本發(fā)明涉及嵌入式非易失性存儲器設(shè)備。

背景技術(shù)：

形成在體硅半導(dǎo)體襯底上的非易失性存儲器設(shè)備已為人熟知。例如，美國專利6,747310、7,868,375和7,927,994公開了形成在體半導(dǎo)體襯底上的具有四個柵極（浮柵、控制柵、選擇柵和擦除柵）的存儲器單元。源極區(qū)和漏極區(qū)形成為進(jìn)入到襯底中的擴(kuò)散注入?yún)^(qū)，從而將溝道區(qū)在襯底中限定在其間。浮柵設(shè)置在溝道區(qū)的第一部分上方并且控制該第一部分，選擇柵設(shè)置在溝道區(qū)的第二部分上方并且控制該第二部分，控制柵設(shè)置在浮柵上方，并且擦除柵設(shè)置在源極區(qū)上方。對于這些類型的存儲器設(shè)備而言，體襯底是理想的，因?yàn)檫M(jìn)入到襯底中的深擴(kuò)散可用于形成源極區(qū)和漏極區(qū)結(jié)。這三個專利出于所有目的被以引用方式并入本文。

絕緣體上硅(soi)設(shè)備是微電子領(lǐng)域中熟知的。soi設(shè)備與體硅襯底設(shè)備的不同之處在于，在襯底在硅表面下用嵌入式絕緣層對其分層（即，硅-絕緣體-硅），而不是純硅。利用soi設(shè)備，硅結(jié)形成于設(shè)置在電絕緣體上方的薄硅層中，該電絕緣體嵌入硅襯底中。絕緣體通常為二氧化硅（氧化物）。這種襯底配置減小了設(shè)備寄生電容，從而改善了性能。soi襯底可通過simox（通過使用氧離子束注入的氧注入來分離-參見美國專利5,888,297和5,061,642）、晶片結(jié)合（結(jié)合氧化的硅與第二襯底并且移除大部分的第二襯底-參見美國專利4,771,016），或引入晶種（直接在絕緣體上生長最上面的硅層-參見美國專利5,417,180）來制造。出于所有目的以引用方式將這四個專利并入本文。

已知將核心邏輯設(shè)備（例如高電壓、輸入/輸出和/或模擬設(shè)備）在同一襯底上形成為非易失性存儲器設(shè)備（即，通常稱為嵌入式存儲器設(shè)備）。隨著設(shè)備幾何形狀不斷縮小，這些核心邏輯設(shè)備可從soi襯底的優(yōu)點(diǎn)大大受益。然而，非易失性存儲器設(shè)備不益于soi襯底。需要結(jié)合形成在soi襯底上的核心邏輯設(shè)備與形成在體襯底上的存儲器設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種形成半導(dǎo)體設(shè)備的方法，該方法包括提供襯底，所述襯底包括硅、直接在硅上方的第一絕緣層和直接在第一絕緣層上方的硅層。執(zhí)行蝕刻工藝，以便從襯底的第二區(qū)域移除硅層和絕緣層，同時將第一絕緣層和硅層保持在襯底的第一區(qū)域中。在襯底的第一區(qū)域中的硅層上方和在襯底的第二區(qū)域中的硅上方形成第二絕緣層。在襯底的第一區(qū)域中形成第一多個溝槽，每個溝槽延伸穿過第二絕緣層、硅層和第一絕緣層，并且延伸到硅中。在襯底的第二區(qū)域中形成第二多個溝槽，每個溝槽延伸穿過第二絕緣層，并且延伸到硅中。在第一多個溝槽和第二多個溝槽中形成絕緣材料。邏輯設(shè)備處于襯底的第一區(qū)域中。形成邏輯設(shè)備中的每個包括在硅層中形成間隔開的源極區(qū)和漏極區(qū)，以及在硅層的一部分上方且在源極區(qū)和漏極區(qū)之間形成導(dǎo)電柵并且與硅層的一部分絕緣。通過如下方式在襯底的第二區(qū)域中形成存儲器單元：在硅中形成間隔開的第二源極區(qū)和第二漏極區(qū)并且限定介于第二源極區(qū)和第二漏極區(qū)之間的溝道區(qū)，在溝道區(qū)的第一部分上方形成浮柵且與溝道區(qū)的第一部分絕緣，并且在溝道區(qū)的第二部分上方形成選擇柵且與溝道區(qū)的第二部分絕緣。

通過查看說明書、權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的其他目的和特征將變得顯而易見。

附圖說明

圖1-圖7、圖8a、圖9a和圖11a為按順序示出制造本發(fā)明的嵌入式存儲器設(shè)備所進(jìn)行的處理步驟的核心邏輯區(qū)域和存儲器區(qū)域的側(cè)視截面圖。

圖10a為示出制造本發(fā)明的嵌入式存儲器設(shè)備所進(jìn)行的處理步驟的一部分的核心邏輯區(qū)域的側(cè)視截面圖。

圖8b、圖9b、圖10b和11b為示出制造本發(fā)明的嵌入式存儲器設(shè)備所進(jìn)行接下來的處理步驟的存儲器區(qū)域的側(cè)視截面圖，它們分別地正交于圖8a、圖9a、圖10a和圖11a的側(cè)視截面圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明為嵌入式存儲器設(shè)備，該嵌入式存儲器設(shè)備具有與soi襯底上的核心邏輯設(shè)備并排形成的非易失性存儲器單元。從soi襯底的形成非易失性存儲器的存儲器區(qū)域移除嵌入式絕緣體。在soi襯底上形成嵌入式存儲器設(shè)備的過程由提供soi襯底10開始，如圖1所示。soi襯底包括三個部分：硅10a、在硅10a上方的絕緣材料層10b（例如，氧化物），以及在絕緣體層10b上方的薄硅層10c。形成soi襯底在本領(lǐng)域中是熟知的，如上文以及上述美國專利中所述，因此在本文中不進(jìn)一步描述。

進(jìn)行光刻工藝，該光刻工藝包括在硅10c上形成光致抗蝕劑材料11，然后使用光學(xué)掩模將光致抗蝕劑材料選擇性地暴露于光，然后選擇性地移除光致抗蝕劑材料的部分以暴露硅10c的部分（在存儲器區(qū)域22中）。光刻法在本領(lǐng)域中是公知的。然后在那些暴露區(qū)域（存儲器區(qū)域22）中進(jìn)行硅和氧化物蝕刻以將硅10c和氧化物10b（核心邏輯區(qū)域20中保留硅10c和氧化物10b）移除，如圖2所示。在移除光致抗蝕劑11之后，在核心邏輯區(qū)域20中的硅10c上和在存儲器區(qū)域22中的硅10a上形成第一絕緣材料層12，諸如二氧化硅（氧化物）。層12可例如通過氧化或通過沉積（例如，化學(xué)氣相沉積cvd）而形成。在邏輯核心區(qū)域20和存儲器區(qū)域22兩者中的層12上形成第二絕緣材料層14，諸如氮化硅（氮化物），如圖3所示。

接著進(jìn)行光刻工藝，該光刻工藝包括在氮化物14上形成光致抗蝕劑材料，然后使用光學(xué)掩模將光致抗蝕劑材料選擇性地暴露于光，然后選擇性地移除光致抗蝕劑材料的部分以選擇性地暴露氮化物層14的部分。然后在那些暴露的區(qū)域中進(jìn)行一系列蝕刻以移除氮化物14、氧化物12、硅10c、氧化物10b和硅10a（即，用以暴露氧化物12的氮化物蝕刻，用以暴露硅10c的氧化物蝕刻，用以暴露氧化物10b的硅蝕刻，用以暴露硅10a的氧化物蝕刻，以及硅蝕刻）以形成溝槽16，該溝槽向下延伸穿過層14、12、10c、10b并且進(jìn)入到硅10a中。然后移除光致抗蝕劑材料，獲得圖4中所示的結(jié)構(gòu)。然后通過氧化物沉積和氧化物蝕刻（例如，化學(xué)機(jī)械拋光，cmp，使用氮化物14作為蝕刻停止層）利用絕緣材料18（例如，氧化物）填充溝槽16，從而產(chǎn)生示于圖5中的結(jié)構(gòu)。絕緣材料18充當(dāng)用于襯底10的核心邏輯區(qū)域20和存儲器區(qū)域22兩者的隔離區(qū)。

接著進(jìn)行氮化物蝕刻以將氮化物14移除（在氧化物18的柱之間留下溝槽24），如圖6所示。通過例如氮化物沉積在該結(jié)構(gòu)的暴露表面上方形成絕緣材料層26（例如，氮化物）。進(jìn)行光刻工藝以在結(jié)構(gòu)上方形成光致抗蝕劑，然后進(jìn)行掩蔽步驟，其中從結(jié)構(gòu)的存儲器區(qū)域22移除，但不從結(jié)構(gòu)的核心邏輯區(qū)域20移除光致抗蝕劑。進(jìn)行氮化物蝕刻以從存儲器區(qū)域22移除氮化物層26。在移除光致抗蝕劑之后，進(jìn)行氧化物蝕刻以將處于存儲器區(qū)域22中的溝槽24的底部的氧化物層12移除。氧化物蝕刻還減小了存儲器區(qū)域22中的氧化物18的高度。然后使用氧化物形成步驟（例如，氧化）在存儲器區(qū)域22中的襯底10a上形成氧化物層32（該氧化物層將為浮柵將在其上形成的氧化物）。在該結(jié)構(gòu)上方形成多晶硅，然后進(jìn)行多晶硅移除（例如，cmp），從而將多晶硅層34留在核心邏輯區(qū)域20和存儲器區(qū)域22兩者中的溝槽24中。優(yōu)選但不是必須地，存儲器區(qū)域22中的多晶硅34和氧化物18的頂部表面是共面的（即，將氧化物18用作多晶硅移除的蝕刻停止層）。在圖7中示出了所得結(jié)構(gòu)。

接下來進(jìn)行一系列處理步驟以完成存儲器區(qū)域22中的存儲器單元形成，這是本領(lǐng)域中熟知的。具體地講，多晶硅34形成浮柵。任選氧化物蝕刻可用于降低存儲器區(qū)域22中的氧化物18的頂部。在多晶硅34和氧化物18上方形成復(fù)合絕緣層36（例如，氧化物/氮化物/氧化物）。導(dǎo)電控制柵38（例如，多晶硅）形成在存儲器區(qū)域22中的復(fù)合絕緣層36上，并且硬掩模材料40（例如，氮化物、氧化物和氮化物的復(fù)合層）形成在控制柵38上方。氧化物蝕刻用于從核心邏輯區(qū)域20移除層36。多晶硅蝕刻用于從核心邏輯區(qū)域20的溝槽24移除多晶硅34。然后在結(jié)構(gòu)上方形成絕緣層42（例如，氧化物）。圖8a和8b示出了所得結(jié)構(gòu)（圖8b是與圖8a的視圖正交的視圖，其示出了在存儲器區(qū)域22中形成的存儲器單元44）。

在存儲器中的相鄰浮柵34之間的襯底10a中形成（例如，注入）源極擴(kuò)散46（例如，使用圖案化光致抗蝕劑以防止在襯底10的其它暴露區(qū)域中發(fā)生注入）。然后形成光致抗蝕劑，其部分地覆蓋成對存儲器單元44（通過光刻曝光和光致抗蝕劑的選擇性蝕刻）。然后執(zhí)行氧化物蝕刻和氮化物蝕刻以移除未被光致抗蝕劑保護(hù)的氧化物層42和12以及氮化物層26的部分，如圖9a和圖9b所示（在已經(jīng)移除光致抗蝕劑之后）。

然后，通過例如熱氧化，在核心邏輯區(qū)域20的溝槽24中的暴露的硅10c和存儲器區(qū)域22中的暴露的硅10a上形成絕緣層（例如，氧化物或氮氧化物）50，如圖10a所示。然后沉積并回蝕多晶硅以在源極區(qū)46上方形成擦除柵52和在存儲器區(qū)域22中的浮柵34的另一側(cè)上形成字線（選擇）柵54，以及在核心邏輯區(qū)域20中形成多晶硅柵極56（使用光刻圖案化和蝕刻工藝）。優(yōu)選地，多晶硅柵極52,54和56如下形成。首先，將多晶硅51沉積在該結(jié)構(gòu)上。將保護(hù)性絕緣體諸如氧化物沉積在多晶硅51上。使用光刻法和氧化物蝕刻工藝移除在存儲器區(qū)域22中而非在核心邏輯區(qū)域20中的保護(hù)性氧化物。然后在該結(jié)構(gòu)上方沉積虛擬多晶硅53，如圖10b所示，以供用于存儲器區(qū)域22。多晶硅cmp蝕刻和回蝕刻工藝用于在存儲器區(qū)域22中形成柵極52和54。核心邏輯區(qū)域20中的保護(hù)性氧化物防止多晶硅蝕刻和回蝕刻工藝影響核心邏輯區(qū)域中的多晶硅51（一旦移除虛擬多晶硅53）。然后，使用光刻和蝕刻工藝來圖案化核心邏輯區(qū)域20中的多晶硅51以形成多晶硅柵極56，并且完成在存儲器區(qū)域22中形成柵極54。

接下來進(jìn)行注入以形成襯底10a中的鄰近存儲器區(qū)域22中的選擇柵54的漏極擴(kuò)散區(qū)58，以及薄硅層10c中的源極擴(kuò)散區(qū)60和漏極擴(kuò)散區(qū)62，從而完成核心邏輯區(qū)域20中的邏輯設(shè)備64。最終結(jié)構(gòu)示于圖11a和圖11b中（圖11b是與圖11a的視圖正交的視圖）。

在存儲器區(qū)域22中，源極區(qū)46和漏極區(qū)58在其間限定溝道區(qū)66，其中浮柵34設(shè)置在溝道區(qū)66的第一部分上方并且控制該第一部分，并且選擇柵54設(shè)置在溝道區(qū)66的第二部分上方并且控制該第二部分。這些存儲器單元的形成是本領(lǐng)域中已知的（參見上述以引用方式并入本文的美國專利6,747310、7,868,375和7,927,994）并且不在本文中進(jìn)一步描述。存儲器單元44各自具有浮柵34、控制柵38、源極區(qū)46、選擇柵54、擦除柵52，以及漏極區(qū)58。在核心邏輯區(qū)域20中，每個邏輯設(shè)備64包括導(dǎo)電柵56、源極區(qū)60和漏極區(qū)62。

上述制造過程在同一soi襯底上形成存儲器單元44和核心邏輯設(shè)備64，其中soi襯底10的嵌入式絕緣體層10b被有效地從存儲器區(qū)域22移除。這種配置允許存儲器單元44的源極區(qū)46和漏極區(qū)58比核心邏輯區(qū)域20中的源極區(qū)60和漏極區(qū)62更深地延伸到襯底中（即，源極46/漏極58可延伸得深于硅層10c的厚度，并且因此深于核心邏輯區(qū)域20中的絕緣層10b的頂表面，并且甚至可能深于核心邏輯區(qū)域20中的絕緣層10b的底表面）。該過程還允許進(jìn)行相同多晶硅沉積工藝來形成存儲器區(qū)域22中的擦除柵52和選擇柵54，以及核心邏輯區(qū)域20中的邏輯柵56。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上述的和在本文中示出的實(shí)施方案，而是涵蓋落在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的任何和所有變型形式。舉例來說，本文中對本發(fā)明的提及并不意在限制任何權(quán)利要求或權(quán)利要求術(shù)語的范圍，而是僅參考可由這些權(quán)利要求中的一項或多項權(quán)利要求涵蓋的一個或多個特征。上文所述的材料、工藝和數(shù)值的例子僅為示例性的，而不應(yīng)視為限制權(quán)利要求。另外，根據(jù)權(quán)利要求和說明書顯而易見的是，并非所有方法步驟都需要以所示出或所主張的精確順序執(zhí)行，而是需要以允許適當(dāng)形成本發(fā)明的存儲器單元區(qū)域和核心邏輯區(qū)域的任意順序來執(zhí)行。存儲器單元44可包括額外的或比上文所述以及附圖所示更少的柵極。最后，單個材料層可以被形成為多個這種或類似材料層，反之亦然。

應(yīng)該指出的是，如本文所用，術(shù)語“在…上方”和“在…上”兩者包容地包含“直接在…上”（之間未設(shè)置中間材料、元件或空間）和“間接在…上”（之間設(shè)置有中間材料、元件或空間）。同樣，術(shù)語“相鄰”包含“直接相鄰”（兩者間未設(shè)置中間材料、元件或空間）和“間接相鄰”（兩者間設(shè)置有中間材料、元件或空間）。例如，“在襯底上方”形成元件可包括在之間沒有中間材料/元件的情況下在襯底上直接形成元件，以及在之間有一個或多個中間材料/元件的情況下在襯底上間接形成元件。