(dǎo)體層48之上和之下具有上部和下部SONOS存儲(chǔ)器。上部和下部SONOS存儲(chǔ)器存儲(chǔ)共軛信息。即，如果在上部存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)“1”，則在下部存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)“0”，反之亦然。
當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，由于上部與下部SONOS存儲(chǔ)器的閾值電壓相反地變化，可在上部和下部SONOS存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)不同的信息。
為了使上部與下部SONOS存儲(chǔ)器中的閾值電壓變化不同，上部SONOS存儲(chǔ)器的上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b優(yōu)選地具有與下部SONOS存儲(chǔ)器的下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44不同的阱密度。這時(shí)，兩個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b和44可具有相同的厚度?？蛇x擇地，上部和下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b與44可具有相同的阱密度和不同的厚度。
當(dāng)各個(gè)SONOS存儲(chǔ)器的隧道氧化層的厚度彼此不同時(shí)，上部與下部SONOS存儲(chǔ)器的閾值電壓變化可不同。
下面，將參考圖3-10描述圖2所示的依照本發(fā)明的實(shí)施例的制造SONOS存儲(chǔ)器的方法。
參照?qǐng)D3，在半導(dǎo)體襯底40上順序地形成下部絕緣層42、下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44和下部隧道層46。下部絕緣層42可由SiO2層、Al2O3層、TaO2層和TiO2層之一形成。下部隧道層46由SiO2層形成，但可選擇由其它絕緣層形成。下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44可由例如具有1012/cm2的阱密度的氮化物層或PZT層的材料層形成。下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44的阱密度可等于或不同于上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層的阱密度，其將在后面描述。
當(dāng)下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44的阱密度與上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層不同時(shí)，優(yōu)選使得下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44的厚度與上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層不同。當(dāng)下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44和上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層由不同材料形成時(shí)，不管下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44與上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層是否形成有相同的厚度，兩個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層的阱密度將可能彼此不同。
參照?qǐng)D4，準(zhǔn)備第一半導(dǎo)體層48，然后摻雜氫離子60。如圖5所示，由于注入氫離子60用于將第一半導(dǎo)體層48劃分為兩個(gè)部分，通過(guò)注入一定能量的氫離子60，在所需分離第一半導(dǎo)體層48的位置形成氫離子層62。
參照?qǐng)D5，在其兩側(cè)之間具有氫離子層62時(shí)，第一半導(dǎo)體層48的一側(cè)薄而另一側(cè)厚。在隨后的工序中將除去厚的一側(cè)。
如圖3和4所示的進(jìn)行氫離子60的注入可在將第一半導(dǎo)體層48接合到下部隧道層46之后進(jìn)行。
如圖6所示，在第一半導(dǎo)體層48上形成氫離子層62之后，將第一半導(dǎo)體層48接合到半導(dǎo)體襯底40。此時(shí)，第一半導(dǎo)體層48的前面，即較薄部分A1，面朝著下部隧道層46。第一半導(dǎo)體層48和半導(dǎo)體襯底40的接合通過(guò)壓縮來(lái)進(jìn)行。對(duì)實(shí)施壓縮接合之后得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火。
如上當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層48接合到半導(dǎo)體襯底40之后，向第一半導(dǎo)體層48施加輕微的力或沖擊，以除去第一半導(dǎo)體層48的較厚的部分A2。這樣做，就分離了第一半導(dǎo)體層48的較厚部分A2。當(dāng)進(jìn)行分離時(shí)，僅將第一半導(dǎo)體層48的較薄部分A1留在下部隧道層46上。由此，保留在下部隧道層46上的第一半導(dǎo)體層48的較薄部分A1將稱為第一半導(dǎo)體層48。
參照?qǐng)D7，在形成于下部隧道層46上的第一半導(dǎo)體層48的預(yù)定區(qū)域上形成第一光致抗蝕劑層圖形P1。覆蓋有第一光致抗蝕劑層圖形P1的區(qū)域是溝道區(qū)。將n+型導(dǎo)電雜質(zhì)注入到其上形成有第一光致抗蝕劑層圖形P1的第一半導(dǎo)體層48中。然后，除去第一光致抗蝕劑層圖形P1。通過(guò)這樣做，將第一半導(dǎo)體層48劃分為摻雜有n+型導(dǎo)電雜質(zhì)的源區(qū)和漏區(qū)48a、48b與覆蓋有第一光致抗蝕劑層圖形P1的溝道區(qū)48c。
如圖8所示，在第一半導(dǎo)體層48上形成覆蓋溝道區(qū)48c的上部隧道層50a。上部隧道層50a由氧化硅層形成，其具有等于、小于或大于下部隧道層50a的厚度。在上部隧道層50a的預(yù)定區(qū)域上形成上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b，優(yōu)選直接位于溝道區(qū)48c之上。上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b可由具有預(yù)定阱密度、如1012/cm2或更大的材料層形成。因此，上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b可由氮化物層、PZT層或其它阱材料層形成。上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b可具有不同于下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44的阱密度或厚度。在上部隧道層50a上形成覆蓋上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b的上部絕緣層50c，并將上部絕緣層50c的上表面平坦化。上部絕緣層50c可由SiO2層、Al2O3層、TaO2層和TiO2層之一形成。在上部絕緣層50c的預(yù)定區(qū)域上形成柵電極50d，優(yōu)選直接形成于上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b上。柵電極50d可由摻雜有導(dǎo)電雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料或金屬形成。接著，除去圍繞柵電極50d的上部絕緣層50c和上部隧道層50a，由此暴露出第一半導(dǎo)體層48的源區(qū)和漏區(qū)48a、48b。
通過(guò)進(jìn)行上述工藝，形成如圖2中所示的SONOS存儲(chǔ)器。
如圖9所示，在半導(dǎo)體襯底40上順序地形成下部絕緣層42、下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44和下部隧道層46。接著，在下部隧道層46上形成第二存儲(chǔ)層49。第二存儲(chǔ)層49可通過(guò)與依照第一實(shí)施例的第一半導(dǎo)體層48的相同的方法形成，或通過(guò)不同方法。可選擇地，第二半導(dǎo)體層49可通過(guò)在下部隧道層46上層疊而不是接合硅(Si)來(lái)形成。
此后，在第二半導(dǎo)體層49上順序地形成上部隧道層50a、上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b、上部絕緣層50c和柵電極50d。在柵電極50d的預(yù)定區(qū)域上形成第二光致抗蝕劑層圖形P2。如第一實(shí)施例的第一光致抗蝕劑層圖形P1，第二光致抗蝕劑層圖形P2限定第二半導(dǎo)體層49上的溝道區(qū)。使用第二光致抗蝕劑層圖形P2作為刻蝕掩膜，順序地蝕刻圍繞第二光致抗蝕劑層圖形P2的柵電極50d、上部絕緣層50c、上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b和上部隧道層50a，由此暴露第二半導(dǎo)體層49。接著向第二半導(dǎo)體層49的暴露部分摻雜預(yù)定的導(dǎo)電雜質(zhì)。然后除去第二光致抗蝕劑層圖形P2。由此，將第二半導(dǎo)體層49劃分為覆蓋有第二光致抗蝕劑層圖形P2的溝道區(qū)49c及源區(qū)與漏區(qū)49a、49b。在第二半導(dǎo)體層49的溝道區(qū)49c上形成包括上部隧道層50a、上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b、上部絕緣層50c和柵電極50d的柵極堆疊結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在，將簡(jiǎn)單描述依照本發(fā)明圖2所示的的實(shí)施例的SONOS存儲(chǔ)器的操作方法。
在第一半導(dǎo)體層48和半導(dǎo)體襯底40之間施加第一寫(xiě)電壓，由此俘獲電子在下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44中。將下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44中俘獲電子的狀態(tài)看作向下部SONOS器件寫(xiě)入第一數(shù)據(jù)。第一數(shù)據(jù)可為“0”或“1”。
接著在第一半導(dǎo)體層48與柵電極50d之間施加第二寫(xiě)電壓，由此俘獲電子在上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b中。此時(shí)，由于上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b的阱密度與下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44中的彼此不同，在上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b中俘獲的電子的數(shù)目與下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44中俘獲的數(shù)目不同。將在上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b中俘獲電子的狀態(tài)看作向上部SONOS器件寫(xiě)入第二數(shù)據(jù)。第二數(shù)據(jù)可為“0”或“1”。
在源區(qū)與漏區(qū)48a、48b之間施加預(yù)定電壓，向半導(dǎo)體襯底40提供第一讀出電壓。此時(shí)，當(dāng)電流大于源區(qū)與漏區(qū)48a、48b之間流過(guò)的規(guī)定電流時(shí)，看作從下部存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)“1”。另一方面，當(dāng)電流小于源區(qū)與漏區(qū)48a、48b之間流過(guò)的規(guī)定電流時(shí)，看作從下部SONOS存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)“0”。該讀過(guò)程可反向。
接著，為了讀出寫(xiě)在上部SONOS存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)，向源區(qū)和漏區(qū)48a、48b提供預(yù)定電壓，向柵電極50d提供第二讀出電壓。由此，當(dāng)電流大于源區(qū)與漏區(qū)48a、48b之間流過(guò)的規(guī)定電流時(shí)，看作從上部存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)“1”。另一方面，當(dāng)電流小于源區(qū)與漏區(qū)48a、48b之間流過(guò)的規(guī)定電流時(shí)，看作從上部SONOS存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)“0”。該讀過(guò)程可反向。
為了擦除寫(xiě)入下部SONOS存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，在第一半導(dǎo)體層48與半導(dǎo)體襯底40之間施加與第一寫(xiě)入電壓極性相反的第一擦除電壓。當(dāng)施加第一擦除電壓時(shí)，在下部SONOS存儲(chǔ)器的下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層44中捕獲的電子放電，由此擦除記錄的數(shù)據(jù)。
為了擦除寫(xiě)入上部SONOS存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，在第一半導(dǎo)體襯底48與柵電極50d之間施加與第二寫(xiě)入電壓極性相反的第二擦除電壓。當(dāng)施加第二擦除電壓時(shí)，在上部SONOS存儲(chǔ)器的上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層50b中捕獲的電子放電，由此擦除記錄的數(shù)據(jù)。
如上所述，依照本發(fā)明的SONOS存儲(chǔ)器具有包括溝道區(qū)的共用半導(dǎo)體層、和在共用半導(dǎo)體層之上和之下的SONOS存儲(chǔ)器。因此，通過(guò)使用本發(fā)明的SONOS存儲(chǔ)器，由于在單位存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)兩個(gè)比特的數(shù)據(jù)，即使使用一般的設(shè)計(jì)規(guī)則，可極大地提高封裝密度。而且，不需改變可使用一般的CMOS工藝，其促進(jìn)簡(jiǎn)單制造。
在參考其實(shí)施例具體地示出并描述本發(fā)明的同時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解不脫離本發(fā)明權(quán)利要求限定的精神和范圍，可進(jìn)行形式上和細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種SONOS存儲(chǔ)器，包括包括源區(qū)和漏區(qū)以及溝道區(qū)的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層上形成的上部堆疊結(jié)構(gòu)，從而與該半導(dǎo)體層一起形成上部SONOS存儲(chǔ)器；和在所述半導(dǎo)體層之下形成的下部堆疊結(jié)構(gòu)，從而與該半導(dǎo)體層一起形成下部SONOS存儲(chǔ)器。
2.如權(quán)利要求1所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述上部堆疊結(jié)構(gòu)包括上部隧道層、上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、上部絕緣層和上部柵電極，它們順序地堆疊在所述溝道區(qū)上。
3.如權(quán)利要求1所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述下部堆疊結(jié)構(gòu)包括下部隧道層、下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、下部絕緣層和下部柵電極，它們順序地堆疊在所述溝道區(qū)下。
4.如權(quán)利要求2所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層由氮化物層或PZT層形成，其具有預(yù)定的陷阱密度。
5.如權(quán)利要求2所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述上部絕緣層由選自SiO2層、Al2O3層、TaO2層和TiO2層構(gòu)成的組之一形成。
6.如權(quán)利要求3所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層由氮化物層或PZT層形成并具有預(yù)定的陷阱密度。
7.如權(quán)利要求3所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述下部絕緣層由選自SiO2層、Al2O3層、TaO2層和TiO2層構(gòu)成的組之一形成。
8.如權(quán)利要求3所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述上部和下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層具有不同的厚度。
9.如權(quán)利要求3所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述上部和下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層具有不同的陷阱密度。
10.如權(quán)利要求3所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述上部和下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層由不同的材料形成。
11.如權(quán)利要求3所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述上部和下部隧道層具有不同的厚度。
12.如權(quán)利要求2所述的SONOS存儲(chǔ)器，其中所述下部堆疊結(jié)構(gòu)包括下部隧道層、下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、下部絕緣層和下部柵電極，它們順序地堆疊在所述溝道區(qū)下。
13.一種制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，包括在第一半導(dǎo)體襯底上順序地形成下部絕緣層、下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層和下部隧道層的第一步驟；在所述下部隧道層上形成半導(dǎo)體層的第二步驟；在所述半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域上形成上部堆疊結(jié)構(gòu)的第三步驟，該上部堆疊結(jié)構(gòu)與該半導(dǎo)體層一起形成上部SONOS存儲(chǔ)器；和形成所述半導(dǎo)體層的源區(qū)和漏區(qū)以及溝道區(qū)的第四步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中所述第二步驟包括在第二半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成氫離子層；將摻雜有氫離子的所述第二半導(dǎo)體襯底的表面接合到該下部隧道層；和除去所述第二半導(dǎo)體襯底的接合表面關(guān)于所述氫離子層的相對(duì)側(cè)上的第二半導(dǎo)體襯底部分。
15.如權(quán)利要求13所述的制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中所述第三步驟包括在所述半導(dǎo)體層上順序地形成上部隧道層、上部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層、上部絕緣層和用于柵電極的材料層；在所述用于柵電極的材料層上形成限定該溝道區(qū)的光致抗蝕劑層圖形；使用該光致抗蝕劑層圖形作為刻蝕掩膜，按照與其形成順序相反的順序，蝕刻堆疊在形成有該溝道區(qū)的所述半導(dǎo)體層上的材料層；和除去所述光致抗蝕劑層圖形。
16.如權(quán)利要求13所述的制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中所述下部絕緣層由選自由SiO2層、Al2O3層、TaO2層和TiO2層構(gòu)成的組之一形成。
17.如權(quán)利要求15所述的制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中所述上部與下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層具有不同的厚度。
18.如權(quán)利要求15所述的制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中所述上部與下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層由具有不同陷阱密度的材料層形成。
19.如權(quán)利要求15所述的制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中所述上部與下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層由不同的材料層形成。
20.如權(quán)利要求15所述的制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中所述上部絕緣層由選自由SiO2層、Al2O3層、TaO2層和TiO2層構(gòu)成的組之一形成。
21.如權(quán)利要求15所述的制造SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中所述上部和下部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)層由氮化物層或PZT層形成，并具有預(yù)定的陷阱密度。
22.一種操作SONOS存儲(chǔ)器的方法，該存儲(chǔ)器包括包括源區(qū)和漏區(qū)及溝道區(qū)的半導(dǎo)體層，在所述半導(dǎo)體層上設(shè)置的上部堆疊結(jié)構(gòu)，由此與該半導(dǎo)體層一起形成上部SONOS存儲(chǔ)器，和在所述半導(dǎo)體層之下設(shè)置的下部堆疊結(jié)構(gòu)，由此與該半導(dǎo)體層一起形成下部SONOS存儲(chǔ)器，其中該方法包括在所述半導(dǎo)體層與所述下部SONOS存儲(chǔ)器之間施加第一寫(xiě)入電壓，由此向所述下部SONOS存儲(chǔ)器寫(xiě)入第一數(shù)據(jù)。
23.如權(quán)利要求22所述的操作SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中在將第一數(shù)據(jù)寫(xiě)入下部SONOS存儲(chǔ)器之后，在所述半導(dǎo)體層與所述上部SONOS存儲(chǔ)器之間施加第二寫(xiě)入電壓，由此向所述上部SONOS存儲(chǔ)器寫(xiě)入第二數(shù)據(jù)。
24.一種操作SONOS存儲(chǔ)器的方法，該存儲(chǔ)器包括包括源區(qū)和漏區(qū)以及溝道區(qū)的半導(dǎo)體層，在所述半導(dǎo)體層上設(shè)置的上部堆疊結(jié)構(gòu)，由此與該半導(dǎo)體層一起形成上部SONOS存儲(chǔ)器，在所述半導(dǎo)體層之下設(shè)置的下部堆疊結(jié)構(gòu)，由此與該半導(dǎo)體層一起形成下部SONOS存儲(chǔ)器，其中該方法包括當(dāng)在所述源區(qū)與漏區(qū)之間保持電位差時(shí)，向所述上部或下部SONOS存儲(chǔ)器施加讀取電壓，由此讀出存儲(chǔ)于所述上部或下部SONOS存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。
25.一種操作SONOS存儲(chǔ)器的方法，該存儲(chǔ)器包括包括源區(qū)和漏區(qū)以及溝道區(qū)的半導(dǎo)體層，在所述半導(dǎo)體層上設(shè)置的上部堆疊結(jié)構(gòu)，由此與該半導(dǎo)體層一起形成上部SONOS存儲(chǔ)器，在所述半導(dǎo)體層之下設(shè)置的下部堆疊結(jié)構(gòu)，由此與該半導(dǎo)體層一起形成下部SONOS存儲(chǔ)器，其中該方法包括在所述半導(dǎo)體層與所述上部SONOS存儲(chǔ)器之間施加第一擦除電壓，由此擦除寫(xiě)入所述上部SONOS存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。
26.如權(quán)利要求25所述的操作SONOS存儲(chǔ)器的方法，其中在所述半導(dǎo)體層與所述下部SONOS存儲(chǔ)器之間施加第二擦除電壓，由此擦除寫(xiě)入所述下部SONOS存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種SONOS存儲(chǔ)器，包括具有源區(qū)和漏區(qū)以及溝道區(qū)的半導(dǎo)體層，和在半導(dǎo)體層上的上部堆疊結(jié)構(gòu)，其與半導(dǎo)體層一起形成上部SONOS存儲(chǔ)器。在半導(dǎo)體層下的下部堆疊結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體層一起形成下部SONOS存儲(chǔ)器。還提供一種制造和操作SONOS存儲(chǔ)器的方法。可以不按照窄設(shè)計(jì)規(guī)則而制造出具有高封裝密度的SONOS存儲(chǔ)器。
文檔編號(hào)H01L29/792GK1607668SQ200410095200
公開(kāi)日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2004年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者金汶慶, 金楨雨, 李兆遠(yuǎn), 李殷洪, 蔡熙順 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社