[发明专利]一种三维多值非挥发存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子制造及存储器技术领域，尤其涉及一种具有三维集成特性、局域化存储电荷的三维多值非挥发存储器的制备方法。

背景技术

目前的微电子产品主要分为逻辑器件与存储器件两大类，而现今几乎所有的电子产品中都需要用到存储器件，因而存储器件在微电子领域占有非常重要的地位。存储器件一般可分为挥发性存储器与非挥发存储器。非挥发性存储器的主要特点是在不加电的情况下也能够长期保持存储的信息。它既有只读存储器(ROM)的特点，又有很高的存取速度，而且易于擦除和重写，功耗较小。随着多媒体应用、移动通信等对大容量、低功耗存储的需要，非挥发性存储器，特别是闪速存储器(Flash)，所占半导体器件的市场份额变得越来越大，也越来越成为一种相当重要的存储器类型。

传统的Flash存储器是采用多晶硅薄膜浮栅结构的硅基非挥发存储器，器件隧穿介质层(一般是氧化层)上的一个缺陷即会形成致命的放电通道。电荷俘获型存储器利用俘获层中电荷局域化存储的特性，实现分立电荷存储，隧穿介质层上的缺陷只会造成局部的电荷泄漏，这样使电荷保持更加稳定。更为重要的是，利用这种电荷局域化存储特性，可在单个器件中实现多个相对独立的物理存储点，从而实现多值存储，从根本上提高存储密度。传统的Flash存储器采用平面结构，垂直结构存储器可以有效利用侧墙表面，形成垂直沟道，增大沟道面积，从而获得更优的器件性能。

随着微电子技术的迅猛发展，半导体器件的尺寸进一步按比例缩小，除了对非挥发存储器的编程、擦除、保持性能的要求不断提高外，实现高密度存储从而获得更低的成本成为非挥发存储器发展中的重点。三维集成技术是提高存储密度的有效方法之一。专利号为US5825296的专利描述了一种三维结构只读存储器。专利号为US20080023747的专利公开了基于多叠层结构的半导体存储器件阵列的构成与制备方法。以上专利中所述存储阵列存储密度均有可进一步提高的空间。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种三维多值非挥发存储器的制备方法，以提高存储密度，获得性能优的多值存储器，并能与传统的硅平面CMOS工艺相兼容，降低成本。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种三维多值非挥发存储器的制备方法，该方法包括：

在半导体衬底上形成叠层结构；

形成沟道区域及源/漏掺杂区；

形成栅介质层及栅极区；

分别由源/漏掺杂区及栅极区引出位线及字线，形成三维多值非挥发存储器。

上述方案中，所述半导体衬底为硅片或锗硅片。

上述方案中，所述叠层结构为二氧化硅与氮化硅。

上述方案中，所述沟道区域，其采用的材料为外延生长得到的单晶硅，或淀积形成的多晶硅，或者为无定形硅淀积后退火形成的多晶硅。

上述方案中，所述源/漏掺杂区，其采用的材料为与沟道区掺杂类型相反的重掺杂多晶硅，或者为经处理后形成重掺杂单晶硅。

上述方案中，所述源/漏掺杂区，其掺杂条件相同，形成对称的源区与漏区，且沿沟道区周期分布。

上述方案中，所述栅介质层，自沟道区由里向外，依次由隧穿介质层、电荷存储层、电荷阻挡层构成；其中隧穿介质层为二氧化硅、高k材料或由多层材料堆叠而成的结构；电荷存储层采用的材料为氮化硅、高k材料或堆叠结构；电荷阻挡层采用的材料二氧化硅、金属氧化物或由多层材料堆叠而成的结构。

上述方案中，所述栅介质层位于相邻沟道区之间、堆叠结构中移除氮化硅后的位置，堆叠结构中的二氧化硅用于隔离上下栅极；所述栅极区采用的材料为多晶硅、金属、金属硅化物或由多层材料堆叠而成的结构。

上述方案中，所述位线，由源/漏区域引出并按要求连接，材料为多晶硅、金属、金属硅化物或由多层材料堆叠而成的结构。

上述方案中，所述字线，由栅极区域上引出并按要求连接，材料为多晶硅、金属、金属硅化物或由多层材料堆叠而成的结构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种三维多值非挥发存储器，综合利用了电荷俘获层中电荷局域化存储的性质和三维结构的空间特性，在单个器件中获得多个物理存储点，实现多值存储，在存储器件阵列上形成三维集成，从而根本上提高了存储密度。

2、本发明提供的这种三维多值非挥发存储器，可获得较优的编程、擦除、保持等器件性能。