用于单栅极非易失性存储器的结构及方法技术

一种NVM器件包括具有第一区和第二区的半导体衬底。NVM器件包括形成在第一区内并被设计成可通过操作保留电荷的数据存储部件。NVM器件包括形成在第二区内并与数据存储结构耦合以用于数据操作的电容器。数据存储结构包括位于半导体衬底中的第一类型的第一掺杂阱。数据存储结构包括位于第一掺杂阱上的第一栅极介电部件。数据存储结构包括第一栅电极，被设置在第一栅极介电部件上并被配置为是浮置的。电容器包括第一类型的第二掺杂阱。电容器包括位于第二掺杂阱上的第二栅极介电部件。电容器还包括被设置在第二栅极介电部件上并与第一栅电极连接的第二栅电极。本发明专利技术还公开了用于单栅极非易失性存储器的结构及方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，更具体地，涉及用于具有电容器阱掺杂设计的单栅极非易失性存储器的结构及方法。
技术介绍
在深亚微米集成电路技术中，非易失性存储器器件由于具有各种优点已逐渐成为普及的存储单元。特别是，当关掉电源时，保存在非易失性存储器器件中的数据不会丢失。非易失性存储器器件的一个具体实例包括单浮置栅极以保留与所保存数据相关的电荷。当实施互补金属氧化物半导体场效应晶体管(CM0SFET)技术时，单浮置栅极NVM设计成包括位于P型阱中的场效应晶体管和位于n型阱中的电容器。然而，电容器具有低耦合效率，且占用了较大的电路面积，从而导致了大的存储器元件尺寸和低的元件-密度。因此，为了解决上述问题需要一种单栅极非易失性存储器器件结构及其制造方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种非易失性存储器(NVM)器件，包括半导体衬底，具有第一区和第二区，所述第二区接近所述第一区；数据存储结构，形成在所述第一区内并被设计成可通过操作保留电荷，其中所述数据存储结构包括具有第一类型掺杂剂的第一掺杂阱，被设置在所述半导体衬底中，第一栅极介电部件，被设置在所述第一掺杂阱上，以及第一栅电极，被设置在所述第一栅极介电部件上并被配置成是浮置的；以及电容器，形成在所述第二区内，并与所述数据存储结构耦合以用于数据操作，其中，所述电容器包括具有第一类型掺杂剂的第二掺杂阱，被设置在所述半导体衬底中，第二栅极介电部件，被设置在所述第二掺杂阱上，以及第二栅电极，被设置在所述第二栅极介电部件上并连接至所述第一栅电极。在一可选实施例中，所述第一掺杂阱与所述第二掺杂阱通过隔离部件隔离。在一可选实施例中，所述隔离部件包括介电部件，所述介电部件形成在所述半导体衬底中并介于所述第一掺杂阱和所述第二掺杂阱之间。在一可选实施例中，所述隔离部件包括具有与所述第一类型掺杂剂相反的第二类型掺杂剂的掺杂部件，其中，所述掺杂部件形成在所述半导体衬底中，并介于所述第一掺杂阱和所述第二掺杂阱之间。在一可选实施例中，NVM 器件进一步包括具有与所述第一类型掺杂剂相反的第二类型掺杂剂的第三掺杂阱，其中，所述第三掺杂阱被设置在所述第二区内的所述半导体衬底中，并位于所述第二掺杂阱的下面。在一可选实施例中，所述第三掺杂阱在所述第一掺杂阱和所述第二掺杂阱之间延伸，并将所述第一掺杂阱与所述第二掺杂阱分开。在一可选实施例中，NVM器件进一步包括重掺杂部件，所述重掺杂部件接触所述第二掺杂阱并被设计成作为拾取器电极以用于电压偏置。在一可选实施例中，所述数据存储结构进一步包括具有与所述第一类型掺杂剂相反的第二类型掺杂剂的源极和漏极部件，其中，所述源极和漏极部件形成在所述第一掺杂阱中，并被设置在所述第一栅电极的两侧上。在一可选实施例的NVM器件中，所述第一类型掺杂剂是p型掺杂剂；所述第二类型掺杂剂是n型掺杂剂；以及所述数据存储结构包括n型场效应晶体管。 在一可选实施例的NVM器件中，所述第一类型掺杂剂是n型掺杂剂；所述第二类型掺杂剂是P型掺杂剂；以及所述数据存储结构包括P型场效应晶体管。在一可选实施例中，所述第一掺杂阱直接接触所述第一栅极介电部件；以及所述第二掺杂阱直接接触所述第二栅极介电部件。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种非易失性存储器(NVM)器件，包括半导体衬底，具有第一区和第二区，所述第二区接近所述第一区；数据存储结构，形成在所述第一区内并被设计成可通过操作保留电荷；以及电容器，形成在所述第二区内，并与所述数据存储结构耦合，其中，所述电容器包括具有第一类型掺杂剂的 第一掺杂阱，形成在所述半导体衬底中；具有与所述第一类型掺杂剂相反的第二类型掺杂剂的第二掺杂阱，形成在所述半导体衬底中，其中，所述第二掺杂阱位于所述第一掺杂阱上，并直接接触所述第一掺杂阱；第一栅极介电部件，位于所述第二掺杂阱上；以及第一栅电极，被设置在所述第一栅极介电部件上。在一可选实施例中，所述数据存储结构进一步包括具有所述第二类型掺杂剂的第三掺杂阱，其中所述第三掺杂阱形成在所述第一区内的所述半导体衬底中，并与所述第二掺杂讲隔离。在一可选实施例中，所述第一掺杂阱横向包围所述第二掺杂阱，并被配置成将所述第三掺杂阱与所述第二掺杂阱分开。在一可选实施例中，NVM器件进一步包括浅沟槽隔离(STI)部件，所述STI部件介于所述第二掺杂阱和所述第三掺杂阱之间，并被配置成隔离所述第三掺杂阱与所述第二掺杂阱。在一可选实施例中，所述数据存储结构进一步包括第二栅极介电部件，位于所述第三掺杂阱上；以及第二栅电极，被设置在所述第二栅极介电部件上。在一可选实施例中，所述数据存储结构进一步包括具有第一类型掺杂剂的源极和漏极部件，所述源极和漏极部件形成在所述第三掺杂阱中，并被设置在所述第二栅电极的两侧上。在一可选实施例中，NVM器件进一步包括掺杂部件，所述掺杂部件被设置在第二区内并接触所述第二掺杂阱。根据本专利技术的又一个方面，还提供了一种用于形成非易失性存储器(NVM)器件的方法，所述方法包括提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区和接近所述第一区的第二区；在所述第一区内形成第一掺杂阱；在所述第二区内形成第二掺杂阱，其中，所述第一掺杂阱和所述第二掺杂阱具有第一类型掺杂剂并且彼此隔离；在所述第一掺杂阱中形成数据存储结构，其中，所述数据存储结构包括第一栅叠层；以及在所述第二掺杂阱上形成第二栅叠层，从而形成电容器。在一可选实施例中，所述形成数据存储结构包括在所述第一区内形成第一栅极介电部件，在所述第一栅极介电部件上形成第一栅电极，以及形成位于所述第一区内并被设置在所述第一栅电极的两侧上的源极和漏极部件；以及，所述形成第二栅叠层包括形成第二栅极介电部件，在所述第二栅极介电部件上形成第二栅电极，以及形成在所述第二区内的所述半导体衬底中且接触所述第二掺杂阱的掺杂部件。在一可选实施例中，所述方法进一步包括形成具有第二类型掺杂剂的第三掺杂阱，以使所述第三掺杂阱位于所述第二掺杂阱下面并接触所述第二掺杂阱。在一可选实施例中，所述形成第二掺杂阱包括在形成所述第一栅叠层和所述第二栅叠层之后实施注入工艺以形成位于所述第二栅叠层下面的所述第二掺杂阱。在一可选实施例中，所述掺杂部件被配置成可通过操作对该掺杂部件进行电偏置以用于充电或放电所述电容器。 在一可选实施例中，偏置所述掺杂部件以使所述电容器在NVM器件操作期间处于增强型模式。在一可选实施例的方法中，当所述第二掺杂阱是p型阱时，对所述掺杂部件施加相对于所述第二栅电极的正电压；以及当所述第二掺杂阱是n型阱时，对所述掺杂部件施加相对于所述第二栅电极的负电压。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚讨论起见，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。图1示出了根据本专利技术的各个方面构造的具有单浮置栅极非易失性存储器(NVM)器件的半导体结构的一个实施例。图2示出了根据本专利技术的各个方面构造的具有单浮置栅极NVM器件的半导体结构的另一个实施例。图3是制造根据本专利技术的各个方面构造的具有单浮置栅极NVM器件的半导体器件的方法的流程图。图4示出了根据本专利技术的各个方面构造的具有单浮置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非易失性存储器(NVM)器件，包括：半导体衬底，具有第一区和第二区，所述第二区接近所述第一区；数据存储结构，形成在所述第一区内并被设计成可通过操作保留电荷，其中所述数据存储结构包括：具有第一类型掺杂剂的第一掺杂阱，被设置在所述半导体衬底中，第一栅极介电部件，被设置在所述第一掺杂阱上，以及第一栅电极，被设置在所述第一栅极介电部件上并被配置成是浮置的；以及电容器，形成在所述第二区内，并与所述数据存储结构耦合以用于数据操作，其中，所述电容器包括：具有第一类型掺杂剂的第二掺杂阱，被设置在所述半导体衬底中，第二栅极介电部件，被设置在所述第二掺杂阱上，以及第二栅电极，被设置在所述第二栅极介电部件上并连接至所述第一栅电极。

【技术特征摘要】
2011.10.14 US 13/273,5051.一种非易失性存储器(NVM)器件，包括 半导体衬底，具有第一区和第二区，所述第二区接近所述第一区； 数据存储结构，形成在所述第一区内并被设计成可通过操作保留电荷，其中所述数据存储结构包括 具有第一类型掺杂剂的第一掺杂阱，被设置在所述半导体衬底中， 第一栅极介电部件，被设置在所述第一掺杂阱上，以及第一栅电极，被设置在所述第一栅极介电部件上并被配置成是浮置的；以及电容器，形成在所述第二区内，并与所述数据存储结构耦合以用于数据操作，其中，所述电容器包括 具有第一类型掺杂剂的第二掺杂阱，被设置在所述半导体衬底中， 第二栅极介电部件，被设置在所述第二掺杂阱上，以及 第二栅电极，被设置在所述第二栅极介电部件上并连接至所述第一栅电极。2.根据权利要求1所述的NVM器件，其中，所述第一掺杂阱与所述第二掺杂阱通过隔离部件隔离。3.根据权利要求2所述的NVM器件，其中，所述隔离部件包括介电部件，所述介电部件形成在所述半导体衬底中井介于所述第一掺杂阱和所述第二掺杂阱之间。4.根据权利要求2所述的NVM器件，其中，所述隔离部件包括具有与所述第一类型掺杂剂相反的第二类型掺杂剂的掺杂部件，其中，所述掺杂部件形成在所述半导体衬底中，井介于所述第一掺杂阱和所述第二掺杂阱之间。5.一种非易失性存储器(NVM)器件，包括 半导体衬底，具有第一区和第二区，所述第二区接近所述第一区； 数据存储结构，形成在所述第一区内并被设计成可通过操作保留电荷；以及 电容器，形成在所述第二区内，并与所述数据存储结构耦合，其中，所述电容器包括 具有第一类型掺杂剂的第一掺杂阱，形成在所述半导体衬底中； 具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖大传，杨健国，徐英杰，陈世宪，郭良泰，柯钧耀，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：