專利名稱：非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，更具體的是涉及一種具有與SONOS不同的膜結(jié)構(gòu)的柵極的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，以及它的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)存儲(chǔ)器件的最新發(fā)展，諸如易于數(shù)據(jù)共享和交換而不管硬件類型的存儲(chǔ)棒導(dǎo)致對(duì)安全存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的需求增大。這方面的一個(gè)可能性是使用閃存器件，即，可以在數(shù)據(jù)塊中擦除或編程的特殊類型的EEPROM，并且即使斷電時(shí)還可以保留其內(nèi)容。閃存器件通常是以由包括浮柵、晶體管柵極和控制柵的多層形式構(gòu)成，浮柵存儲(chǔ)電荷，晶體管柵極存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而控制柵控制浮柵，這些柵極被順序淀積。然而，閃存器具有較低的保存性能并且由于漏電流而不能長(zhǎng)時(shí)間地安全保留存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)提出了一種具備減小了的高度的SONOS存儲(chǔ)器件。該SONOS存儲(chǔ)器件利用襯底和控制柵之間的疊層。即，代替閃存器中的浮柵以及在浮柵之上和之下的絕緣層，該SONOS存儲(chǔ)器件利用通過(guò)順序淀積氧化物膜、氮化物膜和另一氧化物膜制成的疊層(ONO)。另外，當(dāng)在氮化物膜中俘獲(trap)電荷時(shí)，SONOS存儲(chǔ)器件通過(guò)改變閾電壓而工作。在C.T.Swift等人發(fā)表在Technical Digest of International Electron DeviceMeeting(IEDM)December 2002，pp.927-930的文章“An Embedded 90nmSONOS Nonvolatile Memory Utilizing Hot Electron Programming and UniformTunnel Erase”公開(kāi)了SONOS存儲(chǔ)器件的詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是顯示傳統(tǒng)SONOS存儲(chǔ)器件的基本結(jié)構(gòu)的剖視圖。
參考圖1，在襯底10的源區(qū)S和漏區(qū)D之間的溝道區(qū)上形成了第一氧化硅(SiO2)膜12。第一氧化硅膜12的一端接觸源區(qū)S而第一氧化硅膜12的另一端接觸漏區(qū)D。第一氧化硅膜12用于使電荷隧穿(for tunnelingcharge)。氮化物(Si3N4)膜14形成在第一氧化硅膜12上。實(shí)際上是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的材料膜的氮化物膜14捕獲通過(guò)第一氧化硅膜12隧穿的電荷(charge tunneled through)。第二氧化硅膜16被制作成為阻擋電荷從氮化物膜14向上穿過(guò)氧化硅膜14移動(dòng)的阻擋膜。柵電極18形成在第二氧化硅膜16上。
在圖1中描述的該傳統(tǒng)SONOS器件具有以下缺陷。
實(shí)際上，工作電壓非常高。如果該傳統(tǒng)SONOS器件被施加較低的工作電壓，數(shù)據(jù)的寫(xiě)入/擦除速度就會(huì)變得遠(yuǎn)低于技術(shù)規(guī)格中規(guī)定的速度。由于這種電壓依賴特性，對(duì)氮化硅膜14的俘獲密度的控制也會(huì)變得困難。保留時(shí)間也不象期望的那么充足。
由氮化物膜14和第一及第二氧化物膜12及16的低介電常數(shù)造成的這些膜的較厚厚度導(dǎo)致了這些缺陷。
近來(lái)，公布于Extended Abstract of 2002 International Conf.on Solid StateDevice and Materials，Nagoya，Japan，Sept.2002，pp162-163中的C.Lee等人的標(biāo)題為“Novel Structure Of SiO2/SiN/High-k dielectric，A1203 for a SONOSType Flash Memory”的論文已經(jīng)發(fā)表了通過(guò)利用代替氧化硅膜的氧化鋁膜(Al2O3)改進(jìn)了阻擋膜的編程、擦除和保留特性。然而，該改進(jìn)不是很顯著，而且所施加的電壓仍很高且仍難以控制氮化硅膜的俘獲密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠在低于SONOS存儲(chǔ)器件的工作電壓的電壓下滿意工作的、以同SONOS存儲(chǔ)器件相同的電壓電平下快速工作的、并能夠有效控制俘獲材料層的俘獲密度的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。
本發(fā)明還提供了一種制造該非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的方法。
依照本發(fā)明，所提供的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件包括具有以預(yù)定距離隔開(kāi)的源區(qū)和漏區(qū)的襯底；在襯底上的源區(qū)和漏區(qū)之間形成的柵極疊層，與源區(qū)接觸的柵極疊層的一端和與漏區(qū)接觸的柵極疊層的另一端，其中，柵極疊層包括隧道膜(tunneling film)；摻雜以具有比氮化物(Si3N4)膜更高的介電常數(shù)的預(yù)定的第一摻雜雜質(zhì)的第一俘獲材料膜；具有比氮化硅膜更高的介電常數(shù)的第一絕緣膜；以及柵電極，順序淀積其所有的膜。
可以由氧化鋁膜(Al2O3)形成第一絕緣膜。
依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還可以在隧道膜和第一俘獲材料膜之間形成第一氧化物膜，并且還可以在第一俘獲材料膜和第一絕緣膜之間形成第二氧化物膜?？梢杂裳趸X(Al2O3)形成第一和第二氧化物膜，而第一絕緣膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜和TiO2膜組成的組中選出的一種膜。
預(yù)定第一雜質(zhì)可以是包含Dy的鑭系元素(lanthanide)，并且摻雜濃度為1-20％。
第一俘獲材料膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、TiO2膜和Al2O3膜組成的組中選出的一種膜。
依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，被摻雜以預(yù)定第二摻雜材料并具有比氮化物膜(Si3N4)更高的介電常數(shù)的第二捕獲材料膜，以及具有比氮化物膜更高的介電常數(shù)的第二絕緣膜進(jìn)一步順序形成在第一絕緣膜和柵電極之間。
另外，第一氧化物膜可以進(jìn)一步形成在隧道膜和第一俘獲材料膜之間。在這種情況下，第二氧化物膜可以進(jìn)一步形成在第一俘獲材料膜和第一絕緣膜之間，第三氧化物膜可以在第一絕緣膜和第二俘獲材料膜之間，或者，第四氧化物膜可以進(jìn)一步形成在第二俘獲材料膜和第二絕緣膜之間。換句話說(shuō)，如有必要，可以選擇地形成第一至第四氧化物膜。
第二俘獲材料膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、TiO2膜和Al2O3膜組成的組中選出的一種膜。
第三和/或第四氧化物膜可以由氧化鋁膜形成。
第二絕緣膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜和TiO2膜組成的組中選出的一種膜。
預(yù)定第二雜質(zhì)可以是包含Dy的鑭系元素，并且摻雜濃度在1-20％的范圍內(nèi)。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的方法，該方法包括形成隧道氧化物膜(tunneling oxide film)、摻雜以預(yù)定第一雜質(zhì)并具有比氮化物膜更高的介電常數(shù)的第一俘獲材料膜、具有比氮化物膜更高的介電常數(shù)的第一絕緣膜，以及柵電極，所有這些被順序淀積在半導(dǎo)體襯底上；在柵電極上形成限定柵極區(qū)的光敏膜圖形；通過(guò)順序地蝕刻光敏膜圖形周?chē)臇烹姌O、第一絕緣膜、第一俘獲材料膜和隧道氧化物膜來(lái)形成柵極疊層；移除光敏膜圖形；以及形成圍繞半導(dǎo)體襯底上的柵極疊層的源和漏區(qū)。
依照本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器件可以提供根據(jù)摻雜濃度來(lái)有效控制俘獲密度的能力。因此，可以在比傳統(tǒng)技術(shù)更低的電壓下進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入/擦除，由此，與現(xiàn)有技術(shù)相比可以提高運(yùn)行速度。


圖1是作為依照現(xiàn)有技術(shù)的非易失性存儲(chǔ)器件的一個(gè)例子的SONOS存儲(chǔ)器件的剖面圖；圖2至5是依照本發(fā)明的第一至第四實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的剖面圖；圖6是顯示依照具有高介電常數(shù)的絕緣膜的摻雜濃度的漏電流特性的曲線圖，該絕緣膜用于依照本發(fā)明的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件；圖7是顯示根據(jù)具有高導(dǎo)電率的絕緣層的摻雜濃度的漏電流和有效厚度的變化的曲線，該絕緣層用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件；圖8是顯示依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)應(yīng)力電荷的平帶電壓變化的曲線；圖9是顯示依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)寫(xiě)入/讀出時(shí)間的平帶電壓變化的曲線；圖10是顯示依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)保留時(shí)間的平帶電壓變化的曲線；圖11是顯示依照本發(fā)明一個(gè)例子實(shí)施例的根據(jù)編成時(shí)間的平帶電壓變化的曲線；圖12是顯示依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)擦除時(shí)間的平帶電壓變化的曲線；以及圖13是顯示依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的OHA膜能帶的以及依照傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器件的ONO膜的能帶的曲線。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖將更詳細(xì)地描述依照本發(fā)明實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件。為了幫助理解，夸大了圖中各膜和各區(qū)的厚度以便清楚說(shuō)明。
第一實(shí)施例參考圖2，在襯底10上以預(yù)定距離隔離開(kāi)形成源區(qū)S和漏區(qū)D。襯底10上的源區(qū)S和漏區(qū)D之間的距離限定了一溝道區(qū)。柵堆棧形成在溝道區(qū)上。柵極疊層形成在溝道區(qū)上。由順序淀積的多層形成的柵極疊層包括隧道氧化物膜42，隧道氧化物膜42的一端接觸源區(qū)S而隧道氧化物膜42的另一端接觸漏區(qū)D；第一俘獲材料層44；具有高介電常數(shù)的絕緣膜46；以及柵電極48。隧道氧化物膜42是氧化硅膜。氧化物膜42的厚度大約是1.5-4納米。當(dāng)將預(yù)定電壓施加到柵電極48和源區(qū)D時(shí)，電荷，即穿過(guò)隧道氧化物膜42的電子就被第一俘獲材料膜44俘獲。優(yōu)選由非氮化物膜形成第一俘獲材料膜44，但是也可以使用具有高介電常數(shù)的摻雜以預(yù)定雜質(zhì)的絕緣膜。此外，優(yōu)選從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、TiO2膜和Al2O3膜組成的組中選出的具有高介電常數(shù)的氧化物膜形成絕緣膜，更優(yōu)選的是由HfO2膜形成絕緣膜。當(dāng)?shù)谝环@材料膜是HfO2膜時(shí)，其厚度大約是2-15納米。
同時(shí)，摻雜在第一俘獲材料膜44上的預(yù)定雜質(zhì)優(yōu)選由鑭系元素，例如，選自包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的組的材料，更優(yōu)選是Dy構(gòu)成。這種情況下的摻雜濃度大約是1-20％，優(yōu)選是10％。
其次，形成了具有高介電常數(shù)的第一絕緣膜46以防止部分電子穿透第一俘獲材料膜44移動(dòng)到達(dá)柵電極48，此時(shí)，電荷被第一俘獲材料層44俘獲。優(yōu)選由氧化鋁(Al2O3)形成第一絕緣膜46。其它具有同氧化鋁一樣的介電常數(shù)的材料也可用于第一絕緣膜46。優(yōu)選由摻雜以導(dǎo)電雜質(zhì)的多晶硅電極形成柵電極48?；蛘?，諸如硅化鎢電極的其它電極可以用于柵電極48。
第二實(shí)施例本實(shí)施例涉及一種在第一俘獲材料膜44上和其下具有擴(kuò)散阻擋層的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。
下文中，同第一實(shí)施例相同的標(biāo)號(hào)表示同樣的元件。
參考圖3，在隧道氧化物膜42和第一俘獲材料膜44之間形成作為第一擴(kuò)散阻擋層(diffusion barrier layer)的第一氧化物膜50。第一氧化物膜50是氧化鋁膜。隧道氧化物膜42的厚度大約是1-4納米，而第一氧化物膜50的厚度大約是0.5-2納米?？梢哉J(rèn)為隧道膜是隧道氧化物膜42和第一氧化物膜50合并形式。
在第一俘獲材料膜44和第一絕緣膜46之間形成作為第二擴(kuò)散阻擋層的第二氧化物膜52。第二氧化物膜52是氧化鋁膜，而第一絕緣膜46是具有高介電常數(shù)的絕緣膜，例如，選自包括HfO2、ZrO2、Ta2O5和TiO2的組。第二氧化物膜52的厚度大約是0.5-2納米，而第一絕緣膜46的厚度大約是3-20納米。
如第一實(shí)施例中一樣，依照第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件包括在形成與第二氧化物膜52一樣薄的第一絕緣膜46之后并在第一絕緣膜46和柵電極48之間形成的一層膜，該膜具有厚度為3-20納米、選自包括HfO2、ZrO2、Ta2O5和TiO2的組的金屬氧化物。
在本實(shí)施例中，第一和第二氧化物膜50和52都由氧化鋁膜形成。但是，任何能夠作為擴(kuò)散阻擋層的材料都可以代替第一氧化物膜50或第二氧化物膜52。此外，任何能夠作為擴(kuò)散阻擋層的材料都可以代替第一氧化物膜50和第二氧化物膜52。此外，任何能夠作為擴(kuò)散阻擋層的材料都可以代替除氧化物膜之外的其它絕緣膜。
第三實(shí)施例本實(shí)施例涉及一種包括形成在襯底10的溝道區(qū)上的柵極疊層并具有多個(gè)俘獲材料膜的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。
參考圖4，在隧道氧化物膜42上形成第一俘獲材料膜44和第一絕緣膜46。第二俘獲材料膜54和第二絕緣膜56被順序淀積到第一絕緣膜46上。在第二絕緣膜56上形成柵電極48。優(yōu)選由摻雜以鑭系元素的具有高介電常數(shù)的、同第一俘獲材料膜44相同材料的絕緣膜形成第二俘獲材料膜54?？蛇x擇地，可以由其它絕緣膜形成第二俘獲材料膜54。同樣，優(yōu)選由同第一絕緣層46相同的絕緣材料膜形成第二絕緣膜56。可選擇地，可以由其它絕緣膜形成第二絕緣膜56。此外，第二俘獲材料膜54和第二絕緣膜56分別具有同第一俘獲材料層44和第一絕緣膜相同或不同的厚度。
第四實(shí)施例本實(shí)施例涉及到一種進(jìn)一步包括擴(kuò)散阻擋層的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。
更具體地說(shuō)，如圖5所示，在隧道氧化物膜42和第一俘獲材料膜44之間形成第一氧化物膜50，在第一俘獲材料膜44和第一絕緣膜46之間形成第二氧化物膜52，并且除這些膜之外，在第一絕緣膜46和第二俘獲材料膜54之間形成第三氧化物膜58，而在第二俘獲材料膜54和第二絕緣膜56之間形成第四氧化物膜。第三和第四氧化物膜58和60象第一和第二氧化物膜50和52一樣是擴(kuò)散阻擋層，并且它們優(yōu)選是由氧化鋁膜形成，但是它們可以是其它氧化物膜或絕緣膜。
依照上述描述，對(duì)于依照本發(fā)明實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，由絕緣膜形成柵極疊層的第一和第二俘獲材料膜44和54，例如以預(yù)定比例摻雜以諸如Dy的鑭系元素的具有高介電常數(shù)的HfO2膜。
下面，將描述為證明依照本發(fā)明第一實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件特性而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
測(cè)量了在兩種情況下的漏電流密度，這兩種情況是，由非摻雜(以下，稱為第一情況)和摻雜以預(yù)定濃度的Dy(以下，稱為第二情況)的HfO2膜來(lái)形成第一俘獲材料膜44的情況。
圖6是顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。符號(hào)“■”表示第一種情況中的漏電流密度的變化，而符號(hào)“★”表示第二情況中的漏電流密度的變化。參考圖6，第二情況中的漏電流密度(Jg)比在同樣有效厚度下的第二情況中的漏電流密度小得多。
圖7顯示根據(jù)第二情況中Dy濃度(％)的漏電流密度(Jg)和有效厚度的變化。通過(guò)AES來(lái)測(cè)量漏電流密度(Jg)和有效厚度。圖7中，以“□”表示的曲線顯示當(dāng)施加2V的平帶電壓時(shí)漏電流密度的變化(以下，稱為第一曲線)，以“■”表示的曲線表示當(dāng)施加1V平帶電壓時(shí)漏電流密度的變化(以下，稱為第二曲線)，而以“○”表示的曲線表示有效厚度的變化(以下，稱為第三曲線)。
參考圖7中的第一至第三曲線，顯示了大約10％Dy的濃度下的最小漏電流密度和最薄有效厚度。即，在大約10％Dy的濃度下，漏電流和有效厚度的特性具有最佳值。
其次，為了驗(yàn)證摻雜Dy對(duì)電荷俘獲的影響，測(cè)量了在有關(guān)上述兩種情況的電應(yīng)力下的平帶電平的變化，而圖8顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
在圖8中，以 “○”表示的曲線顯示來(lái)自第一情況的結(jié)果(以下，稱為第四曲線)，而以“▲”表示的曲線顯示第二情況(以下，稱為第五曲線)。
參考圖8中的第四和第五曲線，可以看到應(yīng)力電荷的增加，即，通過(guò)增大待被摻雜到第一俘獲材料膜44上的Dy的濃度，兩種情況之間的平帶電壓的差異急劇增大。
由于平帶電壓直接關(guān)系到在第一俘獲材料膜44中的被俘獲電荷，從此結(jié)果可以說(shuō)在第二情況中的第一俘獲材料膜44的俘獲密度高于第一情況中俘獲密度。
依照以上描述，對(duì)于非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，由于俘獲材料膜是由摻雜以鑭系元素的具有高介電常數(shù)的絕緣膜形成，所以可以將俘獲材料膜的有效厚度做得很薄，并且可以通過(guò)控制摻雜濃度來(lái)容易地控制俘獲材料膜的俘獲密度。
因此，同現(xiàn)有技術(shù)相比，可以在較低的電壓下操作依照本發(fā)明的非易失性的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，并可以延長(zhǎng)保留時(shí)間。
圖9和圖10分別顯示相對(duì)于平帶電壓的寫(xiě)入/抹去時(shí)間和保留時(shí)間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖9中，以“○”和“□”表示的曲線分別顯示當(dāng)為記錄數(shù)據(jù)而施加的電壓是7伏特和8伏特時(shí)的隨電壓的施加時(shí)間的平帶電壓的變化(以下，稱為分別是第六曲線和第七曲線)，而以“▲”、“●”和“■”表示的曲線分別顯示當(dāng)用于抹去數(shù)據(jù)而施加的電壓是6伏特、7伏特和8伏特時(shí)的根據(jù)電壓的施加時(shí)間的平帶電壓的變化(以下，稱為分別是第八曲線至第十曲線)。
參考圖9中的第六和第七曲線，可以看到即使在施加電壓是8伏特的情況中，達(dá)到所要求的平帶電壓的時(shí)間非常短，該電壓低于為數(shù)據(jù)寫(xiě)入，即為電荷俘獲，而施加到柵電極上的現(xiàn)有技術(shù)中的電壓(約10伏特)。當(dāng)施加到柵電極的電壓是7伏特時(shí)，平帶電壓的移動(dòng)比所施加的電壓為8伏特時(shí)更慢，然而，考慮到用于確定“1”和“0”的所需平帶電壓的大小是0.5伏特，當(dāng)施加到柵電極的電壓是7伏特時(shí)，用來(lái)將初始值移動(dòng)到0.5伏特的時(shí)間也非常短。這意味著即使在較低的電壓下，數(shù)據(jù)寫(xiě)入也快于現(xiàn)有技術(shù)的電壓下的情況。
參考圖9中的曲線8至10，在為數(shù)據(jù)擦除而施加到柵電極的電壓絕對(duì)值(-8伏特、7伏特或-6伏特)低于現(xiàn)有技術(shù)的電壓的情況下，可以看到即使出現(xiàn)一些相對(duì)差，但是通常，平帶電壓急劇降低。這意味著數(shù)據(jù)擦除的速度變得更快。
接著，參考圖10，曲線G11顯示，當(dāng)預(yù)定柵電壓Vg(Vg＝8伏特)被施加到柵電極48時(shí)，平帶電壓隨用于將數(shù)據(jù)“1”保持在正常狀態(tài)的保留時(shí)間的變化，以及通過(guò)將預(yù)定電壓Vd施加到漏區(qū)D從而在第一俘獲材料層44中俘獲了一個(gè)電荷，即，數(shù)據(jù)“1”被記錄在第一俘獲材料膜44中。曲線G12顯示當(dāng)移除第一俘獲材料膜44中的所有電荷時(shí)，平帶電壓隨保持?jǐn)?shù)據(jù)“0”的保留時(shí)間的變化，即，通過(guò)將擦除電壓(-8伏特)施加到柵電極48從而在第一俘獲材料膜44中記錄“0”。
為了在長(zhǎng)時(shí)間之后清楚區(qū)分所記錄的“1”和“0”數(shù)據(jù)之間的區(qū)別，可取的是與數(shù)據(jù)“1”相應(yīng)的平帶電壓(以下，稱為第一平帶電壓)和與數(shù)據(jù)“0”相應(yīng)的平帶電壓(以下，稱為第二平帶電壓)之間的電壓差大于預(yù)定值，如0.5伏特。參考圖10中的曲線G11和G12，可以看到在相當(dāng)于紀(jì)錄數(shù)據(jù)10年后，第一和第二平帶電壓之間的電壓差仍然大于0.5伏特。即，依照本發(fā)明的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件可以在低于傳統(tǒng)技術(shù)的電壓下運(yùn)行。盡管是在較低的電壓下工作，但是仍然可以說(shuō)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)改善了保留時(shí)間和數(shù)據(jù)寫(xiě)入/擦除時(shí)間的特性。
圖11和12分別顯示與傳統(tǒng)技術(shù)的特性相比較的依照本法明的非易失性存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)記錄的特性即編程特性和數(shù)據(jù)擦除特性。
圖11中，曲線G13顯示平帶電壓隨數(shù)據(jù)記錄時(shí)間的變化，即，該數(shù)據(jù)記錄時(shí)間即當(dāng)8伏特的數(shù)據(jù)記錄電壓被施加到依照本發(fā)明的實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件時(shí)的編程時(shí)間，該非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件具有包括一OHA膜的柵極疊層(氧化物-氧化鉿-氧化鋁)。曲線G14顯示當(dāng)10伏特的數(shù)據(jù)記錄電壓被施加到具有具備ONO膜的柵極疊層的傳統(tǒng)非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件時(shí)平帶電壓隨編程時(shí)間的變化。曲線G15顯示當(dāng)10伏特的數(shù)據(jù)記錄電壓被施加到具有具備ONA(氧化物-氮化物-氧化鋁)膜的柵極疊層的傳統(tǒng)非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件時(shí)的平帶電壓隨編程時(shí)間的變化。曲線G16顯示當(dāng)8伏特的數(shù)據(jù)記錄電壓被施加到具有具備ONA膜的柵極疊層的傳統(tǒng)非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件時(shí)的平帶電壓隨編程時(shí)間的變化。
參考圖11中的曲線13至16，可以看到的是，盡管施加到柵極疊層的工作電壓低于具有ONO膜或ONA膜的柵極疊層(傳統(tǒng)技術(shù))，除了顯示出最大的平帶電壓的偏移量外，具有OHA膜的柵極疊層(本發(fā)明)顯示出最短編程時(shí)間。這意味著在低于傳統(tǒng)技術(shù)的數(shù)據(jù)紀(jì)錄速度的電壓下，數(shù)據(jù)記錄速度變得更快。
圖12中，曲線G17顯示當(dāng)-8伏特的擦除電壓被施加到依照本發(fā)明的具有具備OHA膜的柵極疊層的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件時(shí)，平帶電壓隨擦除時(shí)間的變化。曲線G18和“●”G19分別顯示當(dāng)-10伏特的擦除電壓被施加到依照本發(fā)明的具有具備OHO膜和ONA膜的柵極疊層的傳統(tǒng)非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件上時(shí)，平帶電壓隨擦除時(shí)間的變化。此外，曲線G20顯示當(dāng)-8伏特的擦除電壓被施加到具有具備ONA膜的柵極疊層的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件時(shí)，平帶電壓隨擦除時(shí)間的的變化。
參考圖12中的曲線G17至G20，可以看到在兩種情況中，即當(dāng)-8伏特的擦除電壓被施加到具有具備OHA膜(本發(fā)明)的柵極疊層時(shí)以及當(dāng)-10伏特的擦除電壓被施加到具有具備ONA膜(傳統(tǒng)技術(shù))的柵極疊層時(shí)，所得到的擦除特性相類似。然而，考慮到前一種情況下的擦除電壓更低，可以說(shuō)前一種情況下的特性優(yōu)于后一種情況。另一方面，在當(dāng)-10伏特和-8伏特的擦除電壓被分別施加到具有ONO膜和ONA膜的柵極疊層時(shí)的情況下，傳統(tǒng)技術(shù)的擦除特性顯示出遠(yuǎn)差于本發(fā)明的擦除特性。
現(xiàn)在，將描述依照本發(fā)明實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的能帶的特性。
圖13顯示依照本發(fā)明的具有柵極疊層的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的能帶，并為了對(duì)比，示出了同依照傳統(tǒng)技術(shù)的具有具備ONO膜的柵極疊層的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的能帶。
附圖標(biāo)記100和300分別表示半導(dǎo)體襯底和柵電極的能帶，而附圖標(biāo)記150、200和250分別表示ONO膜的能帶，該ONO膜即順序淀積在現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體襯底和柵電極之間的下層氧化硅膜、氮化物膜和上層氧化硅膜。附圖標(biāo)記150A、200A和250A表示順序淀積在依照本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底和柵電極之間的OHA膜的能帶。
參考圖13中表示的圓圈A，同下層氧化硅膜的能帶150的斜率相比，依照本發(fā)明的隧道氧化物膜即氧化硅膜的能帶150A更陡峭。因此，通過(guò)氧化硅膜的電子隧穿速度(tunnelng speed)更快，由此提高了編程速度。
如前所述，在現(xiàn)有技術(shù)的氧化硅膜和相應(yīng)的膜，即依照本發(fā)明的隧道氧化物膜，的厚度相同時(shí)，穿過(guò)依照本發(fā)明的隧道氧化物膜的電子的速度高于現(xiàn)有技術(shù)的速度。因此，在不使電子速度降低的限度內(nèi)，可以形成比現(xiàn)有技術(shù)的下層氧化硅膜的厚度更厚的本發(fā)明的隧道氧化物膜。從而，可以減少在俘獲材料膜中被俘獲的電子泄漏的可能性，由此產(chǎn)生相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)的保留特性更優(yōu)良的本發(fā)明的保留特性。
另一方面，參考圖13中的圓圈B，可以看到現(xiàn)有技術(shù)的上層氧化硅膜的能帶250的斜率比本發(fā)明的氧化鋁膜的能帶250A的斜率更陡峭，該氧化鋁膜相當(dāng)于上層氧化硅膜。由此，降低了反向隧穿(back tunneling)，并且本發(fā)明中的擦除速度比傳統(tǒng)技術(shù)中的更快。
此外，將在其中電荷被傳統(tǒng)技術(shù)俘獲的氮化物膜的能帶200和本發(fā)明的俘獲材料，即相當(dāng)于傳統(tǒng)技術(shù)的氮化物膜的氧化鉿膜，的能帶200A相比較，傳統(tǒng)技術(shù)的氮化物膜的能帶200的斜率比本發(fā)明的氧化鉿膜的能帶200A的斜率更陡峭。由此，與傳統(tǒng)技術(shù)的氮化物膜的俘獲密度相比較，依照本發(fā)明的俘獲材料膜的俘獲密度增大了，從而，同傳統(tǒng)技術(shù)相比，編程速度和擦除速度都增大了。
下表概括了當(dāng)10伏特相同電壓被施加到各個(gè)膜時(shí)，具有傳統(tǒng)技術(shù)的ONO膜和具有本發(fā)明的與ONO膜同樣厚度的OHA膜的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的所施加電壓的分布和電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量結(jié)果。
圖表

參考上表，可以看到的是，傳統(tǒng)技術(shù)的ONO膜的下層氧化硅膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度和相應(yīng)膜即本發(fā)明的OHA膜的隧道氧化物膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度是不同的。更具體地說(shuō)，傳統(tǒng)技術(shù)的下層氧化硅膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度(以下，稱為第一電場(chǎng)強(qiáng)度)是10.62MV/cm，而本發(fā)明的隧道氧化物膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度(以下，稱為第二電場(chǎng)強(qiáng)度)是21.16MV/cm。即，第二電場(chǎng)強(qiáng)度是第一電場(chǎng)強(qiáng)度的兩倍以上。此外，傳統(tǒng)技術(shù)的上層氧化硅膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度(以下，稱為第三電場(chǎng)強(qiáng)度)是10.62MV/cm，而本發(fā)明的氧化鋁膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度(以下，稱為第四電場(chǎng)強(qiáng)度)是8.25MV/cm，即第四電場(chǎng)強(qiáng)度小于第三電場(chǎng)強(qiáng)度。如圖13所示，由于第二電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于第一電場(chǎng)強(qiáng)度，所以，在本發(fā)明中的隧道氧化物膜的能帶150A的斜率就變得大于傳統(tǒng)技術(shù)的氧化物膜的能帶150的斜率，因此，電子隧穿(tunneling of electron throuth)本發(fā)明的氧化物膜就遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)技術(shù)的電子的隧穿。此外，如圖13所示，由于第四電場(chǎng)強(qiáng)度小于第三電場(chǎng)強(qiáng)度，本發(fā)明的氧化鋁膜的能帶250A的斜率就變得小于傳統(tǒng)技術(shù)的上層氧化硅膜的能帶250的斜率，因此，如前所述，本發(fā)明的氧化鋁膜中的反向隧穿的出現(xiàn)就遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)技術(shù)的上層氧化硅膜中的反向隧穿的出現(xiàn)。
從現(xiàn)有技術(shù)的ONO膜的介電常數(shù)的分布和本發(fā)明的OHA膜的介電常數(shù)的分布來(lái)看，上述結(jié)果是正常的。即，介電常數(shù)ε與施加到如ONO膜或OHA膜的這種膜兩端的電壓V成反比，可以如下表示V＝(Q×t)/(ε×面積)這里，V是施加到ONO或OHA膜的電壓，Q是電荷量，t是ONO或OHA膜的厚度，ε是ONO或OHA膜的介電常數(shù)，而面積是面對(duì)襯底的柵電極的面積。
在本發(fā)明的OHA膜中，隧道氧化物膜具有最小介電常數(shù)，俘獲材料膜即氧化鉿膜具有比隧道氧化物膜和氧化鋁膜都高得多的介電常數(shù)，而氧化鋁膜具有介于這二者之間的平均介電常數(shù)。因此，當(dāng)預(yù)定電壓被施加到OHA膜時(shí)，在隧道氧化物膜中感應(yīng)出最高電壓，在氧化鋁膜中感應(yīng)出次高電壓，而在氧化鉿中感應(yīng)出最低電壓。在該狀況下，由于隧道氧化物膜具有最薄的厚度(1.8納米)，因此它的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度變得最強(qiáng)，由于氧化鋁膜具有中等厚度(4.5納米)，因此它的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度次之，并且由于氧化鉿具有最厚的厚度(6納米)，因此它的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度最弱。
就傳統(tǒng)技術(shù)的ONO膜而言，按照各層的介電常數(shù)，各層具有不同的感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓按照下層氧化硅膜、氮化物膜以及上層氧化硅膜的順序變大，然而，考慮到各個(gè)膜的厚度，下層氧化硅膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度變得等同于上層氧化硅膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度，而氮化物膜具有最弱電場(chǎng)強(qiáng)度。但是，在傳統(tǒng)技術(shù)的ONO膜中，不同于本發(fā)明的OHA膜，這些膜之間的介電常數(shù)差距沒(méi)有那么大。由于該原因，傳統(tǒng)技術(shù)的下層氧化硅膜的感應(yīng)電壓是1.91伏特，而本發(fā)明的隧道氧化物膜的感應(yīng)電壓是3.81伏特，是傳統(tǒng)技術(shù)的兩倍。由于傳統(tǒng)技術(shù)的下層氧化硅膜具有同本發(fā)明的隧道氧化物膜一樣的1.8納米厚度，如上表所示，這兩種膜之間感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度的差距加倍。
下面，將參考圖2描述依照本發(fā)明實(shí)施例的具有上述特性的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的操作。
寫(xiě)入當(dāng)寫(xiě)入電壓Vg被施加到柵電極48時(shí)，預(yù)定電壓Vg’就被施加到漏區(qū)D。在該過(guò)程中，電荷即電子在第一俘獲材料膜44中被俘獲，并根據(jù)所俘獲的電子的數(shù)量來(lái)確定平帶電壓的偏移量。
讀取當(dāng)讀取電壓Vg’被施加到柵電極48時(shí)，預(yù)定電壓Vd’也就被施加到漏區(qū)D。在該過(guò)程中，假設(shè)當(dāng)在源區(qū)S和漏區(qū)D之間的電流大于參考電流，例如為1μA時(shí)，讀取數(shù)據(jù)“1”，并假設(shè)當(dāng)該電流小于參考電流時(shí)讀取數(shù)據(jù)“0”。
下面，將描述依照本發(fā)明第一實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法。
更具體地說(shuō)，將隧道氧化物膜42、第一俘獲材料膜44、第一絕緣膜46和柵電極48順序淀積在襯底上。隧道氧化物膜42由厚度大約為2-4納米的氧化硅膜形成。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的第一俘獲材料膜44優(yōu)選由摻雜以大約1-20％，優(yōu)選為10％，的鑭系元素并且具有至少比氮化物膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)的材料膜形成，例如，從由HfO2、ZrO2、Ta2O5、TiO2和Al2O3組成的組中選出的具有較高介電常數(shù)的氧化物膜，優(yōu)選由HfO2膜形成氧化物膜。當(dāng)由HfO2膜形成第一俘獲材料膜44時(shí)，其厚度優(yōu)選是大約2-15納米。通過(guò)ALD(原子層淀積)、濺射或化學(xué)汽相淀積來(lái)形成第一俘獲材料膜44。
鑭系元素優(yōu)選是從由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu組成的組中選出，更優(yōu)選是Dy。
第一絕緣膜46優(yōu)選由具有相對(duì)大的帶隙的材料形成，并至少具有比氮化物膜的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)，所述膜例如氧化鋁膜。此外，可以利用ALD來(lái)形成氧化鋁膜。
如圖3所示，當(dāng)在第一俘獲材料膜44和第一絕緣膜46之間形成第二氧化物膜52時(shí)，第二氧化物膜由氧化鋁膜形成，而第一絕緣膜46是從由HfO2、ZrO2、Ta2O5和TiO2組成的組中選出的氧化物膜形成。第二氧化物膜52的厚度大約是0.5-2納米，而第一絕緣膜46的厚度大約是3-20納米。
下面，如圖2所示，在柵電極48上形成限定柵極疊層的光敏膜圖形(未示出)。利用作為蝕刻掩模的光敏膜圖形來(lái)順序蝕刻從柵電極48到隧道氧化物膜42的這些膜。持續(xù)上述蝕刻直到露出襯底40，并且在完成蝕刻之后，就去除光敏膜圖形。然后，如圖2所示，通過(guò)在襯底的預(yù)定區(qū)上順序地淀積隧道氧化物膜42、第一俘獲材料膜44、第一絕緣膜46和柵電極48來(lái)形成柵極疊層。然后，通過(guò)以預(yù)定深度的離子注入將摻雜在半導(dǎo)體襯底40上的導(dǎo)電雜質(zhì)，例如與P型雜質(zhì)相反的N型雜質(zhì)，摻雜在其上形成有柵極疊層的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上。接著，通過(guò)預(yù)定熱處理來(lái)形成源區(qū)S和漏區(qū)D，柵極疊層的一端接觸源區(qū)而柵極疊層的另一端接觸漏區(qū)。
如圖3至5所述，依照本發(fā)明的第二至第四實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法包括在依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的第一俘獲材料膜44之上及之下形成第一和第二氧化物膜50和52；在第一絕緣膜46和柵電極48之間形成第二俘獲材料膜54和第二絕緣膜56；以及在第一和第二俘獲材料膜44和54之上及之下形成氧化物膜。在本發(fā)明的第二至第四實(shí)施例中已經(jīng)詳細(xì)描述了其它膜的形成方法。
根據(jù)上述描述，依照本發(fā)明的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件在柵電極和襯底之間提供具有不同于ONO膜的介電常數(shù)分布的OHA膜。在該OHA膜中，“O”表示隧道氧化物膜，“H”表示用作相當(dāng)于ONO膜中的氮化物膜的俘獲材料膜的鉿膜，而“A”表示用作相當(dāng)于ONO中的上層氧化硅膜的阻擋膜的氧化鋁膜。OHA膜中的隧道氧化物膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度大于ONO膜中的下層氧化硅膜的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，OHA膜中的隧道氧化物膜內(nèi)的電荷的隧穿速度遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)技術(shù)的下層氧化硅膜內(nèi)的電荷的隧穿速度。這意味著具有OHA膜的存儲(chǔ)器件的工作速度遠(yuǎn)快于具有現(xiàn)有技術(shù)的ONO膜儲(chǔ)器件的工作速度。
在本發(fā)明的這種情況下，由于電荷的隧穿速度遠(yuǎn)快于現(xiàn)有技術(shù)的電荷的隧穿速度，在電荷的隧穿速度被維持在同OHA膜中一樣快的條件下，可以形成比現(xiàn)有技術(shù)的ONO膜中的下層氧化硅膜厚度更厚的隧道氧化物膜。因此，依照本發(fā)明的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件具有大大改善的保留特性。
此外，在本發(fā)明的OHA膜中，由于俘獲材料膜被摻雜以預(yù)定濃度的鑭系化合物，OHA膜中的俘獲材料膜的俘獲位置密度變得更大。因此，依照本發(fā)明的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的工作電壓變得低于現(xiàn)有技術(shù)的工作電壓。
雖然已經(jīng)根據(jù)其實(shí)施例詳細(xì)顯示和描述該發(fā)明，但不會(huì)認(rèn)為該發(fā)明局限于這些實(shí)施例，這些實(shí)施例只是作為典型例子。然而，可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員以多種不同形式實(shí)施該發(fā)明。例如，在第三和第四實(shí)施例中，第一俘獲材料膜可以是摻雜以Dy的膜，而第二俘獲材料膜可以是氮化物膜。此外，上述材料以外的具有高介電常數(shù)的絕緣材料也可以用作俘獲材料膜。同樣，由于可以以多種不同形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所以本發(fā)明的范圍應(yīng)該通過(guò)根據(jù)所附權(quán)利要求書(shū)構(gòu)思的技術(shù)精神而不是通過(guò)在此所闡述的實(shí)施例來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，包括一半導(dǎo)體襯底，具有以一預(yù)定距離隔開(kāi)的源區(qū)和漏區(qū)；以及一柵極疊層，形成在襯底上的源區(qū)和漏區(qū)之間，所述柵極疊層的一端接觸源區(qū)而所述柵極疊層的另一端接觸漏區(qū)，其中，所述柵極疊層包括一隧道膜；一第一俘獲材料膜，摻雜以具有比一氮化物(Si3N4)膜更高的一介電常數(shù)的一第一預(yù)定摻雜雜質(zhì)；一第一絕緣膜，其具有比一氮化物膜更高的一介電常數(shù)；以及一柵電極，所有這些膜被順序淀積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述隧道膜和所述第一俘獲材料膜之間的一第一氧化物膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述第一俘獲材料膜和所述第一絕緣膜之間的一第二氧化物膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第一氧化物膜是一氧化鋁(Al2O3)膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第一絕緣膜是一氧化鋁(Al2O3)膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第一絕緣膜是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜和TiO2膜組成的組中選出的一膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第一預(yù)定雜質(zhì)是包括Dy的一鑭系元素。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述鑭系元素的摻雜濃度是1-20％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第一俘獲材料膜是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、TiO2膜和Al203膜組成的組中選出的一膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括摻雜以一預(yù)定第二摻雜材料的并具有比所述氮化物(Si3N4)膜更高的一介電常數(shù)的一第二俘獲材料膜，以及具有比所述氮化物膜更高的一介電常數(shù)的一第二絕緣膜，所述第二俘獲材料膜和所述第二絕緣膜被順序形成在所述第一絕緣膜和所述柵電極之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述隧道膜和所述第一俘獲材料膜之間的一第一氧化物膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述第一俘獲材料膜和所述第一絕緣膜之間的一第二氧化物膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述第一絕緣膜和所述第二俘獲材料膜之間的一第三氧化物膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述第一絕緣膜和所述第二俘獲材料膜之間的一第三氧化物膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述第二俘獲材料膜和所述第二絕緣膜之間的一第四氧化物膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述第二俘獲材料膜和所述第二絕緣膜之間的一第四氧化物膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述第二俘獲材料膜和所述第二絕緣膜之間的一第四氧化物膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述第二俘獲材料膜和所述第二絕緣膜之間的一第四氧化物膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第二俘獲材料膜是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、TiO2膜和Al2O3膜組成的組中選出的一膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第四氧化物膜是一氧化鋁膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求16-18中任意一項(xiàng)所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述氧化物膜是一氧化鋁膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求10、16、17和18中任意一項(xiàng)所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第二絕緣膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、TiO2膜和Al2O3膜組成的組中選出的一膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第二絕緣膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、TiO2膜和Al2O3膜組成的組中選出的一膜。
24.根據(jù)權(quán)利要求11所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第一氧化物膜是一氧化鋁膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第二氧化物膜是一氧化鋁膜。
26.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第一絕緣膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜和TiO2膜組成的組中選出的一膜。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第一絕緣膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜和TiO2膜組成的組中選出的一膜。
28.根據(jù)權(quán)利要求13所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第三氧化物膜是一氧化鋁膜。
29.根據(jù)權(quán)利要求14所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述第三氧化物膜是一氧化鋁膜。
30.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述預(yù)定第一雜質(zhì)是包括Dy的鑭系元素。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述鑭系元素的摻雜濃度是1-20％。
32.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述預(yù)定第二雜質(zhì)是包括Dy的鑭系元素。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其中，所述鑭系元素的摻雜濃度是1-20％。
34.一種制造非易失性半導(dǎo)體材料器件的方法，包括形成一隧道氧化物膜、摻雜以一第一雜質(zhì)并具有比氮化物膜更高的一介電常數(shù)的一第一俘獲材料膜、具有比氮化物膜更高的一介電常數(shù)的一第一絕緣膜，以及一柵電極，所有這些膜被順序淀積到一半導(dǎo)體襯底上；形成限定所述柵電極上的一柵極區(qū)的一光敏膜圖形；通過(guò)順序蝕刻所述光敏膜圖形周?chē)乃鰱烹姌O、所述第一絕緣膜、所述第一俘獲材料膜和所述隧道氧化物膜來(lái)形成一柵極疊層；去除所述光敏膜圖形；以及形成所述半導(dǎo)體襯底上的所述柵極疊層周?chē)囊辉磪^(qū)和一漏區(qū)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中還包括在所述第一俘獲材料膜之上或之下形成一氧化物膜。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中還包括在所述第一絕緣膜和所述柵電極之間順序地形成摻雜以一預(yù)定第二雜質(zhì)的一第二俘獲材料膜和一第二絕緣膜。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中還包括在所述第一俘獲材料膜之上或之下，以及在所述第二俘獲材料膜之上或之下形成一氧化物膜。
38.根據(jù)權(quán)利要求34至37中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一俘獲材料膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、TiO2膜和Al2O3膜組成的組中選出的一膜。
39.根據(jù)權(quán)利要求34至37種任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一絕緣膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、和TiO2膜組成的組中選出的一膜。
40.根據(jù)權(quán)利要求35或37所述的方法，其中，所述氧化膜是一氧化鋁膜。
41.根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的方法，其中，所述第二俘獲材料膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、TiO2膜和Al2O3膜組成的組中選出的一膜。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述第二絕緣膜可以是從由HfO2膜、ZrO2膜、Ta2O5膜、和TiO2膜組成的組中選出的一膜。
43.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述第一雜質(zhì)是包括Dy的一鑭系元素，并且摻雜濃度是1-20％。
44.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述第一雜質(zhì)是包括Dy的一鑭系元素，并且摻雜濃度是1-20％。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，它包括具有以預(yù)定距離隔開(kāi)的源區(qū)和漏區(qū)的半導(dǎo)體襯底，以及形成在襯底上的源區(qū)和漏區(qū)之間的柵極疊層，柵極疊層的一端接觸源區(qū)而柵極疊層的另一端接觸漏區(qū)，其中，柵極疊層包括隧道層；摻雜以預(yù)定第一摻雜雜質(zhì)、具有比氮化物(Si
文檔編號(hào)H01L29/51GK1571161SQ200410064028
公開(kāi)日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者蔡洙杜, 金楨雨, 李正賢, 金汶慶, 黃顯相 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社