[发明专利]非易失性存储单元及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种非易失性存储单元及其形成方法。

背景技术

通常，用于存储数据的半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器，易失性存储器易于在电源中断时丢失数据，而非易失性存储器即使在供电电源关闭后仍能保持存储器内的数据。非易失性半导体存储器具有成本低、密度大的特点。因此，非易失性存储器已广泛地应用于各个领域，包括嵌入式系统，例如电脑、交换机、蜂窝电话、网络互连设备、仪器仪表和汽车器件，同时还包括新兴的语音、图像、数据存储类产品，例如数字相机、数字录音机等。

近年来，具有硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅（SONOS）结构的非易失性存储器得到了广泛的研究，所述SONOS结构的存储器便于制造并且与集成电路的制造工艺兼容，便于形成在集成电路的外围区域以及逻辑区域中。所述氧化物-氮化物-氧化物结构中，氮化物层用于捕获电子，所述氧化物-氮化物-氧化物结构替代了传统存储器中的浮栅结构。

现有的氧化物-氮化物-氧化物结构的非易失性存储器单元中，所述氧化物-氮化物-氧化物层一般都直接形成在基底表面，占据较大的芯片面积，所述非易失性存储器的集成度还有待进一步的提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种非易失性存储单元及其形成方法，提高非易失性存储器的集成度。

为解决上述问题，本发明提供一种非易失性存储单元，包括：基底；位于基底上的间隔堆叠的若干绝缘层和若干栅极层，栅极层和绝缘层内形成有垂直于基底的通孔；位于所述通孔内的沟道层，所述沟道层的表面与通孔顶部齐平；位于所述栅极层和沟道层之间的存储介质层。

可选的，所述存储介质层包括位于栅极层侧壁表面的第一氧化物层、位于所述第一氧化物层表面的氮化物层和位于所述氮化物层表面的第二氧化物层。

可选的，所述第一氧化物层为氧化硅、氮化物层为氮化硅、第二氧化物层为氧化硅；或者，所述第一氧化物层为氧铝化铪、氮化物层为氮化铪、第二氧化物层为氧铝化铪。

可选的，所述第一氧化物层的厚度为0.1nm～1nm，所述氮化物层的厚度为1nm～2nm，第二氧化物层的厚度为0.1nm～1nm。

可选的，所述存储介质层覆盖通孔的侧壁表面。

可选的，所述存储介质层还覆盖栅极层的上表面和下表面。

可选的，所述绝缘层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅或碳氮氧化硅，所述绝缘层的厚度为30nm～60nm。

可选的，所述栅极层的材料为多晶硅、Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti、TiN、TaN、Ta、TaC、TaSiN、W、WN、WSi的一种或多种，所述栅极层的厚度为20nm～50nm。

可选的，所述沟道层的材料为硅、锗或锗化硅。

可选的，所述沟道层的厚度小于7nm。

可选的，所述沟道层填充满所述通孔。

可选的，还包括位于所述沟道层表面填充满所述通孔的介质层。

本发明的技术方案还提供一种上述非易失性存储单元的形成方法，包括：提供基底；形成位于基底上的间隔堆叠的若干绝缘层和若干栅极层；在所述栅极层和绝缘层内形成有垂直于基底的通孔；形成位于所述通孔内的沟道层，所述沟道层的表面与通孔顶部齐平；形成位于所述栅极层和沟道层之间的存储介质层。

可选的，所述沟道层和存储介质层的形成方法包括：在所述通孔内壁表面形成存储介质层、在所述存储介质层表面形成沟道层，所述沟道层的厚度小于7nm。

可选的，所述栅极层、存储介质层和沟道层的形成方法包括：形成位于基底上的间隔堆叠的若干绝缘层和若干伪栅极材料层；在所述绝缘层和伪栅极材料层内形成通孔，所述通孔底部位于基底表面；在所述通孔内形成沟道层；去除伪栅极材料层，形成凹槽；在所述凹槽内壁表面形成存储介质层；在所述存储介质层表面形成栅极层，所述栅极层填充满所述凹槽。

可选的，所述沟道层的为硅、锗或锗化硅。

可选的，所述沟道层的材料为锗，形成所述锗沟道层的方法包括：在所述存储介质层表面形成锗化硅层，所述锗化硅层中，锗的含量为30%～55%；对所述锗化硅层进行氧化处理，使所述锗化硅层中的锗析出，形成位于存储介质层表面的单晶锗层和位于所述单晶锗层表面的氧化硅层。

可选的，所述氧化处理为氧气氛围下的退火工艺，温度为600℃～1000℃，氧气浓度为10%～80%，退火时间为20min～200min。

可选的，所述沟道层填充满所述通孔。

可选的，还包括：在所述沟道层表面形成填充满所述凹槽的介质层。