一種u形溝道的半浮柵存儲器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種U形溝道的半浮柵存儲器，包括：設有U形溝道區的第一種摻雜類型的半導體襯底；在所述U形溝道區之上設有第一層絕緣薄膜；第一層絕緣薄膜之上設有第一種摻雜類型的浮柵，該浮柵在靠近所述源區的一側設有缺口；缺口的底部表面與源區和漏區的上表面處于同一平面上，缺口內設有控制柵，該控制柵延伸至漏區之上并覆蓋所述豎直二極管；控制柵與浮柵、豎直二極管和漏區之間設有第二層絕緣薄膜，控制柵、第二層絕緣薄膜和豎直二極管組成一個以控制柵為柵極的豎直柵控二極管。本實用新型的U形溝道的半浮柵存儲器有效的降低浮柵與半導體襯底之間的寄生MOS管的漏電流，降低了半浮柵存儲器的尺寸，提高了半導體存儲器芯片的密度。
【專利說明】-種U形溝道的半淳柵存儲器
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于半導體存儲器【技術領域】，尤其涉及一種U形溝道的半浮柵存儲 器。
【背景技術】
[0002] 中國專利申請201310119651. 8中提出了一種U形溝道的半浮柵器件，其沿溝道長 度方向的剖面圖如圖1所示，包括在半導體襯底200內形成的源區201、漏區202、U形溝道 區401，在U形溝道區401之上依次設有第一層絕緣薄膜203和浮柵205,浮柵205在靠近 源區201的一側的頂部設有一缺口。在浮柵205與漏區202之間設有一個平面結構的p-n 結二極管。在浮柵的缺口內設有控制柵207,控制柵207將源區201與浮柵205的頂部分隔 開，且控制柵207向漏區一側延伸至所述p-n結二極管之上。在控制柵207與源區201、浮 柵205、所述p-n結二極管之間設有第二層絕緣薄膜206,控制柵207、第二層絕緣薄膜206、 所述P-n結二極管組成一個以控制柵207為柵極的柵控二極管。
[0003] 中國專利申請201310119651. 8中提出的U形溝道的半浮柵器件是在U形溝道的 M0S管中嵌入一個平面結構的柵控二極管。當半導體器件尺寸進入到65納米工藝及以下 時，浮柵205與半導體襯底200之間的寄生M0S管的漏電流會影響浮柵205存儲電荷的時 間。浮柵205與漏摻雜區210之間的平面結構的p-n結二極管的漏電流也會降低浮柵205 存儲電荷的時間，而且平面結構的P-n結二極管還會增大器件的尺寸，降低半導體存儲器 芯片的密度。 實用新型內容
[0004] 本實用新型的目的是提出一種U形溝道的半浮柵存儲器，在提高半導體存儲器的 浮柵存儲電荷的時間的同時還能降低器件尺寸、提高芯片密度。
[0005] 本實用新型的目的將通過以下技術方案實現：
[0006] 一種U形溝道的半浮柵存儲器，包括：
[0007] 設有U形溝道區的第一種摻雜類型的半導體襯底；
[0008] 在所述半導體襯底內設有第二種摻雜類型的源區和漏區，該源區和漏區凹陷在所 述半導體襯底內，所述U形溝道區設于所述源區與漏區之間；
[0009] 在所述U形溝道區之上設有第一層絕緣薄膜，該第一層絕緣薄膜之上設有第一種 摻雜類型的浮柵，該浮柵在靠近所述源區的一側設有缺口；
[0010] 在所述漏區之上設有堅直二極管，該堅直二極管的陽極/陰極與所述浮柵相連 接，陰極/陽極與所述漏區相連接；
[0011] 所述缺口的底部表面與所述源區和漏區的上表面處于同一平面上，所述缺口內設 有控制柵，該控制柵延伸至漏區之上并覆蓋所述堅直二極管；
[0012] 所述控制柵與浮柵、堅直二極管和漏區之間設有第二層絕緣薄膜，所述控制柵、第 二層絕緣薄膜和堅直二極管組成一個以控制柵為柵極的堅直柵控二極管。
[0013] 優選的，上述的U形溝道的半浮柵存儲器，所述堅直二極管為堅直P-η結二極管或 者堅直p-i-n二極管中的任意一種。
[0014] 優選的，上述的U形溝道的半浮柵存儲器，所述浮柵為多晶硅、鎢或者氮化鈦中的 任意一種。
[0015] 優選的，上述的U形溝道的半浮柵存儲器，所述控制柵為多晶硅柵或者金屬柵中 的任意一種。
[0016] 優選的，上述的U形溝道的半浮柵存儲器，所述第一層絕緣薄膜、第二層絕緣薄膜 分別為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高介電常數的絕緣材料中的任意一種或幾種。
[0017] 優選的，上述的U形溝道的半浮柵存儲器，所述第一種摻雜類型為p型摻雜、第二 種摻雜類型為η型摻雜，所述堅直二極管的陽極與浮柵相連接、陰極與漏區相連接。
[0018] 優選的，上述的U形溝道的半浮柵存儲器，所述第一種摻雜類型為η型摻雜、第二 種摻雜類型為Ρ型摻雜，所述堅直二極管的陰極與浮柵相連接、陽極與漏區相連接。
[0019] 本實用新型的U形溝道的半浮柵存儲器的實現原理和突出效果為：漏區和源區凹 陷在半導體襯底內形成，浮柵的缺口的底部與源區、漏區的上表面處于同一平面上，使U形 溝道的M0S管與以M0S管的控制柵為柵極的堅直柵控二極管有機結合，不僅能夠有效的降 低浮柵與半導體襯底之間的寄生M0S管的漏電流，提高浮柵存儲電荷的時間，而且還可以 降低半浮柵存儲器的尺寸，提高半導體存儲器芯片的密度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是中國專利申請201310119651. 8中的U形溝道的半浮柵器件的剖面圖；
[0021] 圖2是本實用新型實施例1的U形溝道的半浮柵存儲器的剖面圖；
[0022] 圖3是本實用新型實施例2的U形溝道的半浮柵存儲器的剖面圖；
[0023] 圖4至圖9是本實用新型實施例1的U形溝道的半浮柵存儲器的制造工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。在圖中，為了 方便說明，放大了層和區域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。參考圖是本實用新型的理 想化實施例的示意圖，本實用新型所示的實施例不應該被認為僅限于圖中所示區域的特定 形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。例如刻蝕得到的曲線通常具有彎曲或 圓潤的特點，但在本實用新型的實施例中，均以矩形表示，圖中的表示是示意性的，但這不 應該被認為是限制本實用新型的范圍。同時在下面的描述中，所使用的術語襯底可以理解 為包括正在工藝加工中的半導體晶片，可能包括在其上所制備的其它薄膜層。
[0025] 實施例1
[0026] 圖2是本實施例的U形溝道的半浮柵存儲器沿該半浮柵存儲器的溝道長度方向的 剖面圖。如圖2所示，本實施例的U形溝道的半浮柵存儲器包括一個具有第一種摻雜類型 的半導體襯底300,半導體襯底300可以為硅和絕緣體上的硅中的任意一種。凹陷在在半導 體襯底300內形成的具有第二種摻雜類型的源區305和漏區306,第二種摻雜類型與第一 種摻雜類型為相反的摻雜類型，比如，第一種摻雜類型為Ρ型，則第二種摻雜類型為η型，或 者，相應的，第一種摻雜類型為η型，則第二種摻雜類型為ρ型。凹陷在半導體襯底300內 且介于源區305與漏區306之間設有U形溝道區30,當該U形溝道的半浮柵存儲器開啟時， 電流會通過U形溝道區30在源區305和漏區306之間流動。
[0027] 在U形溝道區30的一側且位于漏區306之上形成有一個堅直結構的堅直二極管 31。覆蓋U形溝道區30并延伸至與之相鄰的堅直二極管31的一側之上形成的第一層絕緣 薄膜301，第一層絕緣薄膜301可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高介電常數的絕緣材料中 的任意一種或幾種，高介電常數的絕緣材料包括但不局限于為氧化鉿。在第一層絕緣薄膜 301之上形成有一個作為電荷存儲節點的具有第一種摻雜類型的浮柵302,浮柵302在靠近 源區305的一側的頂部形成有一個缺口 32 (示意的虛線框范圍）。缺口 32的底部與源區 305、漏區306的上表面處于同一平面上。浮柵302為多晶硅、鎢或者氮化鈦中的任意一種。 浮柵302在漏區306的一側超出第一層絕緣薄膜301，形成一個浮柵開口 310,浮柵開口 310 位于堅直二極管31的陽極/陰極313的上表面和靠近浮柵302 -側的側表面上。浮柵302 通過浮柵開口 310與具有相同摻雜極性的堅直二極管31的陽極/陰極313相連，并且漏區 306與具有相同摻雜極性的堅直二極管31的陰極/陽極311相連。當第一種摻雜類型為p 型摻雜、第二種摻雜類型為η型摻雜時，堅直二極管31的陽極與浮柵302相連接、陰極與漏 區306相連接；當第一種摻雜類型為η型摻雜、第二種摻雜類型為ρ型摻雜時，堅直二極管 31的陰極與浮柵302相連接、陽極與漏區306相連接。堅直二極管31的陽極/陰極313部 分可以通過浮柵302中的摻雜雜質擴散形成，而堅直二極管31的陰極/陽極311部分可以 通過漏區306中的摻雜雜質擴散形成，區域312位于堅直二極管31的陽極/陰極313和陰 極/陽極311之間，具有相對較低的摻雜雜質濃度，使得堅直二極管31為一個堅直p-i-n 二極管。可選的，通過控制浮柵302與漏區306之間的距離，可以使得浮柵302的擴散區與 漏區306的擴散區相連接，從而使得堅直二極管31為堅直p-n結二極管。
[0028] 覆蓋并包圍浮柵302和堅直二極管31形成有第二層絕緣薄膜303,第二層絕緣薄 膜303可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者高介電常數的絕緣材料中的任意一種或幾種， 高介電常數的絕緣材料包括但不局限于為氧化鉿。在第二層絕緣薄膜303之上、覆蓋并包 圍浮柵302和堅直二極管31形成的控制柵304,靠近源區305 -側的控制柵304的部分形 成于浮柵302的缺口 32內。控制柵304、第二層絕緣薄膜303和堅直二極管31會形成一個 以控制柵304為柵極的堅直柵控二極管。控制柵304可以為多晶硅柵或者金屬柵中的任意 一種。
[0029] 實施例2
[0030] 本實施例的U形溝道的半浮柵存儲器的結構與實施例1相似，不同之處在于，浮柵 開口 310僅位于堅直二極管31的陽極/陰極313靠近浮柵302 -側的側表面上，如圖3所 示，這樣可以降低浮柵302的高度，從而降低浮柵302與漏區306之間的臺階高度，提高控 制柵304的形成質量。
[0031] 實施例3
[0032] 本實用新型的U形溝道的辦半浮柵存儲器可以通過很多方法制造，以下所敘述的 是制造本實用新型的U形溝道的半浮柵存儲器的工藝流程之一。
[0033] 首先，如圖4所示，在具有第一種摻雜類型的半導體襯底300內形成淺溝槽隔離結 構(該結構為業界所熟知的結構，圖中未示出），半導體襯底300比如為硅襯底。接著在半導 體襯底300的表面氧化生長一層氧化硅薄膜601，并在氧化硅薄膜601之上繼續生長一層氮 化硅薄膜602,然后通過光刻工藝定義出U形凹槽的位置，并以光刻膠為掩膜刻蝕氮化硅薄 膜602和氧化硅薄膜601，停止在半導體襯底300的表面，剝除光刻膠后，以氮化硅薄膜602 為掩膜對半導體襯底300進行刻蝕，在半導體襯底300內形成一個U形凹槽。
[0034] 接下來，在所形成的U形凹槽的內表面生長第一層絕緣薄膜301，第一層絕緣薄膜 301可以為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、具有高介電常數的絕緣材料中的任意一種或幾種。 接著，覆蓋所形成的結構淀積具有第一種摻雜類型的第一層多晶硅，所淀積的第一層多晶 硅應填滿所形成的U形凹槽。然后，對所形成的第一層多晶硅32進行回刻，刻蝕后剩余的 第一層多晶硅3002的頂部應位于氧化硅薄膜601之下，然后刻蝕掉暴露出來的第一層絕緣 薄膜301，如圖5所示。
[0035] 接下來，刻蝕掉氮化硅薄膜602和氧化硅薄膜601，接著在所形成結構的表面繼續 淀積具有第一種摻雜類型的第二層多晶硅，第二層多晶硅薄膜與剩余的第一層多晶硅薄膜 3002形成多晶硅層。之后在第二層多晶硅之上淀積一層光刻膠603并通過光刻工藝定義 出浮柵的位置，然后以光刻膠603為掩膜對多晶硅薄層進行刻蝕，然后刻蝕掉暴露出的第 一層絕緣薄膜301。刻蝕后剩余的多晶硅層形成浮柵302,此時浮柵302在靠近源區305的 一側會形成一個缺口 32,缺口 32的深度由對多晶硅層進行刻蝕的條件控制，而且在對多晶 硅層的刻蝕過程中，由于半導體襯底300為硅襯底，因此半導體襯底300也會被部分刻蝕， 如圖6所示。可選的，在淀積光刻膠603之前，可以先對第二層多晶硅薄膜進行刻蝕直至露 出半導體襯底300的表面，然后再進行光刻工藝和浮柵的刻蝕工藝，所形成的結構如圖7所 示，該工藝可以用于形成如圖3所示的實施例2的U形溝道的半浮柵存儲器。
[0036] 接下來，剝除光刻膠603,之后覆蓋所形成結構的表面形成第二層絕緣薄膜303， 第二層絕緣薄膜303可以為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、具有高介電常數的絕緣材料中的 任意一種或幾種。接著覆蓋第二層絕緣薄膜303淀積形成第一層導電薄膜，該第一層導電 薄膜比如為摻雜的多晶硅，然后對第一層導電薄膜進行刻蝕，刻蝕后剩余的第一層導電薄 膜形成控制柵304,控制柵304形成于缺口 32內并且應覆蓋并包圍浮柵302。然后沿著控 制柵304的邊墻刻蝕掉暴露出的第一層絕緣薄膜301，如圖8所示。
[0037] 接下來，進行第二種摻雜類型的離子注入，在半導體襯底300內形成源區305和漏 區306,最后進行高溫退火，此時漏區306中的摻雜雜質和浮柵302中的摻雜雜質會分別進 行擴散從而形成浮柵擴散區311 (堅直二極管的陽極/陰極)和漏區擴散區313 (堅直二極 管的陰極/陽極)，如圖9所示。
[0038] 本實用新型尚有多種實施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術 方案，均落在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種U形溝道的半浮柵存儲器，包括： 設有U形溝道區的第一種摻雜類型的半導體襯底； 在所述半導體襯底內設有第二種摻雜類型的源區和漏區，該源區和漏區凹陷在所述半 導體襯底內，所述U形溝道區設于所述源區與漏區之間； 在所述U形溝道區之上設有第一層絕緣薄膜，該第一層絕緣薄膜之上設有第一種摻雜 類型的浮柵，該浮柵在靠近所述源區的一側設有缺口； 在所述漏區之上設有堅直二極管，該堅直二極管的陽極/陰極與所述浮柵相連接，陰 極/陽極與所述漏區相連接； 其特征在于：所述缺口的底部表面與所述源區和漏區的上表面處于同一平面上，所述 缺口內設有控制柵，該控制柵延伸至漏區之上并覆蓋所述堅直二極管； 所述控制柵與浮柵、堅直二極管和漏區之間設有第二層絕緣薄膜，所述控制柵、第二層 絕緣薄膜和堅直二極管組成一個以控制柵為柵極的堅直柵控二極管。
2. 根據權利要求1所述的U形溝道的半浮柵存儲器，其特征在于：所述堅直二極管為 堅直p-n結二極管或者堅直p-i-n二極管中的任意一種。
3. 根據權利要求1所述的U形溝道的半浮柵存儲器，其特征在于：所述浮柵為多晶硅、 鎢或者氮化鈦中的任意一種。
4. 根據權利要求1所述的U形溝道的半浮柵存儲器，其特征在于：所述控制柵為多晶 娃柵或者金屬柵中的任意一種。
5. 根據權利要求1所述的U形溝道的半浮柵存儲器，其特征在于：所述第一層絕緣薄 膜、第二層絕緣薄膜分別為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鉿中的任意一種或幾種。
6. 根據權利要求1所述的U形溝道的半浮柵存儲器，其特征在于：所述第一種摻雜類 型為P型摻雜、第二種摻雜類型為η型摻雜，所述堅直二極管的陽極與浮柵相連接、陰極與 漏區相連接。
7. 根據權利要求1所述的U形溝道的半浮柵存儲器，其特征在于：所述第一種摻雜類 型為η型摻雜、第二種摻雜類型為ρ型摻雜，所述堅直二極管的陰極與浮柵相連接、陽極與 漏區相連接。
【文檔編號】H01L27/115GK203910798SQ201420155245
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】劉偉, 劉磊, 王鵬飛 申請人:蘇州東微半導體有限公司