具有氮化硅-氧化硅介电层的非易失性存储装置制造方法及图纸

一种非挥发性记忆胞包括半导体基底、位于部分半导体基底中的源极区、位于部分半导体基底中的汲极区以及位于部分半导体基底中的井区。非挥发性记忆胞还包括位于半导体基底上的第一载子穿隧层、位于第一载子穿隧层上的电荷储存层、位于电荷储存层上的第二载子穿隧层以及位于第二载子穿隧层上的导体控制闸极。特别的是，源极区与汲极区之间具有一间隔，井区则至少围绕部分源极区与汲极区。在一实施例中，第二载子穿隧层在抹除操作时提供电洞穿隧，且其包括至少一介电层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种非挥发性记忆元件及其制造方法，且特别是有关于一种具有氮化硅-氧化硅介电层的非挥发性记忆半导体元件及具有氮化硅顶介电层的非挥发记忆元件的制造方法。
技术介绍
非挥发性记忆体(non-volatile memory，NVM)是一种即使将供应给具有非挥发记忆体的元件的电源移除后，仍可以储存程式化资料或讯息的半导体记忆元件。非挥发性记忆体的实例包括遮罩式唯读记忆体(maskread-only memory，MROM)、可程式唯读记忆体(programmable read-onlymemory，PROM)，可抹除可程式唯读记忆体(erasable programmableread-only memory，EPROM)以及电性可抹除可程式唯读记忆体(electrically-erasable programmable read-only memory，EEPROM)。一般来说，非挥发性记忆体可被程式化入一些资料、读取与/或抹除，而程式化的资料在延长时间内，例如是十年，若未被抹除皆可被储存。非挥发性记忆体例如氮化硅唯读记忆体(nitride read-only memory)是一种电性可抹除可程式唯读记忆体，其利用氮化硅层作为电荷捕捉层以储存资料。其他电荷捕捉材料亦可被用来形成非挥发性记忆元件。氮化硅唯读记忆胞的一设计实例包括一个具有配置于闸极与源极/汲极的半导体材料之间的氧化硅-氮化硅-氧化硅层(oxide-nitride-oxide，ONO)的金氧半导场效应电晶体(MOSFET)。当元件在程式化时氧化硅-氮化硅-氧化硅层中的氮化硅层可以”捕捉(trap)”电荷(电子)。氮化硅材料具有电荷区域化(charge localization)的能力，以在没有显著地遍布于氮化硅层中的电荷横向迁移情况下储存电荷。氮化硅唯读记忆体利用相对较厚的穿隧氧化层，一般会对抹除一个记忆胞所费的时间有负面的影响。氮化硅唯读记忆体可与传统的浮置闸极记忆胞作对比，其中浮置闸极是导电的，而电荷则横向遍布于整个浮置闸极，且电荷迁移穿越了穿隧氧化层。另外，氮化硅唯读记忆体可被已知的电压应用技术重复地程式化、读取、抹除与/或再程式化。提供一种非挥发性记忆元件，重要的是提出一种具有比传统非挥发性记忆体，例如某些氮化硅唯读记忆体，更佳的电荷保留能力或减少电荷流失的非挥发性记忆半导体元件。另外，提供具有理想的抹除旧讯息或程式化新讯息的操作速度的非挥发记忆体也很重要。本申请案与美国专利申请第11/197,668号有关，该案中请于2005年8月4日，标题为“具有氧化硅-氮化硅-氧化硅顶介电层的非挥发性记忆半导体元件”
技术实现思路
本专利技术提出一种非挥发性记忆胞，包括半导体基底、位于部分半导体基底中的源极区、位于部分半导体基底中的汲极区、位于部分半导体基底中的井区、位于半导体基底上的第一载子穿隧层、位于第一载子穿隧层上的电荷储存层、位于电荷储存层上的第二载子穿隧层以及位于第二载子穿隧层上的导体控制闸极。其中，源极区与汲极区之间具有一间隔，井区则至少围绕部分源极区与汲极区。本专利技术另提出一种非挥发性记忆胞，包括半导体基底、形成于部分半导体基底中的源极区、形成于部分半导体基底中且与源极区相邻的汲极区、形成于部分半导体基底中且与源极区和汲极区相邻的井区、形成于半导体基底上的电子穿隧层、形成于电子穿隧层上的电荷储存层以及位于电荷储存层上的p型掺杂多晶硅层。本专利技术再提出一种非挥发性记忆胞的形成方法，适用于半导体基底上。其方法包括，先于部分半导体基底中形成源极区。然后，于部分半导体基底中形成汲极区，且汲极区与源极区之间具有一间隔。接着，于部分半导体基底中形成井区，井区至少围绕部分源极区与汲极区。之后，于半导体基底上形成第一载子穿隧层。继之，于第一载子穿隧层上形成电荷储存层。而后，于电荷储存层上形成第二载子穿隧层。随后，于第二载子穿隧层上形成导体控制闸极。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明图1为依照本专利技术的一实施例所绘示的具有单层电洞穿隧层的非挥发性记忆胞。图2为依照本专利技术的一实施例所绘示的具有双层电洞穿隧层的非挥发性记忆胞。图3为依照本专利技术的一实施例所绘示的具有三层电洞穿隧层的非挥发性记忆胞。图4为依照本专利技术的一实施例的非挥发性记忆体的不同端点的符号命名。图5与图6为依照本专利技术的一实施例所绘示的非挥发性记忆体的程式化操作。图7为依照本专利技术的一实施例所绘示的非挥发性记忆体的抹除操作。图8A为本专利技术的非挥发性记忆体于低电场时的能带图。图8B为本专利技术的非挥发性记忆体于高电场时的能带图。100非挥发性记忆胞102半导体基底104源极区106汲极区108井区 110第一载子穿隧层112电荷储存层114第二载子穿隧层114a、114c氧化硅层 114b氮化硅层116导体控制闸极具体实施方式以下将以非挥发性记忆元件为例，对其电荷储存能力的提高与电荷流失的降低作详细的说明。请参照图1，非挥发性记忆胞100的一实施例包括半导体基底102、位于部分半导体基底102中的源极区104与位于部分半导体基底102中的汲极区106。源极区104与汲极区106之间具有一间隔。非挥发性记忆胞100还包括位于部分半导体基底102中的井区108，井区108至少围绕部分源极区104与汲极区106。举例来说，井区108至少围绕源极区104与汲极区106之间的区域以及源极区104与汲极区106下方的区域。更进一步来说，非挥发性记忆胞100包括形成于半导体基底102上的第一载子穿隧层110，且至少覆盖部分部分源极区104与汲极区106之间的区域。电荷储存层112形成于电子穿隧层110上，而第二载子穿隧层114则形成于电荷储存层112上。导体控制闸极116形成于第二载子穿隧层114上。在图1的实施例中，非挥发性记忆胞100是一种n型通道元件，其具有被p型区域的井区108环绕的n型或n+型区域的源极区104与汲极区106。电子穿隧层110于程式化操作期间提供电子穿隧，且其直接在至少部分源极区104与汲极区106之间的区域之上。第二载子穿隧层114包括至少一介电层，并于抹除操作期间提供电洞穿隧。在一实施例中，记忆元件可例如是没有第二载子穿隧层114，但有p型掺杂多晶硅，也就是具有p型掺质的多晶硅，作为导体控制闸极116。因此，半导体基底102可例如是p型基底，如p型硅基底，并可以自行提供p型井区108，还可以于预定形成源极/汲极区的区域掺杂或植入n型材料。在其他技术中，如沟渠形成技术，可以被用来提供任何井区108、源极区104与汲极区106，且井区108也可以利用掺杂/植入制程在非p型基底中提供p井。此外，也可以利用n型井搭配p型源极/汲极区，将非挥发性记忆胞100修饰成p型通道元件。请参照图1，电子穿隧层110例如是介电层，并至少于非挥发性记忆胞100执行程式化操作时允许电子穿隧。举例来说，第一载子穿隧层110例如是氧化硅层，其厚度例如是介于30至90埃之间。除了氧化硅，第一载子穿隧层110的材料还可例如是氧化铝。在一些实施例中，厚度大于30埃的氧化硅层在非挥发性记忆胞100被程式化之后，可以预防电荷从电荷储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非挥发性记忆胞，其特征在于其包括：一半导体基底；一源极区，形成于部分该半导体基底中；一汲极区，形成于部分该半导体基底中，且与该源极区相邻；一井区，形成于部分该半导体基底中，且与该源极区与该汲极区相邻； 一第一载子穿隧层，形成于该半导体基底上；一电荷储存层，形成于该第一载子穿隧层上；一第二载子穿隧层，形成于该电荷储存层上；以及一导体控制闸极，形成于该第二载子穿隧层上。

【技术特征摘要】
US 2005-8-4 11/197,668;US 2005-12-15 11/300,8131.一种非挥发性记忆胞，其特征在于其包括一半导体基底；一源极区，形成于部分该半导体基底中；一汲极区，形成于部分该半导体基底中，且与该源极区相邻；一井区，形成于部分该半导体基底中，且与该源极区与该汲极区相邻；一第一载子穿隧层，形成于该半导体基底上；一电荷储存层，形成于该第一载子穿隧层上；一第二载子穿隧层，形成于该电荷储存层上；以及一导体控制闸极，形成于该第二载子穿隧层上。2.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该第二载子穿隧层包括一电洞穿隧层，该电洞穿隧层至少在一抹除操作期间提供电洞穿隧。3.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该第二载子穿隧层至少在该非挥发性记忆胞的一读取操作与一程式化操作其中之一期间具有电子阻碍效应(electron blocking effects)。4.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该第二载子穿隧层包括厚度介于15埃至25埃之间的一氧化硅层。5.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该第二载子穿隧层包括堆叠于一氧化硅层上的一氮化硅层。6.根据权利要求5所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该氮化硅层的厚度介于30埃至60埃之间，以及该氧化硅层的厚度介于15埃至25埃之间。7.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该第二载子穿隧层包括一第一氧化硅层、一氮化硅层与一第二氧化硅层，其中该第二氧化硅层位于该氮化硅层上，该氮化硅层位于该第一氧化硅层上。8.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该电荷储存层的材料至少包括氮化硅、氮氧化硅、氧化铝与氧化铪其中之一。9.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该导体控制闸极的材料至少包括p型掺杂多晶硅、n型掺杂多晶硅与金属其中之一。10.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该非挥发性记忆胞以来自该半导体基底的热电子注入(hot electron injection)程式化，以及以来自该导体控制闸极的电洞注入(hole injection)抹除，而且对该导体控制闸极施加一正电压时该非挥发性记忆胞会被抹除，以提供电洞由该导体控制闸极穿隧至该电荷储存层。11.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该第一载子穿隧层包括至少在一程式化操作期间提供电子穿隧的一电子穿隧层。12.根据权利要求1所述的非挥发性记忆胞，其特征在于其中该电荷储存层至少储存二分离可读位元，该二分离可读位元包括靠近该源极区的一第一位元与靠近该汲极区的一第二位元。13.一种非挥发性记忆胞，其特征在于其包括一半导体基底；一源极区，形成于部分该半导体基底中；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昭谊，徐子轩，吕函庭，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]