半浮柵器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半浮柵器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前的半導體產(chǎn)業(yè)中，存儲器件是數(shù)字電路中的一個重要組成部分，而閃存(flash memory)存儲器作為一種非易失性存儲器(Nonvolatile Memory,NVM)得到了快速發(fā)展。閃存的主要特點是在不加電的情況下能長期保持存儲的信息，因此被廣泛應用于各種急需要存儲的數(shù)據(jù)不會因電源中斷而消失，有需要重復讀寫數(shù)據(jù)的存儲器。而且，閃存具有集成度高、存取速度快、易于擦除和重寫等優(yōu)點，因而在微機、自動化控制等多項領(lǐng)域得到了廣泛的應用。因此，如何提升閃存的性能、并降低成本成為一個重要課題。
[0003]現(xiàn)有的一種閃存存儲器件的存儲單元包括:位于襯底表面的隧穿氧化層、位于隧穿氧化層表面的浮柵、位于浮柵表面的絕緣層、以及位于絕緣層表面的控制柵；所述存儲單兀的側(cè)壁表面具有側(cè)墻；所述存儲單兀和側(cè)墻兩側(cè)的襯底內(nèi)具有源區(qū)和漏區(qū)。
[0004]其中，所述浮柵中能夠存儲電子，通過調(diào)節(jié)浮柵中存儲的電子數(shù)量，可以調(diào)節(jié)存儲單元的閾值電壓的大小，而閾值電壓能夠?qū)谶壿嫷摹癘”與“I”。往浮柵中注入電子的方式有兩種:隧穿(Fowler-Nordheim)和熱載流子注入。這兩種方式都需要利用較高的工作電壓，且載流子的注入效率較低，因此存在功耗較高和速度較慢的問題。
[0005]為了進一步提高非易失性存儲器的性能，提出了半浮柵(Sem1-Floating Gate)器件的概念，即在漏區(qū)與隧穿氧化層之間打開一處窗口，浮柵與漏區(qū)直接接觸，使得浮柵與漏區(qū)構(gòu)成隧穿場效應晶體管(Tunneling Field Effect Transistor,簡稱TFET),通過所述帶間隧穿場效應晶體管實現(xiàn)對浮柵的充放電。半浮柵器件利用率帶間隧穿效應，能夠降低存儲單元的工作電壓、并且提高工作效率。
[0006]然而，現(xiàn)有技術(shù)所形成的半浮柵器件性能不穩(wěn)定，可靠性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問題是提供一種半浮柵器件及其形成方法，所形成的半浮柵器件性能改善。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半浮柵器件的形成方法，包括:提供襯底，所述襯底內(nèi)具有第一阱區(qū)，所述第一阱區(qū)內(nèi)摻雜有第一摻雜離子；在所述襯底內(nèi)形成溝槽，所述溝槽的底部低于所述第一阱區(qū)的底部；在所述溝槽的側(cè)壁和底部表面形成第一介質(zhì)層；在所述溝槽內(nèi)的第一介質(zhì)層表面和襯底表面形成浮柵層，所述浮柵層的表面高于所述襯底表面，所述浮柵層內(nèi)摻雜有第二摻雜離子，所述第二摻雜離子的導電類型與第一摻雜離子相反；刻蝕部分浮柵層，形成浮柵，所述浮柵包括位于所述溝槽內(nèi)的第一介質(zhì)層表面的第一結(jié)構(gòu)、以及位于第一結(jié)構(gòu)部分表面的第二結(jié)構(gòu)，所述第二結(jié)構(gòu)與位于溝槽一側(cè)的部分第一阱區(qū)相接觸，且所述第二結(jié)構(gòu)暴露出位于溝槽另一側(cè)側(cè)壁表面的第一介質(zhì)層頂部；在所述浮柵表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層與所述浮柵暴露出的第一介質(zhì)層相連接；在所述第二介質(zhì)層表面形成控制柵。
[0009]可選的，還包括:形成浮柵層之前，在所述第一介質(zhì)層的表面形成犧牲層，所述犧牲層的表面低于所述襯底表面；以所述犧牲層為掩膜，刻蝕所述第一介質(zhì)層，暴露出靠近襯底表面的部分溝槽的側(cè)壁表面；在刻蝕所述第一介質(zhì)層之后，去除所述犧牲層；在去除所述犧牲層之后，形成所述浮柵層。
[0010]可選的，在刻蝕部分浮柵層之后，所述第二結(jié)構(gòu)僅位于所述第一結(jié)構(gòu)表面，所述第二結(jié)構(gòu)通過所述溝槽暴露出的側(cè)壁表面與第一阱區(qū)相接觸。
[0011]可選的，在刻蝕部分浮柵層之后，所述第二結(jié)構(gòu)還位于溝槽一側(cè)的部分襯底表面，所述第二結(jié)構(gòu)通過所述溝槽暴露出的側(cè)壁表面、以及所覆蓋的襯底表面與第一阱區(qū)相接觸。
[0012]可選的，所述第一介質(zhì)層的頂部高于或齊平于所述襯底表面。
[0013]可選的，在刻蝕部分浮柵層之后，所述第二結(jié)構(gòu)還位于溝槽一側(cè)的部分襯底表面，所述第二結(jié)構(gòu)通過所覆蓋的襯底表面與第一阱區(qū)相接觸。
[0014]可選的，所述溝槽的形成工藝包括:在襯底表面形成掩膜層，所述掩膜層暴露出部分襯底表面；以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述襯底，在所述襯底內(nèi)形成溝槽。
[0015]可選的，所述第一介質(zhì)層的形成工藝為氧化工藝。
[0016]可選的，所述掩膜層包括:位于襯底表面的氧化娃層、以及位于所述氧化娃層表面的氮化娃層。
[0017]可選的，還包括:形成浮柵層之前，在所述第一介質(zhì)層的表面形成犧牲層；以所述犧牲層為掩膜，刻蝕所述掩膜層，直至暴露出靠近襯底表面為止；在刻蝕所述掩膜層之后，去除所述犧牲層；在去除所述犧牲層之后，形成所述浮柵層。
[0018]可選的，所述犧牲層的表面低于所述襯底的表面，還包括:以所述犧牲層為掩膜，刻蝕所述第一介質(zhì)層，暴露出靠近襯底表面的部分溝槽的側(cè)壁表面。
[0019]可選的，所述犧牲層的表面高于或齊平于所述襯底表面。
[0020]可選的，所述控制柵和第二介質(zhì)層的形成工藝包括:在襯底表面、第一介質(zhì)層暴露出的頂部表面、以及浮柵表面形成第二介質(zhì)膜；在所述第二介質(zhì)膜表面形成控制柵層；刻蝕所述控制柵層和第二介質(zhì)膜，直至暴露出襯底表面為止，形成第二介質(zhì)層和控制柵層。
[0021]可選的，在形成所述控制柵之后，在所述控制柵、第二介質(zhì)層、浮柵和第一介質(zhì)層兩側(cè)的第一阱區(qū)內(nèi)形成源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)摻雜有第一摻雜離子，且所述源區(qū)和漏區(qū)內(nèi)的摻雜濃度高于第一阱區(qū)內(nèi)的摻雜濃度。
[0022]可選的，在形成所述源區(qū)和漏區(qū)之前，在所述控制柵的側(cè)壁表面形成側(cè)墻。
[0023]可選的，還包括:在所述襯底內(nèi)的第一阱區(qū)底部形成第二阱區(qū)，所述第二阱區(qū)內(nèi)摻雜有第二摻雜離子。
[0024]可選的，所述第二阱區(qū)的摻雜濃度低于所述第一阱區(qū)的摻雜濃度。
[0025]可選的，所述浮柵層內(nèi)的摻雜濃度大于所述第一阱區(qū)內(nèi)的摻雜濃度。
[0026]可選的，所述襯底的材料為硅；所述第一介質(zhì)層的材料為氧化硅；所述浮柵層的材料為多晶硅；所述第二介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或多種組合；所述控制柵的材料為多晶硅。
[0027]相應的，本發(fā)明還提供一種采用上述任一項方法所形成的半浮柵器件，包括:襯底，所述襯底內(nèi)具有第一阱區(qū)，所述第一阱區(qū)內(nèi)具有第一摻雜離子；位于所述襯底內(nèi)的溝槽，所述溝槽的底部低于所述第一阱區(qū)的底部；位于所述溝槽的側(cè)壁和底部表面的第一介質(zhì)層；浮柵，所述浮柵內(nèi)具有第二摻雜離子，所述第二摻雜離子的導電類型與第一摻雜離子相反，所述浮柵包括位于所述溝槽內(nèi)的第一介質(zhì)層表面的第一結(jié)構(gòu)、以及位于第一結(jié)構(gòu)部分表面的第二結(jié)構(gòu)，所述第二結(jié)構(gòu)與位于溝槽一側(cè)的部分第一阱區(qū)相接觸，且所述第二結(jié)構(gòu)暴露出位于溝槽另一側(cè)側(cè)壁表面的第一介質(zhì)層頂部；位于所述浮柵表面的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層與所述浮柵暴露出的第一介質(zhì)層相連接；位于所述第二介質(zhì)層表面的控制柵。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0029]本發(fā)明的形成方法中，在溝槽的側(cè)壁和底部表面形成第一介質(zhì)層之后，在溝槽內(nèi)的第一介質(zhì)層表面、以及襯底表面形成浮柵層，且所述浮柵層的表面高于所述襯底表面，之后，通過刻蝕所述浮柵層，直至暴露出位于溝槽一側(cè)側(cè)壁表面的部分第一介質(zhì)層頂部表面為止，能夠形成浮柵。所述形成的浮柵能夠與第一阱區(qū)相接觸，由于浮柵層內(nèi)摻雜有第二摻雜離子，第一阱區(qū)內(nèi)摻雜有第一摻雜離子，所述第一摻雜離子和第二摻雜離子的導電類型相反，因此相接觸的浮柵和第一阱區(qū)能夠形成隧穿場效應晶體管。由于所述浮柵由一層完整的浮柵層刻蝕形成，因此所形成的浮柵內(nèi)不存在容易導致性能不良的界面或雜質(zhì)，尤其是浮柵的第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)之間的接觸界面性能穩(wěn)定。因此，所形成的浮柵性能改善，使得所形成的半浮柵器件的性能更為穩(wěn)定、可靠性提高。
[0030]進一步，形成浮柵層之前，在所述第一介質(zhì)層的表面形成犧牲層，所述犧牲層的表面低于所述襯底表面，以所述犧牲層為掩膜刻蝕所述第一介質(zhì)層后，能夠使所述第一介質(zhì)層的頂部低于襯底表面，使得所述第一介質(zhì)層能夠暴露出部分靠近襯底表面的溝槽側(cè)壁表面。后續(xù)去除犧牲層之后，能夠直接在所述溝槽內(nèi)和襯底的表面形成浮柵層，通過刻蝕所述浮柵層，即能夠形成浮柵。所形成的浮柵能夠通過溝槽所暴露出的側(cè)壁表面與襯底內(nèi)的第一阱區(qū)相接觸，形成隧穿場效應晶體管。而且，所述浮柵僅通過一次形成浮柵層的工藝、以及一次刻蝕浮柵層的工藝即可形成，則所形成的浮柵層內(nèi)不存在氧化物界面或雜質(zhì)，能夠使所形成的浮柵性能穩(wěn)定，所形成的半浮柵器件性能改善。
[0031]進一步，在刻蝕部分浮柵層之后，所述第二結(jié)構(gòu)不僅與溝槽暴露出的側(cè)壁表面相接觸，還位于溝槽一側(cè)的部分襯底表面，則所述第二結(jié)構(gòu)能夠同時通過所述溝槽暴露出的側(cè)壁表面、以及所覆蓋的襯底表面與第一阱區(qū)相接觸，使所述浮柵與第一阱區(qū)之間的接觸面積增大，有利于提高電子注入浮柵、以及從浮柵內(nèi)釋放的速率，有效地提高了所形成的半浮柵器件的性能。
[0032]進一步