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閃存器件及其制造方法

文檔序號(hào):6876471閱讀:78來源:國知局
專利名稱:閃存器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總地涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件,更特別地,涉及閃存器件及其制造方法,其中可以減少干擾現(xiàn)象(interference phenomenon)。
背景技術(shù)
隨著NAND閃存(flash memory)的集成水平變高,與已編程單元相鄰的單元對(duì)已編程單元的影響逐漸增大。
沿位線(bit line)方向(或x方向)、字線(word line)方向(或y方向)、以及xy方向彼此相鄰的單元之間存在電容。由于隨著器件的集成水平變高而單元之間的距離變小,該電容逐漸增大。更特別地,當(dāng)單元沿x方向縮緊時(shí)該電容顯著增大。
結(jié)果,隨著耦合比(coupling ratio)減小,編程速度降低且干擾現(xiàn)象增大。
術(shù)語“干擾現(xiàn)象”指的是這樣的現(xiàn)象,其中如果將被讀取的單元的相鄰單元將被編程,由于該相鄰單元的浮置柵極的電荷變化,在旁邊單元的讀操作期間由于相鄰的已編程單元的電容效應(yīng),高于實(shí)際閾值電壓的單元閾值電壓被讀取。在該情況下,將被讀取單元的浮置柵極的電荷自身未改變,但是實(shí)際單元的狀態(tài)由于相鄰單元的狀態(tài)變化而看上去失真。
此失真現(xiàn)象(distortion phenomenon)使單元分布(distribution)變寬,因此使得難以控制單元。更特別地,與單級(jí)單元中相比,此影響在具有小的單元分布裕度(margin)的多級(jí)單元中顯著更大。
為了提高單元一致性,需要減小該干擾現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種閃存器件及其制造方法,其中該干擾現(xiàn)象被減少。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種閃存器件及其制造方法,其中通過單元分布的減小,操作故障可被防止。
本發(fā)明的再一實(shí)施例提供一種閃存器件及其制造方法,其中通過單元分布的減小能制造具有小的單元分布裕度的多級(jí)單元。
本發(fā)明的又一實(shí)施例提供一種閃存器件及其制造方法,其中編程速度可被提高。
本發(fā)明的又一實(shí)施例提供一種閃存器件及其制造方法,其中通過減少限制高集成的干擾現(xiàn)象能制造高集成水平的器件。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,閃存器件包括存儲(chǔ)單元,該存儲(chǔ)單元包括半導(dǎo)體襯底,具有由沿一方向布置的隔離膜定義的有源區(qū);控制柵極線,沿與所述隔離膜垂直的方向布置;浮置柵極,形成在該有源區(qū)上該控制柵極線之下;以及島多晶硅線,沿與該隔離膜的方向相同的方向形成在該隔離膜中且被施加有電壓以防止具有該隔離膜在其間的相鄰浮置柵極之間的干擾。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例,制造閃存器件的方法包括蝕刻半導(dǎo)體襯底,產(chǎn)生沿一方向布置的多個(gè)隔離槽;在該半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣層,該第一絕緣層具有在該半導(dǎo)體襯底的該隔離槽內(nèi)的凹溝;在該凹溝的底部形成島多晶硅線;形成第二絕緣層使得該隔離槽被完全掩埋,且剝離該第二絕緣層和該第一絕緣層使得該半導(dǎo)體襯底被暴露,在該隔離槽內(nèi)形成隔離膜;在該隔離膜定義的有源區(qū)上形成隧道氧化物膜;在該隧道氧化物膜上形成浮置柵極;以及在該整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成控制柵極,電介質(zhì)層置于其間。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例,制造閃存器件的方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成隧道氧化物膜和第一多晶硅層;蝕刻該第一多晶硅層、該隧道氧化物膜、以及部分該半導(dǎo)體襯底,產(chǎn)生沿一方向布置的多個(gè)隔離槽;在該整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成第一絕緣層,該第一絕緣層具有在該隔離槽內(nèi)的凹溝;在該凹溝的底部形成島多晶硅線;形成第二絕緣層使得該隔離槽被完全埋設(shè),且剝離該第二絕緣層和該第一絕緣層使得該第一多晶硅層被暴露,由此形成該隔離槽內(nèi)的隔離膜;在該第一多晶硅層和與該第一多晶硅層相鄰的隔離膜上形成第二多晶硅層,由此分別形成具有該第一多晶硅層和該第二多晶國層的疊層的浮置柵極;以及在包括該浮置柵極的整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成控制柵極,電介質(zhì)層置于其間。
在另一實(shí)施例中,一種非易失性存儲(chǔ)器件包括半導(dǎo)體襯底,其具有沿第一方向延伸的隔離膜定義的有源區(qū)。控制柵極線沿與該第一方向垂直的第二方向延伸。第一和第二浮置柵極形成在該有源區(qū)上且在該控制柵極線之下。島導(dǎo)電線形成在該第一和第二浮置柵極之間且在該隔離膜內(nèi)。該島導(dǎo)電線沿該第一方向延伸且配置來接收電壓以防止該第一和第二浮置柵極之間的干擾。
在另一實(shí)施例中,一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法包括蝕刻半導(dǎo)體從而形成槽;在該第一槽內(nèi)設(shè)置第一絕緣層而不完全填充該槽,使得凹溝形成在該槽內(nèi);在該凹溝內(nèi)設(shè)置導(dǎo)電層,使得該導(dǎo)電層僅保留在該凹溝的下部從而定義島導(dǎo)電線;在該凹溝內(nèi)且在該島導(dǎo)電線上形成第二絕緣層,其中該第一和第二絕緣層定義隔離結(jié)構(gòu),該島導(dǎo)電線設(shè)置在該隔離結(jié)構(gòu)內(nèi);在該隔離結(jié)構(gòu)的第一和第二側(cè)形成第一和第二浮置柵極,使得該隔離結(jié)構(gòu)設(shè)置在該第一和第二浮置柵極之間;以及在給第一和第二浮置柵極之上形成控制柵極。
在又一實(shí)施例中,一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成隧道氧化物膜和第一多晶硅層;蝕刻該第一多晶硅層、該隧道氧化物膜、以及部分該半導(dǎo)體襯底從而形成沿第一方向布置的隔離槽;在該隔離槽內(nèi)形成第一絕緣層從而形成由該第一絕緣層定義的凹溝;在該凹溝的下部形成島多晶硅線;在該凹溝內(nèi)且在該島多晶硅線之上形成第二絕緣層從而定義隔離結(jié)構(gòu),該隔離結(jié)構(gòu)包括該第一和第二絕緣層,該島多晶硅線設(shè)置在該隔離結(jié)構(gòu)內(nèi);在該第一多晶硅層上形成第二多晶硅層從而形成具有該第一多晶硅層和該第二多晶硅層的層疊膜的浮置柵極;以及在該第二多晶硅層之上形成控制柵極。


結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)描述,對(duì)本發(fā)明的完整的理解將容易地變得顯然且將更好地理解本發(fā)明,附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件,其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的閃存器件的構(gòu)造的視圖;圖2A至2F是剖視圖,示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例制造閃存單元的方法;以及圖3A至3J是剖視圖,示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例制造閃存單元的方法。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的閃存器件的構(gòu)造的視圖。
參照?qǐng)D1,根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的閃存單元包括半導(dǎo)體襯底10,其中有源區(qū)12由沿第一方向布置的隔離膜11定義;控制柵極線14,沿與第一方向垂直的第二方向布置;浮置柵極13,形成在有源區(qū)12上控制柵極線14下;以及島多晶硅線15,沿與隔離膜11相同的第一方向形成在隔離膜11內(nèi)且被施加有電壓以防止浮置柵極13之間的干擾。
盡管圖中未示出,但是隧道氧化物膜設(shè)置在浮置柵極13與半導(dǎo)體襯底10之間且柵極電介質(zhì)膜設(shè)置在浮置柵極13與控制柵極線14之間。
島多晶硅線15在存儲(chǔ)單元的邊緣區(qū)域互連,使得島多晶硅線15能被施加以相同電壓。
同時(shí),用于施加電壓到島多晶硅線15的開關(guān)電路20包括在外圍區(qū)域中用于驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)單元。
在一些實(shí)施例中,開關(guān)電路20是MOS晶體管,其在存儲(chǔ)單元的編程、擦除、以及讀取操作期間開啟。開關(guān)晶體管20具有輸入電壓Vin被輸入的一端以及與島多晶硅線15連接的另一端,使得當(dāng)存儲(chǔ)單元被驅(qū)動(dòng)時(shí),Vin能被傳輸?shù)綅u多晶硅線15。
輸入電壓Vin可根據(jù)存儲(chǔ)單元的操作狀態(tài)而具有不同電壓值,使得島多晶硅線15與相鄰單元的浮置柵極之間沒有電勢(shì)。
在編程操作中,施加到未被選擇的存儲(chǔ)單元的控制柵極的傳輸電壓(passvoltage)被用作Vin,在擦除操作中,沒有電壓被施加,使得島多晶硅線15被浮置。同時(shí),在讀操作中,0V電壓被用作Vin。
圖2A至2F是剖視圖,示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造閃存單元的方法。圖2A至2F示出一示例,其中本發(fā)明應(yīng)用于一般的淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D2A,墊氧化物膜(pad oxide film)31和墊氮化物膜32順序形成在半導(dǎo)體襯底30上。墊氮化物膜32、墊氧化物膜31、以及部分半導(dǎo)體襯底30通過光刻工藝被蝕刻,形成沿一方向延伸的多個(gè)隔離槽(trench)33。半導(dǎo)體襯底30的蝕刻深度可設(shè)置為約2000。
參照?qǐng)D2B,墊氮化物膜32和墊氧化物膜31被去除。然后高密度等離子體(HDP)氧化物膜沉積在整個(gè)結(jié)構(gòu)上從而形成第一絕緣層34。在此情況下,第一絕緣層34的厚度被適當(dāng)控制,使得凹溝(groove)70以槽33未被完全填充的方式形成在槽33的每個(gè)中。在本實(shí)施例中凹溝70具有山谷狀形狀。
多晶硅層35沉積在整個(gè)結(jié)構(gòu)上。多晶硅層35被回蝕,使得它僅保留在凹溝70的下部,如圖2C所示,由此形成島多晶硅線35a。
之后,HDP氧化物膜沉積在整個(gè)結(jié)構(gòu)上,形成第二絕緣層36。對(duì)第二絕緣層36和第一絕緣層34進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP),使得半導(dǎo)體襯底30被暴露,如圖2D所示。因此,形成分別具有第一和第二絕緣層34、36的隔離膜37以及在底部的島多晶硅線35a。
參照?qǐng)D2E,用于浮置柵極的多晶硅層39形成在隔離膜37定義的有源區(qū)以及與有源區(qū)相鄰的隔離膜37上。隧道氧化物膜38位于多晶硅層39和襯底30之間。
參照?qǐng)D2F,電介質(zhì)層40和用于控制柵極的多晶硅層41順序形成在整個(gè)結(jié)構(gòu)上。
盡管圖中未示出,但是多晶硅層41、電介質(zhì)層40、多晶硅層39、以及隧道氧化物膜38沿與布置隔離膜37的方向直交的方向被蝕刻,形成具有隧道氧化物膜、浮置柵極、電介質(zhì)層、以及控制柵極的堆疊柵極。進(jìn)行后面的工藝從而完成閃存單元。
圖3A至3J是剖視圖,示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例制造閃存單元的方法。圖3A至3J示出一示例,其中本發(fā)明應(yīng)用于自對(duì)準(zhǔn)淺槽隔離(SA-STI)結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D3A,隧道氧化物膜51、第一多晶硅層52、以及硬掩模膜53順序形成在半導(dǎo)體襯底50上。硬掩模膜53可以利用氮化物膜形成。
然后第一光致抗蝕劑PR1形成在整個(gè)結(jié)構(gòu)上。第一光致抗蝕劑PR1被構(gòu)圖從而開放場區(qū)域,如圖3B所示。硬掩模膜53利用構(gòu)圖的第一光致抗蝕劑PR1作為掩模通過蝕刻工藝被構(gòu)圖。
之后,如圖3C所示,第一光致抗蝕劑PR1被剝離以防止在隨后的蝕刻工藝中由于第一光致抗蝕劑PR1而蝕刻失敗。
利用圖案化的硬掩模膜53作為掩模,通過蝕刻第一多晶硅層52、隧道氧化物膜51、以及部分半導(dǎo)體襯底50形成多個(gè)隔離槽54。隔離槽形成為沿第一方向延伸。半導(dǎo)體襯底50的蝕刻深度可設(shè)置為約2000。
參照?qǐng)D3D,HDP氧化物膜沉積在整個(gè)結(jié)構(gòu)上從而形成第一絕緣層55。通過控制第一絕緣層55的厚度形成凹溝72。
第二多晶硅層56沉積在整個(gè)結(jié)構(gòu)上。第二多晶硅層56被回蝕,使得第二多晶硅層56僅保留在每個(gè)凹溝72的下部,如圖3E所示,由此形成島多晶硅線56a。然后HDP氧化物膜沉積在整個(gè)結(jié)構(gòu)上,使得槽54被完全填充,因此形成第二絕緣層57。
參照?qǐng)D3F,第二絕緣層57和第一絕緣層55通過CMP被剝離,使得第一多晶硅層52被暴露,由此形成隔離膜58。每個(gè)隔離膜58具有第一和第二絕緣層55、57且在凹溝72底部具有島多晶硅線56a。
參照?qǐng)D3G,第三多晶硅層59形成在整個(gè)結(jié)構(gòu)上。第二光致抗蝕劑PR2涂覆在第三多晶硅層59上,如圖3H所示。第二光致抗蝕劑PR2被構(gòu)圖,使得隔離膜58上的第三多晶硅層59被暴露。
參照?qǐng)D3I,第三多晶硅層59利用圖案化的第二光致抗蝕劑PR2作為掩模被蝕刻,形成浮置柵極圖案60。每個(gè)浮置柵極60具有第一多晶硅層52和第三多晶硅層59的層疊膜。第二光致抗蝕劑PR2從第三多晶硅層59被剝離。
參照?qǐng)D3J,電介質(zhì)層61和用于控制柵極的多晶硅層62形成在整個(gè)結(jié)構(gòu)上。
之后,盡管圖中未示出,但是用于控制柵極的多晶硅層62、電介質(zhì)層61、浮置柵極圖案60和隧道氧化物膜51沿與布置隔離膜58的方向直交的方向被蝕刻,由此形成具有隧道氧化物膜、浮置柵極、電介質(zhì)層和控制柵極的堆疊柵極。進(jìn)行隨后的工藝從而完成該閃存單元。如上所述,本發(fā)明的實(shí)施例具有下列優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或更多。第一,由于干擾現(xiàn)象能被減少,所以由于干擾現(xiàn)象而對(duì)器件的集成水平的限制能被克服。因此能夠提高器件的集成水平。第二,由于干擾現(xiàn)象能被減少,所以單元分布可被減小且器件操作故障可被相應(yīng)地防止。第三,由于單元分布可被減小,所以可以制造具有小的單元分布裕度的多級(jí)單元。第四,由于干擾現(xiàn)象能被減少,所以耦合比能增大且編程速度能提高。
盡管結(jié)合當(dāng)前預(yù)期的實(shí)用示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明,但是將理解,本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例,而是,相反,本發(fā)明有意覆蓋包括在所附權(quán)利要求的思想和范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種非易失性存儲(chǔ)器件,包括半導(dǎo)體襯底,具有由沿第一方向延伸的隔離膜定義的有源區(qū);控制柵極線,沿與該第一方向垂直的第二方向延伸;第一和第二浮置柵極,形成在該有源區(qū)上且在該控制柵極線下;以及島導(dǎo)電線,形成在該第一和第二浮置柵極之間且在該隔離膜內(nèi),該島導(dǎo)電線沿該第一方向延伸且被配置來接收電壓從而防止該第一和第二浮置柵極之間的干擾。
2.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件,其中該島導(dǎo)電線連接到邊緣部分,該邊緣部分連接到至少一個(gè)其它島導(dǎo)電線,其中該島導(dǎo)電線是多晶硅線。
3.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件,還包括在該器件的外圍區(qū)域的開關(guān)器件,該開關(guān)器件被配置來在編程操作期間施加電壓到該島導(dǎo)電線。
4.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件,其中該器件具有在編程操作期間被選擇的第一存儲(chǔ)單元和未被選擇的第二存儲(chǔ)單元,其中在該編程操作期間施加到該島導(dǎo)電線的電壓與施加到該第二存儲(chǔ)單元的控制柵極的電壓相同。
5.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件,其中該島導(dǎo)電線在擦除操作期間被浮置。
6.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件,其中在讀操作期間0V電壓施加到該島導(dǎo)電線。
7.一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法,該方法包括蝕刻半導(dǎo)體從而形成槽;在該第一槽內(nèi)設(shè)置第一絕緣層而不完全填充該槽,使得凹溝形成在該槽內(nèi);在該凹溝內(nèi)設(shè)置導(dǎo)電層,使得該導(dǎo)電層僅保留在該凹溝的下部從而定義島導(dǎo)電線;在該凹溝內(nèi)且在該島導(dǎo)電線之上形成第二絕緣層,其中該第一和第二絕緣層定義隔離結(jié)構(gòu),該島導(dǎo)電線設(shè)置在該隔離結(jié)構(gòu)內(nèi);在該隔離結(jié)構(gòu)的第一和第二側(cè)形成第一和第二浮置柵極,使得該隔離結(jié)構(gòu)設(shè)置在該第一和第二浮置柵極之間;以及在該第一和第二浮置柵極之上形成控制柵極。
8.如權(quán)利要求7所述的方法,其中該第一絕緣層和該第二絕緣層利用高密度等離子體氧化物膜形成。
9.如權(quán)利要求7所述的方法,其中所述在所述凹溝內(nèi)設(shè)置導(dǎo)電層的步驟包括在所述凹溝內(nèi)以及在所述第一絕緣層之上設(shè)置多晶硅層;以及蝕刻該多晶硅層直到該多晶硅層僅保留在該凹溝的下部。
10.一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法,該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成隧道氧化物膜和第一多晶硅層;蝕刻該第一多晶硅層、該隧道氧化物膜、以及部分該半導(dǎo)體襯底從而形成沿第一方向布置的隔離槽;在該隔離槽內(nèi)形成第一絕緣層從而形成由該第一絕緣層定義的凹溝;在該凹溝的下部形成島多晶硅線;在該凹溝內(nèi)和該島多晶硅線之上形成第二絕緣層從而定義隔離結(jié)構(gòu),該隔離結(jié)構(gòu)包括該第一和第二絕緣層,該島多晶硅線設(shè)置在該隔離結(jié)構(gòu)內(nèi);在該第一多晶硅層上形成第二多晶硅層從而形成具有該第一多晶硅層和該第二多晶硅層的層疊膜的浮置柵極;以及在該第二多晶硅層之上形成控制柵極。
11.如權(quán)利要求10所述的方法,其中該第一絕緣層和該第二絕緣層利用高密度等離子體氧化物膜形成。
12.如權(quán)利要求10所述的方法,其中形成島多晶硅線包括在其中形成該第一絕緣層的該半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成多晶硅層;以及回蝕該多晶硅層使得該多晶硅層僅保留在該凹溝的下部。
13.如權(quán)利要求10所述的方法,其中該第一多晶硅層、該隧道氧化物膜、以及該半導(dǎo)體襯底的蝕刻利用硬掩模膜作為掩模進(jìn)行。
14.如權(quán)利要求10所述的方法,該隔離槽具有約2000的深度。
15.如權(quán)利要求13所述的方法,其中該硬掩模膜是氮化物膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非易失性存儲(chǔ)器件,包括具有由沿第一方向延伸的隔離膜定義的有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底??刂茤艠O線沿與該第一方向垂直的第二方向延伸。第一和第二浮置柵極形成在該有源區(qū)上且在該控制柵極線之下。島導(dǎo)電線形成在該第一和第二浮置柵極之間且在該隔離膜內(nèi)。該島導(dǎo)電線沿該第一方向延伸且配置來接收電壓以防止該第一和第二浮置柵極之間的干擾。
文檔編號(hào)H01L21/8247GK1992286SQ20061010599
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者李根雨 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司
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