專利名稱：?jiǎn)螙艠O結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種單柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
通常，例如電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPR0M)等的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器具有堆疊的浮 置柵極、氧化物-氮化物-氧化物(0N0)層和控制柵極的多層結(jié)構(gòu)。然而，最近已經(jīng)在研究 具有相對(duì)簡(jiǎn)單制造工藝和優(yōu)良操作特性的單柵極存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。 圖la是示出當(dāng)對(duì)典型的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)所施加的電壓的示圖。 在以下的描述中，上述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以是EEPROM。 通過熱溝道電子注入對(duì)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行編程，并且當(dāng)編程電壓施加到N阱 IO(運(yùn)行為控制柵極)時(shí)，浮置柵極20的耦合比(coupling ratio)可以感應(yīng)出(induce) 特定電壓。 浮置柵極20上感應(yīng)出的電壓反轉(zhuǎn)NMOS器件30的溝道區(qū)的電勢(shì)，并且當(dāng)預(yù)定電壓 (例如VDS)施加到NMOS器件30的漏極31時(shí)，電流從NMOS器件30的漏極31流向源極32。 因此，漏極31的結(jié)區(qū)(junction area)附近產(chǎn)生的熱溝道電子注入到浮置柵極20，從而可 能增加NMOS器件30的閾值電壓。 圖lb是示出當(dāng)擦除典型的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)時(shí)所施加的電壓的示圖。
通過電場(chǎng)協(xié)助隧穿(Fowler-Nordheim(F/N) tunneling)執(zhí)行半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的數(shù) 據(jù)擦除操作，其使得N阱10接地并且向NMOS器件30的源極32和漏極31施加擦除電壓 (例如+VE)。當(dāng)?shù)仉妱?shì)施加到N阱10時(shí)，在浮置柵極20上感應(yīng)出接近地電平的電壓，并且 通過將擦除電壓(+VE)施加到源極32和漏極31，從源極32和漏極31向浮置柵極20強(qiáng)烈 地施加電場(chǎng)。該電場(chǎng)引起F/N隧穿，并且浮置柵極20中的電子釋放到源極32和/或漏極 31， NMOS器件30的閾值電壓減小。 圖lc是示出當(dāng)讀取典型的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)時(shí)所施加的電壓的示圖。
當(dāng)讀取電壓(+VR)施加到N阱10時(shí)，可能在浮置柵極20上感應(yīng)出特定電壓。此 外，用于讀取操作的正漏極電壓施加到NMOS器件30的漏極31，且源極32接地。當(dāng)電子注 入到浮置柵極20中并且NMOS器件30的閾值電壓處于高編程狀態(tài)時(shí)，浮置柵極20上感應(yīng) 的特定電壓不能導(dǎo)通NMOS器件30，并且沒有電流流動(dòng)。 而且，當(dāng)從浮置柵極20釋放電子且NMOS器件30的閾值電壓處于低狀態(tài)時(shí)，浮置 柵極20上感應(yīng)的特定電壓可以導(dǎo)通NMOS器件30，并且電流流動(dòng)。因此，在一些情況下可以 讀取數(shù)據(jù)。 在上述單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，其中形成NMOS器件30的P阱40電連接到半導(dǎo)體
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盡管沒有圖示，在半導(dǎo)體襯底上的其它區(qū)域中可形成預(yù)定的電路器件。同時(shí)，當(dāng)半 導(dǎo)體襯底偏置到特定負(fù)電勢(shì)時(shí)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可能不運(yùn)行。 有一種形成深N阱的方法，其將P阱從半導(dǎo)體襯底分隔開以在半導(dǎo)體襯底偏置到 負(fù)電勢(shì)時(shí)運(yùn)行單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。然而，作為單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中的字線的N阱10，應(yīng) 當(dāng)與深N阱分隔開。因而，可能難以實(shí)現(xiàn)單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，并且其運(yùn)行也會(huì)不穩(wěn)定或不可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其可以形成在負(fù)電勢(shì)的半導(dǎo)體 襯底中而不采用P阱分隔結(jié)構(gòu)或例如N阱和深N阱等的其它分隔結(jié)構(gòu)，當(dāng)半導(dǎo)體襯底偏置 到負(fù)電勢(shì)時(shí)，它們中的至少一個(gè)將操作為字線。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以包括高電勢(shì)阱，位于半導(dǎo)體襯底的上部 上；第一阱，位于高電勢(shì)阱的上部上；第二阱，在高電勢(shì)阱的上部上與第一阱間隔開并穿過 (across)高電勢(shì)阱；浮置柵極，位于第一阱和第二阱上；第一離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的 一側(cè)上的第一阱區(qū)中；第二離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的另一側(cè)上的第一阱區(qū)中；第一互 補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)，位于靠近第二離子注入?yún)^(qū)的第一阱中；第三離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的另 一側(cè)上的第二阱中；以及第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的另一側(cè)上的第二阱中。第一 阱和第二阱以及第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)和第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)可以具有第一導(dǎo)電型，并且高 電勢(shì)阱、第一、第二和第三離子注入?yún)^(qū)可以具有第二導(dǎo)電型。 根據(jù)其它實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以包括高電勢(shì)阱，位于半導(dǎo)體襯底的 上部上；第一阱，位于高電勢(shì)阱的上部上；第二阱，在高電勢(shì)阱的上部上與第一阱間隔開； 浮置柵極，位于第一阱和第二阱上；第一離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的一側(cè)上的第一阱中； 第二離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的另一側(cè)上的第一阱中；第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)，位于靠近第 二離子注入?yún)^(qū)的第一阱中；第三離子注入?yún)^(qū)，位于靠近浮置柵極的第二阱中；以及第二離 子注入?yún)^(qū)，位于通過第三離子注入?yún)^(qū)與浮置柵極間隔開的第二阱中。


圖la是示出當(dāng)對(duì)普通單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)所施加的電壓的示圖； 圖lb是示出當(dāng)擦除普通單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)時(shí)所施加的電壓的示圖； 圖lc是示出當(dāng)讀取普通單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)時(shí)所施加的電壓的示圖； 圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的俯視圖； 圖3是示出基于圖2的線A-A'的根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視 圖； 圖4是示出基于圖2的線B-B'的根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視 圖； 圖5是示出基于圖2的線C-C'的根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視 圖； 圖6是示出根據(jù)第二實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的俯視 圖7是示出基于圖6的線A-A'的根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視 圖； 圖8是示出基于圖6的線B-B'的根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視 圖； 圖9是示出基于圖6的線C-C'的根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視 圖；以及 圖10是當(dāng)根據(jù)實(shí)施例對(duì)單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器編程和擦除時(shí)，所施加的電壓和閾 值電壓的測(cè)量特性的圖表。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。 在實(shí)施例的描述中，應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)提到層(或膜)在另一層或襯底"上"時(shí)，其可以 直接位于另一層或襯底上，或者也可以在其中具有中間層。而且，當(dāng)提到層在另一層"下方" 時(shí)，其可以直接位于另一層下方，或者也可以具有一個(gè)或多個(gè)中間層。此外，還應(yīng)理解的是 當(dāng)提到層在兩層"之間"時(shí)，其可以是兩層之間的唯一一層，或者也可以具有一個(gè)或多個(gè)中 間層。 圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的俯視圖，且圖3是示出基于 圖2的線A-A'的根據(jù)第一實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。另外，圖4是 示出基于圖2的線B-B'的根據(jù)第一實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視圖，且圖5 是示出基于圖2的線C-C'的根據(jù)第一實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
在下文中，將參考圖2-圖5描述根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。根據(jù)第一實(shí)施 例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以是EEPR0M器件。 根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器配置為包括半導(dǎo)體襯底90、高電勢(shì)阱100、具有 第一導(dǎo)電型的第一阱125a、具有第一導(dǎo)電型的第二阱125b、浮置柵極105、具有第二導(dǎo)電型 的第一離子注入?yún)^(qū)110、具有第二導(dǎo)電型的第二離子注入?yún)^(qū)115、具有第一導(dǎo)電型的第一互 補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)120、具有第二導(dǎo)電型的第三離子注入?yún)^(qū)150、具有第一導(dǎo)電型的第二互補(bǔ)離 子注入?yún)^(qū)135、阱130a禾口 130b、以及栓區(qū)(tap region) 140a和140b。在一個(gè)實(shí)施例中，高 電勢(shì)阱100具有第二導(dǎo)電型。 在圖2中，由附圖標(biāo)記"200"表示的區(qū)域指示了根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 的單位單元(unit cell)。 在下文中，為了說明方便，高電勢(shì)阱100、第一阱125a、第二阱125b、第一離子注入 區(qū)110、第二離子注入?yún)^(qū)115、第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)120、第三離子注入?yún)^(qū)150、第二互補(bǔ)離子 注入?yún)^(qū)135、以及阱130a禾口 130b可以稱為"高壓N型阱(H麗)100"、"第一 P阱125a"、"第 二P阱125b"、"第一N區(qū)110"、"第二N區(qū)115"、"第一P區(qū)120"、"第三N區(qū)150"、"第二P 區(qū)135"、以及"N阱130a和130b"。在下述描述中，第一導(dǎo)電型表示P型且第二導(dǎo)電型表示 N型，但是也可以理解為彼此相反的類型。 H麗100形成在半導(dǎo)體襯底90的整個(gè)表面上方(例如，P型半導(dǎo)體襯底的上部)， 并且第一 P阱125a、第二 P阱125b以及N阱130a和130b形成在H麗100的上部中(也就 是說，半導(dǎo)體襯底90和/或H麗100的表面)。
N阱130a圍繞第一 P阱125a的周圍形成，且位于第一 P阱125a和第二 P阱125b 之間，以便由N阱130a隔離第一 P阱125a。 第二P阱125b在H麗100的上部上與第一P阱125a相分離，且形成在穿過 (across)半導(dǎo)體襯底90的H麗100上方。因此，位于第二 P阱125b的一側(cè)(圖2中的上 側(cè))上的是N阱130a，且位于第二P阱125b的另一側(cè)(圖2中的下側(cè))上的是N阱130b。 換句話說，N阱可以被第二 P阱125b分成130a和130b兩部分。 在一個(gè)實(shí)施例中，N阱130a和130b可以替換為H麗100。在這種情況下，在N阱 130a和130b中形成的配置層可以形成在H麗100中。 浮置柵極105形成在半導(dǎo)體襯底上的第一 P阱125a和第二 P阱125b上。每個(gè) 浮置柵極105均具有T形狀，其一個(gè)線性部分與第一 P阱125a相交，且直角部分與第二 P 阱125b平行且位于第二 P阱125b上方。換句話說，浮置柵極105的位于第一 P阱125a上 的部分越過(pass over)N阱的第一部分130a，并且連接到浮置柵極105的位于第二 P阱 125b上的部分。參考圖2，浮置柵極105的豎直部分具有足夠的長(zhǎng)度以越過(cross over) N阱130a、離子注入?yún)^(qū)110和115之間的通道(channel) 、P阱125a位于離子注入?yún)^(qū)110和 115與N阱130a之間的部分、以及P阱125a位于離子注入?yún)^(qū)110和115與P阱125b的相 對(duì)側(cè)上的部分。浮置柵極105的豎直部分具有大約等于制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)的關(guān)鍵尺寸 的寬度。浮置柵極105的水平部分的長(zhǎng)度可以是浮置柵極105的豎直部分的長(zhǎng)度的0. 5-2 倍(例如，從約0. 8-約1. 25倍，或其中值的其它范圍)。浮置柵極105的水平部分的寬度 可以大約等于P阱125a的寬度減去至少四倍制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器所用的光刻設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)誤 差。最靠近P阱125a邊界的浮置柵極105的水平部分的邊緣可以與P阱125a的邊界分開 至少兩倍制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的光刻設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)誤差。 浮置柵極105可以通過下述工藝形成在半導(dǎo)體襯底90上例如在半導(dǎo)體襯底90 上形成柵極電介質(zhì)層、在其上沉積多晶硅層、圖案化光致抗蝕劑、蝕刻多晶硅層、以及移除 光致抗蝕劑。 第一 N區(qū)110形成在浮置柵極105 (例如，圖2中的豎直部分)的一側(cè)上的第一 P 阱125a的一部分中，并且第二 N區(qū)115形成在浮置柵極105的另一側(cè)上的第一 P阱125a 的一部分中。而且，第一 P區(qū)120形成在靠近第二 N區(qū)115的第一 P阱125a的一部分中。
同時(shí)，第三N區(qū)150形成在浮置柵極105 (例如，圖2中的水平部分)的一側(cè)上的 第二 P阱125b的一部分中，并且第二 P區(qū)135形成在浮置柵極105的另一側(cè)上的第二 P阱 125b的一部分中。 在一個(gè)實(shí)施例中，第一P阱125a限定了用作NM0S器件的區(qū)域，控制半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
的編程、擦除和讀取，并且第二 P阱125b限定了用作控制柵極的區(qū)域。 例如，第一 N區(qū)110和第二 N區(qū)115作為NM0S器件的源極和漏極，并且第一 P區(qū)
120可以執(zhí)行穩(wěn)定NM0S電勢(shì)的作用。作為參考，第一P區(qū)120和第二N區(qū)115可以彼此接
觸或以預(yù)定間隔分開。 在上述結(jié)構(gòu)下，當(dāng)單位單元200形成陣列時(shí)，可以由N阱130a分開多個(gè)第一 P阱 125a，而第二P阱125b可以共同使用，第二P阱125b連續(xù)穿過(straight across)陣列中 多個(gè)單元(cell)的行或列，而不劃分每個(gè)單位單元200。換句話說，如圖2所示，形成單位 單元200的一部分的浮置柵極1Q5、第三N區(qū)150、及第二 P區(qū)135可以重復(fù)穿過第二 P阱125b中的陣列。 栓區(qū)140a和140b形成在N阱130a和130b中。通過第二 P阱125b使N阱130a 和130b分隔開(例如，分成兩部分)，以便使各個(gè)栓區(qū)140a和140b的一個(gè)或多個(gè)也能分 別形成在第一 N阱部分130a和第二 N阱部分130b中。栓區(qū)140a和140b將N阱130a和 130b以及HNW 100的電勢(shì)維持在預(yù)定數(shù)值。 圖2是示出根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的形式的俯視圖，其中不包括器件隔離層 160a和160b。如圖3-圖5所示，器件隔離層160a和160b形成在半導(dǎo)體襯底90的上部 (上表面)中，并且可以包圍栓區(qū)140a和140b、第一N區(qū)IIO和第一P區(qū)120、和/或P阱 125a和/或125b。 器件隔離層160a和160b的特征可以是第一部分160a覆蓋N阱130a和第一 P 阱125a的一部分，并且第二部分160b覆蓋N阱130b和第二 P阱125b的一部分。
如上所述，半導(dǎo)體襯底90和半導(dǎo)體襯底90的上部中的配置層125a、125b、110、 115、 120、 150、 135、 130a及130b可以由H麗100完全分隔開，即使半導(dǎo)體襯底90偏置到負(fù) 電勢(shì)，也不影響存儲(chǔ)器的運(yùn)行。在下文中，將描述根據(jù)第一實(shí)施例的單層多晶半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 (single poly semiconductormemory device)的編禾呈、擦除禾口讀取操作。
首先，當(dāng)根據(jù)第一實(shí)施例對(duì)單層多晶半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，正電勢(shì)的第一電 壓(+Vp :編程電壓)施加到第二 P區(qū)135、第三N區(qū)150、栓區(qū)140a和140b (用作字線)，并 且第一N區(qū)110、第二N區(qū)115和第一P區(qū)120接地(例如，施加0V的電勢(shì))?？商鎿Q地，第 二P區(qū)135、第三N區(qū)150、以及栓區(qū)140a和140b可以接地，并且負(fù)電勢(shì)的第一電壓(-Vp) 可以施加到第一N區(qū)110、第二N區(qū)115和第一P區(qū)120?；蛘?，在其它實(shí)施例中，第一N區(qū) 110可以浮置。 例如，大約-10V的電壓可以施加到半導(dǎo)體襯底90，并且+18V的電壓可以施加到 H麗100。而且，第一電壓可以是大約士18V。 在這些偏置條件下，施加到第二 P阱125b(運(yùn)行為控制柵極)的第一電壓通過耦 合現(xiàn)象感應(yīng)到第一P阱125a上的浮置柵極105上。如果第一電壓感應(yīng)到第一P阱125a側(cè)， 則其可以通過耦合現(xiàn)象改變?yōu)榈诙妷骸?因此，在第一P阱125a和感應(yīng)出第二電壓的浮置柵極105之間形成強(qiáng)的電磁場(chǎng)， 并且第一P阱125a中的電子通過F/N隧穿注入到浮置柵極105。結(jié)果，NM0S區(qū)(也就是 說，第一 P阱125a區(qū))的閾值電壓增加，且可以執(zhí)行編程操作。 第二，當(dāng)根據(jù)第一實(shí)施例擦除半導(dǎo)體存儲(chǔ)器時(shí)，第二 P區(qū)135和第三N區(qū)150 (用 作字線)接地(例如，施加0V的電勢(shì))，并且正電勢(shì)的第三電壓(+Ve :擦除電壓)施加到第 一N區(qū)110、第二N區(qū)115、第一P區(qū)120以及栓區(qū)140a和140b?？商鎿Q地，負(fù)電勢(shì)的第三 電壓(-Ve)可以施加到第二 P區(qū)135和第三N區(qū)150，并且第一 N區(qū)110、第二 N區(qū)115、第 一P區(qū)120以及栓區(qū)140a和140b可以接地?；蛘撸谄渌鼘?shí)施例中，第一 N區(qū)110可以浮 置。 在這些偏置條件下，施加到第二P阱125b(運(yùn)行為控制柵極)的地電勢(shì)(例如，0V) 通過耦合現(xiàn)象感應(yīng)到第一P阱125a上方的浮置柵極105。因此，在第一P阱125a和感應(yīng)出 第二電壓的浮置柵極105之間形成強(qiáng)的電磁場(chǎng)，并且存儲(chǔ)在浮置柵極105上的電子由此而 釋放到第一P阱125a。
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因此，減小了 NM0S區(qū)(也就是說，第一P阱125a區(qū))的閾值電壓，并且可以執(zhí)行 擦除操作。 第三，當(dāng)根據(jù)第一實(shí)施例讀取半導(dǎo)體存儲(chǔ)器時(shí)，正電勢(shì)的第四電壓(+Vcgr :控制 柵極讀取電壓)施加到第二P區(qū)135、第三N區(qū)150、以及栓區(qū)140a和140b(作為字線)，并 且正電勢(shì)的第五電壓(+Vdr :漏極電壓)施加到第一N區(qū)110。而且，地電勢(shì)(例如，OV)施 加到第二區(qū)115和第一 P區(qū)120。 在這些偏置條件下，施加到第二P阱125b(運(yùn)行為控制柵極)的第四電壓通過耦 合現(xiàn)象感應(yīng)到第一P阱125a上方的浮置柵極105。如果第四電壓感應(yīng)到第一P阱125a偵U， 則其通過耦合現(xiàn)象改變?yōu)樘囟妱?shì)的第六電壓。 同時(shí)，當(dāng)根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器處于編程狀態(tài)時(shí)，感應(yīng)到浮置柵極105 的第六電壓低于編程狀態(tài)中的閾值電壓，并且由此關(guān)斷(turn off)第一P阱125a的NMOS 器件。因此，沒有電流流動(dòng)。 此外，當(dāng)根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器處于擦除狀態(tài)時(shí)，感應(yīng)到浮置柵極105 的第六電壓高于編程狀態(tài)中的閾值電壓，并且由此導(dǎo)通第一 P阱125a的NMOS器件。因此， 電流從第二 N區(qū)115 (源極)流向第一 N區(qū)110 (漏極)。因此，可以根據(jù)各種情況執(zhí)行讀取 操作。 將參考圖6-圖9描述根據(jù)第二實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。根據(jù)第二實(shí)施例 的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以認(rèn)為是EEPR0M器件。 圖6是顯示根據(jù)第二實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的俯視圖，圖7是顯示基于圖 6的線A-A'的根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖8是顯示基于圖6的 線B-B'的根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視圖，以及圖9是顯示基于圖6的線 c-c'的根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。 根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器配置為包括半導(dǎo)體襯底90、高電勢(shì)阱100、第一 阱125a、第二阱125b、浮置柵極105、第一離子注入?yún)^(qū)110、第二離子注入?yún)^(qū)115、第一互補(bǔ)離 子注入?yún)^(qū)120、第三離子注入?yún)^(qū)150、第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)135、阱130和栓區(qū)140。第一阱 125a、第二阱125b以及第一和第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)120和135可以具有第一導(dǎo)電型，高電 勢(shì)阱100、第一、第二及第三離子注入?yún)^(qū)110U15及150、以及阱130可以具有第二導(dǎo)電型。
圖6顯示的第二實(shí)施例僅顯示對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例的單位單元200的結(jié)構(gòu)的一部 分。 在下文中，為了方便說明，高電勢(shì)阱100、第一阱125a、第二阱125b、第一離子注入 區(qū)110、第二離子注入?yún)^(qū)115、第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)120、第三離子注入?yún)^(qū)150、第二互補(bǔ)離子 注入?yún)^(qū)135以及阱130可以稱為"高電壓N型阱(H麗)100"、"第一P阱125a"、"第二P阱 125b"、"第一 N區(qū)110"、"第二 N區(qū)115"、"第一 P區(qū)120"、"第三N區(qū)150"、"第二 P區(qū)135" 以及"N阱130a"。 在下述說明中，第一導(dǎo)電型表示P型并且第二導(dǎo)電型表示N型，但是也可以理解為 相反的類型。 根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器具有大約類似于第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，因此僅描述 它們之間的不同。 首先，在第一實(shí)施例中，第二P阱125b可以穿過陣列的行或列形成在H麗100上或上方，但是在第二實(shí)施例中，第二P阱125b與H麗100上部上的第一 P阱125a間隔開， 并且由N阱130隔離。也就是說，第二實(shí)施例的N阱130圍繞(例如，在周圍)第二P阱 125b和第一 P阱125a中的每個(gè)，而不像第一實(shí)施例中由第二 P阱125b間隔成兩部分130a 和130b。 在第二實(shí)施例中，N阱130可以由H麗100替換。在這種情況下，N阱130中的配 置層可以形成在H麗100中。 第二，當(dāng)單位單元200形成陣列時(shí)，多個(gè)第一 P阱125a和第二 P阱125b通過N阱 130分隔。換句話說，在第一實(shí)施例中具有連續(xù)形式(straight form)的第二 P阱125b在 第二實(shí)施例中對(duì)于每個(gè)單位單元200來說不是公共的，并且在第二實(shí)施例中第二 P阱125b 在每個(gè)單元單位(cell unit)中是分開的和/或分隔的。 在第一實(shí)施例的情況下，第二P阱125b對(duì)存儲(chǔ)陣列的行或列中相鄰的單元單位是 公共的。因而，第一實(shí)施例在減小芯片大小上具有優(yōu)勢(shì)。另一方面，在第二實(shí)施例的情況下， 第二P阱125b被包圍(enclose)在單元單位中。因而，第二實(shí)施例在運(yùn)行上具有優(yōu)勢(shì)。
第三，第二實(shí)施例可以不形成以下結(jié)構(gòu)構(gòu)成單位單元200的一部分的浮置柵極 105、第三N區(qū)150和第二 P區(qū)135在第二 P阱125b中重復(fù)。因此，考慮第二實(shí)施例的第三 N區(qū)150和第二P區(qū)135形成的位置，可以確保自由度。例如，如圖6所示，第三N區(qū)150可 以形成在臨近或靠近第二 P阱125b的任何地方，其中第二 P阱125b靠近浮置柵極105或 沿著浮置柵極105的周圍。 而且，第二 P阱135可以形成在靠近第三N區(qū)150的第二 P阱125b中，并且可以 與浮置柵極105間隔開。 第四，根據(jù)第二實(shí)施例的栓區(qū)140形成在N阱130中，因此，可以是集成區(qū)或結(jié)構(gòu)。 例如，根據(jù)第二實(shí)施例的栓區(qū)140形成在如圖6所示的N阱130的上部中，并且可以是環(huán)繞 第一 P阱125a和第二 P阱125b的環(huán)形物(ring)。 第五，圖6顯示根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的俯視圖，其中不包括器件隔離 層160a和160b。如圖7-圖9所示，器件隔離層160a和160b形成在半導(dǎo)體襯底90的上 部(表面)中，圍繞或鄰近栓區(qū)140、第一N區(qū)110、第一P區(qū)120、第三N區(qū)150及第二P區(qū) 135。 器件隔離層160a和160b沒有被第二 P阱125b分成兩部分。它們可以集成在栓 區(qū)140內(nèi)。然而，器件隔離層160a和160b也可以在栓區(qū)140的內(nèi)側(cè)和外側(cè)被分成160a和 160b兩部分。 根據(jù)第二實(shí)施例的單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的編程、擦除及讀取操作與第一實(shí)施例的 相同(即，施加的偏置電壓相同)，因此，在此省略重復(fù)的描述。 圖10是當(dāng)根據(jù)實(shí)施例對(duì)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行編程和擦除時(shí)施加的電壓和閾值電壓 的測(cè)量特性的圖表。 從圖10的圖表中可以得出，當(dāng)施加約18V的第一電壓(+Vp :編程電壓)約10ms 時(shí)，可以確保NMOS閾值電壓大約是6V或更高，當(dāng)施加約18V的第三電壓(+Ve :擦除電壓) 約10ms時(shí)，可以確保NMOS器件閾值電壓約-3. 5V或更低。這時(shí)，施加的第四電壓(+Vcgr : 控制柵極讀取電壓)約是1. 5V。因此，在該實(shí)施例中，NMOS器件閾值電壓在編程操作時(shí)與 在擦除操作時(shí)之間的差值可以確保為約9. 5V或更高。
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通過上述實(shí)施例，能獲得如下效果。 首先，當(dāng)半導(dǎo)體襯底偏置到負(fù)電勢(shì)時(shí)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以通過簡(jiǎn)單工藝形成在負(fù) 電勢(shì)的半導(dǎo)體襯底上，而不采用在P阱和半導(dǎo)體襯底之間的分離結(jié)構(gòu)，例如N阱和深N阱等 的另一分離結(jié)構(gòu)(其操作為字線)。 其次，即使半導(dǎo)體襯底偏置到負(fù)電勢(shì)，也可以穩(wěn)定地進(jìn)行半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的編程/ 擦除/讀取操作。 本說明書中對(duì)"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例"等的任何提及均表示結(jié) 合該實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說明書中 不同地方出現(xiàn)的這種短語不必須均指同一實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任一實(shí)施例描述特定特征、 結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，應(yīng)認(rèn)為結(jié)合其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或特性屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的 知識(shí)范圍內(nèi)。 雖然參照多個(gè)示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，應(yīng)理解由本領(lǐng)域技術(shù)人員 想到的各種其它變型和實(shí)施例均應(yīng)落入本發(fā)明的原理的精神和范圍內(nèi)。更具體地，在說明 書、附圖和隨附權(quán)利要求書所公開的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行主要組合排列的元部件和/或結(jié)構(gòu)的 各種改變和變化。除了元部件和/或結(jié)構(gòu)的各種改變和變化之外，替代使用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù) 人員來說也是明顯的。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，包括高電勢(shì)阱，位于半導(dǎo)體襯底的上部上；第一阱，位于所述高電勢(shì)阱的上部上，所述第一阱具有第一導(dǎo)電型；第二阱，在所述高電勢(shì)阱的上部上與所述第一阱間隔開并穿過所述高電勢(shì)阱，所述第二阱具有第一導(dǎo)電型；浮置柵極，位于所述第一阱和所述第二阱上，所述浮置柵極具有第一導(dǎo)電型；第一離子注入?yún)^(qū)，位于所述浮置柵極的一側(cè)上的第一阱中，所述第一離子注入?yún)^(qū)具有第二導(dǎo)電型；第二離子注入?yún)^(qū)，位于所述浮置柵極的另一側(cè)上的第一阱區(qū)中，所述第二離子注入?yún)^(qū)具有第二導(dǎo)電型；第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)，位于靠近所述第二離子注入?yún)^(qū)的第一阱中，所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)具有第一導(dǎo)電型；第三離子注入?yún)^(qū)，位于所述浮置柵極的一側(cè)上的第二阱區(qū)中，所述第三離子注入?yún)^(qū)具有第二導(dǎo)電型；以及第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)，位于所述浮置柵極的另一側(cè)上的第二阱區(qū)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述高電勢(shì)阱具有第二導(dǎo)電型，并且所 述第一阱的側(cè)表面和底表面被所述高電勢(shì)阱圍繞；還包括所述高電勢(shì)阱的上部中位于所述第一阱和所述第二阱的側(cè)表面上的阱；以及 還包括至少一個(gè)栓區(qū)，位于所述第一阱和所述第二阱中至少一個(gè)的上部中。
3. —種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，包括 高電勢(shì)阱，位于半導(dǎo)體襯底的上部中； 第一阱，位于所述高電勢(shì)阱的上部上； 第二阱，在所述高電勢(shì)阱的上部上與所述第一阱間隔開； 浮置柵極，位于所述第一阱和所述第二阱上； 第一離子注入?yún)^(qū)，位于所述浮置柵極的一側(cè)上的第一阱區(qū)中； 第二離子注入?yún)^(qū)，位于所述浮置柵極的另一側(cè)上的第一阱中；第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)，位于靠近所述第二離子注入?yún)^(qū)的第一阱中； 第三離子注入?yún)^(qū)，位于靠近所述浮置柵極的第二阱中；以及 第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)，位于所述第二阱區(qū)中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中所述第一阱和所述第二阱以及所述第一 互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)和所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)具有第一導(dǎo)電型，并且所述高電勢(shì)阱、所述第 一離子注入?yún)^(qū)、所述第二離子注入?yún)^(qū)、所述第三離子注入?yún)^(qū)以及所述栓區(qū)具有第二導(dǎo)電型。
5. —種對(duì)根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行編程的方法，包括步驟 向所述第二離子注入?yún)^(qū)和所述第三離子注入?yún)^(qū)施加正電勢(shì)的第一電壓；以及 使所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)、所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)以及所述第一離子注入?yún)^(qū)接地；或者使所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)和所述第三離子注入?yún)^(qū)接地；以及向所述第一離子注入?yún)^(qū)、所述第二離子注入?yún)^(qū)以及所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)施加負(fù)電 勢(shì)的電壓。
6. —種對(duì)根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行編程的方法，包括步驟 向所述第二離子注入?yún)^(qū)、所述第三離子注入?yún)^(qū)以及所述栓區(qū)施加正電勢(shì)的第一電壓；以及使所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)、所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)以及所述第一離子注入?yún)^(qū)接 地；或者使所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)、所述第三離子注入?yún)^(qū)以及所述栓區(qū)接地；以及 向所述第一離子注入?yún)^(qū)、所述第二離子注入?yún)^(qū)以及所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)施加負(fù)電 勢(shì)的電壓。
7. —種對(duì)根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除的方法，包括步驟 使所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)和所述第三離子注入?yún)^(qū)接地；以及向所述第一離子注入?yún)^(qū)、所述第二離子注入?yún)^(qū)以及所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)施加正電 勢(shì)的擦除電壓；或者向所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)以及所述第三離子注入?yún)^(qū)施加負(fù)電壓；以及 使所述第一離子注入?yún)^(qū)、所述第二離子注入?yún)^(qū)以及所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)接地。
8. —種對(duì)根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除的方法，包括步驟 使第一導(dǎo)電型第二離子注入?yún)^(qū)和第二導(dǎo)電型第三離子注入?yún)^(qū)接地；以及 向所述第一離子注入?yún)^(qū)、所述第二離子注入?yún)^(qū)、所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)以及所述栓區(qū)施加正電勢(shì)的擦除電壓；或者向所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)和所述第三離子注入?yún)^(qū)施加負(fù)電壓；以及 使所述第一離子注入?yún)^(qū)、所述第二離子注入?yún)^(qū)、所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)以及所述栓區(qū)接地。
9. 一種對(duì)根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行讀取的方法，包括步驟 向所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)、所述第三離子注入?yún)^(qū)以及所述栓區(qū)施加正電勢(shì)的讀取電壓；向所述第一離子注入?yún)^(qū)施加正電壓；以及 使所述第二離子注入?yún)^(qū)以及所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)接地。
10. —種對(duì)根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行讀取的方法，包括步驟 向所述第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)、所述第三離子注入?yún)^(qū)以及所述栓區(qū)施加正電勢(shì)的讀取電壓；向所述第一離子注入?yún)^(qū)施加正電壓；以及 使所述第二離子注入?yún)^(qū)以及所述第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)接地。
全文摘要
一種單柵極半導(dǎo)體存儲(chǔ)器包括高電勢(shì)阱，位于半導(dǎo)體襯底的上部上；第一阱，位于高電勢(shì)第二導(dǎo)電型阱的上部上；第二阱，在高電勢(shì)阱的上部上與第一阱間隔開并穿過高電勢(shì)阱；浮置柵極，位于第一阱和第二阱上；第一離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的一側(cè)上的第一阱中；第二離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的另一側(cè)上的第一阱中；第一互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)，位于靠近第二離子注入?yún)^(qū)的第一阱中；第三離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的一側(cè)上的第二阱中；以及第二互補(bǔ)離子注入?yún)^(qū)，位于浮置柵極的另一側(cè)上的第二阱中。
文檔編號(hào)G11C16/14GK101764135SQ20091026225
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
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