[发明专利]一种垂直栅极的存储器件结构及其制备方法

说明书

本发明公开一种垂直栅极的存储器件结构及其制备方法。该垂直栅极的存储器件结构包括：衬底，其形成有P阱区、N阱区和U形槽，其中，N阱区位于P阱区上方，U形槽贯穿N阱区；第一栅氧化层，形成在所述U形槽表面并延伸覆盖部分所述N阱区表面，且在U形槽的侧壁和N阱区表面处形成有窗口；半浮栅，形成在所述U形槽中，覆盖所述第一栅氧化层，且在窗口处与N阱区相接触；控制栅介质层，形成在所述U形槽中，覆盖所述半浮栅并延伸覆盖部分所述第一栅氧化层；控制栅，覆盖所述控制栅介质层，并完全填充U形槽；源区和漏区，分别形成在所述控制栅两侧，所述N阱区中。

技术领域

本发明属于半导体存储器技术领域，具体涉及一种垂直栅极的存储器件结构及其制备方法。

背景技术

随着半导体存储器的发展，其器件尺寸在不断地减小，其工作速度在也不断地提升。半浮栅晶体管(SFGT)作为一种新型无电容的存储器件，具有写操作速度快，单元面积小，芯片密度高，对数据存储时操作电压低，数据保持能力强等优点。

从半浮栅晶体管的工作原理可知，控制栅极和半浮栅之间的栅介质电容对栅极电压利用效率和器件的整体性能有着至关重要的影响。在一定条件下，栅介质电容越大，控制栅极对半浮栅区域的电压耦合效率相对越高，即控制栅极电压利用率越高，这有利于降低控制栅极操作电压，提升器件的编程效率和保持特性，也有助于半浮栅晶体管的外围电路设计，对半浮栅晶体管的科学研究以及实际应用具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种垂直栅极的存储器件结构，包括：衬底，其形成有P阱区、N阱区和U形槽，其中，N阱区位于P阱区上方，U形槽贯穿N阱区；第一栅氧化层，形成在所述U形槽表面并延伸覆盖部分所述N阱区表面，且在U形槽的侧壁和N阱区表面处形成有窗口；半浮栅，形成在所述U形槽中，覆盖所述第一栅氧化层，且在窗口处与N阱区相接触；控制栅介质层，形成在所述U形槽中，覆盖所述半浮栅并延伸覆盖部分所述第一栅氧化层；控制栅，覆盖所述控制栅介质层，并完全填充U形槽；源区和漏区，分别形成在所述控制栅两侧，所述N阱区中。

本发明的垂直栅极的存储器件结构中，优选为，所述半浮栅为P型多晶硅，所述控制栅为N型多晶硅。

本发明还公开一种垂直栅极的存储器件结构制备方法，包括以下步骤：在衬底的器件制作区域形成P阱区和N阱区，所述N阱区位于所述P阱区上方；刻蚀形成U形槽，使U形槽贯穿所述N阱区；形成第一栅氧化层，随后进行刻蚀，在所述U形槽的侧壁和N阱区表面形成窗口；在U形槽中形成P型多晶硅层，使其覆盖第一栅氧化层并完全填充U形槽，且在窗口处与所述N阱区相接触；对所述P型多晶硅层进行光刻、刻蚀形成半浮栅，及控制栅的制作区域；在所述U形槽中形成控制栅介质层，覆盖所述半浮栅并延伸覆盖部分所述第一栅氧化层；形成多晶硅层，使其覆盖所述控制栅介质层，并完全填充U形槽；进行边缘刻蚀，使控制栅两侧的部分所述N阱区的表面露出，进行N型离子注入形成控制栅、源区和漏区。

本发明的垂直栅极的存储器件结构制备方法中，优选为，形成窗口的具体步骤包括：在所述第一栅氧化层上淀积氮化硅层，使其填充U形槽；干法刻蚀去除部分氮化硅层，使位于U形槽一侧的侧壁及上表面的第一栅氧化层露出；湿法刻蚀去除露出的第一栅氧化层，形成窗口，然后各向同性刻蚀去除氮化硅层。

本发明的垂直栅极的存储器件结构制备方法中，优选为，采用干氧氧化方法形成氧化硅作为第一层栅氧化层。

本发明有效增加了控制栅极和半浮栅之间的栅介质电容耦合面积，提升了控制栅极电压的耦合效率，有利于降低控制栅极的工作电压，提升器件的编程效率和保持特性，同时该结构也有助于减小器件的单元尺寸，增加器件的芯片集成密度。

附图说明

图1是垂直栅极的存储器件结构制备方法的流程图。

图2～图12是垂直栅极的存储器件结构制备方法各阶段的结构示意图。

具体实施方式