[发明专利]包括一或多个非易失存储器单元的半导体结构及形成方法

说明书

本发明涉及包括一或多个非易失存储器单元的半导体结构及形成方法，其中，一种半导体结构包括：包括半导体材料的支持衬底、位于该支持衬底上方的埋置绝缘层、位于该埋置绝缘层上方的半导体层，该半导体层具有上表面及下表面，该下表面位于该埋置绝缘层上，以及至少一个非易失存储器单元。该非易失存储器单元包括沟道区、前栅极结构、掺杂背栅区以及电荷储存材料。该沟道区位于该半导体层中。该前栅极结构位于该沟道区及该半导体层的该上表面上方。该掺杂背栅区位于该沟道区下方的该支持衬底中。该电荷储存材料至少嵌入该沟道区与该背栅区之间的该埋置绝缘层的部分中。

技术领域

本发明通常涉及集成电路领域，尤其涉及包括非易失存储器(nonvolatilememory)装置的集成电路。

背景技术

非易失存储器(例如闪速存储器)可用于各种储存装置中，例如，安全数字存储卡(SD卡)、USB棒、固态硬盘(solid state drive；SSD)以及各种电子装置例如手机、平板电脑、媒体播放器等的内部存储器。非易失存储器的进一步应用包括嵌入式系统，其中，除了逻辑装置及/或易失性存储器装置以外，设置包括非易失存储器的非易失存储块，以及其中，该非易失存储器装置及该逻辑装置以及/或者易失性存储器装置物理地且电性地集成于单个衬底，例如单块硅衬底上。除了非易失存储器单元以外，可设于该单块硅衬底上的装置可包括逻辑晶体管，即设于逻辑电路中的场效应晶体管，以及/或者设于易失性存储器电路(例如静态随机访问存储器及/或动态随机访问存储器)中的场效应晶体管。包括非易失存储器的嵌入式系统在各种领域中得到应用。例如，它们可用于汽车及物联网应用中。例如，由于消除输入/输出缓冲区、设计灵活性、较低功耗以及/或者片上系统功能的缘故，所以与在分开的衬底上设置非易失存储器以及逻辑及/或易失性存储器电路的解决方案相比，在单个衬底上集成非易失存储器及逻辑电路以及/或者易失性存储器有助于提升性能并降低成本。

已用于嵌入式系统的闪速存储器单元架构的类型包括：包括单个栅极的1晶体管单元(1T单元)，以及分离栅极解决方案例如1.5晶体管(1.5T)及2晶体管(2T)单元。在此类存储器单元中，在该存储器单元中所储存的数据位可由电性绝缘材料所包围的闪速栅极电极中所储存的电荷量表示。已知的闪速存储器单元可在晶片表面上以基本平面的配置形成，其中，除了用于形成逻辑电路及/或易失性存储器电路中的场效应晶体管的多个工艺步骤以外，还执行若干额外的工艺步骤。尤其，在闪速存储器单元的该形成中可采用双栅极氧化物工艺。由于需要执行该额外工艺步骤以形成该闪速存储器单元，所以在嵌入式系统中设置非易失存储器可能具有较高的成本开销。

Tiwari等人的“A silicon nanocrystals based memory”Appl.Phys.Lett.，68:1377-79，1996揭露使用由储存于硅纳米晶体中的电荷引起的阈值漂移的存储器结构。

Tsuji等人的“Germanium nanoparticles formed in silicon dioxide layerby multi-energy implantation and oxidation state of Ge atoms”Journal ofPhysics:Conference Series，61:1196-1201，2007揭露在Si衬底上的SiO₂层中多能量注入Ge负离子。该Ge纳米粒子据说有望成为一种可行的光发射源。

Xu等人的“Self-assembled SiGe nanoparticles integrated into SOI”Materials Letters,73:39-41，2012揭露通过Ge离子注入结合后续退火工艺在绝缘体上硅结构的顶部硅中合成SiGe纳米粒子。

本发明提供半导体结构及其形成方法，其可有助于减少在与逻辑电路及/或易失性存储器电路中的晶体管相同的衬底上形成非易失存储器单元所采用的工艺步骤的数目。

发明内容