專利名稱：非易失性存儲(chǔ)器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的構(gòu)思總地涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及能夠采用電荷存儲(chǔ) 層記錄或擦除數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器。本發(fā)明的構(gòu)思還涉及制造此類(lèi)非易失 性存儲(chǔ)器的方法。
背景技術(shù)：
包括半導(dǎo)體器件的主電子系統(tǒng)(host electronic system )已經(jīng)在尺寸上變 得越來(lái)越小，但是仍然需要用于處理(也就是，存儲(chǔ)、操縱、取回和擦除) 大量的數(shù)據(jù)。因此，對(duì)包括非易失性存儲(chǔ)器的當(dāng)前電子系統(tǒng)存在對(duì)增大操作 速度、功能適應(yīng)性以及更大的集成密度的持續(xù)需求。在電子系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的物 理空間的不足已經(jīng)推動(dòng)設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)多級(jí)(multi-level)非易失性存儲(chǔ)器以替 代傳統(tǒng)的單層器件。
多級(jí)非易失性存儲(chǔ)器的特征在于多個(gè)垂直(也就是，Z方向取向)堆疊 的組成層。每個(gè)單獨(dú)的層通常包括存儲(chǔ)單元陣列并傾向于占據(jù)與許多傳統(tǒng)單 層非易失性存儲(chǔ)器大致相同尺寸的橫向(lateral)覆蓋區(qū)(footprint)(也就 是，X/Y截面)。組件在多級(jí)非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)的布置將隨用于機(jī)械堆疊并 電連接該組件的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)而變化。不幸地，隨著多級(jí)非易失性存儲(chǔ)器 中堆疊的層的數(shù)目增加，與制造和測(cè)試相關(guān)的困難也增加并且該困難抬高了 整個(gè)制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)方案，提供了一種非易失性存儲(chǔ)器，該非易失性 存儲(chǔ)器包括第一半導(dǎo)體層，沿第一方向延伸；第二半導(dǎo)體層，平行于第一 半導(dǎo)體層延伸并與第一半導(dǎo)體層分隔開(kāi)；隔離層，在第一半導(dǎo)體層與第二半 導(dǎo)體層之間；第一控制柵極電極，在第一半導(dǎo)體層與隔離層之間；第二控制 柵極電極，在第二半導(dǎo)體層與隔離層之間，其中第二控制柵極電極和第一控 制柵極電極分別設(shè)置在隔離層的相反側(cè)；第一電荷存儲(chǔ)層，在第一控制柵極電極與第一半導(dǎo)體層之間；以及第二電荷存儲(chǔ)層，在第二控制柵極電極與第
二半導(dǎo)體層之間。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另 一方案，提供了 一種多層垂直堆疊的非易失性存儲(chǔ)
器，其包括垂直堆疊4吏得一個(gè)單層堆疊在另一單層頂部的多個(gè)單層，其中 每個(gè)單層通過(guò)第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的交替布置而形成在公共橫向 平面；其中每個(gè)第 一半導(dǎo)體層平行于相應(yīng)的第二半導(dǎo)體層延伸并通過(guò)隔離層 與該第二半導(dǎo)體層分隔；第 一控制柵極電極設(shè)置在第 一半導(dǎo)體層與隔離層之 間，并且第二控制柵極電極設(shè)置在第二半導(dǎo)體層與隔離層之間，使得第二控 制柵極電極和第 一控制柵極電極分別設(shè)置在隔離層的相反側(cè)；第 一 電荷存儲(chǔ) 層設(shè)置在第一控制柵極電極與第一半導(dǎo)體層之間，第二電荷存儲(chǔ)層設(shè)置在第 二控制柵極電極與第二半導(dǎo)體層之間。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另 一方案，提供了 一種制造非易失性存儲(chǔ)器的方法。 該方法包括形成第一半導(dǎo)體層，該第一半導(dǎo)體層在第一方向上平行于相應(yīng)
的第二半導(dǎo)體層延伸；在第一半導(dǎo)體層的暴露側(cè)壁上形成第一電荷存儲(chǔ)層并
且在第二半導(dǎo)體層的暴露側(cè)壁上形成第二電荷存儲(chǔ)層；在第一電荷存儲(chǔ)層上 形成第一控制柵極電極并且在第二電荷存儲(chǔ)層上形成第二控制柵極電極；以 及在第 一控制柵極電極與第二控制柵極電極之間形成隔離層。


將參照附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例，附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的一部分的透視圖2是圖1的非易失性存儲(chǔ)器沿線n-n，剖取的截面圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的等效電路圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另 一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的一部分的透視
圖5是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的一部分的透視
圖6是圖5的非易失性存儲(chǔ)器沿線VI-VI，剖取的截面圖； 圖7到圖11是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的制造 方法的相關(guān)透^見(jiàn)圖12是示意地示出適于包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)卡的總框圖；以及
圖13是適于包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的電子系 統(tǒng)的總框圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的構(gòu)思。然而，本發(fā)明的構(gòu) 思可以以多種不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)^^皮解釋為^f義限于此處所述的實(shí)施例。 而是，這些實(shí)施例被提供作為教導(dǎo)的示例。
在全部附圖中，為清晰起見(jiàn)，特定的層和區(qū)域的相對(duì)厚度和/或尺寸可以 被夸大。在整個(gè)附圖和書(shū)面描述中，相同的附圖標(biāo)記用于指示相同或相似的 元件、層和/或區(qū)域。
在下面的實(shí)施例的描述中使用的術(shù)語(yǔ)可以被解釋為本領(lǐng)域技術(shù)人員理 解的那些術(shù)語(yǔ)，除非另行定義。表述"至少一個(gè)"表示一個(gè)或者超過(guò)一個(gè)， 因此可以被理解為單數(shù)或復(fù)數(shù)。術(shù)語(yǔ)"在...上"可以用于描述一個(gè)層或區(qū)域 直接地形成在另一層或區(qū)域上，或者可以存在插入的層和/或區(qū)域。
圖l是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的透視圖。圖
2是圖1的非易失性存儲(chǔ)器沿線n-n，提取的截面圖。
共同地參照?qǐng)D1和圖2,設(shè)置了至少一個(gè)第一半導(dǎo)體層120a和至少一個(gè) 第二半導(dǎo)體層120b。第一半導(dǎo)體層120a和第二半導(dǎo)體層120b設(shè)置在相同橫 平面(lateral plane)上且彼此面對(duì)。術(shù)語(yǔ)"橫"和"垂直"在它們各自的取 向上是相對(duì)的。為了描述的清晰，橫平面可以被認(rèn)為由任意兩個(gè)正交平面 X/Y限定，垂直平面(如在"垂直堆疊"中)可以被認(rèn)為與定義的橫平面正 交交叉。在圖1和圖2所示出的示例中，第一半導(dǎo)體層120a和第二半導(dǎo)體 層120b彼此分離地布置且彼此平行地對(duì)準(zhǔn)，使得相應(yīng)的側(cè)壁彼此面對(duì)。在 相關(guān)的實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層120a和第二半導(dǎo)體層120b可以由單晶外延 層或多晶硅層形成。
至少一個(gè)隔離(例如，具有電絕緣性)層設(shè)置在第一半導(dǎo)體層120a與 第二半導(dǎo)體層120b之間。在圖1和圖2所示出的實(shí)施例中，多個(gè)隔離層段 170 (isolation layer segment)沿橫平面間隔一定距離地布置以使第 一半導(dǎo)體 層120a與第二半導(dǎo)體層120b分隔開(kāi)。用其它術(shù)語(yǔ)表述，多個(gè)隔離段沿第一 方向在第一半導(dǎo)體層120a與第二半導(dǎo)體層120b之間延伸。在圖l和圖2所示出的實(shí)施例中，隔離層段170大致處于間隙中間，該間隙將第一半導(dǎo)體層 120a和第二半導(dǎo)體層120b的相對(duì)的平行側(cè)壁分隔開(kāi)。然而，隔離層段170 的數(shù)目和它們?cè)谙鄬?duì)的半導(dǎo)體層之間的幾何布置可以根據(jù)要形成的非易失 性存儲(chǔ)器的期望容量來(lái)確定。在本發(fā)明構(gòu)思的其它實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層 120a和第二半導(dǎo)體層120b可以被連續(xù)延伸的隔離層分隔，而不是定義的隔 離層段170。因此，將第一半導(dǎo)體層120a和第二半導(dǎo)體層120b分隔的隔離 結(jié)構(gòu)在此后將^皮通稱為"隔離層170"而不管特定的圖案化。
至少一個(gè)第一控制柵極電極160a(也就是，多個(gè)第一控制柵極電極160a) 設(shè)置(也就是，以指定的間隔布置)在第一半導(dǎo)體層120a與隔離層170之 間。在圖1和圖2所示出的實(shí)施例中，第一控制柵極電極160a分別沿隔離 層170的第一側(cè)壁(也就是，隔離層170的面對(duì)第一半導(dǎo)體層120a的側(cè)壁) 設(shè)置。第一控制柵極電極160a的數(shù)目和布置可以根據(jù)要形成的非易失性存 儲(chǔ)器的期望容量來(lái)確定。
至少一個(gè)第二控制柵極電極160b(也就是，多個(gè)第二控制柵極電極160b) 設(shè)置在第二半導(dǎo)體層120b與隔離層170之間。在圖.l和圖2所示出的實(shí)施 例中，第二控制柵極電極160b分別沿隔離層170的第二側(cè)壁(也就是，隔 離層170的面對(duì)第二半導(dǎo)體層120b的側(cè)壁)設(shè)置。以此方式，作為一個(gè)示 例，隔離層170設(shè)置在多個(gè)第一控制初H及電極160a與多個(gè)第二控制4冊(cè)極電 才及160b之間。
至少一個(gè)第一電荷存儲(chǔ)層140a設(shè)置在多個(gè)第一控制柵極電極160a與第 一半導(dǎo)體層120a之間。在圖1和圖2所示出的實(shí)施例中，第一電荷存儲(chǔ)層 140a在第一方向隨第一半導(dǎo)體層120a延伸，并以相應(yīng)的間隔越過(guò)多個(gè)第一 控制柵極電極160a。以此方式，作為一個(gè)示例，第一電荷存儲(chǔ)層設(shè)置在多個(gè) 第一控制柵極電極160a與第一半導(dǎo)體層120a之間。在相關(guān)的實(shí)施例中，連 續(xù)的第一電荷存儲(chǔ)層140a可以實(shí)施為由組成的材料層圖案化且與多個(gè)第一 控制柵極電極160a——對(duì)應(yīng)的多個(gè)段。
至少一個(gè)第二電荷存儲(chǔ)層140b關(guān)于隔離層170、多個(gè)第二控制柵極電極 160b和第二半導(dǎo)體層120b類(lèi)似地設(shè)置。第一電荷存儲(chǔ)層140a和第二電荷存 儲(chǔ)層140b用作在非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)處理(dataprogramming)的電荷束 縛介質(zhì)。例如，第一電荷存儲(chǔ)層140a和第二電荷存儲(chǔ)層140b可以用作通常 知曉的浮置柵極型元件或電荷束縛型元件。浮置柵極型元件可以通過(guò)由導(dǎo)電材料例如多晶硅形成電荷存儲(chǔ)層(140a和140b)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電荷束縳型元件 可以通過(guò)由硅氮化物層、實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)的材料和/或納米晶形成電荷存儲(chǔ)層 (140a和140b)來(lái)實(shí)現(xiàn)。量子點(diǎn)和/或納米晶結(jié)構(gòu)可以將一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體(例 如，金屬或半導(dǎo)體納米顆粒)M在絕緣材料內(nèi)來(lái)形成。電荷束縛型元件局 部地存儲(chǔ)電荷，并可以用于在非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)提供多位操作。
至少一個(gè)第一隧穿絕緣層130a設(shè)置在第一電荷存儲(chǔ)層140a與第一半導(dǎo) 體層120a之間。在圖1和圖2所示出的實(shí)施例中，第一隧穿絕緣層130a在 第一方向隨第一半導(dǎo)體層120a延伸，并以相應(yīng)的間隔越過(guò)多個(gè)第一控制柵 極電極160a。如同第一電荷束縛層140a,多個(gè)第一隧穿絕緣層段可以被交 替地使用在多個(gè)第一控制柵極電極160a與第一半導(dǎo)體層120a之間。
至少一個(gè)第二隧穿絕緣層130b關(guān)于第二電荷存儲(chǔ)層140b和第二半導(dǎo)體 層120b類(lèi)似地設(shè)置。
至少一個(gè)第一阻擋絕緣層150a設(shè)置在第一電荷存儲(chǔ)層140a與多個(gè)第一 控制柵極電極160a之間。在圖1和圖2所示出的實(shí)施例中，第一阻擋絕緣 層150a在第一方向隨第一半導(dǎo)體層120a延伸，并以相應(yīng)的間隔越過(guò)多個(gè)第 一控制柵極電極160a。如同第一電荷束綽層140a和第一隧穿層130a，多個(gè) 阻擋絕緣層段可以被交替地使用在多個(gè)第一控制柵極電極160a與第一半導(dǎo) 體層120a之間。
至少一個(gè)第二阻擋絕緣層150b關(guān)于第二電荷存儲(chǔ)層140b和多個(gè)第二控 制才冊(cè)極電極160b類(lèi)似地i殳置。
圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例(例如圖1和圖2的實(shí)施例)的 非易失性存儲(chǔ)器的等效電路圖。
共同地參照?qǐng)D1到圖3,包括第一半導(dǎo)體層120a和第一控制柵極電極 160a的第一堆疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成了第一存儲(chǔ)單元MCl的第一布置。包括第二半導(dǎo) 體層120b和第二控制柵極電極160b的第二堆疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成了第二存儲(chǔ)單元 MC2的第二布置。多個(gè)第一控制柵極電極160a可以用作第一字線WL1,多 個(gè)第二控制柵極電極160b可以單獨(dú)地用作第二字線WL2。以此方式，第一 存儲(chǔ)單元MC1的第一布置可以形成NAND型快閃存儲(chǔ)器(flash memory device )的第 一 串(string )S 1 ，第二存儲(chǔ)單元MC2的第二布置可以形成NAND 型快閃存儲(chǔ)器的第二串S2。 在上述布置內(nèi)，可以改變多個(gè)第一控制4冊(cè)^l電才及160a和/或多個(gè)第二控制柵極電極160b的相鄰的控制柵極電極之間的相應(yīng)寬度，從而改變第一存 儲(chǔ)單元MC1的第一布置和/或第二存儲(chǔ)單元MC2的第二布置的相應(yīng)密度。 因此，可以減少第一串Sl和第二串S2的長(zhǎng)度，從而增大要形成的非易失性 存儲(chǔ)器的總集成度。
同樣注意，如上實(shí)施的第一字線WL1和第二字線WL2并不^C共享。， 此關(guān)系減小了由關(guān)于第一存儲(chǔ)單元MC1的第一布置和第二存儲(chǔ)單元MC2的 第二布置進(jìn)行的重復(fù)操作引起的壓力。因此，可以改善要形成的非易失性存 儲(chǔ)器的總可靠性。
圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一示范性實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的透視 圖。此非易失性存儲(chǔ)器在許多方面類(lèi)似于關(guān)于圖l到3所描述的實(shí)施例。由 此，在當(dāng)前實(shí)施例中將不再重復(fù)之前描述的元件及可能的相互關(guān)系。
參照?qǐng)D4，第一半導(dǎo)體層120a和第二半導(dǎo)體層120b的堆疊布置設(shè)置在 公共平面(關(guān)于完成的非易失性存儲(chǔ)器的最終取向?yàn)闄M向或垂直的)中。以 任意合理的數(shù)目，多個(gè)第一半導(dǎo)體層120a和相應(yīng)的多個(gè)第二半導(dǎo)體層120b 交替地布置以實(shí)現(xiàn)圖4的堆疊布置。相應(yīng)的第一存儲(chǔ)單元MC1的第一布置 和第二存儲(chǔ)單元MC2的第二布置布置在交替的相鄰配置中。實(shí)際上，第一 存儲(chǔ)單元MC1和第二存儲(chǔ)單元MC2的所得堆疊布置在所限定的公共平面內(nèi) 形成存儲(chǔ)單元矩陣。
如上所述，在4艮據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的所得非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)的存儲(chǔ) 單元的相對(duì)集成度可以采用此方法而顯著地增大。
圖5是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的透視圖。圖6 是圖5的非易失性存儲(chǔ)器沿線VI-VI，剖取的截面圖。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的非 易失性存儲(chǔ)器如圖1到圖4所示，因此這里將不提供對(duì)與圖1到圖4的組成 元件相同的組成元件的描述。
參照?qǐng)D5，多個(gè)堆疊布置垂直地堆疊使得一個(gè)垂直堆疊布置堆疊在另一 垂直堆疊布置的頂部，從而形成多層的垂直堆疊布置，其中每個(gè)堆疊布置包 括與多個(gè)第二半導(dǎo)體層120b交替地堆疊的多個(gè)第一半導(dǎo)體層120a。合成的 垂直堆疊布置實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)單元的三維陣列，該三維陣列與單個(gè)堆疊布置(如 圖4中示出的那個(gè))占據(jù)的橫平面覆蓋區(qū)相同。相鄰的垂直堆疊布置被相應(yīng) 的層間電介質(zhì)層110分隔，層間電介質(zhì)層110使第一半導(dǎo)體層120a/第二半 導(dǎo)體層120b之上和之下電絕緣。在圖5示出的實(shí)施例中，多個(gè)第一控制柵極電極160a在第一方向沿相 應(yīng)的第一半導(dǎo)體層120a延伸，多個(gè)第二控制4冊(cè)極電極160b在第一方向沿相 應(yīng)的第二半導(dǎo)體層120b延伸。所得的第一控制柵極電極和第二控制柵極電 極的垂直堆疊集合(collection)垂直向上延伸穿過(guò)多層垂直堆疊的布置。隔 離層170及形成第 一控制柵極和第二控制柵極的垂直堆疊集合的材料層可以 向上延伸穿過(guò)多層垂直堆疊的布置且越過(guò)多個(gè)第一半導(dǎo)體層120a和第二半 導(dǎo)體層120b。這些元件可以實(shí)現(xiàn)為連續(xù)且垂直延伸(running)的材料或者 圖案化的材料層段。
類(lèi)似地，第一隧穿絕緣層130a、第一電荷存儲(chǔ)層140a和/或第一阻擋絕 緣層150a可以向上延伸穿過(guò)多層垂直堆疊的布置。對(duì)第二隧穿絕緣層130b、 第二電荷存儲(chǔ)層140b和/或第二阻擋絕緣層150b也是這樣。
圖6的截面圖示出了在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的多層垂直堆疊布置內(nèi) 的這些材料層的相對(duì)取向。
第一存儲(chǔ)單元MC1和第二存儲(chǔ)單元MC2 (見(jiàn)例如圖3)的三維矩陣可 以非常密集地集成在才艮據(jù)本發(fā)明構(gòu)思實(shí)施例的所得非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)，并在 要求大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和用最小空間分配來(lái)存取的主機(jī)系統(tǒng)(host system) 中隨即可用。
圖7到11是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的制造方法 的相關(guān)透視圖。
參照?qǐng)D7，層間電介質(zhì)層110和半導(dǎo)體層120可以交替地沉積。例如， 半導(dǎo)體層120可以由籽晶層(未示出)生長(zhǎng)為外延層。或者，半導(dǎo)體層120 可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)形成非晶層且然后進(jìn)行熱處理(例如激光退 火)而結(jié)晶為單晶層。再者，半導(dǎo)體層120可以采用常規(guī)CVD工藝由沉積 的多晶硅層形成。
參照?qǐng)D8,各個(gè)層間電介質(zhì)層110和半導(dǎo)體層120被圖案化以形成多個(gè) 溝槽115，每個(gè)溝槽限定最終形成的相對(duì)的第一半導(dǎo)體層120a與第二半導(dǎo)體 層120b之間的分隔間隙。例如，多個(gè)溝槽115可以采用通常知曉的光刻和 蝕刻工藝來(lái)獲得。以此方式，堆疊的半導(dǎo)體層120可以被分為相對(duì)的第一半 導(dǎo)體層120a和第二半導(dǎo)體層120b。產(chǎn)生第一半導(dǎo)體層120a和第二半導(dǎo)體層 120b的具有三維結(jié)構(gòu)的堆疊布置，該三維結(jié)構(gòu)是i殳置在各公共(橫)平面中 的半導(dǎo)體層的陣列的組合。參照?qǐng)D9，包括第一隧穿絕緣層130a、第一電荷存儲(chǔ)層140a和第一阻 擋絕緣層150a的堆疊結(jié)構(gòu)形成在堆疊的第一半導(dǎo)體層120a的暴露側(cè)壁上。 同時(shí)，第二隧穿絕緣層130b、第二電荷存儲(chǔ)層140b和第二阻擋絕緣層150b 的堆疊結(jié)構(gòu)形成在堆疊的第二半導(dǎo)體層120b的暴露側(cè)壁上。
也就是，第一隧穿絕緣層130a和第二隧穿絕緣層130b可以同時(shí)地形成。 第一電荷存儲(chǔ)層140a和第二電荷存儲(chǔ)層140b可以同時(shí)地形成，第一阻擋絕 緣層150a和第二阻擋絕緣層150b可以同時(shí)地形成。
參照?qǐng)DIO，然后第一控制柵極電極層160a形成在第一隧穿絕緣層130a、 第一電荷存儲(chǔ)層140a和第一阻擋絕緣層150a的堆疊結(jié)構(gòu)上且在多個(gè)溝槽 115內(nèi)。第二控制柵極電極層160b也形成在第二隧穿絕緣層130b、第二電 荷存儲(chǔ)層140b和第二阻擋絕緣層150b的堆疊結(jié)構(gòu)上且在多個(gè)溝槽115內(nèi)。 此外，隔離絕緣層170形成在第一控制柵-極電極層160a與第二控制柵極電 極層160b之間。第一控制柵極電極層160a和第二控制柵極電極層160b可 以采用與在所得的非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)實(shí)施的特定類(lèi)型存儲(chǔ)單元相關(guān)的通常 知曉的工藝同時(shí)形成。
參照?qǐng)D11,第一控制柵極電極層160a、隔離絕緣層170和第二控制柵 極電極層160b可以采用常規(guī)的光刻和蝕刻工藝圖案化，以產(chǎn)生多個(gè)第一控 制柵極電極160a和第二控制柵極電極160b。
根據(jù)以上方法，三維非易失性存儲(chǔ)器的各個(gè)柵極電極可以用非常經(jīng)濟(jì)的 工藝步驟來(lái)制造。
圖12是示意地示出可包括^^艮據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)非易 失性存儲(chǔ)器的卡500的總框圖。參照?qǐng)D12,控制器510和存儲(chǔ)器520可以在 控制器510的控制下交換數(shù)據(jù)。眾多常規(guī)數(shù)據(jù)通訊協(xié)議的任一個(gè)可以用于促 進(jìn)數(shù)據(jù)交換。因此，數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在卡500上且在具有與本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施 例一致的多層垂直堆疊布置的存儲(chǔ)器520內(nèi)。例如，存儲(chǔ)器520可以具有與 圖1到圖6中示出的非易失性存儲(chǔ)器相同的結(jié)構(gòu)。
卡500可以用作各種便攜裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。例如，卡500可以實(shí) 現(xiàn)為存儲(chǔ)卡，例如通常用作多媒體卡(MMC )或數(shù)據(jù)安全(SD )卡的類(lèi)型。
圖13是可包括才艮據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器的電子系統(tǒng) 600的總框圖。參照?qǐng)D13，處理器610、存儲(chǔ)器620和輸入/輸出裝置630可 以經(jīng)由總線640建立彼此間的數(shù)據(jù)通訊?？刂破?10可以執(zhí)行程序并控制系統(tǒng)600。輸入/輸出裝置630可以用于將數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)600或從系統(tǒng)600輸 出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)600可以經(jīng)由輸入/輸出裝置630連接到外部裝置(例如個(gè)人計(jì) 算機(jī)或網(wǎng)絡(luò))以便與外部裝置交換數(shù)據(jù)。
存儲(chǔ)器620可以存儲(chǔ)用于操作處理器610的代碼和數(shù)據(jù)。例如，存儲(chǔ)器 620可以具有與圖l到圖6中示出的任一非易失性存儲(chǔ)器相同的結(jié)構(gòu)。
例如，系統(tǒng)600可以組成需要存儲(chǔ)器620的各種電子控制裝置，并應(yīng)用 到移動(dòng)電話、MP3播放器、導(dǎo)航、固態(tài)盤(pán)(SSD)或家庭應(yīng)用。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明構(gòu)思的示范性實(shí)施例具體地示出并描述了本發(fā)明 構(gòu)思，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式和細(xì)節(jié)上做出各種變化而不背離權(quán)利要求 書(shū)的范圍。
本申請(qǐng)要求于2008年7月11日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)No. 10-2008-0067766的權(quán)益，其主題在此引入以做參考。
權(quán)利要求
1.一種非易失性存儲(chǔ)器，包括第一半導(dǎo)體層，沿第一方向延伸；第二半導(dǎo)體層，平行于所述第一半導(dǎo)體層延伸并與所述第一半導(dǎo)體層分隔開(kāi)；隔離層，在所述第一半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層之間；第一控制柵極電極，在所述第一半導(dǎo)體層與所述隔離層之間；第二控制柵極電極，在所述第二半導(dǎo)體層與所述隔離層之間，其中所述第二控制柵極電極和所述第一控制柵極電極分別設(shè)置在所述隔離層的相反側(cè)；第一電荷存儲(chǔ)層，在所述第一控制柵極電極與所述第一半導(dǎo)體層之間；以及第二電荷存儲(chǔ)層，在所述第二控制柵極電極與所述第二半導(dǎo)體層之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括第一隧穿絕緣層，在所述第一電荷存儲(chǔ)層與所述第一半導(dǎo)體層之間；和第二隧穿絕緣層，在所述第二電荷存儲(chǔ)層與所述第二半導(dǎo)體層之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括第一阻擋絕緣層，在所述第 一電荷存儲(chǔ)層與所述第 一控制柵極電極之間；和第二阻擋絕緣層，在所述第二電荷存儲(chǔ)層與所述第二控制柵極電極之間。
4. 如權(quán)利要求3所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述第一控制柵極電極包括與所述第一半導(dǎo)體層間隔開(kāi)且在所述第一方向隨所述第一半導(dǎo)體層延伸的多個(gè)第一控制柵極電極，以及所述第二控制柵極電極包括與所述第二半導(dǎo)體層間隔開(kāi)且在所述第一方向隨所述第二半導(dǎo)體層延伸的多個(gè)第二控制柵極電極。
5. 如權(quán)利要求4所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述隔離層包括間隔開(kāi)的多個(gè)隔離層段，該多個(gè)隔離層段與所述多個(gè)第 一控制柵極電極和對(duì)面的所述多個(gè)第二控制柵極電極對(duì)準(zhǔn)。
6. 如權(quán)利要求5所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述第一電荷存儲(chǔ)層延伸越過(guò)所述多個(gè)第一控制柵極電極，所述第二電荷存儲(chǔ)層延伸越過(guò)所述多個(gè)第二控制柵才及電極。
7. —種多層垂直堆疊的非易失性存儲(chǔ)器，包括垂直堆疊使得一個(gè)單層堆疊在另 一單層頂部的多個(gè)單層，其中每個(gè)單層通過(guò)第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的交替布置而形成在相同的橫平面；其中每個(gè)第一半導(dǎo)體層平行于相應(yīng)的第二半導(dǎo)體層延伸并通過(guò)隔離層與所述第二半導(dǎo)體層分隔開(kāi)；第一控制柵極電極設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層與所述隔離層之間，并且第二控制柵極電極設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層與所述隔離層之間，使得所述第二控制柵極電極和所述第一控制柵極電極分別設(shè)置在所述隔離層的相反側(cè)；第一電荷存儲(chǔ)層設(shè)置在所述第一控制柵極電極與所述第一半導(dǎo)體層之間，第二電荷存儲(chǔ)層設(shè)置在所述第二控制柵極電極與所述第二半導(dǎo)體層之間。 、
8. 如權(quán)利要求7所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括第 一隧穿絕緣層，設(shè)置在所述第一電荷存儲(chǔ)層與所述第一半導(dǎo)體層之間；和第二隧穿絕緣層，設(shè)置在所述第二電荷存儲(chǔ)層與所述第二半導(dǎo)體層之間。
9. 如權(quán)利要求8所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括第 一阻擋絕緣層，設(shè)置在所述第 一電荷存儲(chǔ)層與所述第 一控制柵極電極之間；和第二阻擋絕緣層，設(shè)置在所述第二電荷存儲(chǔ)層與所述第二控制柵極電極之間。
10. 如權(quán)利要求9所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述第一控制柵極電極包括與所述第 一半導(dǎo)體層間隔開(kāi)且在所述第 一方向隨所述第 一半導(dǎo)體層延伸的多個(gè)第一控制柵極電極，以及所述第二控制柵極電極包括與所述第二半導(dǎo)體層間隔開(kāi)且在所述第一方向隨所述第二半導(dǎo)體層延伸的多個(gè)第二控制柵極電極。
11. 如權(quán)利要求IO所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述隔離層包括連續(xù)的隔離層，該連續(xù)的隔離層向上延伸穿過(guò)所述多層垂直堆疊的非易失性存儲(chǔ)器且將所述多個(gè)第一控制柵極電極與對(duì)面的所述多個(gè)第二控制柵極電極分隔開(kāi)。
12. 如權(quán)利要求11所述的非易失性存儲(chǔ)器，其中所述第一電荷存儲(chǔ)層向上連續(xù)地延伸穿過(guò)所述多層垂直堆疊的非易失性存儲(chǔ)器且越過(guò)所述多個(gè)第一控制柵極電極，所述第二電荷存儲(chǔ)層向上連續(xù)地延伸穿過(guò)所述多層垂直堆疊的非易失性存儲(chǔ)器且越過(guò)所述多個(gè)第二控制柵極電極。
13. 如權(quán)利要求7所述的非易失性存儲(chǔ)器，還包括多個(gè)層間電介質(zhì)層，分別將堆疊的多個(gè)單層中的相鄰單層分隔開(kāi)，使得相鄰的上第一半導(dǎo)體層與下第一半導(dǎo)體層以及相鄰的上第二半導(dǎo)體層與下第二半導(dǎo)體層電絕緣。
14. 一種制造非易失性存儲(chǔ)器的方法，所述方法包括形成第一半導(dǎo)體層，該第一半導(dǎo)體層在第一方向平^f于于相應(yīng)的第二半導(dǎo)體層延伸；在所述第一半導(dǎo)體層的暴露側(cè)壁上形成第一電荷存儲(chǔ)層并且在所述第二半導(dǎo)體層的暴露側(cè)壁上形成第二電荷存儲(chǔ)層；在所述第一電荷存儲(chǔ)層上形成第一控制柵極電極并且在所述第二電荷存儲(chǔ)層上形成第二控制柵極電極；以及在所述第一控制柵極電極與所述第二控制柵極電極之間形成隔離層。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一電荷存儲(chǔ)層和所述第二電荷存儲(chǔ)層同時(shí)形成，以及所述第一控制柵極電極和所述第二控制柵極電極同時(shí)形成。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括在所述第 一 電荷存儲(chǔ)層與所述第 一半導(dǎo)體層之間形成第 一隧穿絕緣層，以及在所述第二電荷存儲(chǔ)層與所述第二半導(dǎo)體層之間形成第二隧穿絕緣層。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一隧穿絕緣層和所述第二隧穿絕緣層同時(shí)形成。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括在所述第 一 電荷存儲(chǔ)層與所述第 一控制柵極電極之間形成第 一 阻擋絕緣層，以及在所述第二電荷存儲(chǔ)層與所述第二控制柵極電極之間形成第二阻擋絕緣層。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一阻擋絕緣層和所述第二阻擋絕緣層同時(shí)形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非易失性存儲(chǔ)器及其制造方法，該非易失性存儲(chǔ)器包括第一半導(dǎo)體層，沿第一方向延伸；第二半導(dǎo)體層，平行于第一半導(dǎo)體層延伸并與第一半導(dǎo)體層分隔開(kāi)；隔離層，在第一半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層之間；第一控制柵極電極，在第一半導(dǎo)體層與隔離層之間；第二控制柵極電極，在第二半導(dǎo)體層與隔離層之間，其中第二控制柵極電極和第一控制柵極電極分別設(shè)置在隔離層的相反側(cè)；第一電荷存儲(chǔ)層，在第一控制柵極電極與第一半導(dǎo)體層之間；以及第二電荷存儲(chǔ)層，在第二控制柵極電極與第二半導(dǎo)體層之間。
文檔編號(hào)H01L27/115GK101626023SQ20091014005
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者具俊謨, 尹泰應(yīng), 樸允童, 金錫必 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社