專(zhuān)利名稱(chēng)：非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件，且特別是涉及一種非揮發(fā)性半導(dǎo) 體存儲(chǔ)器元件以及其制造方法。
背景技術(shù)：
閃存為一種類(lèi)型的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其可保持其內(nèi)容而不消耗 功率且可被寫(xiě)入以及抹除多次。 一種類(lèi)型的閃存在浮置柵極晶體管(floating gate transistor)的陣列中儲(chǔ)存信息，所述陣列中的每一者(稱(chēng) 為"單元"(cell))通常儲(chǔ)存信息的一個(gè)位。有時(shí)被稱(chēng)為多級(jí)單元 (multi-level-cell)元件的較新元件可通過(guò)使用置放于在單元的浮置 柵極上的兩級(jí)以上的電荷來(lái)在每單元儲(chǔ)存一個(gè)以上的位。多級(jí)單元 元件可使存儲(chǔ)器容量加倍，但其可能經(jīng)受較緩慢讀取以及寫(xiě)入操作。 一種類(lèi)型之的閃存被稱(chēng)為氮化物只讀存儲(chǔ)器(nitride read only memory )。氮化物只讀存儲(chǔ)器可包括用于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存之的氮化物只讀 存儲(chǔ)器單元之的數(shù)組陣列。每一氮化物只讀存儲(chǔ)器單元可包括形成 在于p型襯底上之的源極、汲極漏極以與門(mén)柵極結(jié)構(gòu)。閘極柵極結(jié) 構(gòu)可包括覆蓋氧化物/氮化物/氧化物(ONO)堆棧層之的多晶硅層， 其中氮化物層充當(dāng)電荷捕獲層(charge trapping layer)。每一氮化物 只讀存儲(chǔ)器單元可儲(chǔ)存數(shù)據(jù)之一或多個(gè)位。舉例而言，雙位存儲(chǔ)器 元件允許在單一單元中儲(chǔ)存數(shù)據(jù)之的兩個(gè)位， 一個(gè)位被儲(chǔ)存在于緊 接源極區(qū)之捕的獲層中且另一位被儲(chǔ)存在緊接汲極漏極區(qū)的捕獲層 中。在利用ONO堆棧層來(lái)儲(chǔ)存電荷的多位存儲(chǔ)器元件中，應(yīng)將在程序化(亦即，寫(xiě)入)以及抹除操作期間添加或移除的電荷限制在單 元的各別源極區(qū)以及漏極區(qū)。然而，實(shí)際上，由于柵極長(zhǎng)度按比例縮減為65 nm以下，故在源極區(qū)以及漏極區(qū)中之一者中的電荷可與 另一區(qū)中的電荷重迭，從而隨時(shí)間改變單元的讀取、程序化以及抹 除特征。最終，兩組電荷的重迭改變了用于確定單元中的各別位的 狀態(tài)的閾值電壓且從而使位感測(cè)不可靠。此外，具有浮置柵極結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器可遭遇應(yīng)力誘發(fā)漏電流的問(wèn) 題，尤其在存儲(chǔ)器元件尺寸微縮(亦即，存儲(chǔ)器具有較薄穿隧氧化 物膜(tunnel oxide film))時(shí)以及當(dāng)電壓被施加于存儲(chǔ)器單元的漏極 端子時(shí)。換言之，存儲(chǔ)器元件可具有在穿隧氧化物膜上的弱點(diǎn)處的 漏電流路徑，且從而經(jīng)由漏電流路徑遺失數(shù)據(jù)。發(fā)明內(nèi)容與本發(fā)明一致的一個(gè)實(shí)例提供一種用以將存儲(chǔ)器儲(chǔ)存數(shù)據(jù)分成 許多分離的儲(chǔ)存塊以在電荷限制的情況下達(dá)成多位操作的方法。儲(chǔ) 存數(shù)據(jù)可為導(dǎo)體或具有電荷捕獲能力的絕緣體。與本發(fā)明一致的另一實(shí)例提供一種存儲(chǔ)器元件的制造方法，其 包含提供襯底；在襯底上提供穿隧介電膜(tunnel dielectric film); 在穿隧介電膜之上提供具有儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層以及薄硅層的電荷儲(chǔ)存堆棧 結(jié)構(gòu)；在電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)上提供第二介電層；在穿隧介電膜之下 形成源極區(qū)以及漏極區(qū)；以及通過(guò)使用無(wú)光刻膠刻蝕工藝 (photoresistless etching process)分離電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)，以在每一 對(duì)源極區(qū)與漏極區(qū)之間形成許多儲(chǔ)存塊。在另一實(shí)例中， 一種存儲(chǔ)器元件的制造方法，其包含提供襯 底；在襯底上提供穿隧氧化物膜；在穿隧氧化物膜上提供具有儲(chǔ)存 數(shù)據(jù)層以及薄硅層的電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)；在電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)上提供氮化物層；在穿隧氧化物膜之下形成源極區(qū)以及漏極區(qū)；通過(guò)使 用無(wú)光刻膠刻蝕工藝分離電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)來(lái)形成許多分離的儲(chǔ)存 塊；在分離之儲(chǔ)存塊以及穿隧氧化物膜上提供阻擋氧化物膜(blocking oxide film)以及多晶硅層間介電層(interpoly dielectric layer)中之 一者；提供柵極材料；以及通過(guò)光刻以及反應(yīng)式離子刻蝕(reactive ion etching, RIE)來(lái)形成柵極結(jié)構(gòu)。與本發(fā)明一致之一個(gè)實(shí)例提供一種存儲(chǔ)器中之存儲(chǔ)器單元，存 儲(chǔ)器單元具有許多分離的儲(chǔ)存塊以用于在電荷限制的情況下的多位操作。與本發(fā)明一致之另一實(shí)例提供一種存儲(chǔ)器單元，存儲(chǔ)器單元包 含襯底、襯底上之穿隧介電膜、形成于襯底中之源極區(qū)以及漏極 區(qū)，以及在每一對(duì)源極區(qū)與漏極區(qū)之間的許多分離的儲(chǔ)存塊。每一 儲(chǔ)存塊包括儲(chǔ)存數(shù)據(jù)以及二氧化硅層。兩個(gè)儲(chǔ)存塊被分離至少100 埃之間距。應(yīng)理解，前述一般描述以及以下實(shí)施方式僅為例示性的且不限 制所主張的本發(fā)明。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器單元的例示性實(shí)施例的橫截面結(jié)構(gòu)；圖2為圖1中的存儲(chǔ)器單元的剖視圖，其展示根據(jù)本發(fā)明的例 示性制造方法；圖3為圖1中的存儲(chǔ)器單元的剖視圖，其展示根據(jù)本發(fā)明的例 示性制造方法；圖4為圖1中的存儲(chǔ)器單元的剖視圖，其展示根據(jù)本發(fā)明的例 示性制造方法；圖5為圖1中的存儲(chǔ)器單元的剖視圖，其展示根據(jù)本發(fā)明的例 示性制造方法。主要元件符號(hào)說(shuō)明10:非揮發(fā)性存儲(chǔ)器單元100:襯底102:源極/漏極區(qū)104:穿隧氧化物膜106:儲(chǔ)存塊108:阻擋氧化物膜(多晶硅層間介電層)110:柵極材料202:電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)202a: 二氧化硅層 206:氮化物膜具體實(shí)施方式
圖1是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)例中的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器單元io的示意結(jié)構(gòu)。非揮發(fā)性存儲(chǔ)器單元IO包括襯底100、源極/漏極(S/D)區(qū)102、 在S/D區(qū)102上方的穿隧氧化物膜104、在S/D區(qū)102之間的穿隧氧 化物膜104上的四個(gè)分離的儲(chǔ)存塊106、在穿隧氧化物膜104以及儲(chǔ) 存塊106之上的阻擋氧化物膜或多晶硅層間介電層108，以及在阻擋 氧化物膜或多晶硅層間介電層108上的柵極材料層110。每一個(gè)儲(chǔ)存 塊106包括儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層202b以及二氧化硅層202a。用于儲(chǔ)存電荷的 儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層202b可由包括硅、多晶硅、硅鍺、金屬的導(dǎo)電材料所制 成，或者是例如氮化硅、氧化鋁以及氮氧化硅的電荷捕獲材料所制 成。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層202b，在浮^柵極晶體管 中時(shí)可為硅，或者是在氮化物只讀存儲(chǔ)器或SONOS元件中時(shí)為氮化物。圖2至圖5為繪示一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器單元的剖面示意圖，以 說(shuō)明圖1的存儲(chǔ)器單元的制造方法。如圖2所示，利用熱氧化，在 硅襯底100上，形成具有2 nm至10 nm厚度的穿隧氧化物膜104。 硅襯底100可為用于制造n溝道晶體管的p型硅襯底，或替代為用 于p溝道晶體管的n型硅襯底。硅襯底100的厚度為10nm至3000 u m。電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)202形成于穿隧氧化物膜104上。電荷儲(chǔ)存堆 棧結(jié)構(gòu)202包括儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層以及薄硅層。具體而言，在使用硅作為 儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的情況下，是利用化學(xué)氣相沉積(CVD)在穿隧氧化物膜 104上形成5 nm至200 nm的厚度的硅。其中，可將硅的具有3 nm 至198 nm厚度的底部部分界定為用于儲(chǔ)存電荷的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層，且可 將具有2 nm厚度的頂部部分界定為薄硅層。另外，在氮化物用作儲(chǔ) 存數(shù)據(jù)的情況下，可利用CVD在穿隧氧化物膜104形成氮化硅膜。 接著，將具有2 nm厚度的薄硅層沉積在氮化物膜上，以形成氮化物 -硅電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)202。接下來(lái)，通過(guò)CVD在電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu) 202上方形成具有160 nm厚度的氮化物膜206。參看圖3，將光阻劑光刻膠(未繪示)首先涂覆于在氮化物膜206 的表面上，且接著使用習(xí)知光刻以及反應(yīng)式離子刻蝕(RIE)對(duì)其進(jìn) 行圖案化，以暴露部分的穿隧氧化物膜104。此外，進(jìn)行離子植入 注入，以在經(jīng)暴露的穿隧氧化物膜104下方形成源極區(qū)以及漏極區(qū) 102，其以用于位線連接。圖4所示為形成于在穿隧氧化物膜104上 之的若干分離的儲(chǔ)存塊。形成儲(chǔ)存塊的工藝是通過(guò)等向性刻蝕而非 光刻工藝來(lái)進(jìn)行形成儲(chǔ)存塊的工藝。上述之的工藝包括，首先通過(guò) 例如是使用熱磷酸(HPA)的濕法刻蝕來(lái)移除部分的氮化物膜206， 以藉此暴露出電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)202之的第一部分。接著，進(jìn)行氧 化，將暴露出的電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)202之的第一部分的薄硅層的硅轉(zhuǎn)化成二氧化硅，且以形成二氧化硅膜202a作為絕緣體。上述之的 氧化可通過(guò)爐氧化或快速熱氧化來(lái)進(jìn)行。接著，再次移除部分的氮 化物膜206，以暴露電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)202之的第二部分。其后，進(jìn) 行移除工藝，以移除暴露出的電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)202之的第二部分， 而使在下方的穿隧氧化物膜104之的一部分暴露出來(lái)。承上述，可 重復(fù)形成儲(chǔ)存塊之的工藝，以在穿隧氧化物膜104上形成所要的數(shù) 目的儲(chǔ)存塊，如圖4所示的結(jié)構(gòu)則是重復(fù)兩次工藝而形成。使用由 HPA的等向性刻蝕以形成上文所描述的儲(chǔ)存塊，其可使兩個(gè)儲(chǔ)存塊 之間的間距達(dá)到至少100埃。此外，在以氮化硅當(dāng)作儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的情 況下，可通過(guò)使用HPA而歸因于其高選擇性以及低刻蝕速率，而使 氮化硅儲(chǔ)存層的刻蝕速率得以良好控制。如圖5所展示，可通過(guò)濕法刻蝕例如是使用HPA的濕法刻蝕， 以完全移除剩余的氮化物膜206。在儲(chǔ)存塊所要的數(shù)目為偶數(shù)的情 況下，在移除氮化物膜206之后，可移除在氮化物膜206下方之經(jīng) 暴露之的電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)202，以形成如圖5所展示的結(jié)構(gòu)。另一 方面，在以硅用作儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的情況下，可通過(guò)干法刻蝕例如是RIE 的干法刻蝕，來(lái)移除整個(gè)經(jīng)暴露的電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)202。在以氮 化物用作儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的情況下，通過(guò)干法刻蝕移除電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu) 202的薄硅層，且隨后通過(guò)例如是使用HPA的濕法刻蝕移除下方的 氮化物。因此，參看圖5，在一對(duì)源極/漏極區(qū)之間，可形成四個(gè)分 離的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。隨后，在圖5之的結(jié)構(gòu)之上沈積沉積阻擋氧化物膜108 或多晶硅層間介電層。在形成阻擋氧化物膜或多晶硅層間介電層108 之后，將用于字符線結(jié)構(gòu)之的柵極材料的頂部膜IIO沈積沉積于在 阻擋氧化物膜108上以形成圖1之的結(jié)構(gòu)，其中柵極材f4例如多晶 硅、金屬或多晶硅化物(silicidepoly)。利用若干分離的儲(chǔ)存塊來(lái)儲(chǔ)存 數(shù)據(jù)的情況下，可減小具有應(yīng)力誘發(fā)的漏電流的問(wèn)題的概率。熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者應(yīng)了解，可對(duì)上文所描述的實(shí)施例進(jìn)行改變而 不脫離其廣泛發(fā)明性概念。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所揭露的 特定實(shí)施例，而意欲涵蓋在由權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神以及 范疇內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于，包括提供一襯底；在該襯底上提供一穿隧介電膜；在該穿隧介電膜上方提供一電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)，其中該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)包括一儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層以及覆蓋該儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層的一薄硅層；在該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)上提供一第二介電層；在該穿隧介電膜下方形成源極區(qū)以及漏極區(qū)；以及利用刻蝕工藝分離該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)，以在每一對(duì)源極區(qū)與漏極區(qū)之間形成多個(gè)儲(chǔ)存塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 該儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層由導(dǎo)電材料制成。
3. 如權(quán)利要求1項(xiàng)所述之存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 該儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層由具有電荷捕獲能力的介電材料制成。
4. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 還包括在該些儲(chǔ)存塊以及該穿隧介電膜上，提供阻擋氧化物膜與多晶 硅層間介電層的其中之一； 提供一柵極材料；以及 形成一柵極結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 還包括完全移除所剩余的該第二介電層，以暴露剩余的該電荷儲(chǔ) 存堆棧結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 形成該些儲(chǔ)存塊的方法包括利用濕法刻蝕，移除部分的該第二介電層，以暴露該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)的第一部分；利用氧化，將暴露出的該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)的該第一部分的薄 硅層轉(zhuǎn)化成二氧化硅；移除部分的該第二介電層，以暴露該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)的第二 部分；移除暴露出的該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)的該第二部分，以暴露該穿 隧介電膜；以及重復(fù)所述以上步驟，以形成多個(gè)分離的儲(chǔ)存塊。
7. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 所述濕法刻蝕是使用熱磷酸作為刻蝕溶劑。
8. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 暴露出的該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)的該第二部分是利用反應(yīng)式離子刻蝕 而移除。
9. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 暴露出的該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)的該第一部分的薄硅層是利用爐氧化 以及快速熱氧化中的其中之一而轉(zhuǎn)化為二氧化硅。
10. 如權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 該柵極材料為多晶硅、金屬以及多晶硅化物中的其中之一。
11. 如權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 該柵極結(jié)構(gòu)是利用光刻以及反應(yīng)式離子刻蝕而形成。
12. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 兩個(gè)儲(chǔ)存塊分離至少100埃的間距。
13. —種存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于，包括 提供一襯底；在該襯底上提供一穿隧介電膜；在該穿隧介電膜上方提供一電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)，其中該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)包括一儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層以及一薄硅層； 在該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)上提供一氮化物層； 在該穿隧介電膜下方形成源極區(qū)以及漏極區(qū)； 利用刻蝕工藝分離該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)，以形成多個(gè)儲(chǔ)存塊； 在該些分離的儲(chǔ)存塊以及該穿隧介電膜上，提供阻擋氧化物膜以及多晶硅層間介電層的其中之一； 覆蓋一柵極材料；以及利用光刻以及反應(yīng)式離子刻蝕形成一柵極結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 形成該些分離的儲(chǔ)存塊的方法包括利用濕法刻蝕，移除部分的該氮化物層，以暴露該電荷儲(chǔ)存堆 棧結(jié)構(gòu)的第一部分；利用氧化，將暴露出的該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)的該第一部分的薄 硅層轉(zhuǎn)化成二氧化硅；移除部分的該氮化物層，以暴露該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)的該第二 部分；移除暴露出的該電荷儲(chǔ)存堆棧結(jié)構(gòu)的該第二部分，以暴露該穿 隧介電膜；以及重復(fù)所述以上步驟，以形成多個(gè)分離的儲(chǔ)存塊。
15. 如權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于， 還包括完全移除所剩余的該氮化物層，以暴露剩余的該電荷儲(chǔ)存 堆棧結(jié)構(gòu)。
16. 如權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于，兩個(gè)儲(chǔ)存塊分離至少ioo埃的間距。
17. 如權(quán)利要求14所述的存儲(chǔ)器元件的制造方法，其特征在于，該濕法刻蝕是使用熱磷酸作為刻蝕溶劑。
18. —種存儲(chǔ)器單元，其特征在于，包括 一襯底；一穿隧介電膜，配置在該襯底上; 源極區(qū)以及漏極區(qū)，形成于該襯底中；以及多個(gè)分離的儲(chǔ)存塊，配置在每一對(duì)所述源極區(qū)與所述漏極區(qū)之 間，而每一個(gè)儲(chǔ)存塊包括儲(chǔ)存數(shù)據(jù)層以及二氧化硅層， 其中兩個(gè)儲(chǔ)存塊分離至少ioo埃之間距。
19. 如權(quán)利要求18所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，還包括 阻擋氧化物膜以及多晶硅層間介電層其中之一；以及 一柵極材料層。
20. 如權(quán)利要求19所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，該柵極材料 為多晶硅、金屬以及多晶硅化物中的其中之一。
21. 如權(quán)利要求18所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，該儲(chǔ)存數(shù)據(jù) 層由導(dǎo)電材料以及具有電荷捕獲能力的介電材料中的其中之一制
全文摘要
本發(fā)明是一種非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器元件以及其制造方法。存儲(chǔ)器元件包含襯底、襯底上的穿隧介電膜、形成在襯底中的源極區(qū)以及漏極區(qū)，以及在每一對(duì)源極區(qū)與漏極區(qū)之間的多個(gè)分離的儲(chǔ)存塊。每一儲(chǔ)存線塊包括儲(chǔ)存數(shù)據(jù)以及二氧化硅層。兩個(gè)儲(chǔ)存塊分離至少100的間距。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101231957SQ200810002290
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月8日
發(fā)明者盧棨彬, 吳家偉, 施彥豪, 薛銘祥, 謝榮裕, 賴(lài)二琨 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司