[发明专利]半导体装置

说明书

相关申请的交叉引用

2016年9月21日提交的日本专利申请No.2016-183663的公开内容(包括说明书、附图和摘要)通过引用全部并入本文中。

技术领域

本发明涉及半导体装置，并且具体而言涉及包括具有使用FinFET(场效应晶体管)的分裂栅极结构的电可重写非易失性存储器单元的半导体装置。

背景技术

随着半导体装置的微型化的推进，诸如场效应晶体管(FET)的元件的结构得到发展。为了获得稳定的切换操作，已经将具有使用鳍型沟道的三维结构的绝缘栅极FET(称为FinFET)用作形成半导体装置的标准元件结构。FinFET具有有着至少一对栅极电极的相对栅极型的栅极电极结构，所述至少一对栅极电极设置为彼此相对以使得形成沟道的半导体区域(鳍区域)插入在其间，并且电压或者信号被同步供应至所述至少一对栅极电极。在例如非专利文件1中对这种FinFET进行了描述。

作为包括电可重写非易失性存储器单元的半导体装置的示例，已知其中安装了闪存存储器的微型计算机。在例如专利文件1中对包括电可重写非易失性存储器单元的半导体装置进行了描述。

[相关技术文件]

[专利文件]

[专利文件1]日本专利No.4664707

[非专利文件]

[非专利文件1]D.Hisamoto等人，“FinFET-A Self-aligned Double-gate MOSFET Scalable to 20nm”IEEE Trans.Electron Devices，Vol.47，no.12，pp.2320-2325，2000。

发明内容

作为电可重写非易失性存储器单元，已知具有使用插入在硅绝缘膜之间的氮化硅膜作为电荷存储层(电荷保持层)的分裂栅极结构的非易失性存储器单元。具有分裂栅极结构的非易失性存储器单元包括选择栅极电极、存储器栅极电极和一对半导体区域(端子)。在具有分裂栅极结构的非易失性存储器中，上面描述的一对半导体区域起漏极区域和源极区域的作用，并且漏极区域与源极区域之间设置的栅极电极分裂成选择栅极电极和存储器栅极电极。相应地，具有分裂栅极结构的非易失性存储器单元可以视为具有其中与选择栅极电极相对应的选择FET(在下文中还称作选择晶体管)和与存储器栅极电极相对应的存储器FET(在下文中还称作存储器晶体管)彼此串联耦合的配置。

在该情况下，在存储器晶体管中，各自在上文中描述过的硅绝缘膜、氮化硅膜和硅绝缘膜堆叠在形成沟道的半导体区域与存储器栅极电极之间。即，存储器晶体管充当MONOS(金属氧化物氮化物氧化物硅)晶体管。由于MONOS膜(即，氮化硅膜)具有稳定的电荷保持特性，因此能够获得高度可靠的存储器特征。通过提供分裂栅极结构，在写入/擦除操作中，能够使用允许较高速度操作的热载流子注入。另外，由于选择栅极电极和存储器栅极电极彼此分开，因此能够执行较高速度的读取操作。

另一方面，通过使FinFET在其沟道完全耗尽的状态下操作，能够获得优异的切换特征以允许执行稳定的切换操作。相应地，考虑将FinFET用作使用超越20nm的设计规则的半导体装置中的标准FET。因此，本申请的发明人甚至已经考虑在具有分裂栅极结构的非易失性存储器中使用FinFET。在该情况下，FinFET的特征在于，由于FinFET在其沟道被完全耗尽的状态下工作，因此即使在将杂质引入形成沟道的半导体区域中的情况下，也难以控制FinFET的阈值电压。

当读取写入在非易失性存储器单元中的数据时，检测根据非易失性存储器单元的阈值电压的电压(或者电流)。相应地，非易失性存储器单元的数据保持特性依赖于所设定的阈值电压而改变。当使用FinFET形成具有分裂栅极结构的非易失性存储器单元时，难以通过引入杂质来控制其阈值电压。这导致对数据保持特性受影响而使存储器特征退化的担心。

专利文件1和非专利文件1都没有描述具有使用FinFET的分裂栅极结构的非易失性存储器单元的形成。

本发明的其它问题和新颖特征将根据本说明书中的陈述和附图而变得清楚。