具有侧栅叠层的SONOS存储器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种硅－氧化物－氮化物－氧化物－硅（ＳＯＮＯＳ）存储器件及其制造方法。该ＳＯＮＯＳ存储器件包括半导体衬底、淀积在半导体衬底上的绝缘层、形成在绝缘层的预定区域并且被分为源区、漏区和沟道区的有源层、形成在沟道区一侧的第一侧栅叠层和形成在第一侧栅叠层相对侧的第二侧栅叠层。由于在每个ＳＯＮＯＳ存储器件中至少存储两位数据，因此相对于包含在ＳＯＮＯＳ存储器件中的存储节点的布局，与常规的ＳＯＮＯＳ存储器件相比，可以将半导体存储器件的集成密度提高１．５－２倍。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体存储器件及其制造方法，更具体地说，涉及具有增强的集成密度而不增加半导体存储器件面积的硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存储器件及其制造方法。
技术介绍
半导体存储器件的数据存储容量与每单位面积的存储单元数即集成密度成比例。通常，每个存储单元由一个晶体管和一个电容器构成。因此，通过缩小晶体管和电容器的尺寸可以增加半导体存储器件的集成密度。由于早期低集成密度的半导体存储器件具有足够的容限用于光刻工艺，因此缩小晶体管和电容器的尺寸在某种程度上具有积极效果。半导体存储器件的集成密度与半导体制造工艺中遵循的设计规则紧密相关。为了增加半导体存储器件的集成密度，应严格遵循设计规则。严格遵循的设计规则意味着用于光刻工艺的容限减小，这就要求光刻工艺的精度。在大多情况下，在半导体制造工艺中，用于光刻工艺的容限减小导致成品率的下降。因此需要发展用于增强半导体存储器件的集成密度同时防止成品率下降的新方法。作为努力增强集成密度的一部分，已经提出了新的半导体存储器件，这种器件与常规的存储单元结构不同，并且具有与晶体管上的常规电容器例如GMR或者TMR不同的数据存储介质。硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存储器件是一种新提出的半导体存储器件。图1是常规SONOS存储器件的截面图。参考图1，常规的SONOS存储器件包括p型半导体衬底10和放置在该p型半导体衬底10的预定区域上的栅叠层11。源区12和漏区14形成在p型半导体衬底10中栅叠层11的侧面处，向其注入n型导电杂质。源区12和漏区14在栅叠层11的下面延伸。在栅叠层11的下面，沟道区16形成在源区12和漏区14之间。栅叠层11包括形成在包括p型半导体衬底10的沟道区16在内的预定区域上的存储节点24和形成在该存储节点24上的栅导电层26，即控制栅。该存储节点24包括形成在包括p型半导体衬底10的沟道区16在内的预定区域上的隧道氧化物层18、形成在隧道氧化物层18上的氮化物层20和形成在该氮化物层20上的阻挡氧化物层22。该氮化物层20用于俘获隧穿进入隧道氧化物层18内的电子，并在其内具有俘获位置。参考标记28指的是俘获在氮化物层20中的电子。阻挡氧化物层22用来防止俘获在氮化物层20中的电子移动到栅导电层26。由于常规的SONOS存储器件仅具有一个阈值电压，因此仅能够存储一个数据。因此，为了存储更多的数据，需要与数据数量成比例的更多的SONOS存储器件，即应增加半导体存储器件的集成密度。为了增加半导体存储器件的集成密度，需要减小图1所示的存储器件的尺寸。这样，应将严格遵循的设计规则用于光刻工艺中。然而，由于曝光工艺的限制，例如分辨率的限制，因此这是一项艰难的任务。因此，与常规存储单元相比，常规的SONOS存储器件的集成密度能够被增强，但是由于曝光工艺的限制，增强集成密度的程度有限。
技术实现思路
本专利技术提供一种硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存储器件，它使高密度存储成为可能，同时增加了半导体存储器件的集成密度，而不需要按比例缩小尺寸。本专利技术提供一种SONOS存储器件的制造方法。根据本专利技术的技术方案，提供一种硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存储器件，包括半导体衬底、绝缘层、有源层、第一侧栅叠层和第二侧栅叠层。该绝缘层淀积在半导体衬底上。有源层形成在绝缘层的预定区上，并被分为源区、漏区和沟道区。第一侧栅叠层形成在沟道区的一侧。第二侧栅叠层形成在与第一侧栅叠层相对的一侧。导电层是介质硅层或者具有碳纳米管结构。第一和第二侧栅叠层彼此对称或者不对称地形成。第一侧栅叠层包括依次层叠在沟道区第一侧的第一存储节点和第一侧栅导电层，第二侧栅叠层包括第二存储节点和第二侧栅导电层，第二存储节点和第二侧栅导电层依次层叠在与沟道区的第一侧相对的第二侧。第一和第二存储节点在沟道区的顶表面上延伸并且彼此连接。第一存储节点包括依次层叠在沟道区第一侧的第一隧道氧化物层、第一俘获层和第一阻挡氧化物层，第二存储节点包括依次层叠在沟道区第二侧的第二隧道氧化物层、第二俘获层和第二阻挡氧化物层。第一和第二隧道氧化物层的厚度彼此相等，并且第一和第二阻挡氧化物层的厚度彼此相等。第一和第二阻挡氧化物层的厚度分别比第一和第二隧道氧化物层的厚度大。当第一和第二侧栅叠层彼此不对称时，第一隧道氧化物层的厚度等于第一阻挡氧化物层的厚度，第二隧道氧化物层的厚度等于第二阻挡氧化物层的厚度，但第二隧道氧化物层和第二阻挡氧化物层的厚度分别比第一隧道氧化物层和第一阻挡氧化物层的厚度大。第一隧道氧化物层的厚度等于第二隧道氧化物层的厚度，第二阻挡氧化物层的厚度比第一阻挡氧化物层的厚度大。第一俘获层的厚度比第二俘获层的厚度小。第一隧道氧化物层和第二阻挡氧化物层中至少一个层的厚度比第一隧道氧化物层的厚度大。第一俘获层的厚度等于第二俘获层的厚度，第二隧道氧化物层和第二阻挡氧化物层中至少一层的厚度比第一隧道氧化物层的厚度大。根据本专利技术的另一个技术方案，提供一种硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存储器件的制造方法。该方法包括在半导体衬底上形成绝缘层的第一步；在绝缘层上形成导电层并将其分为源区、漏区和沟道区的第二步；在沟道区的整个表面上形成存储节点的第三步；在存储节点的整个表面上形成第一栅导电层的第四步；和除去在存储节点的顶表面上形成的第一栅导电层的第五步。通过在沟道区的整个表面上依次层叠隧道氧化物层、俘获层和阻挡氧化物层形成存储节点。隧道氧化物层的厚度等于阻挡氧化物层的厚度。阻挡氧化物层的厚度比隧道氧化物层的厚度大。在第五步，除去沟道区顶表面上的存储节点。在除去形成在存储节点顶表面上的第一栅导电层之后，在存储节点的暴露顶表面上形成第二栅导电层。通过在沟道区的整个表面上依次层叠第一和第二隧道氧化物层形成隧道氧化物层，并且在第一隧道氧化物层的一侧和与第一隧道氧化物层的该侧相邻的第一隧道氧化物层的顶表面上形成第二隧道氧化物层。通过在隧道氧化物层的整个表面上依次层叠第一和第二俘获层形成俘获层，并且在隧道氧化物层的一侧和与隧道氧化物层的该侧相邻的隧道氧化物层的顶表面上形成第二俘获层。通过在第一和第二隧道氧化物层的整个表面上依次层叠第一和第二俘获层形成俘获层，并且在与第二隧道氧化物层相对的第一俘获层上形成第二俘获层。通过在隧道氧化物层的整个表面上依次层叠第一和第二阻挡氧化物层形成阻挡氧化物层，并且在俘获层的一侧和与俘获层的该侧相邻的俘获层的顶表面上形成第二阻挡氧化物层。通过在第一和第二俘获层的整个表面上依次层叠第一和第二阻挡氧化物层形成阻挡氧化物层，并且在与第二俘获层相对的第一阻挡氧化物层上形成第二阻挡氧化物层。如上所述，由于在每个SONOS存储器件中至少可以存储两个数据，因此关于包含在SONOS存储器件中的存储节点的形状，与常规的SONOS存储器件相比，可以将半导体存储器件的集成密度提高1.5-2倍。附图说明通过参考附图详细描述例举的实施例，本专利技术的上述和其它方面及优点将更加显而易见，其中图1是常规的SONOS存储器件的截面图；图2是根据本专利技术第一实施例包括侧栅叠层的SONOS存储器件的截面图；图3是根据本专利技术第二实施例包括侧栅叠层的SONOS存储器件的截面图；图4和5是表示根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＳＯＮＯＳ存储器件，包括：半导体衬底；形成在半导体衬底上的绝缘层；形成在绝缘层的预定区域上的有源层，并且该有源层被分为源区、漏区和沟道区；形成在沟道区一侧的第一侧栅叠层；和形成在第一侧栅叠层相对侧 的第二侧栅叠层。

【技术特征摘要】
KR 2003-1-9 1311/031.一种SONOS存储器件，包括半导体衬底；形成在半导体衬底上的绝缘层；形成在绝缘层的预定区域上的有源层，并且该有源层被分为源区、漏区和沟道区；形成在沟道区一侧的第一侧栅叠层；和形成在第一侧栅叠层相对侧的第二侧栅叠层。2.根据权利要求1所述的SONOS存储器件，其中有源层是半导体硅层。3.根据权利要求1所述的SONOS存储器件，其中有源层具有碳纳米管结构。4.根据权利要求1所述的SONOS存储器件，其中第一和第二侧栅叠层彼此对称地形成。5.根据权利要求1所述的SONOS存储器件，其中第一和第二侧栅叠层彼此不对称地形成。6.根据权利要求4所述的SONOS存储器件，其中第一侧栅叠层包括依次层叠在沟道区第一侧的第一存储节点和第一侧栅导电层，第二侧栅叠层包括第二存储节点和第二侧栅导电层，第二存储节点和第二侧栅导电层依次层叠在与沟道区的第一侧相对的第二侧。7.根据权利要求6所述的SONOS存储器件，其中第一和第二存储节点在沟道区的顶表面上延伸并且彼此连接。8.根据权利要求6所述的SONOS存储器件，其中第一存储节点包括依次层叠在沟道区第一侧的第一隧道氧化物层、第一俘获层和第一阻挡氧化物层，第二存储节点包括依次层叠在沟道区第二侧的第二隧道氧化物层、第二俘获层和第二阻挡氧化物层。9.根据权利要求7所述的SONOS存储器件，其中第一存储节点包括依次层叠在沟道区第一侧的第一隧道氧化物层、第一俘获层和第一阻挡氧化物层，第二存储节点包括依次层叠在沟道区第二侧的第二隧道氧化物层、第二俘获层和第二阻挡氧化物层。10.根据权利要求8所述的SONOS存储器件，其中第一和第二隧道氧化物层的厚度彼此相等。11.根据权利要求10所述的SONOS存储器件，其中第一和第二阻挡氧化物层的厚度彼此相等。12.根据权利要求11所述的SONOS存储器件，其中第一和第二阻挡氧化物层的厚度分别比第一和第二隧道氧化物层的厚度大。13.根据权利要求5所述的SONOS存储器件，其中第一侧栅叠层包括依次层叠在沟道区第一侧的第一存储节点和第一侧栅导电层，第二侧栅叠层包括依次层叠在沟道区的与第一侧相对的第二侧的第二存储节点和第二侧栅导电层。14.根据权利要求13所述的SONOS存储器件，其中第一和第二存储节点在沟道区的顶表面上延伸，并且彼此连接。15.根据权利要求13所述的SONOS存储器件，其中第一存储节点包括依次层叠在沟道区第一侧的第一隧道氧化物层、第一俘获层和第一阻挡氧化物层，第二存储节点包括依次层叠在沟道区第二侧的第二隧道氧化物层、第二俘获层和第二阻挡氧化物层。16.根据权利要求14所述的SONOS存储器件，其中第一存储节点包括依次层叠在沟道区第一侧的第一隧道氧化物层、第一俘获层和第一阻挡氧化物层，第二存储节点包括依次层叠在沟道区第二侧的第二隧道氧化物层、第二俘获层和第二阻挡氧化物层。17.根据权利要求15所述的SONOS存储器件，其中第一隧道氧化物层的厚度等于第一阻挡氧化物层的厚度。18.根据权利要求17所述的SONOS存储器件，其中第二隧道氧化物层的厚度等于第二阻挡氧化物层的厚度。19.根据权利要求18所述的SONOS存储器件，其中第二隧道氧化物层和第二阻挡氧化物层的厚度分别比第一隧道氧化物层和第一阻挡氧化物层...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳远壹，李兆远，尹世煜，金桢雨，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]