[发明专利]具有浮动栅的非易失性存储器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非易失性存储器及其形成方法，尤其涉及一种具有浮动栅的非易失性存储器及其形成方法。

背景技术

由于应用需求的推动，非易失性存储器技术发展非常迅速。以前许多应用只需存储少量启动代码即可，而现在的应用却需要存储千兆字节(GB)的音乐和视频数据，也因此为非易失性存储器的发展带来革命性的变化。非易失性存储器起源于简单的掩膜只读存储器(ROM)，随后演变成PROM，再后来成为EPROM。而1988年英特尔公布了快速随机存取的NOR闪存。尽管EPROM技术已经有了10多年的历史，成熟度也大为完善，NOR闪存还是迅速占领了EPROM的内存接口市场。而NAND闪存比NOR技术更早，已经有20多年历史了。最初，NAND闪存的年度发货量增幅缓慢，后期则成为市场上炙手可热的产品，其在市场上取得的成功主要归功于它独特的特点。从读取和写入的角度来看，易失性存储器通常都是非常快速的，而非易失性性存储器的写入一般较为缓慢；非易失性存储器还在写入上存在着固有的局限性，在一定次数的写入操作后，存储器会达到自己的承受极限而出现故障。而理想的存储器应当具备非易失性以及与SRAM类似的存取速度，同时没有读取/写入限制，以及只消耗非常少的功率，这正是推动最新一代非易失性存储器快速发展的因素。

由于半导体器件的特征尺寸继续向纳米范围缩减，传统的浮动栅非易失性存储器(non-volatile memory简称NVM)很难保持器件性能，为了制造超越现有缩放比例极限的器件，半导体制造商们正急切地开发可替换的材料和器件结构。例如，逻辑器件设计成按比例缩小以适应可以在更低的电压下操作，而非易失性器件很难按比例缩小而且还继续在高电压下操作。

作为可替代传统浮动栅NVM器件的选择，基于纳米晶硅浮动栅的非易失性MOSFET存储器件已经被报道。纳米晶浮动栅能提供很好的器件性能，例如低功耗、快速读写，易编程和擦除以及体积小等；这样的器件已经成为下一代NVM的候选。然而，纳米晶浮动栅器件仍存在一定的局限：1、因为更薄的遂穿氧化层被用在NVM器件，而纳米晶浮动栅在遂穿氧化层对缺陷不敏感，能实现低电压和高的编程效率；然而，薄的遂穿氧化层容易充电漏泄并且降低数据的保持性，因此具有SiO₂遂穿氧化层的传统NVM器件由于编程效率和数据保持性的折中而被限制；2.另外，很难生长纳米晶硅材料和控制纳米晶点阵的形状和尺寸，这导致控制NVM器件编程和擦除特性的困难。

基于以上所述的形成纳米晶浮动栅NVM器件的存在的技术困难以及传统的纳米晶浮动栅NVM器件在编程效率和数据保持性方面的缺陷，有必要提出一种改善的纳米晶浮动栅NVM器件以及形成该浮动栅NVM器件的方法。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种具有浮动栅的非易失性存储器，通过每一个存储单元包括的高k遂穿电介质层和丘状纳米晶硅浮动栅解决现有技术的具有浮动栅的非易失性存储器在编程效率和数据保持性方面的缺陷。

为解决上述问题，本发明提供一种具有浮动栅的非易失性存储器，其包括复数个存储单元，其中，每一个存储单元包括：

一衬底，在该衬底上的一源区、一漏区和两隔离区；

一遂穿电介质层，形成于所述衬底表面；

复数个浮动栅，形成于所述遂穿电介质层上；

一栅间介质层，形成于所述浮动栅的表面；

一控制栅，形成于所述的栅间介质层上；

两侧墙，形成于所述控制栅的两侧；

其特征在于：所述的复数个浮动栅为复数个纳米晶硅丘浮动栅。

本发明的进一步改进在于：所述纳米晶硅丘浮动栅具有顶端和比顶端更宽的底部。

本发明的进一步改进在于：所述纳米晶硅丘浮动栅为四面体形状。

本发明的进一步改进在于：所述遂穿电介质层采用介电常数k大于3.9的介电材料。

本发明的进一步改进在于：所述的介电材料选自HfO₂，Al₂O₃，SiON，或SiN。

本发明的另一方面提供一种形成具有浮动栅的非易失性存储器的方法，该非易失性存储器包括复数个存储单元，其中每一个存储单元的形成步骤包括：

提供一衬底，于该衬底的两侧形成两隔离区；

于该衬底的表面形成一遂穿电介质层；

于所述遂穿电介质层的表面形成复数个纳米晶硅丘浮动栅；

于所述的纳米晶硅浮动栅的表面以及所述遂穿电介质层的表面形成一栅间介质层；

于所述电介质层的表面形成一控制栅；