具有分段主动区的非易失性存储器单元阵列的制作方法

1.本发明涉及集成电路及半导体装置制造，尤其涉及非易失性存储器单元阵列的结构以及形成非易失性存储器单元阵列的结构的方法。


背景技术：

2.非易失性存储器用于各种电子产品例如手机中。一次可编程(one-time-programmable；otp)存储器及多次可编程(multiple-time-programmable；mtp)存储器是非易失性存储器的常见类型。这些类型的非易失性存储器之间的一个主要区别是多次可编程存储器能够被重复编程及擦除，这与仅可被单次编程的一次可编程存储器相反。
3.可基于鳍式场效应晶体管(finfet)的装置结构来构造多次可编程存储器的单元阵列。鳍式场效应晶体管可包括一个或多个鳍片、环绕该鳍片的一个或多个栅极结构、以及自该鳍片外延生长的重掺杂源极/漏极区。
4.多次可编程存储器依赖于通过焦耳加热的自加热，以减少撷取及发射寿命，从而可在合理的时间尺度内达成储存电荷的编程及擦除。在阵列中的所有存储器单元之间需要高度的温度均匀性，从而可最大限度地降低用于记录数据位的统计裕度。高操作电压可提供所需的统计裕度，但可能降低该单元阵列上的温度均匀性，以及由于栅极介电击穿(dielectric breakdown)及电迁移而产生电性缺陷。
5.需要改进的非易失性存储器单元阵列的结构以及形成非易失性存储器单元阵列的结构的方法。


技术实现要素：

6.依据本发明的一个实施例，一种结构包括具有主动区的衬底。该主动区包括具有侧边的第一区段以及从该侧边侧向延伸的第二区段。该主动区的该第一区段沿平行于该第一侧边的方向具有第一长度尺寸。该第二区段沿平行于该第一侧边的该方向具有第二长度尺寸。该第二长度尺寸小于该第一长度尺寸。鳍片位于该主动区的该第二区段中的该衬底上。栅极结构延伸于该鳍片及该主动区的该第二区段上方。
7.依据本发明的另一个实施例，一种方法包括：在衬底中形成深沟槽隔离区，以定义主动区的边界。该主动区包括具有侧边的第一区段以及从该侧边侧向延伸的第二区段。该主动区的该第一区段沿平行于该第一侧边的方向具有第一长度尺寸。该第二区段沿平行于该第一侧边的该方向具有第二长度尺寸。该第二长度尺寸小于该第一长度尺寸。该方法还包括形成位于该主动区的该第二区段中的该衬底上的鳍片，以及形成延伸于该鳍片及该主动区的该第二区段上方的栅极结构。
附图说明
8.包含于并构成本说明书的一部分的附图示例说明本发明的各种实施例，并与上面所作的有关本发明的概括说明以及下面所作的有关这些实施例的详细说明一起用以解释
本发明的这些实施例。在这些附图中，类似的附图标记表示不同视图中类似的特征。
9.图1是依据本发明的实施例处于处理方法的初始阶段的非易失性存储器结构的俯视图。
10.图2是大体沿图1中的线2-2所作的剖视图。
11.图3是处于图1之后的该处理方法的处理阶段的该非易失性存储器结构的俯视图。
12.图4是大体沿图3中的线4-4所作的剖视图。
13.图4a是大体沿图3中的线4a-4a所作的剖视图。
14.图5是处于图3之后的该处理方法的处理阶段的该非易失性存储器结构的俯视图。
15.图6是大体沿图5中的线6-6所作的剖视图。
16.图6a是大体沿图5中的线6a-6a所作的剖视图。
17.图7及7a是处于图6及6a之后的该处理方法的处理阶段的该非易失性存储器结构的剖视图。
18.图8是依据本发明的替代实施例处于处理方法的初始阶段的非易失性存储器结构的俯视图。
19.图9是大体沿图8中的线9-9所作的剖视图。
20.图9a是大体沿图8中的线9a-9a所作的剖视图。
21.图10是处于图8之后的该处理方法的处理阶段的该非易失性存储器结构的俯视图。
22.图11是大体沿图10中的线11-11所作的剖视图。
23.图12是处于图11之后的该处理方法的处理阶段的该非易失性存储器结构的剖视图。
具体实施方式
24.请参照图1、2并依据本发明的实施例，非易失性存储器单元阵列的结构10包括主动区12、鳍片14、以及鳍片16。采用深沟槽隔离区18形式的沟槽隔离区形成于衬底20中并围绕主动区12。浅沟槽隔离19形成于鳍片14、16之间的主动区12中。为形成深沟槽隔离区18，可利用光刻及蚀刻制程图案化沟槽，在该沟槽中沉积介电材料(例如二氧化硅)，利用化学机械抛光平坦化该介电材料以移除形貌，以及凹入该介电材料以显露鳍片14、16并在鳍片14、16之间的主动区12中形成浅沟槽隔离19。
25.衬底20可含有单晶半导体材料，例如单晶硅，并可为含有单晶半导体材料(例如单晶硅)的块体晶圆。可用掺杂物(例如p型掺杂物)掺杂衬底20的半导体材料。
26.鳍片14、16形成于主动区12上方并自衬底20的顶部表面突出。鳍片14、16可含有单晶半导体材料，例如单晶硅。可利用光刻及蚀刻制程自衬底20图案化鳍片14、16或外延生长于衬底20上的层图案化鳍片14、16。鳍片14、16可在形成深沟槽隔离区18的沟槽时被切割至要求长度。鳍片14沿纵向方向的长度比鳍片16长。各鳍片14沿纵轴15轴向延伸，且各鳍片16沿纵轴17轴向延伸。鳍片14的数目及鳍片16的数目可不同于该代表实施例中的数目。
27.主动区12包括周边区段22、周边区段24、以及侧向布置于周边区段22与周边区段24之间的中心区段26。主动区12的周边区段22附加至主动区12的中心区段26的侧边25并突出远离主动区12的中心区段26的侧边25。主动区12的周边区段24附加至主动区12的中心区
段26的侧边27并突出远离主动区12的中心区段26的侧边27，侧边27与侧边25相对。主动区12的中心区段26还具有相对侧边23、29，其连接相对侧边25、27并可横向于侧边25，27定向。深沟槽隔离区18定义边界，该边界包括侧边23、25、27、29以及围绕周边区段22、24延伸的边，该边界围绕主动区12的区段22、24、26的外缘延伸。区段22、24、26是一体的且连续的。
28.周边区段22具有宽度尺寸w1，以及沿横向于该宽度尺寸并平行于侧边25的方向的长度尺寸l1。周边区段24具有宽度尺寸w2，以及沿横向于该宽度尺寸并平行于侧边27的方向的长度尺寸l2。主动区12的周边区段22、24的长度尺寸可相等或基本上相等。或者，主动区12的周边区段22、24的长度尺寸可不相等。
29.中心区段26具有宽度尺寸w3，以及沿横向于该宽度尺寸并平行于侧边25、27的方向的长度尺寸l3。主动区12的中心区段26的长度尺寸大于周边区段22的长度尺寸，并且也大于周边区段24的长度尺寸。主动区12的总宽度等于区段22、24、26的各宽度的和。在一个实施例中，主动区12的周边区段22、24的宽度尺寸可小于主动区12的中心区段26的宽度尺寸。中心区段26的侧边25、27的长度尺寸大于侧边23的宽度尺寸或侧边29的宽度尺寸。
30.鳍片14以相互隔开的平行的关系布置，并沿其相应纵轴15轴向延伸于主动区12的周边区段22、24及中心区段26上方。鳍片14在沿其相应纵轴15的一个方向延伸超出主动区12的中心区段26的侧边25至周边区段22上。鳍片14也在沿其相应纵轴15的相对方向上延伸超出主动区12的中心区段26的侧边27至周边区段24上。鳍片14可具有等于或基本上等于主动区12的区段22、24、26的宽度的和的长度，因此比鳍片16长。鳍片14沿横向于纵轴15、17的方向布置于一组鳍片16与另一组鳍片16之间。
31.鳍片16也以相互隔开的关系布置，并沿其相应纵轴17仅轴向延伸于主动区12的中心区段26上方。更具体地说，鳍片16沿其相应纵轴17从主动区12的中心区段26的侧边25轴向延伸至主动区12的中心区段26的侧边27。鳍片16的长度可等于主动区12的中心区段26的宽度。
32.通过向中心区段26添加周边区段22、24，有效扩大主动区12。当结构10在操作期间被供电时，包括主动区12的周边区段22、24以及位于主动区12的周边区段22、24上的鳍片14的区段的布局局部增强了该结构10的仅一部分(通常处于最高操作温度)的散热。结果是降低了靠近周边区段22、24的中心位置的结构10的温度，从而可有效改进结构10的总体温度均匀性。
33.请参照图3、4、4a，其中，类似的附图标记表示图1、2中类似的特征，且在该处理方法的下一制造阶段，形成栅极结构28、30、32，其沿横向于纵轴15、17的方向横向贯穿鳍片14、16。栅极结构28侧向布置于栅极结构30与栅极结构32之间。栅极结构28、30、32可包括由导体(例如功函数金属)组成的栅极电极层，以及由电性绝缘体(例如氧化铪)组成的栅极介电层。栅极结构28、30、32可通过沉积其构成材料的层堆叠并利用光刻及蚀刻制程图案化该层堆叠来形成。各栅极结构28、30、32可包括由介电材料(例如氮化硅)组成的覆盖层(未显示)，该介电材料可为该图案化的残余物。可邻近各栅极结构28、30、32的侧壁形成侧间隙壁34。侧间隙壁34可通过沉积由介电材料(例如氮化硅)组成的共形层并利用反应离子蚀刻制程蚀刻该共形层来形成。
34.由于其延伸长度，鳍片14沿其纵轴15延伸于周边区段22中的栅极结构30下方以及周边区段24中的栅极结构32下方。在一个实施例中，鳍片14可沿其纵轴15完全延伸于周边
区段22中的栅极结构30下方以及完全延伸于周边区段24中的栅极结构32下方。在一个实施例中，鳍片14可纵向延伸超出栅极结构30及栅极结构32。栅极结构30、32可仅在主动区12的中心区段26的相对侧边25、27(图1)与鳍片14重叠并横向延伸贯穿鳍片14(比鳍片16长)。栅极结构30、32不与鳍片16重叠或横向延伸贯穿鳍片16。
35.请参照图5、6、6a，其中，类似的附图标记表示图3、4、4a中类似的特征，且在该处理方法的下一制造阶段，通过蚀刻制程(例如非等向性蚀刻制程(例如，反应离子蚀刻))在鳍片14及鳍片16中形成腔体36。外延生长半导体材料层38，其包括在栅极结构28、30、32之间的各空隙中合并以在鳍片14、16上形成一体特征的区段。可在外延生长期间原位掺杂半导体层38，以引入n型掺杂物(例如，磷及/或砷)，从而提供n型导电性。半导体层38的不同区段可定义结构10的源极/漏极区。本文所使用的术语“源极/漏极区”是指可充当结构10的源极或漏极的半导体材料的掺杂体积。
36.请参照图7，7a，其中，类似的附图标记表示图6、6a中类似的特征，且在该处理方法的下一制造阶段，接着执行中间工艺(middle-of-line；mol)制程及后端工艺(back-end-of-line；beol)制程，其包括形成与结构10耦接的互连结构的硅化物、接触件、过孔、以及线路。尤其，可形成沟槽硅化物接触件40，其延伸以物理及电性接触半导体层38的相应区段。沟槽硅化物接触件40可包有通过硅化制程形成的金属硅化物，例如硅化钨、硅化钛、硅化镍、或硅化钴。可在该互连结构的介电层42中形成接触件44，其与沟槽硅化物接触件40连接。可在该互连结构的介电层42中形成接触件46，其与栅极结构28连接。接触件44、46可由经沉积并通过化学机械抛光平坦化的钨组成。接触件46可布置于栅极结构28的被连接在一起的一端。
37.栅极结构30、32无接触且为电性不活跃。因此，栅极结构30、32提供伪栅极，其在操作期间既不被供电也不起作用。由栅极结构30定义的伪栅极延伸贯穿鳍片14的端部及主动区12的周边区段22，且由栅极结构32定义的伪栅极延伸贯穿鳍片14的相对端部以及主动区12的周边区段24。
38.请参照图8、9、9a并依据替代实施例，结构48包括布置于主动区12上的鳍片50、鳍片52、以及鳍片54。鳍片50位于主动区12的中心区段26内的衬底20上。鳍片52位于主动区12的周边区段22内的衬底20上。鳍片54位于主动区12的周边区段24内的衬底20上。鳍片50侧向布置于鳍片52与鳍片54之间。主动区12的周边区段22、24以及鳍片52、54吸收多余热量，从而减少结构10的存储器元件的统计变化。
39.请参照图10、11，其中，类似的附图标记表示图8、9、9a中类似的特征，且在该处理方法的下一制造阶段，如前所述形成栅极结构28及半导体层38的所述区段。栅极结构28横向延伸贯穿鳍片50、52、54。半导体层38的这些区段外延生长于栅极结构28之间的空间中的鳍片50、52、54上。
40.请参照图12，其中，类似的附图标记表示图11中类似的特征，且在该处理方法的下一制造阶段，在半导体层38的这些区段上方形成沟槽硅化物接触件40。沟槽硅化物接触件40的长度比半导体层38的这些区段短。沟槽硅化物接触件40可仅位于鳍片50上的半导体层38的部分上方并与其物理接触。沟槽硅化物接触件40的定位可通过控制形成该硅化物的沟槽的尺寸来实现。位于鳍片52上的半导体层38的部分以及位于鳍片54上的半导体层38的部分不与沟槽硅化物接触件40物理接触。接着，在该互连结构的介电层42中形成连接至沟槽
硅化物接触件40的接触件44。这些鳍片52、54不与沟槽硅化物接触件40或接触件44接触，因此代表电性不活跃的伪鳍片。
41.上述方法用于集成电路芯片的制造。制造者可以原始晶圆形式(例如，作为具有多个未封装芯片的单个晶圆)、作为裸芯片、或者以封装形式分配所得的集成电路芯片。可将该芯片与其它芯片、分立电路元件和/或其它信号处理装置集成，作为中间产品或最终产品的部分。该最终产品可为包括集成电路芯片的任意产品，例如具有中央处理器的计算机产品或智能手机。
42.本文中引用的由近似语言例如“大约”、“大致”及“基本上”所修饰的术语不限于所指定的精确值。该近似语言可对应于用以测量该值的仪器的精度，且除非另外依赖于该仪器的精度，否则可表示所述值的+/-10％。
43.本文中引用术语例如“垂直”、“水平”等作为示例来建立参考框架，并非限制。本文中所使用的术语“水平”被定义为与半导体衬底的传统平面平行的平面，而不论其实际的三维空间取向。术语“垂直”及“正交”是指垂直于如刚刚所定义的水平面的方向。术语“侧向”是指在该水平平面内的方向。
44.与另一个特征“连接”或“耦接”的特征可与该另一个特征直接连接或耦接，或者可存在一个或多个中间特征。如果不存在中间特征，则特征可与另一个特征“直接连接”或“直接耦接”。如存在至少一个中间特征，则特征可与另一个特征“非直接连接”或“非直接耦接”。在另一个特征“上”或与其“接触”的特征可直接在该另一个特征上或与其直接接触，或者可存在一个或多个中间特征。如果不存在中间特征，则特征可直接在另一个特征“上”或与其“直接接触”。如存在至少一个中间特征，则特征可“不直接”在另一个特征“上”或与其“不直接接触”。
45.对本发明的各种实施例所作的说明是出于示例说明的目的，而非意图详尽无遗或限于所揭示的实施例。许多修改及变更对于本领域的普通技术人员将显而易见，而不背离所述实施例的范围及精神。本文中所使用的术语经选择以最佳解释实施例的原理、实际应用或在市场已知技术上的技术改进，或者使本领域的普通技术人员能够理解本文中所揭示的实施例。