專(zhuān)利名稱(chēng)：非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性涉及非易失性存儲(chǔ)器件，具體涉及具有多晶硅氧化物氮
化物氧化物半導(dǎo)體(SONOS)結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法，其 中電荷捕獲層被水平物理分離。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(NVSM)大致分為浮動(dòng)?xùn)艠O系列和 金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS)系列，其中根據(jù)工藝技術(shù)，兩次或三次層疊兩 種或更多種介電層。
浮動(dòng)?xùn)艠O系列通過(guò)采用勢(shì)阱來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)特性。浮動(dòng)?xùn)艠O系列的典型實(shí) 例是EPROM隧道氧化物(ETO)結(jié)構(gòu)，其被廣泛用作快閃電可擦除可編 程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)。 MIS系列采用存在于介電層本體、介電層介 電層界面和介電層-半導(dǎo)體界面的阱(trap)來(lái)執(zhí)行存儲(chǔ)功能。MIS系列的 典型實(shí)例是廣泛用作快閃EEPROM的金屬/多晶硅氧化物氮化物氧化物半 導(dǎo)體(MONOS/SONOS )。
SONOS和一般的快閃存儲(chǔ)器的區(qū)別是在一般快閃存儲(chǔ)器中，電荷儲(chǔ) 存在浮動(dòng)?xùn)艠O中，而在SONOS中，電荷根據(jù)結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存在氮化物層中。
此外，在一般的快閃存儲(chǔ)器中，使用多晶硅來(lái)形成浮動(dòng)?xùn)艠O。這樣， 如果在多晶硅中存在任何一個(gè)缺陷的話(huà)，電荷的保留時(shí)間就明顯減少。相 反，在SONOS中，如上所述使用氮化物層來(lái)替代多晶硅。因此，對(duì)制造 過(guò)程中的缺陷的敏感性相對(duì)要小。
另外，在一般的快閃存儲(chǔ)器中，在浮動(dòng)?xùn)艠O下方形成厚度約70A的隧 道氧化物。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)低電壓高速操作存在限制。然而，在SONOS中， 在氮化物層下方形成直接隧道氧化物。因此，可以實(shí)現(xiàn)具^(guò)f氐電壓、低功
率和高速操作的存儲(chǔ)器件。
以下將參考圖1來(lái)說(shuō)明具有SONOS結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有快閃存儲(chǔ)器件。 參考圖l，在半導(dǎo)體襯底10上順序形成隧道氧化物層11、電荷捕獲層
12、阻擋柵極(氧化物層)13和用于柵極的電極14。接著，通過(guò)蝕刻過(guò)程 形成字線(xiàn)圖案。在SONOS結(jié)構(gòu)的快閃存儲(chǔ)單元中，因?yàn)橥瑯拥碾妶?chǎng)
(E-field)施加在整個(gè)阻擋氣化物層13 (即絕緣層)、儲(chǔ)存電荷的電荷捕
獲層12和隧道氧化物層11的復(fù)合層上，所以不能對(duì)絕緣層分別施加不同
的電場(chǎng)。
在此，如果向用于柵極的電極14施加電壓以擦除儲(chǔ)存在電荷捕獲層 12中的電荷，則儲(chǔ)存在氮化物層12中的電荷利用Fowler-Nordheim( F-N ) 隧道電流通過(guò)隧道氧化物層11移向半導(dǎo)體襯底10,并隨后纟皮擦除。
當(dāng)存儲(chǔ)單元的尺寸減小時(shí)，變得難以在SONOS結(jié)構(gòu)中分離在源極區(qū) 15和漏極區(qū)16捕獲的電荷。如果電荷密度增加以實(shí)現(xiàn)多層級(jí)，則干擾現(xiàn) 象就變得更顯著，這導(dǎo)致對(duì)集成度的限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明解決上述問(wèn)題，并提供具有SONOS結(jié)構(gòu)的非易失性存 儲(chǔ)器件，其中朝向源極和漏極捕獲電荷的電荷捕獲層被物理分隔，以防止 在電荷捕獲層兩側(cè)的電荷相互移動(dòng)，并且盡管單元尺寸減小，但是可以防 止兩側(cè)的電荷之間的干擾，以及提供制造該非易失性存儲(chǔ)器件的方法。
根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種非易失性存儲(chǔ)器件，包括柵極，其中 分別在半導(dǎo)體襯底上方形成柵極絕緣層、電荷捕獲層、阻擋氧化物層和柵 極電極。電荷捕獲層被緩沖層物理分離。
根據(jù)另 一 實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法， 包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上方分別沉積柵極絕緣層、緩沖層、阻擋氧 化物層和柵極電極；蝕刻?hào)艠O電極、阻擋氧化物層、緩沖層和柵極絕緣層 來(lái)形成柵極；執(zhí)行離子注入過(guò)程，從而在半導(dǎo)體村底內(nèi)形成源極和漏極區(qū)； 通過(guò)選擇性蝕刻緩沖層兩側(cè)來(lái)選擇性形成緩沖層凹陷圖案；和在緩沖層凹 陷圖案中形成電荷捕獲層。


圖1是具有SONOS結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有快閃存儲(chǔ)器件的截面圖；和
圖2-5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造具有SONOS結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存
儲(chǔ)器件的方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
圖2-5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造具有SONOS結(jié)構(gòu)的非易失性 存儲(chǔ)器件的方法的截面圖。
參考圖2,在半導(dǎo)體村底100上順序形成柵極絕緣層101、緩沖層102、 阻擋氧化物層103和柵極電極104。緩沖層102可以使用氧化硅層或氮化 硅層形成。阻擋氧化物層103可以使用高介電層來(lái)形成，例如A1203、 Hf02、 Ta205、 Zr02、 1^203或1102或者它們的組合。此外，可以使用氧化珪層 來(lái)替代阻擋氣化物層103。柵極電極104可以使用摻雜雜質(zhì)的多晶硅來(lái)形 成。柵極電極104可以使用過(guò)渡金屬氮化物例如TiN、 TaN、 TiCN、 TaCN、 TiSiN、 TaSiN、 WN或RuTiN來(lái)形成。緩沖層102優(yōu)選形成為20A-1000A 的厚度。
參考圖3，通過(guò)蝕刻過(guò)程順序部分蝕刻?hào)艠O電極104、阻擋氧化物層 103、緩沖層102和柵極絕緣層101，形成柵極圖案。執(zhí)行離子注入過(guò)程， 從而在暴露的半導(dǎo)體襯底100中形成源極區(qū)105和漏極區(qū)106。
參考圖4，執(zhí)行蝕刻過(guò)程以使暴露的緩沖層102的側(cè)面凹陷，從而形 成空隙。優(yōu)選凹陷深度是柵極圖案長(zhǎng)度的1/20-1/2或更小。
接著，在全部表面上沉積電荷捕獲層107。電荷捕獲層107優(yōu)選形成 為完全間隙填充通過(guò)蝕刻緩沖層102得到的空隙。而且，可以使用氮化硅 層或金屬氧化物層來(lái)形成電荷捕獲層107。
可以在沉積電荷捕獲層107的過(guò)程之后執(zhí)行源極區(qū)105和漏極區(qū)106 的形成過(guò)程。
參考圖5，執(zhí)行蝕刻過(guò)程以使電荷捕獲層107僅僅保留在緩沖層102 的兩側(cè)。也就是說(shuō)，優(yōu)選電荷捕獲層107被緩沖層102物理分隔。由此， 由于具有物理上性質(zhì)不同的層即緩沖層102，使得捕獲電荷的電荷捕獲層 107在柵極兩側(cè)被水平分成兩層。
可以在蝕刻電荷捕獲層107的過(guò)程之后執(zhí)行源極區(qū)105和漏極區(qū)106 的形成過(guò)程。 根據(jù)本發(fā)明，朝向源極和漏極捕獲電荷的電荷捕獲層被物理分離?；?本上可以防止兩側(cè)電荷相互移動(dòng)。因此，盡管單元尺寸減小，但依然可以 防止兩側(cè)電荷之間的干擾。
雖然已經(jīng)參考各種實(shí)施方案進(jìn)行了前述說(shuō)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以進(jìn)行變化和更改而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種非易失性存儲(chǔ)器件，包含柵極，其中分別在半導(dǎo)體襯底上方形成柵極絕緣層、電荷捕獲層、阻擋氧化物層和柵極電極，其中所述電荷捕獲層被緩沖層物理分離。
2. 權(quán)利要求l的非易失性存儲(chǔ)器件，其中所述電荷捕獲層是氮化硅 層或金屬氧化物層。
3. 權(quán)利要求l的非易失性存儲(chǔ)器件，其中所述緩沖層是介電層。
4. 權(quán)利要求3的非易失性存儲(chǔ)器件，其中所述介電層是氧化硅層或 氮化硅層。
5. 權(quán)利要求l的非易失性存儲(chǔ)器件，其中所述緩沖層的寬度比柵極 寬度小1/10。
6. 權(quán)利要求1的非易失性存儲(chǔ)器件，其中所述緩沖層具有20A-1000A 的厚度。
7. —種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法，包括以下步驟 在半導(dǎo)體村底上方分別沉積柵極絕緣層、緩沖層、阻擋氧化物層和柵極電極；蝕刻?hào)艠O電極、阻擋氧化物層、緩沖層和柵極絕緣層以形成柵極； 執(zhí)行離子注入過(guò)程，從而在半導(dǎo)體村底內(nèi)形成源極和漏極區(qū)； 通過(guò)選擇性蝕刻緩沖層兩側(cè)來(lái)選擇性形成緩沖層凹陷圖案；和 在緩沖層凹陷圖案中形成電荷捕獲層。
8. 權(quán)利要求7的方法，包括使用氧化硅層或氮化硅層來(lái)形成所述緩 沖層。
9. 權(quán)利要求7的方法，包括使所述緩沖層形成20A-1000A的厚度。
10. 權(quán)利要求7的方法，包括使用高介電層形成阻擋氧化物層。
11. 權(quán)利要求10的方法，其中所述高介電層選自A1203、 Hf02、 Ta205、 Zr02、 La203、 TiO;z和其組合。
12. 權(quán)利要求7的方法，其中在選擇性蝕刻過(guò)程中，所述緩沖層兩側(cè) 每一側(cè)的凹陷厚度是柵極寬度的1/20-1/2。
13. 權(quán)利要求7的方法，包括使用過(guò)渡金屬氮化物或摻雜雜質(zhì)的多晶硅 來(lái)形成柵極電極。
14. 權(quán)利要求13的方法，其中所迷過(guò)渡金屬氮化物是TiN、 TaN、 TiCN、 TaCN、 TiSiN、 TaSiN、 WN或RuTiN。
15. 權(quán)利要求7的方法，其中形成電荷捕獲層的步驟包括以下步驟 在緩沖層的凹陷圖案、柵極和半導(dǎo)體襯底上沉積電荷捕獲材料；和 蝕刻所述電荷捕獲材料，其中電荷捕獲材料僅保留在緩沖層的凹陷圖案上。
16. 權(quán)利要求15的方法，包括在沉積電荷捕獲材料的步驟或形成電荷捕 獲層的步驟之后，執(zhí)行離子注入過(guò)程。
全文摘要
一種具有多晶硅氧化物氮化物氧化物半導(dǎo)體(SONOS)結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器及其制造方法，其中電荷捕獲層在水平方向上被物理分隔。朝向源極和漏極捕獲電荷的電荷捕獲層被物理分離。這基本上可以防止兩側(cè)的電荷相互移動(dòng)。因此，盡管單元尺寸減小，還是可以防止兩側(cè)電荷之間的干擾。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101097965SQ20061016802
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者崔殷碩 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司