具有不同密度的纳米晶体的不同非易失性存储器的半导体器件及方法技术

本发明专利技术涉及具有不同密度的纳米晶体的不同非易失性存储器的半导体器件及方法。一种用于形成半导体器件（102、104、106）的方法包括：在具有第一区域（104）和第二区域（102）的衬底（52）的表面之上形成第一多个纳米晶体（53），其中所述第一多个纳米晶体在所述第一区域和所述第二区域中形成并且具有第一密度；以及在形成所述第一多个纳米晶体之后，在所述第二区域中而不在所述第一区域中的所述衬底的所述表面之上形成第二多个纳米晶体（63），其中在所述第二区域中所述第一多个纳米晶体连同所述第二多个纳米晶体导致了第二密度，其中所述第二密度大于所述第一密度。

【技术实现步骤摘要】
具有不同密度的纳米晶体的不同非易失性存储器的半导体器件及方法
本公开总体涉及半导体处理，更具体地说，涉及用于形成具有纳米晶体的半导体器件的方法。
技术介绍
非易失性数据存储装置通常用于集成电路。在用于非易失性数据存储装置的一种类型的半导体器件结构中，纳米晶体被用于存储电荷。纳米晶体的电荷捕获能力受纳米晶体的密度、大小以及分布的影响。较小的纳米晶体可以更加紧密地在一起形成以增加密度。然而，紧密的间隔引起纳米晶体对泄露和物理接触的相邻纳米晶体更敏感，这可能降低性能。此外，和较大的纳米晶体相比较，较小的纳米晶体具有降低的电荷容量。和较小的纳米晶体相比较，较大的纳米晶体通常进一步彼此间隔开，使得其对泄露较不敏感。然而，较大的间隔导致在操作期间可能捕获额外的电子的位于纳米晶体之间的氧化物的较大的区域。这可能导致降低的存储器件的循环持续时间。附图说明本专利技术通过举例的方式说明并没有被附图所限制，在附图中类似的参考符号表示类似的元件。附图中的元件是为了简便以及清晰而示出的，并不一定按比例绘制。图1根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个阶段的半导体器件。图2根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图1中的半导体器件。图3根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图2中的半导体器件。图4根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图3中的半导体器件。图5根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图4中的半导体器件。图6根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图5中的半导体器件。图7根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图6中的半导体器件。图8根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图7中的半导体器件。图9根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图8中的半导体器件。图10根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个阶段的半导体器件。图11根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图10中的半导体器件。图12根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图11中的半导体器件。图13根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图12中的半导体器件。图14根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图13中的半导体器件。图15根据本专利技术的一个实施例，示出了在处理的一个随后阶段的图14中的半导体器件。图16是根据另一个实施例、在处理的一个阶段的半导体器件的顶视图；图17是在处理的随后阶段的图16中的半导体器件的顶视图；图18是在处理的一个随后阶段的图17中的半导体器件的顶视图；以及图19是在处理的一个随后阶段的图18中的半导体器件的顶视图。具体实施方式一方面，半导体器件被制作成产生一个在其中电荷存储层具有纳米晶体的第一密度的存储器以及另一个在其中电荷存储层具有纳米晶体的不同于第一密度的第二密度的存储器。图1示出了在半导体衬底12的表面之上的第一绝缘层14形成之后的半导体器件10和在第一绝缘层14之上的半导体层16。半导体衬底12可以是任何半导体材料或材料的组合，例如砷化镓、硅锗、绝缘体上硅（SOI）、硅、单晶硅等等，以及上述材料的组合。第一绝缘层14例如通过生长或沉积在衬底12之上形成，并且半导体层16例如通过使用化学气相沉积（CVD）在绝缘层14之上淀积。半导体层16可以是连续的或分离的膜。在一个实施例中，第一绝缘层14包括氧化物并且还可被称为第一电介质层或底部电介质层。在一个实施例中，半导体层16包括半导体材料，例如硅（例如，非晶硅）、锗等等。或者，半导体层16可能包括一种金属。图2示出了在处理中的一个随后阶段的半导体器件10，在所述阶段中退火18被执行。半导体层16被退火以形成第一多个纳米晶体26（正如在图3中所示出的）。在一个实施例中，退火在大约600到950摄氏度的范围的温度执行。在一个实施例中，退火在大约750摄氏度的温度执行。正如图3所示出的，由于退火18，第一多个纳米晶体26，包括纳米晶体20-24，在第一绝缘层14之上被形成。在一个实施例中，第一多个纳米晶体26具有在大约50-150埃范围内的平均直径。注意，在另选实施例中，在退火（例如，退火18）之前的是半导体材料（例如，半导体层16的CVD）的淀积的步骤可以重复预定的迭代次数以形成所述第一多个纳米晶体26。例如，在一个实施例中，在图2中的退火18之后，为了增加第一多个纳米晶体26的密度和/或大小，半导体材料的另一层可以在所述多个纳米晶体之上被沉积（例如通过CVD）并且执行另一次退火。在另一个另选实施例中，其它方法可用于形成第一多个纳米晶体26。例如，在一个实施例中，预先形成的纳米晶体可在第一绝缘层14之上被淀积。在另一个实施例中，半导体材料可以被注入到第一绝缘层14中并且随后被退火以形成第一多个纳米晶体26。在这个实施例中，纳米晶体20-24可被绝缘材料环绕。此外，随后的退火可以在处理中稍后被执行，例如当器件的源极和漏极区域被退火的时候。图4示出了在第一多个纳米晶体26（在纳米晶体20-24之上）之上的第二绝缘层28形成之后的半导体器件10。正如在图4中所示出的，在第一多个纳米晶体26的形成被完成之后，第二绝缘层28可以在第一多个纳米晶体26之上例如通过沉积形成。在一个实施例中，第二绝缘层28包括氧化物并且可以被称为顶部电介质层。图5示出了在处理的一个随后阶段的半导体器件10，在该阶段中，向第二绝缘层28中进行注入30。在一个实施例中，用于注入30的注入材料可能包括半导体材料，例如硅、锗等等，或者可以包括金属。在一个实施例中，注入30是浅注入，所述浅注入通过注入能量的控制集中在第二绝缘层28中并且所述浅注入不延伸到衬底12中。图6示出了在处理的一个随后阶段的半导体器件10，在该阶段中退火32被执行。因此，正如在图7中所示出的，在注入30被执行之后，所述注入材料被退火以形成第二多个纳米晶体。例如，退火导致注入材料结晶以形成由注入材料形成的纳米晶体。因此，正如在图7中所示出的，第二多个纳米晶体34被形成，包括纳米晶体35-38。纳米晶体35-38在位于纳米晶体20-23之间的绝缘材料的区域中被形成。注意纳米晶体35-38可以在第二绝缘层28中的各种不同深度处形成，这可以通过注入条件（例如能量）来控制。在一个实施例中，第二多个纳米晶体34具有在大约30到70埃的范围内的平均直径。在一个实施例中，第二多个纳米晶体34的平均直径小于第一多个纳米晶体26的平均直径。此外，在一个实施例中，第一和第二多个纳米晶体共同提供大于约每平方厘米（cm2）1e12个纳米晶体的纳米晶体密度。图8示出了在第二绝缘层28之上的半导体栅极层40形成之后的半导体器件10。在一个实施例中，半导体栅极层40是多晶硅层。图9示出了在图案化半导体栅极层40以形成栅极堆叠之后以及在侧壁间隔物42和源极/漏极区域44、46形成之后的半导体器件10。半导体栅极层40被图案化以形成栅极堆叠，其中栅极堆叠包括第一绝缘层14的一部分、在第一绝缘层14的所述部分之上的第一多个纳米晶体26的一部分（包括，例如，纳米晶体21和22）、在第一绝缘层14的所述部分之上的第二多个纳米晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成半导体器件的方法，包括：在具有第一区域和第二区域的衬底的表面之上形成第一多个纳米晶体，其中所述第一多个纳米晶体在所述第一区域和所述第二区域中形成并且具有第一密度；以及在形成所述第一多个纳米晶体之后，在所述第二区域中而不在所述第一区域中在衬底的表面之上形成第二多个纳米晶体，其中在所述第二区域中所述第一多个纳米晶体连同所述第二多个纳米晶体产生第二密度，其中所述第二密度大于所述第一密度。

【技术特征摘要】
2012.01.31 US 13/362,6971.一种用于形成半导体器件的方法，包括：在具有第一区域和第二区域的衬底的表面之上形成第一多个纳米晶体，其中所述第一多个纳米晶体在所述第一区域和所述第二区域中形成并且具有第一密度；以及在形成所述第一多个纳米晶体之后，在所述第二区域中而不在所述第一区域中在衬底的表面之上形成第二多个纳米晶体，其中在所述第二区域中所述第一多个纳米晶体连同所述第二多个纳米晶体产生第二密度，其中所述第二密度大于所述第一密度。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述第一区域中形成第一存储器晶体管，其中所述第一存储器晶体管包括第一电荷存储层，其中所述第一电荷存储层包括所述第一多个纳米晶体的第一部分；以及在所述第二区域中形成第二存储器晶体管，其中所述第二存储器晶体管包括第二电荷存储层，其中所述第二电荷存储层包括所述第一多个纳米晶体的第二部分和所述第二多个纳米晶体的一部分，其中所述第二电荷存储层的纳米晶体密度大于所述第一电荷存储层的纳米晶体密度。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一电荷存储层的纳米晶体密度对应于在所述第一区域中的存储器晶体管的最大的纳米晶体密度，并且所述第二电荷存储层的纳米晶体密度对应于在所述第二区域中的存储器晶体管的最小的纳米晶体密度。4.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第二多个纳米晶体的步骤包括：在所述第一区域和所述第二区域中在衬底之上形成绝缘层；向所述绝缘层中注入材料，其中所述注入在所述第二区域中而不在所述第一区域中执行；以及对所述材料退火以在所述绝缘层中形成所述第二多个纳米晶体。5.根据权利要求4所述的方法，其中形成所述绝缘层的步骤被执行为使得所述绝缘层在所述第一多个纳米晶体之上形成。6.根据权利要求4所述的方法，其中形成所述第一多个纳米晶体包括在注入所述材料的步骤之前在所述绝缘层上形成所述第一多个纳米晶体。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一多个纳米晶体的平均直径大于所述第二多个纳米晶体的平均直径。8.根据权利要求1所述的方法，其中在形成所述第二多个纳米晶体的步骤之前，所述方法还包括：从所述衬底的第三区域移除所述第一多个纳米晶体的一部分，其中形成所述第二多个纳米晶体的步骤被执行为使得所述第二多个纳米晶体不在所述第三区域中形成；以及在所述第三区域中形成逻辑晶体管。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：在形成所述第二多个纳米晶体的步骤之后，从所述衬底的第三区域移除所述第一多个纳米晶体和第二多个纳米晶体中的每一个的一部分；以及在所述第三区域中形成逻辑晶体管。10.一种用于形成半导体器件的方法，包括：在具有第一区域和第二区域的衬底的表面之上形成第一多个纳米晶体，其中所述第一多个纳米晶体在所述第一区域和所述第二区域中形成；在形成所述第一多个纳米晶体之后，在所述第二区域中而不在所述第一区域中在衬底的表面之上形成第二多个纳米晶体；在所述第一区域中形成第一存储器晶体管，其中所述第一存储器晶体管包括第一电荷存储层，其中所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜盛泽，G·L·辛达洛里，B·A·温斯蒂亚德，J·A·耶特，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：