專利名稱：非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)于一種非揮發(fā)性內(nèi)存(Non-volatile Memory，NVM)的結(jié)構(gòu)。
為了提高非揮發(fā)性內(nèi)存的集成度，記憶單元尺寸、柵極線寬/信道長度也需隨之縮小。然而，當(dāng)信道長度縮小時，短信道效應(yīng)(Short ChannelEffect，SCE)將更加嚴(yán)重，且漏極開啟漏電流(Drain-turn-on Leakage，DTOL)也將明顯增加。如此將影響數(shù)據(jù)讀取時的正確性，并使非揮發(fā)性內(nèi)存元件的耗電量增加。
上述的漏極開啟漏電流是來源于柵極與漏極的耦合效應(yīng)，稱為漏極耦合比(Drain Coupling Ratio，DCR)。當(dāng)信道長度減少而令漏極耦合比增加時，或是漏極偏壓升高時，漏極開啟漏電流即愈大。這是因?yàn)槁O耦合比增加或漏極偏壓增加時，將令柵極的電位能上升，而使信道的次啟始電流(Sub-threshold Current)增加，此次啟始電流即為漏極開啟漏電流。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的即是提出一種非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其短信道效應(yīng)與漏極開啟漏電流皆可小于公知的。
本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)包含一基底、一堆棧柵結(jié)構(gòu)以及一源/漏極區(qū)。其中，基底中具有一垂直階梯式信道摻雜輪廓(Vertical LadderChannel Profile，VLCP)，區(qū)分為基底表面下的第一摻雜區(qū)，以及位于第一摻雜區(qū)下且緊臨第一摻雜區(qū)的第二摻雜區(qū)，其中第二摻雜區(qū)的摻雜濃度高于第一摻雜區(qū)。另外，堆棧柵結(jié)構(gòu)位于基底上，且源/漏極區(qū)位于堆棧柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底中。
另外，在上述本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)中，第一摻雜區(qū)的摻雜濃度可為基底或摻雜井原本的摻雜濃度，而不必另行摻雜。
由于本發(fā)明所提出的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)中，具有濃度較高的第二摻雜區(qū)，故可減小短信道效應(yīng)與漏極開啟漏電流。另外，當(dāng)?shù)诙诫s區(qū)的摻雜濃度愈高時，漏極開啟漏電流即愈小。由于本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存的漏極開啟漏電流與短信道效應(yīng)皆較小，故不會影響數(shù)據(jù)讀取時的正確性，且能降低非揮發(fā)性內(nèi)存元件的耗電量。
附圖標(biāo)記說明100基底105井區(qū)110a/b二堆棧柵結(jié)構(gòu) 120共漏極區(qū)130a/b二源極區(qū) 112穿隧層114浮置柵極116介電層118控制柵極x-x’路徑標(biāo)號Jx電流代號 Lx距離代號接著，如

圖1A所示，沿著圖1中的路徑x-x’下行，在基底100中有一垂直階梯式信道摻雜輪廓，可分為基底100表面下方具有較低摻雜濃度NS的第一摻雜區(qū)106，以及位于第一摻雜區(qū)106下，并緊臨第一摻雜區(qū)106的第二摻雜區(qū)108。其中，第二摻雜區(qū)108具有較高的摻雜濃度NP，NS的值可為原先井區(qū)105的摻雜濃度，例如是介于1016/cm3至5×1017/cm3之間，且NP/NS的值以大于20者為好。另外，第一摻雜區(qū)106與第二摻雜區(qū)108的交界處和基底100表面的距離Lx例如是介于100至600之間。再者，為避免高濃度的第二摻雜區(qū)108中的摻質(zhì)過度擴(kuò)散，進(jìn)而影響元件特性，第二摻雜區(qū)108中的摻質(zhì)可采用不易擴(kuò)散的III/V族元素。當(dāng)共漏極區(qū)120為P型摻雜時，此摻質(zhì)可為銻(antimony，Sb)；而當(dāng)共漏極區(qū)120為N型摻雜時，此摻質(zhì)可為鎵(gallium，Ga)或銦(indium，In)。
以下將說明上述本發(fā)明實(shí)施例的雙記憶單元非揮發(fā)性內(nèi)存的測試結(jié)果，其中包含漏極耦合比(DCR)、漏極開啟漏電流(DTOL)以及啟始電壓(VT)的變化。請參照圖1，此處的漏極開啟漏電流指在堆棧柵結(jié)構(gòu)110a上施加電壓，以打開堆棧柵結(jié)構(gòu)110a下方的信道時，堆棧柵結(jié)構(gòu)110b下方信道所產(chǎn)生的漏電流Jx。
請參照圖2，為本發(fā)明實(shí)施例中，在數(shù)種柵極線寬下漏極耦合比(DCR)對第二摻雜區(qū)108的摻雜濃度NP的變化。如圖2所示，柵極線寬愈小，則漏極耦合比愈高；而當(dāng)?shù)诙诫s區(qū)108的摻雜濃度NP升高時，漏極耦合比即愈低。例如，在柵極線寬0.15μm的情形下，當(dāng)摻雜濃度為2×1017/cm3時，漏極耦合比為14.2％；而當(dāng)摻雜濃度為2.5×1018/cm3時，漏極耦合比則為11％。漏極耦合比降低即表示漏極開啟漏電流也可降低。
請參照圖3，為本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诙诫s區(qū)108的摻雜濃度不同時，漏極開啟漏電流(DTOL)對柵極線寬的變化。如圖3所示，當(dāng)柵極線寬愈小時，漏極開啟漏電流即愈大；而當(dāng)?shù)诙诫s區(qū)108的摻雜濃度NP升高時，漏極開啟漏電流因柵極線寬縮小而增加的幅度即愈低。再者，當(dāng)?shù)诙诫s區(qū)108的摻雜濃度為1018/cm3時，漏極開啟漏電流幾乎不隨柵極線寬縮小而增加。
另一方面，請參照圖4，為本發(fā)明實(shí)施例的非揮發(fā)性內(nèi)存與公知的啟始電壓比較圖，且此圖中共有三對曲線以分別作比較。其中，任一對曲線皆包含本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存與公知的啟始電壓變化曲線，且柵極線寬很大時二者的啟始電壓皆調(diào)整至大約相同。如圖4所示，當(dāng)柵極線寬縮小時，本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存的啟始電壓皆高于公知的，這表示本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存的短信道效應(yīng)較小。
再者，下表1所示的為漏極偏壓升高時，本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存與公知的啟始電壓的變化。如表1所示，如在漏極偏壓趨近0時，本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存與公知的啟始電壓皆為2.70V，則當(dāng)漏極電壓升高時，本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存的啟始電壓皆高于公知的，此現(xiàn)象即表示本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存元件的短信道效應(yīng)較低。
表1

由上述各測試結(jié)果可知，在本發(fā)明提出的非揮發(fā)性內(nèi)存結(jié)構(gòu)中，當(dāng)?shù)诙诫s區(qū)108的濃度愈高時，漏極耦合比(DCR)即愈低，且漏極開啟漏電流(DTOL)也愈低。另由圖4與表1可見，當(dāng)柵極線寬縮小或漏極偏壓增大時，本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存的啟始電壓降低的程度小于公知的，表示其能減少短信道效應(yīng)。由于本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存的漏極開啟漏電流及短信道效應(yīng)皆較小，故較不會影響數(shù)據(jù)讀取時的正確性，且能降低非揮發(fā)性內(nèi)存元件的耗電量。
雖然本發(fā)明已以實(shí)施例說明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為包括一基底，該基底中具有一垂直階梯式信道摻雜輪廓，該垂直階梯式信道摻雜輪廓分為位于該基底表面下的一第一摻雜區(qū)，以及位于該第一摻雜區(qū)下且緊臨該第一摻雜區(qū)的一第二摻雜區(qū)，其中該第二摻雜區(qū)的摻雜濃度高于該第一摻雜區(qū)；一堆棧柵結(jié)構(gòu)，位于該基底上；一源/漏極區(qū)，位于該堆棧柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該基底中。
2.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該第一摻雜區(qū)具有一第一摻雜濃度NS，該第二摻雜區(qū)具有一第二摻雜濃度NP，且NP/NS＞20。
3.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該第一摻雜區(qū)的摻雜濃度介于1016/cm3至5×1017/cm3之間。
4.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為還包括位于該基底中的一摻雜井，該摻雜井的摻雜型態(tài)與該第一/二摻雜區(qū)相同，且該垂直階梯式信道摻雜輪廓位于該摻雜井內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該第一摻雜區(qū)與該第二摻雜區(qū)的一交界處與該基底表面的距離介于100至600之間。
6.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該源/漏極區(qū)的接面深度介于400至1000之間。
7.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該源/漏極區(qū)的摻雜型態(tài)為P型，且該第二摻雜區(qū)中的摻質(zhì)包括銻(antimonySb)。
8.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該源/漏極區(qū)的摻雜型態(tài)為N型，且該第二摻雜區(qū)中的摻質(zhì)包括鎵(gallium，Ga)。
9.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該源/漏極區(qū)的摻雜型態(tài)為N型，且該第二摻雜區(qū)中的摻質(zhì)包括銦(indium，In)。
10.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該堆棧柵結(jié)構(gòu)包括從下而上堆棧的一穿隧層、一浮置柵極、一介電層以及一控制柵極。
11.一種非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為包括一基底，該基底中具有一垂直階梯式信道摻雜輪廓，該垂直階梯式信道摻雜輪廓分為該基底表面下的一第一摻雜區(qū)，以及位于該第一摻雜區(qū)下且緊臨該第一摻雜區(qū)的一第二摻雜區(qū)，其中該第二摻雜區(qū)的摻雜濃度高于該第一摻雜區(qū)；二堆棧柵結(jié)構(gòu)，位于該基底上；一共漏極區(qū)，位于該二堆棧柵結(jié)構(gòu)之間的該基底中；二源極區(qū)，位于該二堆棧柵結(jié)構(gòu)外側(cè)的該基底中。
12.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該第一摻雜區(qū)具有一第一摻雜濃度NS，該第二摻雜區(qū)具有一第二摻雜濃度NP，且NP/NS＞20。
13.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該第一摻雜區(qū)的摻雜濃度介于1016/cm3至5×1017/cm3之間。
14.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為還包括位于該基底中的一摻雜井，該摻雜井的摻雜型態(tài)與該第一或第二摻雜區(qū)相同，且該垂直階梯式信道摻雜輪廓位于該摻雜井內(nèi)。
15.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該第一摻雜區(qū)與該第二摻雜區(qū)的一交界處與該基底表面的距離介于100至600之間。
16.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該共漏極區(qū)與該二源極區(qū)的接面深度介于400至1000之間。
17.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該共漏極區(qū)與該二源極區(qū)的摻雜型態(tài)為P型，且該第二摻雜區(qū)中的摻質(zhì)包括銻(antimony，Sb)。
18.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該共漏極區(qū)與該二源極區(qū)的摻雜型態(tài)為N型，且該第二摻雜區(qū)中的摻質(zhì)包括鎵(gallium，Ga)。
19.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該共漏極區(qū)與該二源極區(qū)的摻雜型態(tài)為N型，且該第二摻雜區(qū)中的摻質(zhì)包括銦(indium，In)。
20.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其特征為該堆棧柵結(jié)構(gòu)包括從下而上堆棧的一穿隧層、一浮置柵極、一介電層以及一控制柵極。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種非揮發(fā)性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，包含一基底、一堆棧柵結(jié)構(gòu)以及一源/漏極區(qū)。其中，堆棧柵結(jié)構(gòu)位于基底上，源/漏極區(qū)位于堆棧柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底中，且基底內(nèi)有一垂直階梯信道摻雜輪廓。此垂直階梯信道摻雜輪廓分為基底表面下的第一摻雜區(qū)，以及位于第一摻雜區(qū)下且緊臨第一摻雜區(qū)的第二摻雜區(qū)，其中第二摻雜區(qū)的濃度高于第一摻雜區(qū)。
文檔編號H01L27/105GK1407624SQ01130920
公開日2003年4月2日 申請日期2001年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月24日
發(fā)明者范左鴻, 盧道政, 蔡文哲 申請人:旺宏電子股份有限公司