[发明专利]形成半导体器件结构的方法以及半导体器件结构

说明书

本公开的实施例涉及形成半导体器件结构的方法以及半导体器件结构。本公开提供了一种半导体器件结构，其包括在半导体衬底的第一区域之中和上方的非易失性存储器(NVM)器件结构和在不同于第一区域的半导体衬底的第二区域之中和上方形成的逻辑器件。NVM器件结构包括浮置栅极、第一选择栅极和至少一个控制栅极。逻辑器件包括设置在第二区域上的逻辑栅极和设置在与逻辑栅极邻近的第二区域中的源极/漏极区域。控制栅极在浮置栅极之上延伸，以及第一选择栅极通过绝缘材料层部分与浮置栅极横向隔开。在形成半导体器件结构时，浮置栅极在形成控制栅极和逻辑器件之前形成。

技术领域

本公开涉及形成半导体器件结构的方法以及涉及半导体器件结构。特别地，本公开涉及一种形成有具有非易失性存储器器件的存储器器件结构的半导体器件结构以及涉及具有高级技术节点的与存储器器件集成在一起的逻辑器件。

背景技术

目前，半导体存储技术代表了一些最常用的数据存储技术。一般而言，半导体存储器利用诸如晶体管或电容器的基于半导体的电路元件来存储信息。典型地，常用的半导体芯片典型地包含数百万个这样的电路元件，并且开发努力继续以提高单个芯片上电路元件的集成密度为目标。

半导体存储器以两种基本形式存在：作为易失性存储器和非易失性存储器。在现代计算机中，主存储几乎仅由动态易失性半导体存储器或动态随机存取存储器(DRAM)组成。自从世纪之交以来，被称为“闪速存储器”的一类非易失性半导体存储器已经稳定地获得作为家用电脑的离线存储的份额。非易失性半导体存储器也越来越多地用于各种先进的电子设备和专用计算机中的二次存储。

对更多的移动性、更高的集成密度和更低的功耗的越来越多的需求不断地将复杂的电子设备(例如，微芯片)的发展推向当前制造技术的极限。特别地，例如由诸如物联网(IoT)的发展驱动的对移动性的需求的增加使得对非易失性存储器器件越来越感兴趣。例如，闪速存储器技术的市场从1998年的11％的份额迅速增加到2006年的32％以上。同时，DRAM技术在市场上的份额从61％下降到56％并持续缩小。由于在写入耐久性、写入电压和功率消耗方面，非易失性存储器与诸如DRAM的现有技术相比，具有不可挑战的性能优势，因此不会改变这一趋势。

如上所述，闪速存储器是可以被电擦除和重新编程的电子非易失性计算机存储介质的流行示例，该闪速存储器将信息存储在例如由浮置栅极晶体管制成的存储器单元阵列中。在此，单级单元(SLC)器件(每个单元仅存储一位信息)和包括三级单元(TLC)器件的多级单元(MLC)器件(每个单元可以存储多于一位的信息)可以根据闪速存储器技术而容易地实现。在大多数类型的闪速存储器中，电荷存储结构通过被嵌入到所谓的“控制栅极”的栅极电介质中的导电(典型地，多晶硅)层(浮置栅极)或非导电(诸如SONOS器件中的氮化硅Si₃N₄)层的方式提供。特别地，浮置栅极和控制栅极在物理上和电气上彼此隔开：浮置栅极通过夹在浮置栅极与下伏沟道区域之间的栅极电介质以及通过夹在控制栅极与浮置栅极之间的电介质而被电隔离。

在闪速存储器中，在提供一定电压(“读取电压”)时的由控制栅极和电荷存储结构(例如，SONOS器件中的浮置栅极或氮化物层)形成的晶体管的阈值电压特性由保留在电荷存储结构上的电荷量控制。特别地，对于电荷存储结构上的给定的电荷水平，在晶体管“接通”之前存在必须被施加到控制栅极的相应电压(阈值)，即，允许电流在晶体管的源极与漏极区域之间的流动。SLC器件通过仅将浮置栅极编程为单个阈值电压电平并且擦除编程的阈值电压电平来实现，而MLC器件允许将浮置栅极编程为在阈值电压窗口内的任何阈值电压电平。阈值电压窗口的大小由器件的最小和最大阈值电平限定，这进而对应于可被编程到浮置栅极上的电荷的范围。