非易失性半导体存储器器件的制作方法_2

文档序号:8474135阅读:来源:国知局
结构9-1到9-4之间的交叉部分中。此外,在选择栅极线SGLl或SGL2与鳍片型堆叠结构9-1到9-4的交叉部分中,形成漏极侧选择栅极晶体管SI与源极侧选择栅极晶体管S2。
[0048]具体地,该实施例中的字线WL1-WL4分别具有梳-刃形状,并且在作为纵向方向的Z轴方向上延伸的该梳-刃部分分别被构造成进入鳍片型堆叠结构9-1到9-4之间的间隙中。每条字线WL的梳-刃部分形成为隔着图1A中未示出的存储器膜(隧穿绝缘膜、存储器膜、或者阻挡绝缘膜)与鳍片型堆叠结构9-1到9-4中的任何一个接触。
[0049]上述的第一导电部分7a和第二导电部分7b用作将存储器串连接到位线BL的导电部分。参考图1A,第一和第二导电部分7a和7b各自具有分别经由接触栓BC1-BC3连接到位线BL1-BL3的台阶形端部。
[0050]此外,鳍片型堆叠结构9-1到9-4中的每一个都在其一端连接到源极线接触SC并且经由源极线接触SC连接到源极线SLo在偶数编号的鳍片型堆叠结构9-2和9-4中,源极线接触SC连接到第一导电部分7a侧的端部。在奇数编号的鳍片型堆叠结构9-1和9-3中,源极线接触SC连接到第二导电部分7b侧的端部。
[0051]此外,在第一实施例的非易失性半导体器件中,鳍片型堆叠结构9-1到9-4中的存储器串NANDa到NANDc中的每一个都包括形成在其中的辅助栅极晶体管AGT。辅助栅极晶体管AGT是选择性地将鳍片型堆叠结构9-1到9-4中的任何一个连接到第一导电部分7a或第二导电部分7b的晶体管。
[0052]辅助栅极晶体管AGT包括用作它们的栅极电极的相应辅助栅极电极AG1-AG4。辅助栅极电极AG1-AG4分别经由接触栓AC1-AC4连接到辅助栅极线AGL1-AGL4。
[0053]参考图2,在偶数编号的鳍片型堆叠结构9-2和9-4中,接触栓AC2和AC4在第二导电部分7b侧的端部处连接到相应的鳍片型堆叠结构9-2和9-4,并且在奇数编号的鳍片型堆叠结构9-1和9-3中,接触栓ACl和AC3在第一导电部分7a侧的端部处连接到相应的鳍片型堆叠结构9-1和9-3。
[0054]接下来参考图4,将描述每个存储器基元MC的具体结构。
[0055]每个存储器基元MC都包括用作该存储器基元MC的主体部分(沟道部分)的半导体层3a、3b和3c以及布置在半导体层3a、3b和3c的X轴方向侧表面上的栅极堆叠结构。该栅极堆叠结构包括第一绝缘层6a、电荷积聚层6b、第二绝缘层6c以及电极层6。
[0056]第一绝缘层6a用作存储器基元MC的隧穿绝缘膜。电荷积聚层6b是包括例如氮化硅膜(SiN)的膜。电荷积聚层6b具有积聚电荷并且基于所积聚的电荷的量保持数据的功能。然后,第二绝缘层6c形成于电荷积聚层6b与电极层6d之间并且用作存储器基元MC的阻挡绝缘膜。电极层6d用作控制栅极(控制电极)以及存储器基元MC的字线WL。用作字线WL的电极层6d在X-Z面上具有梳-刃形状并且形成为使得该梳-刃部分进入鳍片型堆叠结构9-1到9-4之间的空间中,如上所述。电极层6d也分别用作漏极侧选择栅极晶体管和源极侧选择栅极晶体管的选择栅极电极SGLl和SGL2。然而,注意,漏极侧选择栅极晶体管和源极侧选择栅极晶体管可以具有与存储器基元MC不同的结构。例如,选择栅极晶体管可以具有MIS (金属/绝缘体/半导体)结构,该结构仅具有一个绝缘层和电极层6d。
[0057]像存储器基元MC —样,每个辅助栅极晶体管AGT也具有半导体层3a、3b和3c以及布置在半导体层3a、3b和3c的Z轴方向侧表面上的栅极堆叠结构。该栅极堆叠结构包括第一绝缘层6a、电荷积聚层6b、第二绝缘层6c以及电极层6d。第一绝缘层6a用作栅极绝缘膜。电极层6d用作辅助栅极电极AGl到AG4之一。然而,注意,每个辅助栅极晶体管AGT都可以具有与存储器基元MC不同的结构。例如,每个辅助栅极晶体管AGT都可以具有MIS结构,该结构仅具有栅极绝缘层和栅极绝缘层上的辅助栅极电极。
[0058]辅助栅极电极AG1-AG4彼此电独立。并且辅助栅极电极AG1-AG4分别经由接触栓AC1-AC4连接到辅助栅极线AGL1-AGL4。辅助栅极电极AG1-AG4彼此电独立是因为,如上所述,辅助栅极晶体管AG1-AG4需要具有选择鳍片型堆叠结构9-1到9_4之一的功能。
[0059]注意,在形成了辅助栅极晶体管AGT的鳍片型堆叠结构9-1到9_4中的半导体层3a、3b和3c的区域中设有杂质区(例如,η型扩散层)8。η型扩散层8用作每个辅助栅极晶体管AGT的源极区和漏极区。注意,杂质区8也设于第一导电部分7a和第二导电部分7b中的半导体层(3a、3b和3c)中。
[0060]注意,在图1A-图5的例子中,电极层6d形成为覆盖鳍片型堆叠结构9-1到9_4的两个侧面,并且由此存储器基元MC1-MC4、漏极侧选择晶体管S1、源极侧选择晶体管S2以及辅助栅极晶体管AGT1-AGT4具有所谓的双栅结构。然而,该栅极结构不限于图中所示的那些,并且该栅极结构可以包括例如单栅结构,在单栅结构中电极层16d仅形成在鳍片型堆叠结构9-1到9-4的一个侧表面上。
[0061]此外,在图1A-图5的例子中,在成组的存储器基元MC1-MC4、漏极侧选择栅极晶体管S1、源极侧选择栅极晶体管S2、以及辅助栅极晶体管AGT1-AGT4之间,第一绝缘层6a、电荷积聚层6b、第二绝缘层6c、以及电极层6d均在Y轴方向上被分割。然而,第一绝缘层6a、电荷积聚层6b以及第二绝缘层6c可以在成组的存储器基元MC1-MC4、漏极侧选择栅极晶体管S1、源极侧选择栅极晶体管S2、以及辅助栅极晶体管AGT1-AGT4之间是整体的(连续的)。电极层6d需要在成组的存储器基元MC1-MC4、漏极侧选择栅极晶体管S1、源极侧选择栅极晶体管S2、以及辅助栅极晶体管AGT1-AGT4之间被电分割。
[0062]同时,在奇数编号的鳍片型堆叠结构9-1和9-3中,辅助栅极晶体管AGT1-AGT4布置在第一导电部分7a侧的端部上,并且在偶数编号的鳍片型堆叠结构9-2-9-4中,辅助栅极晶体管AGT1-AGT4布置在第二导电部分7b侧的端部上。具体地,当作为整个存储器基元阵列来看时,在鳍片型堆叠结构9-1到9-4的第一导电部分7a侧的端部处,辅助栅极晶体管AGT在X轴方向上布置在鳍片型堆叠结构9-1到9-4中每隔一个上。类似地,在鳍片型堆叠结构9-1到9-4的第二导电部分7b侧的端部处,辅助栅极晶体管AGT在X轴方向上布置在鳍片型堆叠结构9-1到9-4中每隔一个上。根据该结构,在鳍片型堆叠结构9-1到9-4的X轴方向上的节距(或距离)可以减小以有助于进一步的高集成度。
[0063]此外,存储器串NANDa、NANDb和NANDc的源极区包括半导体层3a、3b和3c中的杂质区(例如,η型扩散层)9。作为源极区的杂质区9经由接触栓SC连接到源极线SL。
[0064]此处,存储器串NANDa、NANDb和NANDc的源极区布置于在X轴方向上连接辅助栅极电极AG1-AG4的线的存储器基元MC1-MC4侧。这是为了在图案化辅助栅极电极AG1-AG4时减少由于未对准导致的对源极区9的损坏。
[0065][材料实例]
[0066]对于图1A-图5中所示的非易失性半导体存储器器件的元件的材料,可以根据半导体存储器的代适当地选择最佳材料。
[0067]例如,第一层间电介质膜2包括二氧化硅(S12)。半导体层3a、3b和3c包括例如单晶硅(Si)。半导体层3a、3b和3c优选处于单晶状态,但是可以处于非晶状态或多晶状态等。
[0068]层间电介质膜4a和4b包括例如二氧化硅(S12)。层间电介质膜5可以单独包括例如二氧化硅(S12)或氮化硅(SiNx),或者可以包括它们的堆叠结构。
[0069]存储器串NANDa、NANDb和NANDc包括具有SONOS (硅/氧化物/氮化物/氧化物/娃)结构的存储器基元。
[0070]第一绝缘层6a可以是二氧化硅(S12)、电荷积聚层6b可以是Si3N4,第二绝缘层6c可以是Al2O3,并且控制栅极电极6d可以是NiSi。
[0071]第一绝缘层6a可以包括氮氧化硅、二氧化硅和氮化硅的堆叠结构等。此外,第一绝缘层6a可以包括硅纳米颗粒、金属离子等。
[0072]电荷积聚层6b可以包括富娃SiN、SixNy (其中娃和氮的成分比x和y是任意的)、氮氧化娃(S1N)、氧化铝(Al2O3)、氮氧化铝(AlON)、二氧化給(HfO2)、铝酸給(HfAlO3)、氮氧化铪(HfON)、氮化铝酸铪(HfAlON)、硅酸铪(HfS1)、氮化硅酸铪(HfS1N)、氧化镧(La2O3)、以及铝酸镧(LaAlO3)中的至少一种。
[0073]电荷积聚层6b可以包括娃纳米颗粒、金属离子等。此外,电荷积聚层6b可以包括其中添加了杂质的诸如多晶硅或金属等的电导体。
[0074]第二绝缘层6c可以包括二氧化娃(S12)、氮氧化娃(S1N)、氧化铝(Al2O3)、氮氧化铝(AlON)、二氧化铪(HfO2)、铝酸铪(HfAlO3)、氮氧化铪(HfON)、氮化铝酸铪(HfAlON)、硅酸铪(HfS1)、氮化硅酸铪(HfS1N)、氧化镧(La2O3)、以及铝酸镧(LaAlO3)和硅酸镧铝(LaAlS1)中的至少一种。
[0075]电极层6d可以包括:诸如氮化钽(TaN)、碳化钽(TaC)或者氮化钛(TiN)的金属化合物,诸如镍(Ni)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、钇(Y)、钼(Mo)、钌(Ru)、铑(Rh)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、铱(Ir)、钴(Co)、钛(Ti)、铒(Er)、铂(Pt)、钯(Pd)、锆(Zr)、钆(Gd)、镝(Dy)、钬(Ho)、或铒(Er)的显示出金属导电属性的金属元素及其硅化物。
[0076]此外,杂质区8和9中包含的杂质可以包括η型半导体杂质、P型半导体杂质以及它们的组合,η型半导体杂质包括诸如砷(As)和磷(P)的五价元素,P型半导体杂质包括诸如硼(B)和铟(In)的三价元素。
[0077]接触栓BCl、BC2 和 BC3、AC1-AC4、和 SC,位线 BLl、BL2、和 BL3,辅助栅极线AGL1-AGL4,以及源极线SL可以包括诸如钨(W)、铜(Cu)和铝(Al)的金属材料。
[0078]此外,接触栓BCl、BC2、和BC3、AC1-AC4和SC
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