專利名稱：電荷注入系統(tǒng)、存儲(chǔ)單元及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)半導(dǎo)體裝置與半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，特別是有關(guān)利用影像力(Image Force)機(jī)制以于這些裝置內(nèi)傳輸電荷的方法與裝置。
背景技術(shù)：
影像力是眾所周知的研究題材，如Sze所撰一名為“半導(dǎo)體元件物理”(“Physics of Semiconductor Devices”，Wiley，New York，1981，Chapter 5)的著作所描述的一樣。影像力會(huì)導(dǎo)致能壘降低，因而造成所謂的影像力能壘降低效應(yīng)(Image-Force barrier lowering effct)，并且是電荷載子發(fā)射所使用肖特基效應(yīng)(Schottky Effect)的主要主導(dǎo)機(jī)制。
由Lenzlinger與Snow所發(fā)表一篇名為“富爾諾罕穿隧進(jìn)入熱長成的二氧化硅”(“Foweler-Nordheim Tunneling intoThermally Grown SiO2，”J.Appl.Phys.，40，pp.278-283(1969))的文章亦討論到影像力。該文將影像力效應(yīng)與常溫載子(Thermal Carriers)穿隧通過二氧化硅(氧化物)時(shí)所利用的富爾諾罕穿隧(Fowler-Nordheim Tunneling；FN)機(jī)制相合并。
人們已嘗試將影像力連同光電流-電壓量測法一起使用以描繪氧化物電荷的分布(參見Nicollian與Brews所發(fā)表一名為“MOS物理與技術(shù)”的著作(“MOS Physics and Technology，”Wiley，New York，1982，Chapter 11，p.513))。影像力與這些方法亦被運(yùn)用于研究金屬和氧化物交界處的能壘高度及研究硅(Si)和氧化物交界處的能壘高度。
在2004年6月1日一由Wu發(fā)表的案號(hào)為6,744,111的美國專利中，一種具有一射極(Emitter)，一基極(Base)，以及一集極(Collector)的三端點(diǎn)半導(dǎo)體元件被加以描述。肖特基能壘接面(Schottky barrier junctions)形成于射極區(qū)和基極區(qū)的交界處，以及集極區(qū)和基極區(qū)的交界處。這類元件利用肖特基效應(yīng)(通過影像力能壘降低機(jī)制)，并且經(jīng)由控制基極區(qū)的電壓來允許穿隧電流通過該等肖特基能壘接面。
然而，上述種種利用影像力機(jī)制的范例與嘗試，皆為與非易失性存儲(chǔ)體無關(guān)的應(yīng)用。
具電荷儲(chǔ)存能力的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元在技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所皆知。電荷典型上儲(chǔ)存于一浮動(dòng)?xùn)艃?nèi)，用以定義一存儲(chǔ)單元的狀態(tài)。典型上，存儲(chǔ)單元的狀態(tài)可具有兩種位準(zhǔn)，或可具有兩種以上的位準(zhǔn)(使用于多位準(zhǔn)狀態(tài)的儲(chǔ)存)。諸如通道熱電子(Channel Hot Electron；CHE)、源極側(cè)注入(Source-SideInjection；SSI)、富爾諾罕穿隧(Fowler-Nordheim Tunneling；FN)，以及能帶至能帶穿隧(Band-to-Band Tunneling；BTBT)等引入熱電子注入的機(jī)制皆可在編程和/或抹除操作中用來改變這類存儲(chǔ)單元的狀態(tài)。這些機(jī)制運(yùn)用于存儲(chǔ)單元操作的范例可參見案號(hào)為4,698,787，5,029,130，5792,670以及5,966,329的美國專利，其分別針對(duì)CHEI機(jī)制，SSI機(jī)制，F(xiàn)N機(jī)制以及BTBT機(jī)制來探討。
然而，所有上述機(jī)制與嘗試的注入效率(定義為所收集載子數(shù)與所供應(yīng)載子數(shù)的比率)都相當(dāng)?shù)土?。此外，這些機(jī)制需要高電壓以支持存儲(chǔ)體的操作，而高達(dá)10V的電壓往往可見。在這樣的高電壓下，勢必得嚴(yán)格控制環(huán)繞浮動(dòng)?xùn)诺慕^緣體的品質(zhì)。在以這些機(jī)制操作下的存儲(chǔ)體因而容易遭受制造問題與可靠性問題。
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一絕緣能壘于一導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)中，該導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)可用來增加載子注入效率與減少操作電壓。本發(fā)明的另一目的在于提供能以緊密能量分布與高注入效率來傳輸?shù)碾姾奢d子(電荷或空穴)。本發(fā)明的其余目的與對(duì)這些目的的更佳了解皆可參照說明書與圖示來領(lǐng)略之。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為半導(dǎo)體裝置與存儲(chǔ)體內(nèi)的電荷過濾與注入提供方法與裝置。
簡單言之，本發(fā)明提供一種導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)。此導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)包括一導(dǎo)體以供應(yīng)常溫電荷載子，以及一與該導(dǎo)體相接觸的過濾器。此過濾器包括介電質(zhì)，用以提供對(duì)某極性電荷載子的過濾功能，其中該過濾器包括可電性修改(ElectricallyAlterable)的電位能壘(Potential Barrier)，并用以控制沿某一方向來通過該過濾器的某極性電荷載子的流動(dòng)。
除了對(duì)某極性的電荷載子進(jìn)行控制外，此過濾器更包括另一組可電性修改的電位能壘，以控制沿另一與上述某一方向大體上相反的方向來通過該過濾器的相反極性電荷載子的流動(dòng)。
簡單言之，本發(fā)明還提供一種導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)。該導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)包括一具有高能電荷載子的導(dǎo)體，其中該等高能電荷載子具有一能量分布，以及一絕緣體，其與該導(dǎo)體相接于一交界。該絕緣體于該交界處附近具有一可電性修改的影像力電位能壘，其中該像力電位能壘可電性修改，以允許該等高能電荷載子能越過它來傳輸。在另一較佳實(shí)施例中，該等高能電荷載子具有一能譜(Energy Spectrum)范圍約為30meV至300meV的能量分布。
簡單言之，本發(fā)明還提供一電荷注入系統(tǒng)。該電荷注入系統(tǒng)包括一導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其具有一導(dǎo)體以提供常溫電荷載子，以及一與該導(dǎo)體相接觸的過濾器，其包含介電質(zhì)以提供對(duì)某極性電荷載子的過濾功能。該過濾器包括一組可電性修改的電位能壘，以控制沿某一方向通過該過濾器的某極性電荷載子的流動(dòng)，以及更包括另一組可電性修改的電位能壘，以控制沿另一與上述某一方向大體上相反的方向通過該過濾器的相反極性電荷載子的流動(dòng)。該電荷注入系統(tǒng)更包括一導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)。該導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)包括一第二導(dǎo)體，其與該過濾器接觸并具有來自該過濾器的高能電子，以及包括一絕緣體，其與該第二導(dǎo)體相接于一交界，并且該絕緣體于該交界附近具有一影像力電位能壘。該影像力電位能壘可電性修改，以允許該等高能電荷載子能越過它來傳輸。
簡單言之，本發(fā)明還提供一種存儲(chǔ)單元。該存儲(chǔ)單元包括一導(dǎo)體一過濾器系統(tǒng)，其具有一導(dǎo)體以提供常溫電荷載子，以及一與該導(dǎo)體相接觸的過濾器，其包含介電質(zhì)以提供對(duì)某極性電荷載子的過濾功能。該過濾器包括第一組可電性修改的電位能壘，以控制沿某一方向通過該過濾器的某極性電荷載子的流動(dòng)，以及第二組可電性修改的電位能壘，以控制沿另一與上述某一方向大體上相反的方向通過該過濾器的具相反極性的電荷載子的流動(dòng)。
簡單言之，本發(fā)明還提供一種存儲(chǔ)單元的形成方法。該方法包括以下步驟形成一具第一導(dǎo)電型的主體于一半導(dǎo)體基板內(nèi)，形成一第一絕緣層于該基板上，形成一電荷儲(chǔ)存層于該第一絕緣層上，形成一具第二導(dǎo)電型的第一區(qū)域與一具第二導(dǎo)電型之第二區(qū)域于該主體內(nèi)，形成一通道區(qū)域于該主體內(nèi)于該第一區(qū)域與第二區(qū)域之間，其中該通道區(qū)域大體上與該電荷儲(chǔ)存區(qū)域相鄰且相絕緣，形成一第二絕緣層于該電荷絕緣層的鄰近區(qū)域，形成一至少有一部分區(qū)域與該電荷儲(chǔ)存區(qū)域相臨且相絕緣的第一導(dǎo)電區(qū)域，形成一具有過濾功能且相鄰于該第一導(dǎo)電區(qū)域的過濾器，以及形成一與該第一導(dǎo)電區(qū)域的至少一部分區(qū)域相鄰且通過該過濾器相絕緣的第二導(dǎo)電區(qū)域。
簡單言之，本發(fā)明還提供一種存儲(chǔ)單元陣列的形成方法。該方法包括以下步驟形成一具第一導(dǎo)電型的主體于一半導(dǎo)體基板內(nèi)，形成一第一絕緣層于該基板上，形成彼此分離并以一第一方向延伸的位元線(bit lines)于一第一區(qū)域內(nèi)，其中每一該位元線皆形成于該主體的至少一部分區(qū)域內(nèi)，形成多個(gè)電荷儲(chǔ)存區(qū)域于該第一絕緣層上，其中該等電荷儲(chǔ)存區(qū)域安排為一陣列，其中該陣列的行以該第一方向延伸，而該陣列的列以一垂直于該第一方向之第二方向延伸，形成多個(gè)具有第二導(dǎo)電型的第一區(qū)域，形成多個(gè)具有第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域，形成多個(gè)通道區(qū)域于該主體內(nèi)，其中每一該通道區(qū)域皆延伸于該等第一區(qū)域當(dāng)中之一與該等第二區(qū)域當(dāng)中之一之間并大體上與該等電荷儲(chǔ)存區(qū)域當(dāng)中之一相鄰且相絕緣，形成多個(gè)具有過濾功能的過濾器，其中每一該過濾器皆具有一部分區(qū)域與該等第一導(dǎo)電區(qū)域當(dāng)中之一相鄰；以及形成多個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)域，其中每一該第二導(dǎo)電區(qū)域皆與該等第一導(dǎo)電區(qū)域當(dāng)中之一的至少一部分區(qū)域相鄰且通過該等過濾器當(dāng)中之一相絕緣。
本發(fā)明的上述以及其他目的、特征與利益，將能通過以下詳細(xì)說明連同附加圖示而顯而易見。


圖1顯示一導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的能帶圖。圖中顯示該絕緣體能帶于影像力效應(yīng)與無影像力效應(yīng)下導(dǎo)電帶的部分；
圖2顯示一能帶圖，說明常溫電子穿隧過圖1的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的電位能壘；圖3A顯示一能帶圖，說明熱電子穿隧過圖1的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的電位能壘；圖3B顯示電位能壘的能壘高度與能壘頂峰位置與絕緣體之外加介電質(zhì)電場間的函數(shù)關(guān)系；圖3C顯示電位能壘的能壘高度與具不同介電常數(shù)的介電質(zhì)內(nèi)介電質(zhì)電場間的函數(shù)關(guān)系；圖4顯示一能帶圖，說明具寬能譜的熱電子于傳輸過圖1的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的能帶的電位能壘；圖5顯示一能帶圖，說明具窄能譜的熱電子于傳輸過圖l的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的能帶的電位能壘；圖6顯示一能帶圖，說明具窄能譜的熱空穴于傳輸過圖1的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的價(jià)電帶的電位能壘；圖7顯示本發(fā)明的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)的能帶圖；圖8以外加電壓Va為繪示參數(shù)下，顯示臨限能量相對(duì)于費(fèi)米能級(jí)的能級(jí)；圖9顯示本發(fā)明一電荷注入系統(tǒng)的能帶圖實(shí)施例，說明彈道電子注入機(jī)制所使用是過濾效應(yīng)與影像力能壘降低效應(yīng)；圖10顯示本發(fā)明另一電荷注入系統(tǒng)的能帶圖實(shí)施例，說明彈道電子注入機(jī)制所使用的過濾效應(yīng)與影像力能壘降低效應(yīng)；圖11顯示本發(fā)明的一能帶圖，說明彈道電子注入機(jī)制所使用的能壘高度工程學(xué)；圖12A顯示本發(fā)明的能壘高度工程學(xué)對(duì)于彈道電子注入的效應(yīng)，其中可通過TG與BG間電壓來使阻擋往前傳輸電子的能壘高度以及阻擋往后傳輸空穴的能壘高度以不同程度改變；圖12B顯示本發(fā)明電壓分割功能的效應(yīng)；
圖13顯示顯示本發(fā)明另一能帶圖實(shí)施例，說明彈道輕空穴注入機(jī)制所使用的過濾效應(yīng)與影像力能壘降低效應(yīng)；圖14顯示本發(fā)明能壘高度工程學(xué)對(duì)于彈道空穴注入的效應(yīng)，其中可以通過TG與BG間電壓來使阻擋往前傳輸空穴的能壘高度以及阻擋往后傳輸電子的能壘高度以不同程度改變；圖15顯示LH與HH的正規(guī)化穿隧機(jī)率與TD跨壓的倒數(shù)間的函數(shù)關(guān)系；圖16為本發(fā)明另一電荷注入系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)實(shí)施例；圖17A為一無應(yīng)變硅內(nèi)能量E與沖量k間色散關(guān)系的示意圖；圖17B為一于張應(yīng)力下的硅內(nèi)能量E與沖量k間色散關(guān)系的示意圖；圖17C為一于壓縮應(yīng)力下的硅內(nèi)能量E與沖量k間色散關(guān)系的示意圖；圖18為說明壓縮應(yīng)變硅內(nèi)正規(guī)化平均自由程與應(yīng)力之間的關(guān)系圖；圖19為以應(yīng)力軸為繪示參數(shù)，說明壓縮應(yīng)變硅內(nèi)效率提升率與應(yīng)力之間的關(guān)系圖；圖20為以無應(yīng)變硅的平均自由程為繪示參數(shù)，說明壓縮應(yīng)變硅內(nèi)效率提升率與應(yīng)力之間的關(guān)系圖；圖21A顯示注入效率與BG厚度的關(guān)系圖；圖21B顯示于壓電電子注入效率為1％時(shí)，BG的片電阻與平均自由程的關(guān)系圖；圖22顯示本發(fā)明一單元結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的剖面圖；圖23顯示本發(fā)明另一單元結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的剖面圖；圖24顯示本發(fā)明另一單元結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的剖面圖；圖25顯示本發(fā)明存儲(chǔ)單元陣列結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖26A顯示本發(fā)明內(nèi)制造存儲(chǔ)單元的第一步驟所使用的一半導(dǎo)體基板的俯視圖；圖26B為顯示沿圖26A內(nèi)單元結(jié)構(gòu)沿直線C-C’的剖面圖；圖27A至32A為依照本發(fā)明一陣列與存儲(chǔ)單元隨后形成步驟的順序，顯示陣列與存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)沿圖27E至32E的直線A-A’剖面圖；圖27B至32B為依照本發(fā)明一陣列與存儲(chǔ)單元隨后形成步驟的順序，顯示陣列與存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)沿圖27E至32E的直線B-B’剖面圖；圖27C至32C為依照本發(fā)明一陣列與存儲(chǔ)單元隨后形成步驟的順序，顯示陣列與存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)沿圖27E至32E的直線C-C’剖面圖；圖27D至32D為依照本發(fā)明一陣列與存儲(chǔ)單元隨后形成步驟的順序，顯示陣列與存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)沿圖27E至32E的直線D-D’剖面圖；圖27E至32E為依照本發(fā)明一陣列與存儲(chǔ)單元隨后形成步驟的順序，顯示陣列與存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本說明書所使用的符號(hào)N+代表一重度摻雜的N型半導(dǎo)體材料，其所含N型雜質(zhì)(比方是砷)的摻雜濃度典型上是1020(原子數(shù)/立方公分)的數(shù)量級(jí)。符號(hào)P+則代表一重度摻雜的P型半導(dǎo)體材料，其所含P型雜質(zhì)(比方是硼)的摻雜濃度典型上是1020(原子數(shù)/立方公分)的數(shù)量級(jí)。在任何適當(dāng)之處，所有圖示及以下通篇說明將會(huì)使用同一參考指標(biāo)以指示相同或相似部分。
圖1是顯示一導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)于一電場施加下的能帶圖。該能帶圖顯示一導(dǎo)體10與一絕緣體12相接觸，并于其能帶中具有一費(fèi)米能級(jí)(Fermi Level)16。圖中并顯示出絕緣體12于影像力效應(yīng)下的導(dǎo)電帶18與不具影像力效應(yīng)下的導(dǎo)電帶18’。此外，絕緣體12于影像力效應(yīng)下的電位能壘24與無影像力效應(yīng)下的電位能壘24’分別具有能壘高度φb20與φbo22。此圖顯示出，應(yīng)力效應(yīng)使電位能壘的形狀由一能壘邊緣處具有尖銳轉(zhuǎn)角的三角形能壘24’改變?yōu)榫哂幸粓A滑轉(zhuǎn)角的三角形能壘24(稱為“影像力電位能壘”或“影像力能壘”)。此效應(yīng)使電位能壘的能壘高度由能壘高度22降低為能壘高度20，兩能壘高度的差距為Δφb26。一能壘頂峰28亦顯示于影像力能壘24的最高點(diǎn)處，其與導(dǎo)體10與絕緣體12的交界處相距一距離Xm30。
在圖1中，該導(dǎo)體可為半導(dǎo)體，比方是N+多晶型式的硅(即多晶硅(Polysiclicon))、P+多晶硅、重度摻雜的多晶型式硅鍺(即多晶硅鍺(Poly SiGe))，或可為金屬，比方是鋁(Aluminum；Al)、鉑(Platinum；Pt)、Au、鎢(Tungsten；W)、鉬(Molybdenum；Mo)、釕(Ruthenium；Ru)、鉭(Tantalum；Ta)、鎳(Nickel；Ni)、氮化鉭(Tantalum Nitride)、氮化鈦(Titanium Nitride；TiN)等等，或?yàn)橐陨喜牧系暮辖?，比方是鉑-硅化物(Platinum-Silicide)、鎢-硅化物(Tungsten-Silicide)、鎳-硅化物(Nickel-Silicide)等等。該絕緣體可以是-介電質(zhì)或是空氣。當(dāng)介電質(zhì)被考慮用作該絕緣體的材料時(shí)，諸如氧化物、氮化物、氮氧化物(SiON)都可用作該介電質(zhì)。此外，介電常數(shù)低于或高于氧化物的介電常數(shù)(或稱電容率)的介電質(zhì)(分別稱為“低k介電質(zhì)”和“高k介電質(zhì)”)亦可考慮作為絕緣體的材料。這類低k介電質(zhì)可為氟硅玻璃(Fluorinated Silicon Glass；FSG)、SiLK、多孔氧化層(Porous Oxide)，比方是納米多孔碳摻雜氧化物(NanoporousCabon-Doped Oxed)等等。而這類高k介電質(zhì)則可以為氧化鋁(Aluminum Oxide；Al2O3)、氧化鉿(Hafnium Oxide；HfO2)、氧化鈦(Titanium Oxide；TiO2)、氧化鋯(ZirconiumOxide；ZrO2)、氧化鉭(Tantalum Pen-Oxide；Ta2O5)等等。更者，這些材料的混成物或其所形成的合金，比方是氧化鉿-氧化物的合金(Hafnium Oxide-Oxide alloy；HfO2-SiO2)、鉿-氧化鋁的合金(Hafnium-Aluminum-Oxide Alloy；HfAlO)、鉿-氮氧化物的合金(Hafnium-Oxynitride Alloy；HfSiON)等等，都可選作這類介電質(zhì)之材料。此外，不須要求絕緣體為具有均勻化學(xué)元素的介電質(zhì)材料，亦不須要求其僅包括單獨(dú)一層而已，而可允許當(dāng)中的元素能漸次變化，并可允許其可包括一層以上。
圖2為顯示電子31經(jīng)由量子力學(xué)穿隧機(jī)制(例如富爾諾罕穿隧)以傳輸通過圖1的電位能壘。導(dǎo)體10內(nèi)的電子31在穿隧過電位能壘24與24’之前處于常溫，因而相對(duì)費(fèi)米能級(jí)16不具有動(dòng)能。這種電子稱為“常溫電子(Thermal Electrons)”，以及這種電荷載子稱為“常溫電荷載子”或“常溫載子”。當(dāng)一大電場(典型上大于10MV/cm)施加于絕緣體12內(nèi)時(shí)，常溫電子31能夠利用量子力學(xué)傳輸機(jī)制通過絕緣體12。在如此大的電場下，圖中顯示電子31穿隧過絕緣體12，并在具影像力效應(yīng)與不具影像力效應(yīng)的情況中分別進(jìn)入導(dǎo)電帶18與18’。當(dāng)影像力使能壘高度降低時(shí)，人們已知這種穿隧機(jī)制會(huì)令電子31傳輸通過電位能壘24的穿隧機(jī)率高于傳輸通過電位能壘24’的穿隧機(jī)率。
圖3A是顯示一個(gè)高能電荷載子(熱電子32)傳輸越過圖1的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的電位能壘時(shí)的能帶圖。某區(qū)域內(nèi)的高能電荷載子定義為相對(duì)該區(qū)域的費(fèi)米能級(jí)擁有動(dòng)能的電荷載子。舉例而言，在圖3A中，位于導(dǎo)體10內(nèi)的熱電子32顯示為相對(duì)導(dǎo)體10的費(fèi)米能級(jí)16具有一動(dòng)能33。這樣的電子的傳輸機(jī)制不同于圖2內(nèi)常溫電子31的傳輸機(jī)制。動(dòng)能33所在位準(zhǔn)在圖中稍微高于影像力電位能壘24的能壘高度20，并低于能壘高度22。圖中顯示熱電子32沿一朝前方向34(以箭頭顯示)由導(dǎo)體10移往絕緣體12。當(dāng)考慮不具影像力效應(yīng)的電位能壘時(shí)，動(dòng)能33不足以支持熱電子32越過電位能壘24’，因此熱電子32被電位能壘24’阻擋而沿一返回路徑34’移動(dòng)。然而，在影像力效應(yīng)影響下，降低的能壘高度20允許具有相同動(dòng)能33的熱電子32能沿該朝前方向34傳輸并掠過影像力電位能壘24而進(jìn)入它的導(dǎo)電帶18。此效應(yīng)是受到希望的，因?yàn)樵诩呻娐?IC)和存儲(chǔ)體的相關(guān)應(yīng)用中制造熱電子時(shí)，其能使供給熱電子32能量的所需供應(yīng)的電壓降低。
圖3B為顯示影像力于改變能壘高度與電位能壘的能壘頂峰位置上的效果。能壘高度與能壘頂峰位置描繪為絕緣體12的外加電場ED的函數(shù)。圖3B顯示當(dāng)約5MV/cm的電場ED施加于絕緣體12上時(shí)，能壘高度20會(huì)從3.1V降低至約3.5V。典型上，是通過施加一橫跨絕緣體12的電壓來施加這樣的電場。舉例而言，以一厚度為6納米的氧化物絕緣體為例，若需制造5MV/cm的電場，需要約3.0V的電壓橫跨于該氧化物。在施加此電場下，影像力效應(yīng)能節(jié)省電子動(dòng)能，原因是影像力效應(yīng)與電位能壘必須被克服至一距離Xm而已，而非被克服至無限長的距離。
圖3B更顯示能壘頂峰至導(dǎo)體/絕緣體交界處的距離Xm30可由無限長的范圍(ED＝0MV/cm)縮減至小于1納米的范圍(于ED＝5MV/cm時(shí))。在固態(tài)物理領(lǐng)域內(nèi)，當(dāng)一移動(dòng)電荷的傳輸時(shí)間(Transit Time)較一介質(zhì)(Medium)(例如圖1的絕緣體12)的介電質(zhì)極化時(shí)間(Dielectric Polarization Time)為短時(shí)，人們已知該介電質(zhì)的極性無法緊隨該移動(dòng)電荷來變化。如圖3所示，減短能壘頂峰距離Xm的長度會(huì)縮減電荷傳輸時(shí)間，并且此效應(yīng)是受到希望的，因?yàn)樗商峁┝钣跋窳﹄娢荒軌?4的介電常數(shù)(像力介電常數(shù))降低的手段，從而增進(jìn)能壘降低的效應(yīng)。其他手段，譬如增加電荷移動(dòng)速率(比方是增加電荷動(dòng)能)，亦可考慮用來減少傳輸時(shí)間以在本發(fā)明中達(dá)到相同的效果。典型上，在采用這類手段下，介電常數(shù)可由它的靜態(tài)值(例如，氧化物是約3.9)降至接近光介電常數(shù)的值(OpticalDielectric Constant)(例如，氧化物是2.2)，并因而使影像力電位能壘24更降低了約0.14eV(就氧化物而言)。注意到，此效應(yīng)是載子(電子)于穿越距離Xm30時(shí)傳輸時(shí)間短暫的結(jié)果，并且此效應(yīng)是當(dāng)載子傳輸時(shí)間較絕緣體12的介電質(zhì)極化時(shí)間為短而載子與其他粒子之間無交互作用時(shí)發(fā)生。注意到，在某些情況中，載子可能于距離30內(nèi)與量子力學(xué)粒子(例如聲子(Phonons))交互作用。這樣的交互作用會(huì)造成電位能壘24的影像力介電常數(shù)稍微大于它的光介電常數(shù)，從而當(dāng)采用以上提供的手段時(shí)，能壘降低的效應(yīng)會(huì)稍微減弱。
圖3C顯示在利用影像力理論下，根據(jù)不同的介電常數(shù)K所計(jì)算而得的電位能壘的能壘高度與施加于電位能壘的電場間的函數(shù)關(guān)系。圖中顯示，最小K(＝1.4)所對(duì)應(yīng)的能壘高度φb與電場ED間的關(guān)系最為強(qiáng)烈。對(duì)約5MV/cm的電場ED的情況而言，圖中顯示當(dāng)K＝3.1時(shí)，能壘高度可能會(huì)降低至約2.6eV，并可能當(dāng)K＝1.4時(shí)，更降低約0.2eV至2.4eV。結(jié)果顯示出，可通過選用具較低介電常數(shù)的絕緣體，和/或借如圖3B相關(guān)描述中使影像力電位能壘的借電常數(shù)降低的手段，以放大影像力降低能壘的效應(yīng)。
圖4顯示本發(fā)明所提供關(guān)于導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的能帶圖的一個(gè)實(shí)施例，說明一群熱電子32傳輸通過圖1的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)32的電位能壘24。此導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)包括一導(dǎo)體10，其包含了具有能量分布36的高能電荷載子32，以及一絕緣體12，其與該導(dǎo)體10相接于一交界14，并且該絕緣體12于該交界14的鄰近區(qū)域內(nèi)具有一影像力電位能壘24，其中該影像力電位能壘24可電性修改，以容許高能電荷載子32能越過它來傳輸。
圖中顯示關(guān)于電子32具有能量分布36，其為電子32于不同能級(jí)(Energy level)的分布型態(tài)，并且此能量分布36顯示為一具有寬能譜Δ36的高斯形狀(Gaussian-Shape)。此能量分布36在動(dòng)能33的能級(jí)處具有一頂峰分布36p，該動(dòng)能33與圖3A相關(guān)描述中的動(dòng)能能級(jí)相同。圖4更顯示出，約有一半(上半部)的電子32的能量高于能壘高度20，而另一半(下半部)的電子32的能量則低于能壘高度20。在不具影像力能壘降低的效應(yīng)下，圖中顯示所有的電子32皆被導(dǎo)電帶18所形成的電位能壘24’擋住。而在具有影像力能壘降低的效應(yīng)下，圖中顯示能譜上部分內(nèi)的電子32有能力克服導(dǎo)電帶18所形成的影像力電位能壘24并沿朝前方向34(以箭頭顯示)來傳輸。這些電子32進(jìn)入導(dǎo)電帶18內(nèi)并變成具有一能量分布36’的電子32’。電子32的下半部因?yàn)椴痪哂凶銐虻膭?dòng)能所以被影像力電位能壘24擋住。因此尤其重要的事是，如圖所示，電子32’的能量分布36’僅僅反映電子32的上部分的能量分布。
在圖4中，有另一值得注意并在此提供的影像力效應(yīng)。注意到電子32的下部分具有比上部分較低的動(dòng)能。因此，電子32于穿越距離Xm30而尚未到達(dá)頂峰能壘時(shí)，其下部分的傳輸時(shí)間會(huì)高于其上部分的傳輸時(shí)間。在一些情況中，傳輸時(shí)間會(huì)較絕緣體12的介電質(zhì)松弛時(shí)間(Dielectric Relaxation Time)長，并因而容許絕緣體12能完全屏蔽(screen)與這些電子間的影像力交互作用。由于這類電子所見的介電常數(shù)較大，因此這會(huì)導(dǎo)致影像力能壘降低效應(yīng)微弱。這類效應(yīng)導(dǎo)致較低能量的電子必須穿隧較高的能壘高度20，從而阻擋這些電子以使其無法克服電位能壘24的效應(yīng)會(huì)較為強(qiáng)烈。
在圖4內(nèi)描述的影像力效應(yīng)更提供一種過濾作用，即能容許高能量電荷載子通過并將低能量電荷載子擋住。欲通過載子的能級(jí)(臨限能量(Threshold Energy))可通過控制能壘高度20來加以選取，而能壘高度20則可依據(jù)圖3B相關(guān)描述內(nèi)能壘高度φb與電場ED間的關(guān)系，通過選擇絕緣體12的電場來加以選取。以圖3B為例，當(dāng)電場于0至5MV/cm之間變動(dòng)時(shí)，臨限能量的調(diào)整范圍可在3.1eV至約2.5eV之間(或等價(jià)上，當(dāng)假定氧化物厚度為6納米時(shí)，通過施加0至3V的電壓橫跨于氧化物介電質(zhì)上)。
在圖4中，具有寬能譜的電子通過如CHEI、SSI、BTBI等等在本領(lǐng)域?yàn)槿耸熘臋C(jī)制來制造。這類供給電子能量的機(jī)制典型上牽涉到與晶格原子作球面及非方向性碰撞，因而能譜Δ36可能約為0.5eV至3eV的范圍。
圖5呈現(xiàn)本發(fā)明所提供另一關(guān)于導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的能帶圖的一個(gè)實(shí)施例，其顯示高能電子37傳輸通過圖1的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)32的電位能壘24。此導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)包括一導(dǎo)體10，其包含了具有能量分布38的高能電荷載子37，以及一絕緣體12，其與該導(dǎo)體10相接于一交界14，并且該絕緣體12于該交界14的鄰近區(qū)域具有一影像力電位能壘24，其中該影像力電位能壘24可電性修改，以容許高能電荷載子37能越過它來傳輸。
在圖5中，當(dāng)高能電荷載子(熱電子37)越過導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的影像力電位能壘24來傳輸時(shí)，圖中顯示其具有一能量分布38而分布于一窄能譜Δ38中。此能帶圖除了一點(diǎn)外其余方面皆與圖4的能帶圖相同。此差異點(diǎn)在于熱電子不再具有能量分布36的寬能譜Δ36，而改為具有能量分布38的較窄能譜Δ38。由于熱電子37的頂峰分布和圖4描述中電子32的頂峰分布的能級(jí)33相同，因而圖中顯示全部的熱電子37均有能力克服導(dǎo)電帶18所形成的影像力電位能壘24，而變成電子37’，其中電子37’的能量分布38’與能量分布38相似。典型上，能譜Δ38為介于約30meV至300meV的范圍。
此實(shí)施例獨(dú)特之處在于電子37擠于一緊密能量分布內(nèi)，并且影像力電位能壘24用作一“全通過濾器(Full-Pass Filter)”，即其允許全部的熱電子皆能以一較低的動(dòng)能來穿越它。此獨(dú)特之處因而能為此實(shí)施例帶來較高注入效率與較低操作電壓的利益。
盡管以上關(guān)于圖2至圖5的說明皆針對(duì)高能電荷載子為電子以及能壘為導(dǎo)電帶的情況而描述，然而對(duì)其余種類的高能電荷載子，譬如空穴，以及對(duì)其他種能帶，譬如價(jià)電帶，皆可輕易地作同樣的說明。
圖6為呈現(xiàn)本發(fā)明另一舉空穴為例的能帶圖的實(shí)施例。在圖6中，此導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)包括一導(dǎo)體10，其包含了具有能量分布48的高能電荷載子40，以及一絕緣體12，其與該導(dǎo)體10相接于一交界14，并且該絕緣體12于該交界的鄰近區(qū)域具有一影像力電位能壘42，其中該影像力電位能壘42可電性修改，以容許高能電荷載子40能越過它來傳輸。
圖6的能帶圖與圖5僅有幾點(diǎn)差異，其余方面皆相同。差異點(diǎn)之一在于圖6并非以熱電子37作為傳輸電荷載子，而以高能空穴40(即“熱空穴”40)作為傳輸電荷載子。此外，絕緣體所形成的電位能壘現(xiàn)在是與絕緣體的價(jià)電帶有關(guān)。圖中亦顯示圖1的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)內(nèi)的一電位能壘42’的能壘高度41’，其與不具影像力效應(yīng)的情況下的價(jià)電帶44有關(guān)，以及顯示一影像力電位能壘42的能壘高度41。與圖1、3B與3C相關(guān)描述中的能壘高度20類似，此能壘高度41于一電場施加至絕緣體12時(shí)，會(huì)受影像力降低效應(yīng)的影響而降低。
在圖6中，熱空穴40顯示為具有一能量分布48，而總體分布于一具有窄能譜Δ48中的高斯形狀分布圖中。能量分布48顯示為具有一頂峰分布48p以及一尾端分布48t。圖中顯示頂峰分布48p具有相對(duì)導(dǎo)體10的費(fèi)米能級(jí)16的動(dòng)能46。動(dòng)能46顯示為稍微高于影像力能壘高度41而低于能壘高度41’。在無影像力能壘降低效應(yīng)時(shí)，圖中顯示具有能量分布48的空穴40的能量低于能壘高度41并因而無法克服電位能壘42’。然而，當(dāng)有影像力效應(yīng)時(shí)，圖中顯示大部分的空穴40(除了尾端分布48t的部分)能夠克服影像力電位能壘42并沿一朝前方向34傳輸，而變?yōu)榫哂心芰糠植?8’的空穴40’。這些空穴40’的能量高過價(jià)電帶44，因此在絕緣體12的范圍內(nèi)能沿相同方向傳輸而到達(dá)絕緣體另一側(cè)的相鄰材料(圖中未顯示)。針對(duì)空穴而描繪的圖6另顯示出高通過濾效應(yīng)(high-pass filtering effect)，其與針對(duì)電子描繪的圖4相關(guān)描述中的效應(yīng)相似。如圖所示，尾端分布48t范圍內(nèi)的空穴40的動(dòng)能稍微低于能壘高度41。這些空穴被阻擋而無法克服影像力電位能壘42，因此不包含在能量分布48’之內(nèi)。然而，由于空穴40具有緊密能譜Δ48，因此若通過施加一額外的小電壓(比方約100mV)以提升這空穴的能量，阻擋尾端分布48t范圍內(nèi)空穴40的情況即能加以避免。
現(xiàn)可明白得知，本發(fā)明在采用影像力能壘降低效應(yīng)下，熱載子(電子或空穴)能夠以較低的動(dòng)能傳輸通過絕緣體的能壘，并且當(dāng)在存儲(chǔ)單元操作中利用這樣的效應(yīng)時(shí)，操作電壓可以降低。為了達(dá)到高注入效率，希望于能量分布具有緊密能譜的載子能用作熱載子并于存儲(chǔ)單元操作中能與影像力能壘降低效應(yīng)共同使用。
要了解到本發(fā)明并不受限于此處所描述者以及以上實(shí)施例而已，而涵蓋任何落于附加申請專利范圍內(nèi)的任何所有變化型式。舉例來說，雖然本發(fā)明載子的能量分布36、38與48依說明為高斯形狀，然具本領(lǐng)域的通常技術(shù)者當(dāng)明白可知，此能量分布可延伸為任何形狀，并且不需要在能量上為對(duì)稱。
圖7提供本發(fā)明另一導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)的能帶圖的實(shí)施例。在圖7所示的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)中，包括一過濾器52，其與一導(dǎo)體50相接觸。此導(dǎo)體50用來供應(yīng)用作常溫電荷載子的電子56。過濾器52與導(dǎo)體50相接觸，并包含介電質(zhì)53與54以提供對(duì)具某極性的電荷載子56(負(fù)電荷載子，電子56)的過濾功能，其中過濾器包括可電性修改的能壘高度2453與2454，以控制沿某一方向(朝前方向34)通過過濾器52的某極性電荷載子56的流動(dòng)。
圖7顯示過濾功能的一范例。導(dǎo)體50具有費(fèi)米能級(jí)1650，并可以是一半導(dǎo)體，比方是N+多晶硅、P+多晶硅、重度摻雜的多晶硅結(jié)構(gòu)的硅鍺(多晶硅鍺(Poly SiGe))、或者可以是一金屬，比方是鋁(Al)、鉑(Pt)、金(Au)、鎢(W)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鉭(Ta)、鎳(Ni)、氮化鎳(TaN)、氮化鈦(TiN)等等，或者可以是以上材料構(gòu)成之合金，比方是鉑-硅化物、鎢-硅化物、鎳-硅化物等等。圖中顯示過濾器52包括一穿隧介電質(zhì)(以下簡稱TD)53以及一阻擋介電質(zhì)(以下簡稱BD 54)。穿隧介電質(zhì)TD 53的導(dǎo)電帶1853內(nèi)有一能壘2453形成。阻擋介電質(zhì)BD 54的導(dǎo)電帶1854內(nèi)有一能壘2454形成，并且此導(dǎo)電帶1854與TD 53的導(dǎo)電帶1853間有一偏移量55。TD 53為設(shè)置于導(dǎo)體50的鄰近區(qū)域，以及BD 54為設(shè)置于TD 53的鄰近地區(qū)。典型上，BD 54的能帶間隙(Energy Band Gap)窄于TD53的能帶間隙。當(dāng)外加電壓橫跨在過濾器52上時(shí)，過濾器52的導(dǎo)電帶的能帶彎曲可互不相同。圖中顯示BD 54的導(dǎo)電帶1854比TD 53的導(dǎo)電帶1853具有比較輕微的能帶彎曲。導(dǎo)體50供應(yīng)具有能量分布57的常溫電子56。電子56的能量分布57顯示為低于費(fèi)米能級(jí)1650，并于能量分布圖上具有一頂峰分布57p與一尾端分布57t。導(dǎo)體50提供能量低于費(fèi)米能級(jí)1650的電荷載子，并因而用作一“低通(Low-Pass)”載子供應(yīng)器。圖中顯示，當(dāng)過濾器52被施加電場時(shí)，頂峰分布57p內(nèi)的電子56能以量子力學(xué)傳輸機(jī)制(例如直接穿隧)來傳輸通過TD 53，并進(jìn)入BD 54之導(dǎo)電帶1854而成為在一能量分布57’上具有緊密能譜Δ57’的電子56’。相對(duì)而言，尾端分布57t內(nèi)的電子56顯示出無法穿隧通過能壘2453與2454。過濾器52內(nèi)BD 54的能壘2454形成一額外的穿隧能壘以阻擋位于尾端分布57t內(nèi)的電子56，并且通過將能壘2454維持于一高于這些電子56的能量之能級(jí)(“臨限能量”58)，能壘2454可對(duì)這些電子56產(chǎn)生阻擋作用。過濾器52的能壘結(jié)構(gòu)因而能提供一種過濾機(jī)制，即產(chǎn)生對(duì)穿隧電荷載子56的高通過濾效應(yīng)。此過濾效應(yīng)是獨(dú)特的，因其與圖4的相關(guān)描述中影響高能電子(例如熱電子32)的過濾效應(yīng)稍微不同。盡管圖7顯示過濾器52具有TD 53與BD 54，然而此圖僅用作一范例，任何額外層，只要具有適合控制電荷流的能壘，都可加以采用。這類額外加入的層可以是半導(dǎo)體或介電質(zhì)，并可以設(shè)置于TD 53與BD 54之間，或可設(shè)置于TD 53或BD 54僅僅其中之一的鄰近區(qū)域。
圖7的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)獨(dú)特之處在于其能夠供應(yīng)具緊密能量分布的傳輸電荷載子。這種能力是導(dǎo)體50的“低通”載子供應(yīng)功能以及過濾器52的高通過濾功能所造成的結(jié)果。圖7的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)將這兩種功能相結(jié)合，而提供一種“帶通(Band-Pass)”過濾功能，即容許于能量分布上具有窄能譜的電荷載子能傳輸通過。此帶通過濾功能是過濾器52所提供過濾功能的另一實(shí)施例。典型上，能譜介于30meV至300meV的范圍。
過濾器52提供容許能量高于臨限能量58的電子通過的過濾效應(yīng)。這導(dǎo)致頂峰分布57p內(nèi)的電子被允許通過而尾端分布57t內(nèi)的電子被阻擋住。電子56’的能量分布57’用作一范例，用以說明圖7的導(dǎo)體-過濾器所提供的“帶通”過濾功能，而能量分布57’與能量分布57的頂峰分布57p相似，用以說明此效應(yīng)。為了達(dá)到最佳的“帶通”過濾效應(yīng)，典型上可通過調(diào)整臨限能量58的能級(jí)為高或低于圖7所示的能級(jí)，以分別使能量分布57’的能譜Δ57’變窄或變寬來達(dá)成。調(diào)整能譜Δ57’的能力是受到希望的，因其能調(diào)變(Modulate)帶通過濾器的“帶寬(Bandwidth)以形成任何實(shí)際應(yīng)用中的過濾效應(yīng)。這可通過調(diào)整橫跨于過濾器52的外加電壓或其他將于以下段落描述的參數(shù)來實(shí)施。
在建造圖7的過濾器52的過程中，基于以下幾點(diǎn)原因，往往希望BD 54的介電常數(shù)較TD 53的介電常數(shù)為大。第一，這能減少BD 54內(nèi)的電場，而BD 54內(nèi)的電場減少會(huì)降低尾端分布57t內(nèi)電子的穿隧機(jī)率，從而提升對(duì)于這些電子的阻擋效應(yīng)。再者，當(dāng)施加一電壓橫跨于過濾器52上以產(chǎn)生過濾效應(yīng)時(shí)，若BD 54有較大的介電常數(shù)，會(huì)容許大部分的外加電壓橫跨于TD53。這能提升外加電壓至TD 53的跨壓之間的電壓轉(zhuǎn)換，因而擁有降低過濾效應(yīng)所需的外加電場、增加外加電壓對(duì)此效應(yīng)的敏感度，以及增加對(duì)所阻擋的尾端分布內(nèi)電子的能譜范圍的幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。
除此之外，在建造圖7的過濾器52的過程中，其他參數(shù)亦可用來調(diào)整能譜Δ57’。這些參數(shù)之一是BD 54與TD 53間的導(dǎo)電帶偏移55。導(dǎo)電帶偏移55可以修改為不同數(shù)值以控制臨限能量58，而能量分布57內(nèi)超出此臨限能量58的電子即可穿隧通過過濾器52。這可通過適當(dāng)?shù)剡x取BD 54與TD 53的材料來達(dá)成。在一特定范例內(nèi)，當(dāng)選擇氧化物為TD 53的材料時(shí)，一氮氧化物系統(tǒng)(SiOxN1-x)的介電質(zhì)薄膜將會(huì)是BD 54的優(yōu)良候選材料，因其具有廣泛受到證實(shí)及值得制造的薄膜品質(zhì)與制程控制。在SiOxN1-x的化學(xué)表示式中，“x”代表該氮氧化物薄膜中氧化物的比例或氧化物的等價(jià)百分比。舉例來說，x＝1是代表薄膜是單純氧化物；類似地，x＝0則代表薄膜是單純的氮化物。當(dāng)氧化物所占的部分x由0變?yōu)?時(shí)，導(dǎo)電帶偏移量55會(huì)由約1eV變?yōu)?eV。因此，修改SiOxN1-x內(nèi)氧化物的所占的比例x即能允許過濾器52的導(dǎo)電帶偏移量55修改為所欲數(shù)值，從而提供調(diào)整能譜Δ57’(亦即帶通過濾器的“帶寬(Bandwidth)”)至實(shí)際應(yīng)用中所欲使用范圍的方法。
諸如TD 53與BD 54以及導(dǎo)體50的費(fèi)米能級(jí)1650等其他參數(shù)亦可用來提供臨限能量58的調(diào)整方法，以及提供臨限能量58相對(duì)于費(fèi)米能級(jí)1650的能級(jí)的調(diào)整方法，以及因而提供帶寬過濾器的“帶寬”的調(diào)整方法。在此將于圖7的導(dǎo)體-過濾器的建造過程中考慮這些參數(shù)。為了說明的目的，在此假定多晶硅、氧化物、以及氮化物分別用作導(dǎo)體50、TD 53以及BD 54的材料。并假定TD 53所使用的氧化物厚度為30埃()。圖8顯示兩種情況中臨限能量58相對(duì)于費(fèi)米能級(jí)1650的能級(jí)。臨限能量相對(duì)費(fèi)米能級(jí)為負(fù)值對(duì)應(yīng)至臨限能量的能級(jí)低于費(fèi)米能級(jí)的情況，而臨限能量與費(fèi)米能級(jí)間的差距對(duì)應(yīng)至帶通過濾器的“帶寬”。這兩個(gè)情況的差異在于多晶硅的費(fèi)米能級(jí)(N+多晶硅相對(duì)P+多晶硅)與在于橫跨于過濾器52的外加電壓Va。外加電壓Va能決定電子56于穿隧過過濾器52后的動(dòng)能大小。參考圖8，對(duì)P+多晶硅與Va為-4V的情況而言，當(dāng)將BD 54的厚度(TBD)由30埃降至20埃時(shí)，臨限能量58在費(fèi)米能級(jí)1650下的變動(dòng)范圍約為0eV至0.4eV。而就N+多晶硅與Va為-3V的情況而言，圖中顯示，當(dāng)BD 54的厚度(TBD)介于50埃至20埃之間時(shí)，臨限能量58在費(fèi)米能級(jí)1650下具有較大的變動(dòng)范圍(約為0.8eV)。
現(xiàn)在應(yīng)能了解，臨限能量相對(duì)導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)的調(diào)整方式，可經(jīng)由過濾器內(nèi)TD厚度與BD厚度的調(diào)整方法來加以調(diào)整，和/或可經(jīng)由導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)的調(diào)整方法來加以調(diào)整。這種方法可用來修改傳輸電荷的帶寬至一實(shí)際應(yīng)用的所欲范圍。傳輸電荷載子的動(dòng)能可通過此方法來控制并瞄準(zhǔn)于一應(yīng)用。
圖7的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)可以用來提供對(duì)其他種類的電荷載子的帶通過濾功能，這些電荷載子比方是空穴(例如輕空穴(Light Holes；LH)或重空穴(Heavy Holes；HH))。通過考慮形成于能帶圖價(jià)電帶中過濾器52的穿隧能壘，與圖7與圖8針相關(guān)描述內(nèi)對(duì)電子所作的類似考慮可輕易地應(yīng)用至這些空穴上。由于空穴相對(duì)電子具有相反的電荷極性，因此通過反轉(zhuǎn)圖7內(nèi)橫跨于過濾器52上的電壓極性，可實(shí)施空穴的帶通過濾功能。
具本領(lǐng)域的通常技術(shù)者亦應(yīng)能明白，于應(yīng)用本揭露的教導(dǎo)內(nèi)容時(shí)，可改變過濾器的介電質(zhì)，以藉此修改電荷的能量分布而達(dá)到過濾效果。舉例來說，雖然依說明BD 54的介電常數(shù)大于TD 53的介電常數(shù)，但當(dāng)可明白，于應(yīng)用本揭漏的教導(dǎo)內(nèi)容時(shí)，可將BD 54的材料改變?yōu)榕cTD 53具有相似的介電常數(shù)，以在穿隧傳輸?shù)倪^程中，有效地允許頂峰分布內(nèi)的電荷載子通過。此外，不需要求TD 53與BD 54為具有均勻化學(xué)元素的材料，而可允許當(dāng)中元素漸次變化。并且，任何適當(dāng)?shù)慕殡娰|(zhì)材料，比方是氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鉭(Ta2O5)等等，都可以用來取代氧化物、氮化物或氮氧化物。更者，這些材料的任何混成物或其所形成的合金，比方是氧化鉿-氧化物的合金(HfO2-SiO2)、鉿-氧化鋁的合金(HfAlO)、鉿-氮氧化物的合金(HfSiON)等等，都可用來取代氧化物或氮化物。
圖9顯示本發(fā)明所提供一種電荷注入系統(tǒng)的能帶圖的實(shí)施例，該電荷注入系統(tǒng)用以注入具有緊密能量分布的電荷。此電荷注入系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)以注入電子來作說明。參考圖9，圖中顯示有一導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59，其屬于圖7所描述的型式，一導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60，其屬于圖1與圖5所描述的型式，一電荷儲(chǔ)存區(qū)域(以下簡稱CSR)66，一通道介電質(zhì)(以下簡稱CD)68，以及一主體70。圖9顯示的是完整的能帶結(jié)構(gòu)。舉例來說，在導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59中，除了圖7所示的導(dǎo)電帶1853與1854之外，還有價(jià)電帶4453與4454。導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59包括一穿隧柵(以下簡稱TG)61，以及一電荷過濾器52。電荷過濾器52包含電位能壘2453與2454，其中電位能壘2454具有一臨限能量58以控制其過濾效果，如同圖7的相關(guān)描述。電荷過濾器52還包括穿隧介電質(zhì)(TD)53與阻擋介電質(zhì)(BD)54，如同圖7的相關(guān)描述。導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60包括一彈道柵(以下簡稱BG)62與一保留柵(以下簡稱RD)64分別作為系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)體與絕緣體。此電荷注入系統(tǒng)的能帶圖內(nèi)由TG 61延伸至RD64的區(qū)域的建造方式是將導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59內(nèi)的過濾器52與導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60內(nèi)的導(dǎo)體(BG 62)相“接觸”。TG 61與BG 62是具有功函數(shù)的金屬，并且其功函數(shù)分別具有費(fèi)米能級(jí)1661與1662。圖中顯示CSR 66分別利用介電質(zhì)RD 64與CD 68以與BG 62與主體70相絕緣，以及包括N導(dǎo)電型的半導(dǎo)體，并且此半導(dǎo)體具有一導(dǎo)電帶1866與一價(jià)電帶4466。CSR 66可包括另一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體(比方是P型)，并可包括金屬或其他適合用于儲(chǔ)存電荷的材料(比方是納米顆粒(nano-particles)或位于介電質(zhì)內(nèi)的阱(Traps))。主體70包括導(dǎo)電帶1870與價(jià)電帶4470，以及可通過將電壓經(jīng)由CD 68耦合至CSR 66，而用來調(diào)變一位于導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60內(nèi)的影像力能壘2464。介電質(zhì)RD 64與CD 68分別顯示為單獨(dú)一層，然一般而言可包括一層以上而形成一種混合層。
圖9更提供具有緊密能量分布的電荷的形成與注入過程的相關(guān)說明。圖中顯示，具有緊密能量分布57的常溫電子56是由TG 61供應(yīng)而作為供應(yīng)載子。這些電子56于利用圖7描述的機(jī)制以穿隧通過過濾器52的期間，會(huì)被過濾器52過濾。在接受過濾后，常溫電子56變成電子56’，而電子56’的能量分布57比過濾前常溫電子56的能量分布57還要緊密。這些電子56’注入導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60。在一情況中，電子56’當(dāng)中一部分能以高于BG 62的費(fèi)米能級(jí)1662的動(dòng)能33傳輸通過BG 62而不發(fā)生散射(Scattering)(意即是作“彈道傳輸(BallisticTransport)”)，繼而于BG 62與RD 64的交界處變成電子37。這類電子37(稱作“彈道電子(Ballistic Electrons)”)不經(jīng)歷與其他粒子(例如電子、聲子(Phonons)等等)的散射事件，因而能保留動(dòng)能及沿原本行進(jìn)方向的沖量(Momentum)。在另一情況中，電子56’可于傳輸通過BG 62時(shí)與其他粒子發(fā)生部分散射(意即是作“部分彈道傳輸”)并且其動(dòng)能33仍能維持夠高，以及能維持往BG 62與RD 64的交界的方向行進(jìn)，繼而變成電子37。在所有情況中，這類電子37均利用圖3B與圖5相關(guān)描述的機(jī)制以克服影像力電位能壘2464的能壘高度20，以及進(jìn)入RD 64的導(dǎo)電帶1864并一路前進(jìn)而變成具有能量分布38’的電子37’，最后被CSR 66加以收集并成為導(dǎo)電帶1866內(nèi)的電子71。這種形成和注入電荷的過程(不論是利用彈道傳輸或部分彈道傳輸)乃稱作彈道電荷注入機(jī)制(Ballistic-Charge Injection Mechanism)。當(dāng)電子選作電荷載子時(shí)，這種機(jī)制稱為彈道電子注入。這類電子的注入效率(定義為所收集載子數(shù)相對(duì)所供應(yīng)載子數(shù)的比率)典型上介于10-4至10-1的范圍。此注入機(jī)制能通過注入壓電電子(Piezo-Electrons)來獲得進(jìn)一步的提升(參見圖17B相關(guān)描述中的壓電彈道電子注入機(jī)制)。
圖9所示的彈道電荷注入說明彈道電子注入，而實(shí)行方式是通過施加一電壓于TG 61與BG 62之間，以令電子37的動(dòng)能33高于導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60的影像力能壘高度20來達(dá)成。這樣的電壓可如圖3A、3B與3C的相關(guān)描述，通過降低影像力電位能壘41的方式來降低。而實(shí)行方式，比方來說，可通過耦合一正電壓(比方是由約+1V至約+3V)至CSR 66來達(dá)成。選擇性地，可通過選取CSR 66的材料的功函數(shù)大于BG 62的功函數(shù)(或費(fèi)米能級(jí)低于BG 62的費(fèi)米能級(jí))，來使影像力電位能壘降低。
圖10提供另一電荷注入系統(tǒng)的能帶圖的實(shí)施例，其中該電荷注入系統(tǒng)用以注入具緊密能量分布的電子。在圖10的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59中，導(dǎo)體61供應(yīng)常溫電荷載子56。過濾器52與導(dǎo)體61相接觸，并且包括介電質(zhì)53與54以提供對(duì)于某極性的電荷載子56(負(fù)電荷載子)的過濾功能，其中過濾器52具有可電性修改的電位能壘2453與2454，以控制沿某一方向(朝前方向34)通過過濾器52的某極性電荷載子56的流動(dòng)。除了對(duì)某極性電荷載子(負(fù)電荷載子，電子56)進(jìn)行控制之外，過濾器52還包括可電性修改的電位能壘4253與4254，以控制沿另一與上述某一方向大體上相反的方向來通過過濾器52的相反極性電荷載子(正電荷載子，LH 72與HH 73)的流動(dòng)。
這種過濾功能允許具某極性的電荷載子沿一朝前方向34(意即由TG 61往BG 62)傳輸，并阻擋沿一朝后方向74(意即由BG 62往TG 61)的相反極性的電荷載子。因此，過濾器52提供一種可“純化”電荷流動(dòng)的電荷過濾功能。此電荷過濾功能是過濾器52所提供過濾功能的另一實(shí)施例。
圖10的能帶圖與圖9的能帶圖除了少數(shù)幾點(diǎn)有差異外，其余各方面皆相同。這些差異點(diǎn)之一在于圖10并非使用金屬作為導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59與導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60內(nèi)導(dǎo)體區(qū)域的材料，這些導(dǎo)體區(qū)域(即TG 61與BG 62)現(xiàn)在是以半導(dǎo)體為材料，其中TG 61的半導(dǎo)體具有導(dǎo)電帶1861與價(jià)電帶4461，以及BG62的半導(dǎo)體具有導(dǎo)電帶1862與價(jià)電帶4462。顯示于圖中的TG61是一P型半導(dǎo)體，并在其價(jià)電帶4461內(nèi)具有電子56為供應(yīng)載子。這類電子56以及其能量分布57經(jīng)歷與圖9相關(guān)描述相同的傳輸過程，因此電子56當(dāng)中有一部分能夠進(jìn)入CSR 66而變成了具有能量分布38’的電子37’，并且最后以與圖9相關(guān)描述類似的方法來被收集和儲(chǔ)存在CSR 66上。
對(duì)圖10所顯示的范例而言，當(dāng)施加極性可使TG 61的電子56以朝前方向34來注入的電壓的時(shí)候，同時(shí)也會(huì)致使BG 62內(nèi)的LH 72與HH 73沿朝后方向74傳輸。往后傳輸?shù)腖H 72與HH 73可能導(dǎo)致不希望產(chǎn)生的問題。舉例來說，當(dāng)LH 72與HH 73往后傳輸進(jìn)入TG 61內(nèi)時(shí)，可能會(huì)因?yàn)槟芰扛哂趦r(jià)電帶1661的能量而在該處觸發(fā)撞擊游離(Impact-Ionization)。此外，當(dāng)采用彈道電子注入以對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程操作時(shí)，這些空穴對(duì)存儲(chǔ)操作不具貢獻(xiàn)。因此，這可能浪費(fèi)電流并因而耗費(fèi)功率。因而，乃希望阻擋LH 72與HH 73，使其無法往后傳輸進(jìn)入TG 61。
圖10的能帶結(jié)構(gòu)顯示出往后傳輸?shù)妮d子(即LH 72與HH73)必須比往前傳輸?shù)妮d子(即電子56)穿越過較多數(shù)量的能壘，并因而能提供阻擋往后穿隧載子的過濾效應(yīng)。此過濾效應(yīng)是以過濾器52內(nèi)電位能壘所構(gòu)成的能帶結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。第一個(gè)阻擋往后傳輸空穴72與73的電位能壘4254于進(jìn)入側(cè)與離開側(cè)分別具有能壘高度4154與41’54。這兩個(gè)能壘高度4154與41’54是以BD 54的價(jià)電帶4454作為參考點(diǎn)。第二個(gè)空穴能壘4253于進(jìn)入側(cè)具有一能壘高度4153，其形成另一個(gè)阻擋空穴72與73的能壘。能壘高度4153以TD 53與BD 54交界處的TD 53的價(jià)電帶4453來作為參考點(diǎn)。
此過濾器52建立在能壘高度工程學(xué)觀念的基礎(chǔ)上。一個(gè)用以說明此能壘高度工程學(xué)觀念的導(dǎo)體-過濾器59以及導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60的本發(fā)明特定實(shí)施例包括一構(gòu)成TG 61的P+多晶硅，一構(gòu)成TD 53的氧化物層，一構(gòu)成BD 54的氮化物層，一構(gòu)成BG 62的N+多晶硅，以及一構(gòu)成RD 64的氧化物層。使用N+多晶硅為BG 62的材料來自幾點(diǎn)考慮。其中最重要的考慮因素是由于N型雜質(zhì)(比方是砷、磷等等)的固溶度(Solidsolubility)比P型雜質(zhì)(比方是硼)來得高。希望雜質(zhì)能擁有較高的固溶度的原因是如此能以較高的濃度來為硅作摻雜，因此摻雜硅的片電阻降低，從而可較適合應(yīng)用于集成電路中。在此實(shí)施例內(nèi)，使用多晶硅為TG 61與BG 62的材料的原因是因其擁有廣泛證實(shí)的收益、量產(chǎn)力，以及與現(xiàn)今IC技術(shù)的相容性。使用厚度約為7納米至10納米的氧化物為RD 64的材料亦是來自相同緣由。構(gòu)成TD 63的氧化層厚度可約在1.5納米至4納米之間，并較佳上約在2納米至3.5納米之間。TD 53的厚度范圍選取為能令傳輸過它的電荷載子(電子，LH或HH)主要是以直接穿隧機(jī)制來傳輸。BD 54的厚度選取為，當(dāng)一介于約1V至約2.5V范圍的適中電壓施加于TG 61與BG 62之間時(shí)，能夠阻擋電荷載子穿隧通過BD 54與TD 53兩層。BD 54的厚度更選取為，在一較高的電壓(3V以上)下，能夠容許某型的電荷載子(比方是電子56)往前傳輸，并且阻擋另一型的電荷載子(比方是LH 72)往后傳輸。在下述的能壘高度工程學(xué)觀念內(nèi)，BD 54的厚度亦依據(jù)其所具有的介電質(zhì)常數(shù)而定。一般來說，倘若過濾器52能確實(shí)符合上述要求，則BD 54的厚度可較TD 53厚或薄都可以。舉例來說，在此特定實(shí)施例內(nèi)，如果選擇TD 53為厚度3納米(即30埃)的氧化物，則BD 54的最小厚度可約為2納米(即20埃)或著更厚。就此特定實(shí)施例而言，構(gòu)成TD 53的氧化物可以是利用傳統(tǒng)沉積(Deposion)技術(shù)所制成的高溫氧化物(High Temperature oxide；HTO)或TEOS層，或是利用本領(lǐng)域?yàn)槿耸熘臒嵫趸?ThermalOxidation)技術(shù)所制成的熱氧化物(Thermal Oxide)。而構(gòu)成BD 54的氮化物則可為一能帶間隙內(nèi)不具電荷捕捉中心(trapping center)的優(yōu)質(zhì)氮化物。此優(yōu)質(zhì)氮化物的制造方式，舉例來說，可在含氨(Ammonia；NH3)的環(huán)境中以高溫(比方是1050℃)進(jìn)行本領(lǐng)域?yàn)槿耸熘目焖贌岬?RapidThermal Nitridation；RTN)技術(shù)來制造。
彈道電荷注入的能壘高度工程學(xué)現(xiàn)欲提供能壘高度工程學(xué)的相關(guān)細(xì)節(jié)。圖11系顯示與圖10相似的能帶圖，但在過濾器62內(nèi)的能帶彎曲較輕微，這是為了揭示能壘高度的更多細(xì)節(jié)。除了顯示具有圖10所示的區(qū)域與參考符號(hào)外，圖11還顯示價(jià)電帶4462與4453間價(jià)電帶偏移量的能壘高度41’53。此能壘高度41’53是位于阻擋LH 72與HH 73往后傳輸?shù)牡诙昭娢荒軌?253的離開側(cè)。此外，圖中亦顯示一由TD 53形成的第一電子電位能壘2453，其于阻擋電子56往前傳輸?shù)碾娢荒軌?453的進(jìn)入側(cè)和離開側(cè)處，分別具有能壘高度2053與20’53。圖中還顯示一由BD 54形成的第二電子能壘2454，其進(jìn)入側(cè)和離開側(cè)分別具有能壘高度2054與20’54。此第二空穴能壘2454亦具有阻擋往前注入的電子56的效果。
由本發(fā)明所提供的這個(gè)能帶結(jié)構(gòu)可明白看出，有兩個(gè)電子電位能壘2453和2454與往前傳輸?shù)碾娮?6有關(guān)。同樣地，有兩個(gè)空穴能壘4254與4253與BG 62內(nèi)往后傳輸?shù)目昭?2與73有關(guān)。為了產(chǎn)生高效率的彈道電荷注入，乃希望第一與第二電子能壘2453與2454的能壘高度為可電性修改，以能協(xié)助沿往前方向34的傳輸?shù)倪M(jìn)行。反之，為了阻擋BG 62內(nèi)的空穴72與73往后傳輸至TG 61，乃希望在整個(gè)壓電彈道電荷注入的電壓范圍內(nèi)，第一空穴能壘4254的能壘高度以及第二空穴能壘4253的能壘高度，都能維持得夠高。
參考圖11，第二電子能壘2454的能壘高度2054(ΔΦVE_TB)的主要項(xiàng)展開可利用下式表示ΔΦVE_TB＝ΔΦCB_TB-|VTD| -(1)其中ΔΦCB_TB是平能帶條件下TG 61與BD 54間的導(dǎo)電帶偏移量，VTD是壓電彈道電子注入期間橫跨于TD 53的壓降，并可表示為VTD＝(Va-Vfb)/[1+(εTD×TBD)/(εBD×TTD)]；Va是橫跨于TG 61與BG 62間的外加電壓(即橫跨于過濾器52的壓降)；
Vfb是平能帶電壓；Eg是TG 61的能帶間隙；εTD和εBE分別是TD 53和BD 54的介電常數(shù)；以及TTD與TBD分別是TD 53和BD 54的厚度；類似地，阻擋往后傳輸空穴的第二空穴能壘4253的能壘高度4153(ΔΦVH_GT)可利用下式表示ΔΦVH_GT＝ΔΦVB_GT-|VBD| -(2)其中ΔΦVB_GT是平能帶條件下BG 62與TD 53間的價(jià)電帶偏移量VBD是壓電彈道電子注入期間橫跨于BD 54的壓降，并可表示為VBD＝(VΦ-Vfb)/[1+(εBD×TTD)/(εTD×TBD)]。
由上述公式(1)與(2)可明白得知，能壘高度2054(ΔφVE_TB)與能壘高度4153(ΔΦVH_GT)兩者與Va之間的關(guān)系乃有所差異。這種與電壓間的關(guān)系為非對(duì)稱，并且主要取決于介電質(zhì)常數(shù)與介電質(zhì)厚度的結(jié)合效應(yīng)(即“εT效應(yīng)”)。
圖12A顯示一個(gè)運(yùn)用上述原理以實(shí)行彈道電子注入的能壘高度工程學(xué)觀念范例?？擅靼卓闯觯?dāng)降低TG 61與BG 62間的外加電壓時(shí)，阻擋TG 61內(nèi)電子的能壘高度2054(ΔΦVE_TB)會(huì)比阻擋BG 62內(nèi)的LH 72與HH 73的能壘高度4153(ΔΦVH_GT)降低得快。事實(shí)上，當(dāng)外加電壓約為-3.5V時(shí)，能壘高度2054(ΔΦVE_TB)轉(zhuǎn)移至費(fèi)米能級(jí)1661之下(即能壘高度等于零)，然而此時(shí)能壘高度4153(ΔΦVH_GT)卻仍維持在約3.4eV的足夠能壘高度。圖10顯示外加電壓降低至超越此電壓位準(zhǔn)的情況下的能帶圖。如圖10所示，當(dāng)外加電壓降至超越此電壓位準(zhǔn)時(shí)，圖11中阻擋電子56的第二電子電位能壘2454現(xiàn)在位于費(fèi)米能級(jí)1661以下。因此，TG 61內(nèi)能量高于臨限能量58的電子56可直接傳輸通過過濾器52而不被BD 54層阻擋。這容許導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59的帶通過濾功能注入沿朝前方向34移動(dòng)且具有緊密能量分布57’的電子。于此電壓范圍內(nèi)，在能壘高度4153(ΔΦVH_GT)與外加電壓間微弱得多的關(guān)系下，避免空穴往后傳輸?shù)牡诙昭娢荒軌?153(ΔΦVH_GT)因此維持住。因此，此處描述的能壘工程學(xué)概念實(shí)際上能為彈道電子注入提供可電性修改過濾器的構(gòu)建方法。此過濾器獨(dú)特之處在于能過濾掉不想要的載子(比方是往后傳輸?shù)腖H 72與HH 73)卻不影響到想要載子的傳輸(比方是往前傳輸?shù)碾娮?6)。
上述關(guān)于公式(1)與(2)的說明與圖12A所示的結(jié)果作為一范例，以呈現(xiàn)能壘高度2054和4154與電壓之間的關(guān)系。可輕易地對(duì)圖11內(nèi)過濾器52的其他的能壘高度(例如能壘2453與2454分別具有的能壘高度20’53與20’54，以及第二空穴電位能壘4253具有的能壘高度41’43與4153)進(jìn)行同樣的說明。因此可明白到，控制往后傳輸電荷載子的電位能壘的能壘高度與過濾器跨壓之間的關(guān)系，比起控制往前傳輸電荷載子的電位能壘的能壘高度，會(huì)較為微弱。
在彈道電子注入一般使用的電壓范圍內(nèi)，乃希望BD 54的跨壓(VBD)能較能壘高度4154來得小。希望使VBD小于能壘高度4154是因?yàn)槿绱丝墒笲D 54地區(qū)的第一空穴電位能壘4254維持為一種梯形能帶結(jié)構(gòu)，以能更有效地阻擋往后注入的LH 72與HH 73。參考圖10即可更明了此種能壘結(jié)構(gòu)。圖中顯示能壘高度4154形成第一空穴電位能壘4254其中一側(cè)(空穴72與73的進(jìn)入側(cè))的能壘高度，而能壘高度41’54形成第一空穴電位能壘的另一側(cè)(空穴72與73的離開側(cè))的能壘高度。此梯形第一空穴電位能壘能壘4254的離開側(cè)的能壘高度41’54的主要項(xiàng)等于ΔΦVB_GB-VBD，其中ΔΦVB_GB是能壘高度4154。在圖10所顯示的此能帶結(jié)構(gòu)的特定實(shí)施例中，當(dāng)TG 61和BG 62間的外加電壓為-4V時(shí)，能壘高度41’54約為0.7eV，因而第一空穴電位能壘4254的梯形結(jié)構(gòu)仍然保持住。承上述原理所授，通過使TD 53和BD 54的介電常數(shù)和厚度最佳化以使VBD降低，能使能壘高度41’54提高。
對(duì)此特定實(shí)施例而言，TG 61的電壓范圍選取成相對(duì)BG 62的電壓為介于-3.5V至約-4.5V以實(shí)行彈道電子注入?？扇鐖D3A、3B與3C的相關(guān)描述，通過降低導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60的影像力能壘高度20，這樣的電壓可進(jìn)一步降低。這可通過將一介于約1V至約3V的電壓耦合至CSR 66來達(dá)成。選擇性地，可通過選取CSR 66的材料的功函數(shù)低于BG 62的功函數(shù)(或費(fèi)米能級(jí)高于BG 62的費(fèi)米能級(jí))，來使影像力電位能壘降低。
通過降低影像力能壘以降低TG 61與BG 62間的電壓為本發(fā)明帶來值得向往的效應(yīng)。主要優(yōu)點(diǎn)之一在于能降低TG 61與BG 62間介電質(zhì)內(nèi)的電場，從而可避免介電質(zhì)內(nèi)發(fā)生與高電場相關(guān)的問題(比方是介電質(zhì)擊穿，其會(huì)造成介電質(zhì)的永久損害)。
依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，過濾器52更提供一種電壓分割功能。電壓分割功能降低過濾器52內(nèi)介電質(zhì)的壓降。
圖12B顯示利用上述的能壘高度工程學(xué)觀念以實(shí)行彈道電子注入的電壓分割功能的范例。參考圖12B，圖中顯示不同介電質(zhì)跨壓與過濾器52的跨壓間的關(guān)系。明顯可知，過濾器52的跨壓，即TG 61與BG 62間的外加電壓，由過濾器52內(nèi)的數(shù)個(gè)區(qū)域分割且分享。此由過濾器52所提供的電壓分割功能因而允許TG 61與BG 62間的外加電壓能被BD 54與TD 53分割并分享，而不須與彈道電荷注入相妥協(xié)。此電壓分割功能減少這些介電質(zhì)當(dāng)中每一介電質(zhì)所須抑制的電壓，從而能夠避免介電質(zhì)擊穿的問題。
本發(fā)明的特點(diǎn)之一在于能壘高度工程學(xué)觀念所提供的效應(yīng)以及該等效應(yīng)于注入過濾器內(nèi)的實(shí)踐。這些效應(yīng)提供了電壓分割功能，并且避免了可能發(fā)生于電荷注入期間的介電質(zhì)擊穿問題。此外，由往后傳輸電荷載子所觸發(fā)而發(fā)生在TG 60內(nèi)的撞擊游離問題，亦通過運(yùn)用過濾效應(yīng)以抑制這些載子往后注入而有效地避免。
因此可明白到，于本發(fā)明內(nèi)所說明的過濾器與能帶結(jié)構(gòu)可在彈道電荷注入期間，有效地阻擋某極性電荷載子往后傳輸，然而卻允許相反極性的電荷載子往前傳輸。因此，過濾器52提供一種將電荷流“純化”的電荷過濾機(jī)制。雖非必要，但普遍上乃希望BG 62的費(fèi)米能級(jí)于平能帶條件下位于過濾器52內(nèi)BD 54的能帶間隙的中央，以于使用此種能帶結(jié)構(gòu)與注入機(jī)制來構(gòu)建單元時(shí)，能夠最充分地利用電荷過濾機(jī)制。
以上對(duì)彈道電荷注入與能壘高度工程學(xué)觀念所作的說明是針對(duì)電子而言?？蓪?duì)輕空穴與重空穴于電荷過濾和注入所達(dá)成的類似效應(yīng)作類似的說明。
圖13提供一能帶圖，其說明圖10內(nèi)該種電荷注入系統(tǒng)內(nèi)空穴的彈道電荷注入與過濾效應(yīng)。在圖13所示的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59中，導(dǎo)體61供應(yīng)常溫電荷載子75與76。過濾器52與導(dǎo)體61相接觸，并且包括介電質(zhì)53與54以提供對(duì)于某極性的電荷載子75與76(正電荷載子)的過濾功能，其中過濾器52具有可電性修改的電位能壘4253b與4254b，以控制沿某一方向(朝前方向34)通過過濾器52的某極性電荷載子75與76的流動(dòng)。除了對(duì)某極性電荷載子(正電荷載子75與76)進(jìn)行控制之外，過濾器52還包括可電性修改的電位能壘2453b與2454b，以控制沿另一與上述某一方向大體上相反的方向(朝后方向74)來通過過濾器52的相反極性電荷載子(負(fù)電荷載子，電子84)的流動(dòng)。
這種過濾功能允許具某極性的電荷載子沿該朝前方向34傳輸，并阻擋具相反極性的電荷載子沿該朝后方向74傳輸。因此，過濾器52提供一種“純化”電荷流動(dòng)的電荷過濾功能。此電荷過濾功能是過濾器52所提供過濾功能的另一實(shí)施例，并與圖10相關(guān)描述中的電荷過濾功能相似。
參見圖13，圖中顯示LH 75與HH 76位于TG 61的價(jià)電帶4461中，以用作注入的供應(yīng)電荷。LH 75與HH 76顯示為具有能量分布77并沿該朝前方向34來傳輸。雖然LH 75與HH 76于圖中具有相同的能量分布77，然而注意到，由于它們具有不同的有效質(zhì)量，因而可以具有不同的能量分布。
在圖13中，LH 75與HH 76兩者皆利用量子力學(xué)傳輸機(jī)制以傳輸通過過濾器52的能壘而變成LH 75’與HH 76’。LH 75’與HH 76’相對(duì)BG 62的價(jià)電帶具有動(dòng)能46，并且此動(dòng)能46稍微高于一影像力能壘4264的能壘高度41。當(dāng)這些載子再繼續(xù)沿該朝前方向傳輸時(shí)，由于其在有效質(zhì)量上有所差異之故，因而在BG 62內(nèi)的傳輸行為大不相同。就HH 76’而言，由于其有效質(zhì)量較重，所以平均自由程可以非常短。因此，HH 76’易于和其他粒子(比方是聲子)發(fā)生散射事件，從而具有低的彈道傳輸效率(彈道性(Ballisticity))。圖13中，HH 76’正在經(jīng)歷散射事件并因此喪失能量而變成HH 79。此外，圖中還顯示這些被散射的HH 79由于散射所以具有比原先能量分布77還寬的能量分布81。這些空穴79在圖中以低于一位于RD 64的價(jià)電帶4464內(nèi)影像力能壘4264的能壘高度40的能量來傳輸，并因此被阻擋而無法越過能壘4264也無法進(jìn)入CSR 66。反之，LH 75’具有較輕的有效質(zhì)量，因此其平均自由程較HH 76’的平均自由程為長(舉例來說，在硅內(nèi)，LH的平均自由程約為HH平均自由程的三倍)。在一情況中，這些空穴LH 75’當(dāng)中一部分能以動(dòng)能46傳輸通過BG 62而不發(fā)生散射(意即是作彈道傳輸)，繼而于BG 62與RD 64的交界處變成LH 78。這類LH 78(稱作“彈道LH”)不經(jīng)歷與其他粒子(例如聲子)的散射事件，因而能保留動(dòng)能以及沿原本行進(jìn)方向的沖量(Momentum)，并且其能量分布80與原先的能量分布77相似。在另一情況中，LH 75’能以部份彈道傳輸來通過BG 62，并且其動(dòng)能46仍能維持夠高，以及能維持往BG 62與RD 64的交界的方向行進(jìn)，繼而變成LH 78。在所有情況中，這類LH 78均利用圖6相關(guān)描述的機(jī)制來克服影像力電位能壘4264的能壘高度41，以及進(jìn)入RD 64的價(jià)電帶4464并一路前進(jìn)而變成具有能量分布80’的LH78’，最后被CSR 66加以收集并成為價(jià)電帶4466內(nèi)的空穴82。這種形成和注入空穴的過程(不論是利用彈道傳輸或部分彈道傳輸)乃稱作彈道空穴注入機(jī)制(Ballistic-Holes InjectionMechanism)。這類空穴的注入效率(定義為所收集載子數(shù)相對(duì)所供應(yīng)載子數(shù)的比率)典型上介于10-6至10-3之間。此注入機(jī)制能通過注入壓電空穴(Piezo-Holes)以獲得進(jìn)一步的提升(參見圖17B與圖17C相關(guān)描述中的壓電彈道空穴注入機(jī)制)。
就系統(tǒng)59與60使用圖10相關(guān)描述的材料的特定實(shí)施例而言，TG 61的電壓范圍選取成相對(duì)BG 62的電壓為介于+5V至約+6.0V之間以實(shí)行彈道空穴注入。這樣的電壓可如圖6的相關(guān)描述，通過降低導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60的影像力能壘高度41來進(jìn)一步降低。舉例而言，這可通過將一介于約-3V至約-1V的電壓耦合至CSR 66來達(dá)成。選擇性地，此影像力能壘可通過選取CSR 66為具有比BG 62還小的功函數(shù)(或較高的費(fèi)米能級(jí))的材料來降低。
通過使用具有相似費(fèi)米能級(jí)的材料來構(gòu)成TG 61與BG 62，TG 61與BG 62間的外加電壓可進(jìn)一步降低。這構(gòu)成另一個(gè)用作彈道空穴注入的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59與導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60所使用的材料的實(shí)施例。舉例來說，此過濾器52可以包括一構(gòu)成TG 61的P+多晶硅，一構(gòu)成TD 53的氧化物層，一構(gòu)成BD54的氮化物層，一構(gòu)成BG 62的P+多晶硅層，以及一構(gòu)成RD64的氧化物層。這樣的實(shí)施例允許TG 61的電壓相對(duì)于BG 62的電壓于實(shí)行彈道空穴注入時(shí)可選取在一較小的電壓范圍內(nèi)(譬如約為+4.5V至約+5.5V)。
圖13更顯示在將能帶結(jié)構(gòu)作偏壓以使LH 75與HH 76沿該朝前方向34來傳輸?shù)耐瑫r(shí)，BG 62的導(dǎo)電帶1862內(nèi)的電子84可沿該朝后方向74來傳輸。此往后傳輸?shù)碾娮?4可導(dǎo)致諸如TG 61內(nèi)的撞擊游離、電流與功率浪費(fèi)等等問題，這些問題與圖10的相關(guān)描述中往后傳輸空穴所導(dǎo)致問題類似。因此乃希望能利用過濾器52阻擋電子84，使其無法往后傳輸進(jìn)入TG61。
圖13的能帶結(jié)構(gòu)顯示往后傳輸?shù)妮d子(即電子84)必須比往前傳輸?shù)妮d子(即LH 75與HH 76)穿越過較多數(shù)量的能壘。第一個(gè)阻擋往后傳輸電子84為電位能壘2454b，其進(jìn)入側(cè)與離開側(cè)分別具有能壘高度2054b與20’54b。這兩個(gè)能壘高度2054b與20’54b分別是以BD 54與BG 62交界處的導(dǎo)電帶1854以及TD 53與BD 54交界處的導(dǎo)電帶1854作為參考點(diǎn)。圖中顯示第二個(gè)電子能壘2453b的進(jìn)入側(cè)具有一能壘高度2053b，并且形成另一個(gè)阻擋空穴84的能壘。能壘高度2053b以TD 53與BD 54交界處TD 53的導(dǎo)電帶1853作為參考點(diǎn)。一能壘高度20’53b(圖中并未顯示)存在于能壘2453b的離開側(cè)，并以TG 61與TD 53交界處的TD 53的導(dǎo)電帶1853作為參考點(diǎn)。在此處所說明的范例中，能壘高度20’53b位于電子84的能級(jí)以下，并因而未顯示于圖13中。能壘2454b與2453b兩者在過濾器52的導(dǎo)電帶內(nèi)形成一能帶結(jié)構(gòu)以阻擋往后傳輸?shù)碾娮?4。
空穴75與76沿朝前方向34的傳輸路徑上存在著兩個(gè)類似能壘。一第一電位能壘4253b是由TD 53形成，并且其進(jìn)入側(cè)和離開側(cè)分別具有能壘高度4153b與41’53b。一第二電位能壘4254b是由BD 54形成，并且其進(jìn)入側(cè)和離開側(cè)分別具有能壘高度4154b與41’54b(圖中未顯示)。這兩個(gè)能壘4253b與4254b兩者在過濾器52的價(jià)電帶內(nèi)形成一能帶結(jié)構(gòu)，并且具有阻擋往前傳輸空穴75與76的效應(yīng)。在圖13中，能帶結(jié)構(gòu)以注入空穴的目的來作偏壓。兩能壘高度4154b與41’54b皆位于往前傳輸空穴的能級(jí)以下，因而并未顯示于圖13中。
圖14顯示本發(fā)明的能壘高度工程學(xué)的于彈道空穴注入的效應(yīng)，其顯示阻擋往后傳輸電子的能壘高度20’54b與過濾器52的壓降(即TG 61與BG 62間的電壓)間的關(guān)系，比起阻擋往前傳輸能壘高度4154b與過濾器52壓降間的關(guān)系，乃較微弱。因此可通過過濾器52的跨壓，以不同程度改變兩個(gè)能壘高度20’54b與4154b。如能壘高度工程學(xué)內(nèi)所作的說明，此能壘高度與電壓間的關(guān)系是非對(duì)稱，并主要由介電常數(shù)與介電質(zhì)厚度的合并效應(yīng)(即“εT”效應(yīng))主導(dǎo)。可明白看出，當(dāng)增加TG 61與BG 62間的外加電壓時(shí)，阻擋TG 61內(nèi)的空穴75與76的能壘高度4154b會(huì)比可阻擋BG 62內(nèi)的電子84的能壘高度20’54b降低得快。事實(shí)上，當(dāng)外加電壓為+3.5V時(shí)，能壘高度4154b轉(zhuǎn)移至空穴能量之下(即能壘高度等于零)，然而此時(shí)能壘高度20’54b卻仍維持在約+2.5eV的足夠能壘高度。圖13顯示外加電壓增加至超越此電壓位準(zhǔn)的情況下的能帶圖。如圖13所示，當(dāng)外加電壓增至超越此電壓位準(zhǔn)時(shí)，阻擋空穴75與76的第二能壘4254b現(xiàn)在位于空穴能量之下。因此，TG 61內(nèi)空穴75與76可直接傳輸通過過濾器52而不被BD 54層阻擋。在此電壓范圍內(nèi)能壘高度20’54b與外加電壓間微弱得多的關(guān)系將控制電子84的能壘2454b與2453b維持住，因而能避免電子往后傳輸。
以上圖14所作的說明用作一范例，以呈現(xiàn)兩能壘高度20’54b與4154b與電壓間的關(guān)系?？奢p易地對(duì)圖13內(nèi)過濾器52的其他的能壘高度(例如能壘2453b與4253b分別具有的能壘高度2053b與41’53b)進(jìn)行同樣的說明。因此可明白了解，控制往后傳輸電荷載子的電位能壘的能壘高度與過濾器跨壓之間的關(guān)系，比起控制往前傳輸電荷載子的電位能壘的能壘高度與過濾器跨壓之間的關(guān)系，會(huì)較為微弱。
雖然圖中并未顯示，當(dāng)TG 61與BG 62間的電壓極性設(shè)定于作彈道空穴注入時(shí)，過濾器52亦提供電壓分割功能。此供彈道空穴注入使用的電壓分割功能減少過濾器52內(nèi)介電質(zhì)的壓降，并且主要是由與圖12B針對(duì)彈道電子注入的相關(guān)描述相似的效應(yīng)來主導(dǎo)。就彈道空穴注入而言，由于電壓在說明中較高，因此電壓分割功能通過減少過濾器內(nèi)介電質(zhì)的電壓而能減少介電質(zhì)的壓降，從而避免介電質(zhì)擊穿問題。
因此，此處描述的能壘工程學(xué)觀念實(shí)際上能為彈道電荷注入提供可電性修改過濾器的構(gòu)建方法。此過濾器獨(dú)特之處在于能過濾掉不想要的載子(比方是往后傳輸?shù)妮d子)卻不影響到想要載子的傳輸(比方是往前傳輸?shù)妮d子)。
依據(jù)本發(fā)明，過濾器52更提供另一種過濾功能。這樣的過濾功能允許具某極性且質(zhì)量較輕的電荷載子(例如LH)能通過過濾器，以及阻擋具相反極性且質(zhì)量較重的電荷載子(例如HH)穿過。因此，過濾器52提供一種質(zhì)量過濾功能，即能根據(jù)過濾載子的質(zhì)量以對(duì)電荷載子的流動(dòng)進(jìn)行過濾。
圖15用以說明過濾器52的質(zhì)量過濾功能的基礎(chǔ)?？蓞⒖紙D13以對(duì)此質(zhì)量過濾功能作更佳掌握。在圖13所示的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59中，導(dǎo)體61供應(yīng)常溫電荷載子(LH 75與HH76)。過濾器52與導(dǎo)體61相接觸，并包括介電質(zhì)53與54以提供對(duì)某極性電荷載子75與76(正電荷載子)的過濾功能，其中過濾器52包括可電性修改的電位能壘4253b與4254b，以控制沿某一方向(朝前方向34)通過過濾器52的某極性電荷載子75與76的流動(dòng)。
人們已知，在量子力學(xué)理論內(nèi)，電荷載子的穿隧機(jī)率為其質(zhì)量的函數(shù)，并且較重載子(例如HH 76)的穿隧機(jī)率低于較輕載子(例如LH 75)的穿隧機(jī)率。圖15顯示計(jì)算而得的LH與HH的正規(guī)化穿隧機(jī)率(Normalized TunnelingProbability)，并且繪示為VTD倒數(shù)的函數(shù)，以說明過濾器52的質(zhì)量過濾功能。在此說明中，過濾器52假定為包括由厚度為3納米的氧化物構(gòu)成的TD 53，以及由厚度為2納米的氮化物構(gòu)成的BD 54。就彈道空穴注入所使用的TG 61與BG 62間的電壓范圍(+5V至+6V)而言，圖中顯示，HH的穿隧機(jī)率為低于LH的穿隧機(jī)率約4到8個(gè)數(shù)量級(jí)。這種因載子質(zhì)量所導(dǎo)致的穿隧機(jī)率差異允許過濾器52能施行質(zhì)量過濾功能。雖然在此是以空穴載子來作說明，類似的說明可輕易地推衍至其他具有相同極性但相異質(zhì)量的載子(舉例來說，如圖17B與17C的相關(guān)描述中的壓電電子)。此質(zhì)量過濾功能是過濾器52所提供過濾功能的另一實(shí)施例。
過濾器52的質(zhì)量過濾功能以及其于LH傳輸上的應(yīng)用為本發(fā)明帶來幾項(xiàng)受到希望的利益。舉例來說，這種質(zhì)量過濾功能可以避免TG 61內(nèi)用作彈道注入的供應(yīng)載子被浪費(fèi)掉。原因是TG 61內(nèi)大部分的空穴載子是HH，而HH由于具有較短的平均自由程，因此在傳輸通過BG 62期間容易經(jīng)歷散射事件。這樣的HH無法有效率地對(duì)彈道注入作出貢獻(xiàn)，從而當(dāng)用作供應(yīng)載子時(shí)會(huì)被浪費(fèi)掉。由于利用過濾器52所提供的質(zhì)量過濾功能來濾除掉HH，主要的供應(yīng)電荷現(xiàn)在限定為LH載子而已。LH載子具有較長的平均自由程，因此當(dāng)經(jīng)由圖13相關(guān)描述的機(jī)制來傳輸通過BG 62時(shí)，能夠較有效率地對(duì)彈道注入作貢獻(xiàn)。結(jié)果，過濾器52的質(zhì)量過濾功能所提供的特征在于其能選取具有高彈道性(Ballisticity)的電荷載子作為供應(yīng)載子，從而避免低彈道性載子于供應(yīng)電流上的浪費(fèi)。
導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59的過濾器52提供數(shù)種獨(dú)特的過濾特征。此過濾器52提供如圖7的相關(guān)描述中的帶通過濾功能，圖10、12A、13，以及14的相關(guān)描述中的電荷過濾功能，以及圖15的相關(guān)描述中的質(zhì)量過濾功能。除了提供過濾功能之外，如圖12B的相關(guān)描述所言，過濾器52更提供一種電壓分割功能。具本領(lǐng)域的通常技術(shù)者當(dāng)可明白，當(dāng)應(yīng)用本揭露的教導(dǎo)時(shí)，若對(duì)過濾器的介電質(zhì)和/或結(jié)構(gòu)加以修改，以藉其來個(gè)別地或統(tǒng)合地修改上述的功能，仍屬于本發(fā)明的范疇。舉例來說，過濾器可包含兩個(gè)以上的介電質(zhì)以提升其電壓分割功能。此外，不須要求過濾器的介電質(zhì)具有均勻的化學(xué)元素，而可允許當(dāng)中的化學(xué)元素在有效支持這些功能下作漸次變化。因此能了解到，本發(fā)明并不受限于此處所描述者以及上述實(shí)施例而已，而涵蓋任何落于附加申請專利范圍的所有變化。
現(xiàn)在，請轉(zhuǎn)向參考圖16。圖16提供本發(fā)明電荷注入系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)于平能帶條件下的能帶圖的另一實(shí)施例。此能帶結(jié)構(gòu)除了一點(diǎn)外其余皆與圖11的能帶結(jié)構(gòu)相同。此差異點(diǎn)在于此能帶圖當(dāng)中的BG 62并非以半導(dǎo)體為材料，而以具有功函數(shù)且功函數(shù)具有一費(fèi)米能級(jí)1662的金屬為材料，比方是圖1相關(guān)描述中用作導(dǎo)體的材料。圖16還顯示TG 61的價(jià)電帶4461內(nèi)的電荷載子，即電子56，LH 75，以及HH 76，如同圖7、12A與10的相關(guān)描述，通過施加適當(dāng)大小與極性的電壓至TG 61與BG 62，這些電子56被過濾器52過濾并注射在CSR 66上。類似地，如同圖14、15與13的描述，通過施加適當(dāng)大小與極性的電壓至TG 61與BG 62，LH 75與HH 76被過濾器52過濾并注射在CSR 66上。
在上述關(guān)于彈道電荷注入所使用能帶結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，BG62形成彈道電荷傳輸?shù)闹鲃?dòng)層，并且為了讓這類電荷載子能以良好速率穿越它，BG 62的厚度普遍上需要低于電荷載子的平均自由程(典型上約為10納米至20納米)的幾倍。在要求BG62層的厚度如此低下，不可避免地導(dǎo)致BG 62具有較高的片電阻，并因而導(dǎo)致IC應(yīng)用的基本問題。舉例來說，在大R與大C兩效應(yīng)結(jié)合下，這可導(dǎo)致大的訊號(hào)延遲(即所謂的RC延遲)。這在單元操作中尤其成為主要的問題，原因是RC延遲可能限制一大型存儲(chǔ)陣列中存儲(chǔ)單元的存取速率。第二，為了避免未選取的存儲(chǔ)單元受到干擾，通常需要一組理想的外加電壓施加到那些未選取的單元上。然而，由于受到RC延遲的影響，未選取單元上的電壓可能和欲達(dá)成的電壓值不同，結(jié)果單元干擾較容易發(fā)生。此外，大R值可能與一大電流I結(jié)合而產(chǎn)生IR效應(yīng)。當(dāng)一電壓在一訊號(hào)線中傳送時(shí)，此IR效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電壓下降，從而使一存儲(chǔ)單元中所指定的電極無法到達(dá)所欲達(dá)成的位準(zhǔn)，結(jié)果是對(duì)單元操作產(chǎn)生負(fù)面影響。舉例來說，IR效應(yīng)對(duì)一未選取的單元的影響可能是產(chǎn)生干擾，因此未選取的單元會(huì)非刻意地從一邏輯態(tài)(比方是“0”)轉(zhuǎn)換為另一狀態(tài)(比方是“1”)。而IR效應(yīng)對(duì)受選取單元的影響則可能是減緩單元的操作(比方是編程、抹除，以及讀取操作)速率。
然而，上述問題，皆可利用以下所述的壓電效應(yīng)來獲得克服。
壓電效應(yīng)于彈道電荷注入上的應(yīng)用壓電效應(yīng)(Piezo-effect)是固態(tài)物理內(nèi)廣為人知的物理現(xiàn)象。在一機(jī)械應(yīng)例施加于一半導(dǎo)體材料時(shí)，壓電效應(yīng)可改變該半導(dǎo)體材料的電性(參見Pikus和Bir所著的Symmetry andStrain-Induced Effects in Semiconductors，New YorkWiley，1974)。此機(jī)械應(yīng)力可能起源于該半導(dǎo)體材料內(nèi)部或外部的一個(gè)應(yīng)變源(亦稱作“應(yīng)力供應(yīng)者(stressor)”)。這種機(jī)械應(yīng)力可能是以壓縮(Compressive)型式出現(xiàn)(Compression)，也可能是以張力的型式出現(xiàn)(tension)，并能在材料內(nèi)導(dǎo)致一種應(yīng)變(Strain)。它破壞晶格內(nèi)的對(duì)稱性，因此使晶格內(nèi)的電位變形。一些壓電效應(yīng)于半導(dǎo)體(比方是硅)內(nèi)的著名應(yīng)用包括電阻內(nèi)的壓電電阻效應(yīng)、雙極電晶體(Bipolar transistors)和二極體內(nèi)的壓電接面效應(yīng)(Piezo-Junction Effect)，感測器內(nèi)的壓電霍爾效應(yīng)(Piezo-Hall Effect)，以及MOS電晶體(“MOSFETS”)內(nèi)的壓電場效電晶體(Piezo-FETs)。
本發(fā)明更提供壓電效應(yīng)于彈道電荷載子注入與傳輸上的應(yīng)用。以下將利用許多不同的存儲(chǔ)單元與半導(dǎo)體裝置的實(shí)施例以提出一種新的壓電彈道電荷注入機(jī)制。
壓電彈道電荷注入機(jī)制人們已知當(dāng)一應(yīng)變出現(xiàn)在一半導(dǎo)體內(nèi)時(shí)，它可能會(huì)使導(dǎo)電帶的能谷與存在于HH和LH價(jià)次電帶的簡并(Degeneracy)分離(請參考Hensel et a1.，“Cyclotron ResonanceExperiments in Uniaxially Stressed SiliconValence BandInverse Mass Parameters and Deformation Potentials，Phys.Rev.129，pp.1141-1062”，1963)。圖17A、17B和17C分別提供一半導(dǎo)體無應(yīng)變時(shí)、在張應(yīng)力(Tensile Stress)下，以及在壓縮應(yīng)力(Compressive Stress)下，能量E與沖量向量(momentum veetor)k之間的色散關(guān)系(DispersionRelationship)示意圖。
圖17A顯示一無應(yīng)變半導(dǎo)體的色散關(guān)系。圖中顯示電子85填在一左能谷86與一右能谷87兩個(gè)導(dǎo)電帶能谷中，而導(dǎo)電帶能谷86與87分別具有最小值86m與87m。圖中顯示最小值86m與87m位于相同的能級(jí)。由于圖中顯示出能谷的色散曲線具有不同的曲率，左能谷86m內(nèi)電子的有效質(zhì)量較右能谷87m內(nèi)電子的有效質(zhì)量重。圖中亦顯示LH次能帶88與HH次能帶89兩色散曲線，兩者皆填滿了空穴90。LH次能帶88與HH次能帶89在圖中一價(jià)電帶最大值52上具有能量簡并現(xiàn)象。導(dǎo)電帶最小值86m或87m與價(jià)電帶最大值91之間以一能帶間隙92來隔開。
圖17B顯示與圖17A類似的色散關(guān)系，然而半導(dǎo)體因受到張應(yīng)力而發(fā)生應(yīng)變。導(dǎo)電帶能谷發(fā)生最小值一個(gè)往上(左能谷86)或一個(gè)往下(右能谷87)的偏移現(xiàn)象，結(jié)果這兩個(gè)能谷內(nèi)的電子總數(shù)會(huì)重新分布。其中右能谷87會(huì)聚集較多電子85，因其導(dǎo)電帶最小值87m的能級(jí)較低。電子85重新分布而大多聚居于能谷42是受到希望的現(xiàn)象，原因有二。第一，由于導(dǎo)電能谷87內(nèi)的電子的有效質(zhì)量較輕，因此能在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生對(duì)電子傳輸有益的效應(yīng)。第二，已知能谷分離能夠減少能谷間電子散射現(xiàn)象。這些效應(yīng)可利用硅來作具體說明。發(fā)生于硅內(nèi)的應(yīng)變通常會(huì)導(dǎo)致具有六折(Fold)簡并的導(dǎo)電帶分解為兩折簡并與四折簡并的能谷，其中大部分電子(將近百分之百的總電子數(shù))聚居于電子傳輸方向的有效質(zhì)量較輕的兩折簡并能谷內(nèi)。已知此應(yīng)變效應(yīng)在應(yīng)變硅MOSFET(一種壓電場效電晶體，可參見Vogelsang et al.，“Electron Mobilities and High-FieldDrift Velocity in Strained Silicon on Silicon-GermaniumSubstrate”，IEEE Trans.on Electron Devices，pp.2641-2642，1992)內(nèi)會(huì)增加50％的電子遷移率(Mobility)以及約16％的飄移速率(Drift Velocity)?？蛇\(yùn)用類似的應(yīng)變效應(yīng)來使彈道電荷載子傳輸提升。因此，硅內(nèi)的彈道電子注入效率可能因電子重新聚居于兩折簡并能谷內(nèi)而有所提升。這可通過施加應(yīng)力于硅上以引起沿電子傳輸方向的應(yīng)變來達(dá)成。因此可明白得知，壓電效應(yīng)可導(dǎo)致緊密聚居的“壓電”電子(即受機(jī)械應(yīng)力的材料內(nèi)的電子)，而此壓電電子具有較輕的質(zhì)量與較低的散射比率。依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在將這些效應(yīng)與彈道電子傳輸結(jié)合時(shí)，能提供一種壓電彈道電子注入機(jī)制。
雖然圖中并未顯示，然這樣的壓電電子可以用作圖9與圖10所示能帶結(jié)構(gòu)的供應(yīng)電子而經(jīng)歷其中描述的傳輸過程。
圖17B亦顯示出半導(dǎo)體內(nèi)張應(yīng)力所產(chǎn)生的應(yīng)力效應(yīng)亦可解除次價(jià)能帶88與89的簡并性，當(dāng)中LH次能帶88顯示為往上偏移，而HH次能帶89則顯示為往下偏移。LH次能帶88的最大值88p的能級(jí)顯示為高于圖17A內(nèi)價(jià)電帶的最大值91的能級(jí)。而HH次能帶89的最大值89p的能級(jí)則顯示為低于17A圖內(nèi)價(jià)電帶的最大值91的能級(jí)。在具有此效應(yīng)與導(dǎo)電帶能谷87往下偏移而連帶其最小值87m往下偏移的這兩個(gè)效應(yīng)下，能帶間隙93可能比圖17A無應(yīng)變情況的能帶間隙92窄。以硅為例，對(duì)受張力而應(yīng)變的硅層(比方是在一Si1-xGex層上形成一硅層)而言，若鍺的莫耳比例x約為30％時(shí)，硅內(nèi)具兩折簡并度的能級(jí)可能會(huì)往下偏移約O.18eV，而LH簡并則可能會(huì)往上偏移約0.12eV。如此會(huì)產(chǎn)生約為0.8eV的能帶間隙93。更者，圖中顯示一LH與HH能帶分離現(xiàn)象發(fā)生于LH次能帶88的最大值88p與HH次能帶89的最大值89p之間。此能帶分離現(xiàn)象是移除LH與HH簡并性所造成的效果，并具有減少LH與HH次能帶間散射作用的效果。此外，次價(jià)能帶的形狀改變能減少輕空穴的有效質(zhì)量。結(jié)果，一應(yīng)變半導(dǎo)體內(nèi)彈道輕空穴的平均自由程可能較一無應(yīng)變半導(dǎo)體內(nèi)彈道輕空穴的平均自由程來得長。
圖17B亦顯示出，在LH次能帶88與HH次能帶89的簡并性解除下，空穴90可能會(huì)從HH次能帶89重新聚居于LH次能帶88。事實(shí)上，當(dāng)硅受到張應(yīng)力而作應(yīng)變時(shí)，LH次能帶內(nèi)的空穴總數(shù)可能會(huì)增加20％至90％(參見Fischetti et al.，Journal of Appl.Physics，vol.94，pp.1079-1095，2003)。此外，LH的散射比率已知遠(yuǎn)比HH的散射比例低得多(參見Hinckley et al.，“Hole Transport theory In PseudomorphicSi1-xGexAlloys Grown on Si(001)Substrates，”Phys.Rev.B，41，pp.2912-2926，1990)。本發(fā)明的注入機(jī)制進(jìn)一步考慮到這些效應(yīng)(譬如圖13相關(guān)描述中的LH注入)。通過將空穴由HH次能帶重新分配至LH次能帶以注入“壓電”空穴(即受到機(jī)械應(yīng)力的材料內(nèi)的空穴)下，空穴注入效率能有所提升。這可通過施加張應(yīng)力至空穴注入的源起區(qū)域來達(dá)成。在LH大量聚居并其具有較高彈道性下，當(dāng)通過這樣的方法而將這些結(jié)合效應(yīng)運(yùn)用于彈道電荷注入上時(shí)，它能提供一種將壓電效應(yīng)運(yùn)用于彈道電荷注入的方法，而成為本發(fā)明另一壓電彈道電荷注入機(jī)制的實(shí)施例。此方法通過注入壓電彈道空穴(比方是LH)來提升彈道空穴注入效率。
圖17C顯示與圖17B類似的色散關(guān)系，然此時(shí)導(dǎo)體因受到一壓縮應(yīng)力而發(fā)生應(yīng)變。與上述的張應(yīng)力類似，此壓縮應(yīng)力可解除次價(jià)能帶88與89的簡并性，然而方式與圖17B相反。圖中顯示LH次能帶88往下偏移而HH次能帶89乃往上偏移。HH與LH簡并的解除仍減少LH與HH電荷之間的能帶間散射事件(inter-band scattering)。由于次價(jià)能帶發(fā)生偏移，圖中顯示大部分的空穴聚居于HH次能帶內(nèi)。此外，圖中亦顯示，若與圖17A無應(yīng)變的范例相比，次價(jià)能帶的曲率形狀改變。圖17C中變形的HH次能帶會(huì)降低重空穴的有效質(zhì)量而使其變成較輕的空穴。結(jié)果，在一應(yīng)變半導(dǎo)體內(nèi)，空穴(即壓電空穴)的平均自由程較無應(yīng)變半導(dǎo)體內(nèi)空穴的平均自由程為長。此效應(yīng)為提供本發(fā)明另一壓電彈道電荷注入機(jī)制的實(shí)施例。
人們已知，對(duì)一簡并性被解除的次價(jià)能帶內(nèi)的電荷而言，其有效質(zhì)量的主要項(xiàng)(First order)能隨應(yīng)力作線性偏移(參見Hensel et al.，“Cyclotron Resonance Experiments inUniaxiallv Stressed SiliconValence Band Inverse MassParameters and Deformation Potentials”，Phys.Rev.129，pp.1141-1062，1963，并參見Hinckely et al.，“HoleTransport Theory in Pseudomorphic Si1-xGex AlloysGrown on Si(001)Substates，”Phys.Rev.B，41，pp.2912-2926，1990)。通過運(yùn)用此線性關(guān)系以及有效質(zhì)量與平均自由程間的關(guān)系，本發(fā)明提供一種改變壓電彈道電荷的平均自由程的方法。此方法代表另一壓電彈道電荷注入機(jī)制的實(shí)施例，并且是以調(diào)整平行于電荷傳輸方向的應(yīng)力等級(jí)來作說明。圖18顯示應(yīng)力對(duì)于平均路徑的效應(yīng)的一個(gè)范例。應(yīng)變硅上的壓縮應(yīng)力用作一個(gè)范例，以說明施加于HH的效應(yīng)。參見圖18，垂直軸代表正規(guī)化(Normalized)平均自由程，即應(yīng)變硅的平均自由程相對(duì)無應(yīng)變硅的平均自由程的比率。由此圖可清楚得知，正規(guī)化平均自由程隨增加的應(yīng)力作線性變化。此外，平均自由程沿硅晶軸[111]的平行方向與沿硅晶軸
的平行方向相比，長得多。
圖19顯示壓電彈道空穴注入的效率提升率與壓縮應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此效率提升率是應(yīng)變硅效率相對(duì)無應(yīng)變硅效率的比值?？捎蓤D中看出，當(dāng)在適中的機(jī)械應(yīng)力下，比方是約200MegaPascal(“MPa”)或較低，效率提升率會(huì)隨應(yīng)力超線性地(super-linearly)增加，并且當(dāng)應(yīng)力介于較高范圍時(shí)(比方是約400MPa或更高)，效率提升率與應(yīng)力間近乎成線性正比關(guān)系。此外，效率提升率沿硅晶軸[111]的平行方向與沿硅晶軸
的平行方向相比，顯著得多。圖中顯示，在沿硅晶軸
與[111]的平行方向，效率分別約提升了二十倍以及五十倍。
圖20顯示無應(yīng)變硅內(nèi)效率提升度對(duì)于平均自由程(以后簡稱為“mfp*”)的敏感度。應(yīng)注意到，mfp*的差異可能來自，舉例言之，半導(dǎo)體內(nèi)不同濃度的雜質(zhì)。此圖選取沿硅晶軸方向
平行方向的應(yīng)力。參見圖20，可注意到，當(dāng)應(yīng)力皆保持相同時(shí)，較短mfp*(比方是4納米)與較長mfp*(比方是10納米)相比，效率提升率顯著地增加。舉例來說，當(dāng)一1000MPa的應(yīng)力施加在一具有4納米mfp*的硅時(shí)，效率提升率能高到1000倍，然而當(dāng)同樣的應(yīng)力施加在一具有10納米mfp*的硅時(shí)，效率可能僅提升了10倍。此處呈現(xiàn)的效應(yīng)對(duì)先進(jìn)技術(shù)下縮小的存儲(chǔ)單元有所助益，因?yàn)榭深A(yù)料到硅內(nèi)的高雜質(zhì)濃度會(huì)導(dǎo)致較短的mfp*。這是由于硅內(nèi)的高濃度雜質(zhì)可協(xié)助單元按比例縮減至一較小尺寸(譬如，其可避免當(dāng)縮減存儲(chǔ)單元尺寸時(shí)，供彈道電荷穿越的區(qū)域的電阻過度增加)。
現(xiàn)在當(dāng)可明白，通過利用壓電彈道電荷注入，能改變彈道載子(LH、HH，或是電子)的傳輸機(jī)制。具本領(lǐng)域的通常技術(shù)者也應(yīng)當(dāng)清楚，當(dāng)應(yīng)用本揭露所教授的技術(shù)時(shí)，可挑選不同種類的應(yīng)力(比方是張應(yīng)力或壓縮應(yīng)力)并可改變應(yīng)力軸，用以藉此改變空穴分布和平均自由程而提升這些情況中的注入效率。
雖然上述討論是針對(duì)壓電空穴而言，然具本領(lǐng)域的通常技術(shù)者將會(huì)明白，在類似的考慮下，壓電空穴的效應(yīng)與優(yōu)點(diǎn)皆可適用于壓電彈道電子注入。此外，雖然上述討論把焦點(diǎn)集中在半導(dǎo)體(比方是硅)上，針對(duì)半導(dǎo)體的效應(yīng)與優(yōu)點(diǎn)皆可適用于其他種類的導(dǎo)體(比方是TiN、TaN、Si1-xGex合金等等)。此外，雖然上述關(guān)于電荷注入系統(tǒng)的說明集中在存儲(chǔ)體相關(guān)應(yīng)用上，然對(duì)具本領(lǐng)域的通常技術(shù)者在以類似的思量下，上述說明內(nèi)的效應(yīng)與優(yōu)勢皆適用于其他種類的半導(dǎo)體裝置(比方是電晶體以及放大器等等)。
圖21A顯示注入效率與彈道傳輸用的主動(dòng)層(BG 62)厚度之間的關(guān)系，以比較應(yīng)變硅與無應(yīng)變硅的差異。如圖所示，通過壓電彈道電子注入機(jī)制，電子能以相較注入無應(yīng)變硅的正常電子所能達(dá)到效率還高得多的效率注入至CSR 66上。這是由于彈道電子具有較低的散射比率以及較長的平均自由程，正如之前所述(比方是可參見圖17B與其相關(guān)說明)。此效應(yīng)提供出解決習(xí)知技術(shù)內(nèi)大電阻的手段而成為本發(fā)明特征之一。圖21B顯示當(dāng)注入效率固定為百分之一時(shí)，BG 62的片電阻與平均自由程間的關(guān)系。通過采用壓電彈道電子注入機(jī)制，片電阻能夠降低。舉例來說，片電阻在無應(yīng)變硅內(nèi)約為250Ohms/square，而在具類似平均自由程的應(yīng)變硅內(nèi)，則降至約220Ohms/square。圖21B亦顯示，在利用此機(jī)制下，通過將平均自由程由10納米增至約28納米，在不須與注入效率相妥協(xié)下，即可使片電阻降得更低。
此壓電彈道電荷注入機(jī)制可輕易地應(yīng)用至本發(fā)明的電荷注入的能帶結(jié)構(gòu)。在此將提供一使用圖13所示能帶結(jié)構(gòu)的范例。參考圖13，由于TG 61作應(yīng)變，因而空穴大多由LH 75組成。TG 61內(nèi)LH總數(shù)較高是受到希望的現(xiàn)象，原因是其能提供具高彈道性的電荷形成的供應(yīng)電流于電荷注入。而實(shí)施方法，舉例來說，可依據(jù)壓電彈道電荷注入機(jī)制的一個(gè)實(shí)施例，通過施加一張應(yīng)力至TG 61來達(dá)成。在受應(yīng)力效應(yīng)影響下，HH 76，其可與LH 75共存在TG 61內(nèi)，會(huì)比LH 75少(舉例來說，約占了總空穴數(shù)的5％至20％)。
注意到，盡管在此TG 61按照上述的機(jī)制作應(yīng)變，但BG 62可依據(jù)另一種壓電彈道電荷注入機(jī)制實(shí)施例的條件來作應(yīng)變，以使穿越BG 62的空穴的平均自由程較其所在區(qū)域的mfp*為長。而其實(shí)施方式，舉例來說，可如圖17B與17C的相關(guān)描述，通過施加一機(jī)械應(yīng)力于BG 62上以移除能帶的簡并性來程成，如此可減少LH電荷于穿過BG 62時(shí)的能帶間散射事件，從而提升空穴的注入效率。
本發(fā)明的存儲(chǔ)單元實(shí)施例100圖22顯示本發(fā)明一存儲(chǔ)單元100結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的剖面圖。參考圖22，圖中顯示單元100包括一導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59，其屬于圖7、9、11，以及13所描述的種類，一導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60，其屬于圖1、5、以及6所描述的種類，一電荷儲(chǔ)存區(qū)域(以下簡稱CSR)66，其為一浮動(dòng)?xùn)?以下簡稱FG)66100的型式，以及一通道介電質(zhì)(以下簡稱CD)68。該導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59包括一穿隧柵(以下簡稱TG)61，以及一過濾器52，其中TG61對(duì)應(yīng)導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59的導(dǎo)體。過濾器52提供圖7相關(guān)描述中的帶通過濾功能，圖10、12A、13、以及14相關(guān)描述中的電荷過濾功能，圖12B相關(guān)描述中的電壓分割功能，以及圖15相關(guān)描述中的質(zhì)量過濾功能。在一較佳實(shí)施例中，過濾器52包括如圖7相關(guān)描述中的一穿隧介電質(zhì)(以下簡稱TD)53以及一阻擋介電質(zhì)(以下簡稱BD)54。導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60包括一彈道柵(以下簡稱BG)62以及一保留介電質(zhì)(以下簡稱RD)64，其分別作為系統(tǒng)的導(dǎo)體與絕緣體。此單元結(jié)構(gòu)內(nèi)由TG 61至RD 64的區(qū)域通過將導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)59的過濾器52與導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)60的導(dǎo)體(BG 62)相接觸來建造而成。如此形成的結(jié)構(gòu)具有夾于TG 61與BD 54兩區(qū)域間的TD 53，以及具有夾于TD 53與BG 62兩區(qū)域間的BD 54。BG 62設(shè)置于FG 66100的鄰近區(qū)域，并與FG 66100之間以保留介電質(zhì)(RD 64)相絕緣。FG 66100設(shè)置于主體70的鄰近區(qū)域，并與主體70之間以CD 68相絕緣。FG 66100典型上通過諸如RD 64、CD 68，或其他與其相鄰的介電質(zhì)來包覆并作絕緣，這些介電質(zhì)必須具有適當(dāng)厚度與良好絕緣性質(zhì)，以使電荷能保留其上而不泄漏。典型上，RD 64與CD 68的厚度約在5納米至20納米的范圍。TD 53與BD 54可包括具有均勻化學(xué)元素或當(dāng)中元素漸次變化的介電質(zhì)。TD 53與BD 54可以自一包括氧化物、氮化物、氮氧化物、氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鉭(Ta2O5)的群組中選取出。更者，任何以上材料的復(fù)合物或所構(gòu)成的合金，比方是氧化鉿-氧化物的合金(HfO2-SiO2)、鉿-氧化鋁的合金(HfAlO)、鉿-氮氧化物(HfSiON)的合金等等，都可用作TD 53與BD 54的材料。在該較佳實(shí)施例中，一厚度為2納米至4納米的氧化物介電質(zhì)以及一厚度為2納米至5納米的氮化物介電質(zhì)分別選作TD 53與BD 54的材料。
圖22的單元100更提供一源極95、一通道96、一汲極97以及一位于一半導(dǎo)體基板98(比方是一硅基板或一硅于絕緣體上(silicon-on-insulator)的基板)內(nèi)的主體70。主體70包括一具第一導(dǎo)電型(比方是P型)且摻雜濃度約在1×1015原子數(shù)/立方公分至1×1018原子數(shù)/立方公分的半導(dǎo)體。源極95與汲極97形成于該主體70內(nèi)并具有通道96于主體內(nèi)于兩者之間，并且典型上利用第二導(dǎo)電型(比方是N型)的雜質(zhì)以1×1018原子數(shù)/立方公分至5×1021原子數(shù)/立方公分的摻雜濃度來作摻雜。這些摻雜區(qū)域可利用熱擴(kuò)散(Thermal Diffusion)或通過離子布植(Ion Implantion)來形成。
在圖22中，TG 61顯示為與BG 62相重迭而在兩者之間形成一重迭區(qū)域，其中FG 66100至少有一部分位于此重達(dá)區(qū)域之下。此重迭區(qū)域在此單元結(jié)構(gòu)內(nèi)具有不可或缺的地位，原因是供應(yīng)電荷載子通過此重迭區(qū)域來接受過濾以傳輸通過BG62、RD 64、并最后進(jìn)入FG 66100。FG 66100是用來收集與儲(chǔ)存這些電荷載子，并且可為多晶硅、多晶硅鍺、或任何其他種能有效儲(chǔ)存電荷的半導(dǎo)體材料。FG 66100的導(dǎo)電型可為N型或P型。TG 61與BG 62的材料可以選為半導(dǎo)體，比方是N型多晶硅、P型多晶硅、重度摻雜的多晶硅鍺等等，或選為一金屬、比方是鋁(Al)、鉑(Pt)、金(Au)、鎢(W)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鉭(Ta)、鎳(Ni)、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)等等，或是選為以上材料構(gòu)成的合金，比方是鎢硅化物、鎳硅化物等等。雖然TG 61與BG 62在單元100內(nèi)分別顯示為單獨(dú)一層，但是BG 62與TG 61的結(jié)構(gòu)各別可包括一層以上。舉例而言，TG 61可包括一形成于一多晶硅層上的鎳硅化物層，因此TG 61為一復(fù)合層。TG 61的厚度范圍可約為80納米至500納米，而BG 62的厚度范圍可約為20納米至200納米。
沿直線AA’的能帶結(jié)構(gòu)可以屬于圖9所示種類、圖10所示種類，或是圖16所示種類。
單元100的編程操作可以利用如圖9和10相關(guān)描述中的彈道電子注入結(jié)構(gòu)機(jī)制來達(dá)成，或是利用圖17B、9以及10相關(guān)描述中的壓電彈道電子注入機(jī)制來達(dá)成。就此特定實(shí)施例而言，TG 61的電壓選為相對(duì)BG 62的電壓為-3.3V至-4.5V，以使兩者之間形成一能夠注入具有緊密能量分布的電子的壓降。而實(shí)施方式，舉例來說，可通過施加-3.3V的電壓至TG 61以及0V的電壓至BG 62來達(dá)成，從而TG 61與BG 62間會(huì)產(chǎn)生-3.3V的壓降。選擇性地，亦可通過其他種電壓組合來實(shí)施，比方施加-1.8V的電壓至TG 61以及+1.5V的電壓至BG 62。如圖3A、3B，和3C的描述，通過降低影像力能壘高度可使TG61與BG 62間的壓降更為降低。實(shí)施方式可通過施加約1V至3.3V的電壓至源極95、汲極97以及主體70，以藉此將一約1V至3V范圍的電壓耦合至CSR 66。舉例來說，假設(shè)RD 64的厚度為8納米，這樣的影像力降低效應(yīng)可使TG 61與BG 62間的壓降由-3.3V降至約-2.8V至-3.0V。
在單元100接受編程而至一編程狀態(tài)之后，CSR 66的FG66100因具有電子載子而帶負(fù)電。單元100的此編程狀態(tài)可通過實(shí)行一抹除操作而抹除。抹除操作可運(yùn)用圖13相關(guān)描述中的彈道空穴注入機(jī)制來達(dá)成，或是運(yùn)用圖17B、17C以及13相關(guān)描述中的壓電彈道空穴注入機(jī)制來達(dá)成。就此特定實(shí)施例而言，TG 61的電壓選為相對(duì)BG 62的電壓為+5V至+6V，以使兩者之間形成一能夠注入具有緊密能量分布的輕空穴的壓降。而實(shí)施方式，舉例來說，可通過施加+3V的電壓至TG 61以及-2V的電壓至BG 62來達(dá)成，從而使TG 61與BG 62間產(chǎn)生+5V的壓降。選擇性地，亦可通過其他種電壓組合來實(shí)施，比方施加+2.5V的電壓至TG 61以及-2.5V的電壓至BG 62。如圖6的描述，通過降低影像力能壘高度可使TG 61與BG 62間的壓降更為降低。影像力能壘于FG 66100帶負(fù)電時(shí)會(huì)稍微降低，并且一般而言可通過將一約為-1V至-3V的電壓耦合至CSR 66來降低更多，而實(shí)施方式可通過施加約-1V至-3V的電壓至源極95、汲極97以及主體70來達(dá)成。舉例而言，假設(shè)RD 64的厚度為8納米，這樣的影像力降低效應(yīng)可使TG 61與BG 62間的壓降由+5V降至約+4.5V至+4.7V。
最后，為了讀取此存儲(chǔ)單元，一約+1V的讀取電壓施加于此存儲(chǔ)單元的汲極57上，以及一約+2.5V的電壓(取決于裝置的電源電壓)施加此存儲(chǔ)單元的BG 62上。而其他區(qū)域(即源極95與主體70)則位于地位準(zhǔn)。如果FG 66100是帶正電(即CSR 66經(jīng)過電子放電)，則通道區(qū)96導(dǎo)通。結(jié)果，一電流將由源極95流向汲極97。這會(huì)是狀態(tài)“1”。另一方面，若FG 66100帶負(fù)電，則通道區(qū)96要不是輕微地導(dǎo)通或就是完全關(guān)閉。因此即使BG 62與汲極97都拉抬為讀取電壓，極少電流或完全沒有電流能流經(jīng)通道96。如此，存儲(chǔ)單元在感測下乃是編程為狀態(tài)“0”。
本發(fā)明的存儲(chǔ)單元100，乃以將電荷儲(chǔ)存于一個(gè)與周圍電極電性上相絕緣、但電容上相耦合的導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料所形成的CSR(即“浮動(dòng)?xùn)拧?的情況來作說明。在這樣的儲(chǔ)存方案中，電荷均勻分布于整個(gè)CSR 66中。然而，具本領(lǐng)域通常技術(shù)者當(dāng)可明白，本發(fā)明并非限制于此處所說明者以及上述實(shí)施例而已，而包括任何其他種類的電荷儲(chǔ)存方案。舉例來說，本發(fā)明的存儲(chǔ)單元可將電荷儲(chǔ)存于包括多個(gè)離散儲(chǔ)存座(Discrete Storage Sites)的CSR內(nèi)，比方是一介電質(zhì)層內(nèi)的納米顆粒(Nano-Particles)或阱(Traps)，如圖23與圖24所示。
實(shí)施例200現(xiàn)轉(zhuǎn)向參考圖23，其顯示一存儲(chǔ)單元200，該存儲(chǔ)單元200是圖22的單元100的輕微變化型式。單元200除一點(diǎn)外其余所有方面皆與圖22的單元100相同。此差異點(diǎn)在于單元200并非使用FG 66100的導(dǎo)電區(qū)域作為CSR 66，而以多個(gè)具有納米尺寸的納米顆粒66200來作為CSR 66。這些納米顆粒66200典型上為橢圓形，其直徑介于2納米至10納米的范圍，并在圖中顯示為與CD 68相接觸以及形成于RD 64內(nèi)。RD 64在圖中為一單一層，然可為不同介電質(zhì)組成的堆迭層，比方是氧化物/氮化物/氧化物的堆迭層。作為儲(chǔ)存座的納米顆粒可為硅納米顆粒，其中每一納米顆粒為橢圓形并且具有2納米至10納米范圍的直徑，以及可利用為人熟知的CVD技術(shù)來制造。此納米顆粒的材質(zhì)可為任何其他種屬于納米顆粒型式并可有效儲(chǔ)存電荷的半導(dǎo)體材料(比方是Ge、SiGe合金等等)，介電質(zhì)顆粒(比方是HfO2)，或是金屬(比方是Au、Ag、Pt等等)。
具本領(lǐng)域的通常技術(shù)者當(dāng)能明白，納米顆粒66200不需要在剖面觀上為橢圓形，亦不需要與基板表面在同一平面上，而可以位于基板表面上方或下方的任何高度，以及可具有其他可有效儲(chǔ)存電荷載子的形狀。此外，納米顆粒66200不需要與RD 64相接觸，亦不需要完全位于RD 64之內(nèi)，而可部分位于RD 64之內(nèi)而部分位于CD 68之內(nèi)，或可完全位于CD 68之內(nèi)。
實(shí)施例300圖24為顯示本發(fā)明另一存儲(chǔ)單元300的實(shí)施例的剖面圖。單元300除一點(diǎn)外其余所有方面皆與圖22的單元100相同。此差異點(diǎn)在于單元200并非使用FG 66100的導(dǎo)電區(qū)域作為CSR66，而以一具有多個(gè)捕捉中心(trapping centers)(阱66300)的捕捉介電質(zhì)(trapping dielectric)作為CSR 66。此介電質(zhì)CSR 66利用阱66300作為電荷儲(chǔ)存座并可為一本領(lǐng)域內(nèi)為人熟知的低壓化學(xué)氣相沉積(Low-Pressure-Chemical-Vapor-Deposition；LPCVD)技術(shù)所形成的氮化物層。
單元200與300兩者的電荷儲(chǔ)存方案皆是將電荷儲(chǔ)存于局部電荷儲(chǔ)存座內(nèi)，其中單元200的局部儲(chǔ)存座是納米顆粒66200的型式，而單元300的局部儲(chǔ)存座則為阱66300的型式。這些單元可以與圖22相關(guān)描述內(nèi)單元100相似的操作方式來操作。這兩種單元結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于能降低制程的復(fù)雜度，并且當(dāng)這類單元排置于一存儲(chǔ)陣列內(nèi)，兩相鄰單元間的干擾可予以忽略。此外，這些儲(chǔ)存座當(dāng)中若有一個(gè)儲(chǔ)存座周圍的絕緣層發(fā)生局部擊穿事件時(shí)，其他儲(chǔ)存座所儲(chǔ)存的電荷仍可維持住。
本發(fā)明的存儲(chǔ)單元的尺寸與所給定制程技術(shù)世代(Generation)的設(shè)計(jì)規(guī)則(Design rules)密切相關(guān)。因此，以上定義單元與區(qū)域的尺寸僅為說明性的范例而已。然而，一般而言，存儲(chǔ)單元的尺寸必須能令供應(yīng)電荷于TG與BG間電壓在一較高絕對(duì)值時(shí)(比方是3V至6V)能被過濾器過濾并能通過過濾器，而能令供應(yīng)電荷于TG與BG間電壓在一較低絕對(duì)值時(shí)(比方是2.5V以下)能被過濾器阻擋而無法通過過濾器。此外，BG與RD的尺寸必須能允許絕大部分的過濾電荷典型上以約10-6至10-1的注入效率來穿過它們以被CSR收集。
應(yīng)注意到本發(fā)明并不受限于此處所說明者以及上述實(shí)施例而已，而涵蓋任何所有落于所附加申請專利范圍的所有變化。舉例來說，單元100于單元結(jié)構(gòu)和操作上，不需要導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)與導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)兩者兼具，而可以具有能有效過濾和傳輸電荷載子至CSR的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)或?qū)w-絕緣體系統(tǒng)的單元結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的存儲(chǔ)單元可形成于一具有周邊電路的陣列內(nèi)，而該陣列的周邊電路可包含本領(lǐng)域內(nèi)皆為人熟知的傳統(tǒng)列位址解碼電路、行位址解碼電路、感測放大器電路、輸出緩沖電路，以及輸入緩沖電路。
上述實(shí)施例的存儲(chǔ)單元典型上安排于一具有列與行的長方形陣列內(nèi)，在該陣列內(nèi)多個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)成本領(lǐng)域?yàn)槿耸熘腘OR結(jié)構(gòu)或NAND結(jié)構(gòu)。圖25以存儲(chǔ)單元100為例，顯示其所構(gòu)成的一NOR陣列結(jié)構(gòu)的示意圖。參考圖25，當(dāng)中顯示有字元線(word lines)110，其包含字元線M-1、M，和M+1，并且每一字元線是沿一第一方向(列方向)設(shè)置。此外，圖中亦顯示有穿隧線(tunneling lines)120，其包括穿隧線L-1、L，和L+1，以及位元線(bit-lines)130，其包括N-1、N、N+1，和N+2，所有穿隧線120和位元線130皆沿一第二方向(行方向)設(shè)置。同一列內(nèi)每一存儲(chǔ)單元100的BG 62通過字元線110當(dāng)中的一來彼此相連。藉此，字元線M+1與最低列內(nèi)每一存儲(chǔ)單元的BG 62相連接。每一穿隧線120與同一行中所有存儲(chǔ)單元的TG 61相連。藉此，圖25中穿隧線L-1與最左行內(nèi)每一存儲(chǔ)單元的TG 61相連。同樣地，每一位元線130與同一行中所有存儲(chǔ)單元的汲極97相連。藉此，位元線N與圖25中最左行內(nèi)每一存儲(chǔ)單元的汲極97相連。由于此范例所呈現(xiàn)的陣列使用虛接地(Virtual Ground)的陣列結(jié)構(gòu)，因此最左行內(nèi)存儲(chǔ)單元所使用的位元線N亦用作一相鄰行(即圖25的中心行)內(nèi)存儲(chǔ)單元的源極線(source-line)N。具本領(lǐng)域的技術(shù)者將能領(lǐng)略到，源極與汲極可互換名稱，并且源極線和汲極線(drain-lines)或是源極線與位元線可以互換名稱。此外，字元線110連接至存儲(chǔ)單元的BG 62。因此，BG，及BG線，亦可與字元線互換名稱。
圖25所示的NOR陣列是一眾所周知的陣列結(jié)構(gòu)，其用作一范例以說明本發(fā)明存儲(chǔ)單元所形成的陣列型態(tài)。應(yīng)能領(lǐng)略到，雖然圖中僅顯示陣列的一小段而已，圖25的范例說明上述區(qū)域所組成的任何尺寸的陣列。除此之外，本發(fā)明的存儲(chǔ)單元可應(yīng)用至其余種類的NOR陣列結(jié)構(gòu)。舉例而言，雖然每一位元線130安排為與相鄰行的源極線共享存儲(chǔ)單元，然而，可安排一存儲(chǔ)陣列每一行上的存儲(chǔ)單元具有自有專屬的源極線。更者，雖然本發(fā)明是以單獨(dú)一存儲(chǔ)單元以及一NOR陣列來作說明，對(duì)具本領(lǐng)域的通常技術(shù)者當(dāng)明顯可知，多個(gè)本發(fā)明存儲(chǔ)單元可以安排為一具有列與行的長方形陣列，其中該多個(gè)單元構(gòu)成本領(lǐng)域?yàn)槿耸熘腘AND陣列結(jié)構(gòu)，或是構(gòu)成由一NAND陣列與一NOR陣列相組合的混合結(jié)構(gòu)。
依此構(gòu)建而得的陣列的抹除操作可對(duì)一小群單元(例如儲(chǔ)存一數(shù)位字元用的單元，其具有8個(gè)單元)作位元抹除來實(shí)施。此外，此抹除操作亦可于一大群單元內(nèi)實(shí)施(比方是儲(chǔ)存軟體程式碼的單元，其可包含2048個(gè)配置為頁面的單元，或包含多個(gè)組成陣列結(jié)構(gòu)的大量頁面)。
制造方法本發(fā)明更提供形成存儲(chǔ)單元與存儲(chǔ)陣列的自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)(Self-alignment Techniques)及制造方法，并以圖22所示的單元種類(單元100)以及圖25所示的陣列種類來作說明。雖然在此是以單元100來作解說，然這樣的說明僅用作范例而已，因此可以輕易地修改并應(yīng)用至本發(fā)明的其余單元。
參考圖26A，其顯示一半導(dǎo)體基板98的俯視圖，該半導(dǎo)體基板98用作形成存儲(chǔ)單元與陣列的起始材料。此材料的剖面圖顯示于圖26B，其中半導(dǎo)體基板98較佳上為一第一導(dǎo)電型(例如P型)的硅。一主體70利用為人熟知的技術(shù)，比方是離子布植，而形成于該半導(dǎo)體基板98之內(nèi)，并假定為具有第一導(dǎo)電型。此主體70可以選擇性地利用具有第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)域(比方是N型)以與該半導(dǎo)體基板98相絕緣。
圖26B所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步依照下述步驟進(jìn)行處理。一第一絕緣體68形成于該半導(dǎo)體基板98上，該第一絕緣體68的厚度較佳上約介于5納米至50納米之間。此絕緣體68舉例來說，可以是氧化物，并且此氧化物可利用傳統(tǒng)熱氧化(ThermalOxidation)技術(shù)、HTO、TEOS、或通過現(xiàn)場蒸氣硅生成(In-situSteam Generation；ISSG)的沉積(Depostion)制程來沉積而得。接下來，一層電荷儲(chǔ)存材料66a，比方是多晶硅，沉積在該結(jié)構(gòu)之上，而方法比方是利用傳統(tǒng)LPCVD技術(shù)，其摻雜的方式為當(dāng)場(in-situ)摻雜或通過隨后進(jìn)行一離子布植程序于多晶硅薄膜來達(dá)成。依此形成的多晶硅層66a用來形成圖22所示存儲(chǔ)單元種類(單元100)的CSR 66，并可利用第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)以1×1018原子數(shù)/立方公分至5×1021原子數(shù)/立方公分的摻雜濃度來作摻雜。此多晶硅層66a所具厚度，舉例而言，可介于50納米至約500納米之間。較佳上，由此形成的多晶硅的起伏形貌大體上為平面。應(yīng)注意到，此例選多晶硅作電荷儲(chǔ)存層66a的材料以說明單元100。一般而言，其他具有電荷儲(chǔ)存能力的適合材料(譬如納米顆粒，捕捉介電質(zhì))都可供本發(fā)明其他種單元使用。
接下來，一光阻性(photo-resistant)材料(以下稱作光阻(photo-resist))適當(dāng)?shù)赝坑诖私Y(jié)構(gòu)表面上，并隨后利用傳統(tǒng)光微影技術(shù)(photo-lithography technique)進(jìn)行一光罩(masking)步驟，用以選擇性地移除光阻，而于電荷儲(chǔ)存層66a上留下多個(gè)以該第二方向(行方向)延伸的光阻直線軌跡。接下來的程序是蝕刻該曝露的電荷儲(chǔ)存層66a，直到觀察到絕緣體68為止，而此絕緣體68用作一蝕刻阻止層。電荷儲(chǔ)存層當(dāng)中仍位于剩余光阻層下的部分不受此蝕刻程序影響。此步驟形成多個(gè)以該第二方向(即“行方向”)延伸的多晶硅直線66b，并且每兩條多晶硅直線66b以一第一溝槽142分離。多晶硅直線66b的線寬以及兩相鄰多晶硅線66b之間距可以小到等于所使用制程的最小光微影尺寸。接下來執(zhí)行一離子布植步驟以對(duì)該曝露的硅區(qū)域作第二導(dǎo)電型的摻雜，用以形成與該第一溝槽142自對(duì)準(zhǔn)的擴(kuò)散區(qū)域。這樣的擴(kuò)散區(qū)域形成位元線130。剩余的光阻繼而利用傳統(tǒng)方法加以移除。
接下來的程序是形成一第二絕緣層64a于該曝露的電荷儲(chǔ)存層66a上，該第二絕緣層64a的厚度較佳上約介于5納米至約50納米之間。該絕緣體可以是運(yùn)用傳統(tǒng)熱氧化、HTO、TEOS或ISSG沉積技術(shù)來沉積的氧化物。此絕緣體可以是單獨(dú)一層的型式，或是與其他種絕緣體相組合而為復(fù)合層的型式(比方是氧化物與FSG構(gòu)成的復(fù)合層)。此第二絕緣體64a主要是用來形成本發(fā)明存儲(chǔ)單元的RD 64。
接下來，一比方是多晶硅的導(dǎo)電層62a沉積于該結(jié)構(gòu)上，沉積方法，舉例而言，可利用傳統(tǒng)LPCVD技術(shù)，其摻雜的方式為當(dāng)場(in-situ)摻雜或通過隨后進(jìn)行一離子布植程序于多晶硅薄膜來達(dá)成。此導(dǎo)電材料62a用來形成存儲(chǔ)單元以及存儲(chǔ)陣列的字元線110的BG 62。典型上，導(dǎo)電層62a厚到足以填滿第一溝槽142，并且厚度約介于20納米至200納米的范圍。較佳上，依此形成的導(dǎo)電材料62a的起伏形貌大體上是平面，并且一選擇性的平坦化制程(即CMP)可用來達(dá)成此平面起伏形貌。結(jié)果形成的字元線110的結(jié)構(gòu)大體上具有一較薄區(qū)域(用作每一存儲(chǔ)單元的BG 62)于CSR 66上，以及具有一較厚區(qū)域于位元線擴(kuò)散區(qū)域130上以連接不同單元的BG 62。應(yīng)注意到，多晶硅是為了說明之用而選作導(dǎo)電層62a(以使制程簡化)。一般而言，其余具有低片電阻、良好溝槽間隙填充能力以及于高溫下(例如900C)性質(zhì)穩(wěn)定的導(dǎo)電材料皆可加以利用。舉例來說，一金屬化的多晶硅層，比方是一其上具有鎢-多晶硅硅化物(Tungsten-polyside)的多晶硅，亦可利用為人熟知的CVD技術(shù)來作為導(dǎo)電材料62a。鎢-多晶硅硅化物的片電阻典型上約為5至10歐姆/平方，此明顯低于未金屬化的重度摻雜多晶硅的片電阻值，后者典型上約為100至300歐姆/平方。其他可于半導(dǎo)體制造過程中輕易取得的材料，如TiN、TaN等等，皆亦可考慮作為導(dǎo)電層61a的材料。
接下來的程序是形成一介電質(zhì)143于該導(dǎo)電層62a上，其厚度較佳上約為10納米至40納米。介電質(zhì)143可以是一利用本領(lǐng)域?yàn)槿耸熘腖PCVD技術(shù)沉積的氮化物。
接下來，一光阻適當(dāng)?shù)赝坑诖私Y(jié)構(gòu)表面上，并隨后利用傳統(tǒng)光微影技術(shù)進(jìn)行一光罩步驟，用以選擇性地移除光阻并于介電質(zhì)143上留下多個(gè)以該第一方向(列方向)延伸的光阻直線軌跡140。接下來的程序是蝕刻該曝露介電質(zhì)143并接著蝕刻該曝露導(dǎo)電層62a，直到觀察到絕緣體64a為止，而此絕緣體64a用作一蝕刻阻止層。電荷儲(chǔ)存層143與62a當(dāng)中仍位于剩余光阻層140下的部分不受此蝕刻程序影響。此步驟形成多個(gè)以該第一方向(即“列方向”)延伸的字元線110，并且每兩條字元線110以一第二溝槽144分離。字元線110的線寬以及兩相鄰字元線110之間距可以小到等于所使用制程的最小光微影尺寸。結(jié)果產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的俯視圖顯示于圖27E中，并且此結(jié)構(gòu)中沿直線AA’、BB’、CC’、以及DD’的剖面圖分別顯示于圖27A、27B、27C以及27D。
接下的程序是蝕刻該曝露的第二層64a并接著蝕刻該曝露的電荷儲(chǔ)存層66a，直到觀察到該第一絕緣體68為止，而此第一絕緣體68用作一蝕刻阻止層。此電荷儲(chǔ)存層66a當(dāng)中位于剩余光阻下的部分不受此蝕刻程序影響。此步驟形成多個(gè)CSR66。剩余的光阻繼而利用傳統(tǒng)方法來移除。結(jié)果產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的俯視圖顯示于圖28E中，其中字元線110與第二溝槽144的直線交錯(cuò)排列。此結(jié)構(gòu)中沿直線AA’、BB’、CC’、以及DD’的剖面圖分別顯示于圖28A、28B、28C以及28D。
接下來的程序是選擇性地形成一如氧化物的絕緣層(圖中未顯示)于字元線110的側(cè)壁上以及曝露于第二溝槽144的CSR66的側(cè)壁上。此氧化物的形成方式，舉例而言，可通過利用快速熱氧化(Rapid Thermal-Oxidation；RTO)來實(shí)行一熱氧化程序而形成，并且其厚度約為2納米至8納米。接下來，一相對(duì)上為厚的介電質(zhì)層(比方是氧化物)通過比方是傳統(tǒng)LPCVD的為人熟知的技術(shù)而形成，用以充填第二溝槽144。此氧化物介電質(zhì)繼而選擇性地被移除，以形成氧化物塊146于溝槽144內(nèi)的區(qū)域上。此結(jié)構(gòu)較佳上為氧化物塊146的上表面大體上與氮化物介電質(zhì)143的上表面共面。這可通過，比方是運(yùn)用一化學(xué)機(jī)械研磨處理(Chemical-mechanical Polishing；CMP)以使該厚氧化物平面化，并隨后利用氮介電質(zhì)143為研磨阻止層和/或蝕刻阻止層來實(shí)行反應(yīng)式離子蝕刻法(Reactive ion etch；RIE)來達(dá)成。如果需要清潔殘存于氮化物介電質(zhì)143上的氧化物，則隨后進(jìn)行一選擇性氧化物的過度蝕刻(Over-Etching)步驟。從而，此程序僅留下第二溝槽144內(nèi)的氧化物以形成自對(duì)準(zhǔn)于溝槽144的氧化物塊146。結(jié)果產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的俯視圖顯示于圖29E，其中字元線110與氧化物塊146的直線交錯(cuò)排列。此結(jié)構(gòu)中沿直線AA’、BB’、CC’、以及DD’的剖面圖分別顯示于圖29A、29B、29C以及29D。
接下來的程序是進(jìn)行一移除氮化物介電質(zhì)143的蝕刻步驟(比方是利用熱磷酸(Phosphoric acid))。接下來，一具多層結(jié)構(gòu)的過濾器52形成于字元線110之上。在一特定實(shí)施例中，一第三絕緣體54a與一第四絕緣體53a考慮作為過濾器52的多層介電質(zhì)。第三絕緣層54a，比方是氮化物，于溫度為1050℃的含氨(NH3)環(huán)境中通過快速熱氮化(Rapid-Thermal-Nitridation)程序而形成于字元線110之上。此第三絕緣體54a的厚度較佳上約為2納米至5納米。接下來的程序是形成一層如氧化物的第四絕緣體53a于該第三絕緣層54a上。第四絕緣層53a可借著利用如熱氧化、HTO、TEOS、或ISSG等為人熟知的技術(shù)來形成。第四絕緣層53a的厚度較佳上約為2納米至4納米。第三絕緣層54a與第四絕緣層53a分別用作本發(fā)明存儲(chǔ)單元的BD 54與TD 53。結(jié)果產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的俯視圖顯示于圖30E中，并且此結(jié)構(gòu)中沿直線AA’、BB’、CC’、以及DD’的剖面圖分別顯示于圖30A、30B、30C以及30D。
接下來的程序是形成一層如多晶硅的導(dǎo)電材料61a于該結(jié)構(gòu)之上，形成方法可為傳統(tǒng)LPCVD制程，其摻雜的方式為當(dāng)場(in-situ)摻雜或通過隨后進(jìn)行一離子布植程序于多晶硅薄膜來達(dá)成。此導(dǎo)電材料61a用來形成存儲(chǔ)陣列的穿隧線120或存儲(chǔ)單元的TG 61。典型上，此導(dǎo)電材料61a的厚度約為50納米至500納米。較佳上，依此形成的導(dǎo)電材料61a的起伏形貌大體上為平面，并且一平坦化程序(比方是CMP)可用來達(dá)成此平面的起伏形態(tài)。應(yīng)注意到，多晶硅為了說明的用選作導(dǎo)電材料61a的材料。一般而言，如圖27E的相關(guān)描述所言，其他具有低片電阻、良好溝槽間隙填充能力以及于高溫下(例如900℃)性質(zhì)穩(wěn)定的導(dǎo)電材料皆可加以利用。其他可于半導(dǎo)體制造過程中輕易取得的材料，比方是硅化鉑、硅化鎳、硅化鈷、硅化鈦、TiN、TaN等等，皆亦可考慮作為導(dǎo)電層61a的材料。更者，這類材料還可以形成于多晶硅之上以形成一復(fù)合導(dǎo)體來作為導(dǎo)電材料61a。
接下來，一光阻材料(以下稱作光阻)適當(dāng)?shù)赝坑诖私Y(jié)構(gòu)表面上，并隨后利用傳統(tǒng)光微影技術(shù)進(jìn)行一光罩步驟，用以選擇性地移除光阻，而于導(dǎo)電層61a上留下多個(gè)以第二方向(行方向)延伸的光阻直線軌跡。接下來的程序是蝕刻該曝露導(dǎo)電層61a，直到觀察到絕緣體53a為止，而此絕緣體53a用作一蝕刻阻止層。導(dǎo)電層61a當(dāng)中仍位于剩余光阻層下的部分不受此蝕刻程序影響。此步驟形成多個(gè)以該第二方向(即“行方向”)延伸的穿隧線120，并且每兩條直線以一第三溝槽147分離。穿隧線120的線寬以及兩相鄰穿隧線120的間距可以小到等于所使用制程的最小光微影尺寸。結(jié)果產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的俯視圖顯示于圖31E，其中穿隧線120與第三溝槽147交錯(cuò)排列。此結(jié)構(gòu)中沿直線AA’、BB’、CC’、以及DD’的剖面圖分別顯示于圖31A、31B、31C以及31D。
圖31E亦顯示圖22的存儲(chǔ)單元種類(單元100)內(nèi)的不同區(qū)域。位元線1301以及字元線1302對(duì)應(yīng)到單元100的源極95與汲極97。圖中亦顯示出CD 68、CSR 66、RD 64、BG 62、BD 54、TD 53以及TG 61，這些區(qū)域分別與圖22相關(guān)描述中單元內(nèi)所對(duì)應(yīng)的區(qū)域完全相同。
此存儲(chǔ)單元與陣列的結(jié)構(gòu)隨后沉積一具機(jī)械應(yīng)力的應(yīng)變材料150(比方是張應(yīng)力或壓縮應(yīng)力)來進(jìn)行處理。此應(yīng)變材料150用作一應(yīng)變源(strain source)，以提供如圖17B與17C相關(guān)描述內(nèi)的壓電彈道電荷注入機(jī)制，并可如圖31E所示般，將應(yīng)變材料150沉積于該結(jié)構(gòu)之上，或可通過如RIE的傳統(tǒng)蝕刻技術(shù)，在移除該曝露于第三溝槽147之內(nèi)的絕緣體53a與54b之后，才沉積應(yīng)變材料150。在前者的情況中，應(yīng)變材料150主要提供應(yīng)力至TG 61。而在后者的情況中，由于應(yīng)變材料亦與字元線110相接觸，因此提供應(yīng)力至每一存儲(chǔ)單元中TG 61與BG 62。應(yīng)變材料150可為一提供不同種應(yīng)力的介電質(zhì)，因而可用來在TG 61和/或BG 62內(nèi)產(chǎn)生壓電效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)壓電彈道電荷注入。此應(yīng)力可為一單軸(uniaxial)應(yīng)力，其應(yīng)力軸一大體上平行于TG 61的表面并以該第一方向(列方向)延伸。應(yīng)變材料65的一個(gè)較佳實(shí)施例包括氮化物。氮化物的應(yīng)力級(jí)(Stress level)與物理特性可在其形成期間以厚度與制程條件來加以控制。舉例來說，通過在氮化物的形成期間改變化學(xué)元素(比方是硅烷(Silane))的壓力，可達(dá)到約五千萬帕斯卡(50MPa)至約十億帕斯卡(1Giga Pascal；1GPa)大小的應(yīng)力。具有張應(yīng)力或壓縮應(yīng)力的氮化物可利用廣為人知的化學(xué)汽相沉積(Chemical Vapor Deposiotion；CVD)技術(shù)來形成，比方是熱-CVD(Thermal-CVD)(以形成張應(yīng)力氮化物)或電漿-CVD(Plasma-CVD)(以形成壓縮應(yīng)力氮化物)。此外，氮化物的應(yīng)力級(jí)可修改，甚至在有需要時(shí)，可利用熟知技術(shù)來松弛(Relax)，比方是利用劑量高于一門檻濃度(比方是1×1014分子數(shù)/平方公分)的鍺來離子植入氮化物。在前者的情況中所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的俯視圖顯示于圖32E中，其中應(yīng)變材料150沉積于整個(gè)陣列之上。此結(jié)構(gòu)中沿直線AA’、BB’、CC’、以及DD’的剖面圖分別顯示于圖32A、32B、32C以及32D。
具涵蓋本揭露優(yōu)點(diǎn)的本領(lǐng)域的技術(shù)者應(yīng)能明白，在本發(fā)明中，于BG 62與TG 61上造成壓電效應(yīng)的應(yīng)變源不需要源自應(yīng)變材料150，亦不需要源自圖中所顯示的位置，而可來自任何其他裝置(means)以及來自存儲(chǔ)單元內(nèi)的任何其他區(qū)域。此外，此應(yīng)力不需要為單軸型，而可以為任何其他型(比方是雙軸型(biaxial))。舉例來說，當(dāng)采用多晶硅為BG 62的材料時(shí)，應(yīng)變源可來自BG 62。原因是多晶硅典型上可提供約200MPa至500Mpa范圍的張應(yīng)力。另一個(gè)可作為應(yīng)變源材料的是鎢硅化物(Tungsten-Silicide)，它是廣泛運(yùn)用于半導(dǎo)體IC制造的材料。鎢硅化物能提供約1.5GPa至2GPa范圍的應(yīng)力，并且可單獨(dú)作為BG 62的材料，或是可形成于一多晶硅層上而與該多晶硅層共同形成BG 62。其他材料，如非晶硅(AmorphourSilicon)、多晶硅鍺(Poly SiGe)、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)等等，亦可考慮作為支持壓電彈道電荷注入的材料。此外，引入應(yīng)變的裝置不需要通過使用應(yīng)變材料來達(dá)成，而可以經(jīng)由其他種途徑，比方是離子植入重原子(比方是硅、鍺、砷等等)至晶體內(nèi)欲作應(yīng)變的區(qū)域。由于高于門檻劑量的重原子(比方是硅、鍺、砷等等)的植入干擾晶格的周期性，而產(chǎn)生移位環(huán)路(Dislocation Loops)，因此會(huì)在該區(qū)域內(nèi)造成應(yīng)變。該區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變可進(jìn)一步提供應(yīng)力至其鄰近區(qū)域。接受植入?yún)^(qū)域內(nèi)的應(yīng)力可以由該區(qū)域內(nèi)如氮之類的植入原子來保留，以避免在單元后續(xù)制造步驟的期間被松馳(Relaxed)。這種離子植入方法擁有簡化制程的優(yōu)點(diǎn)，因其不需要沉積或蝕刻應(yīng)變材料。此外，它是在受植入的區(qū)域造成應(yīng)變，因此應(yīng)變僅局限于最希望存在應(yīng)變效應(yīng)的區(qū)域。以上羅列的所有方法，皆能為本發(fā)明的壓電彈道電荷注入提供受到向往的壓電效應(yīng)。此外，雖然本發(fā)明存儲(chǔ)單元內(nèi)僅顯示有一個(gè)應(yīng)變源而已，然對(duì)具本領(lǐng)域的通常技術(shù)者當(dāng)可明白，兩個(gè)以上的應(yīng)變源可同時(shí)存在于同一單元內(nèi)，用以提供任何型式的應(yīng)力(張應(yīng)力或壓縮應(yīng)力)而皆落于所附加申請專利范圍內(nèi)的存儲(chǔ)單元內(nèi)種種不同區(qū)域。
雖然本發(fā)明已通過較佳實(shí)施例說明如上，但該較佳實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)有能力對(duì)該較佳實(shí)施例做出各種更改和補(bǔ)充，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號(hào)的簡單說明如下10導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)的導(dǎo)體12絕緣體14導(dǎo)體與絕緣體的交界 16費(fèi)米能階
165050內(nèi)的費(fèi)米能階 166161內(nèi)的費(fèi)米能階166262內(nèi)的費(fèi)米能階 18具影像力效應(yīng)的導(dǎo)電帶1853具影像力效應(yīng)的53的 1854具影像力效應(yīng)的54的導(dǎo)電帶導(dǎo)電帶1861具影像力效應(yīng)的61的 1862具影像力效應(yīng)的62的導(dǎo)電帶導(dǎo)電帶1864具影像力效應(yīng)的64的 1866具影像力效應(yīng)的66的導(dǎo)電帶導(dǎo)電帶1870具影像力效應(yīng)的70的 18’不具影像力效應(yīng)的導(dǎo)電導(dǎo)電帶帶20具影像力效應(yīng)的能壘高 2053b能壘高度度φb22不具影像力效應(yīng)的能壘 24絕緣體的影像力電位能壘高度φbo。
2453能壘高度 2453b電位能壘2454能壘高度 2454b電位能壘2464影像力電位能壘 24’不具影像力效應(yīng)的絕緣體的電位能壘26能壘偏移量Δφb28能壘頂峰30能量頂峰與導(dǎo)體/絕緣體 31作富爾諾罕穿隧的常溫交界的間距 電子32熱電子33電子動(dòng)能34朝前方向的箭頭34’朝后方向的箭頭36電子能量分布的寬能譜 36’電子能量分布的寬能譜(能壘之前) (能壘之后)37單能量的熱電子38電子能量分布的窄能譜
(能壘之前)38’電子能量分布的窄能譜 40單能量的熱空穴(能壘之后)40’單能量的熱空穴(通過 41空穴能壘高度(具有影能壘后) 像力效應(yīng))4153，4153b，4154，4154b 41’空穴能壘高度(不具影能壘高度 像力效應(yīng))41’53，41’53b，41’54，41’54b 42影像力空穴能壘能壘高度4253第二空穴電位能壘 4253b第一電位能壘4254第一空穴電位能壘 4254b第二電位能壘426464內(nèi)的影像力能壘 42’不具影像力的空穴能壘44價(jià)電帶 445353的價(jià)電帶445454的價(jià)電帶 446161的價(jià)電帶446262的價(jià)電帶 446464的價(jià)電帶446666的價(jià)電帶 447070的價(jià)電帶44’不具影像力的價(jià)電帶46空穴動(dòng)能48電子能量分布(能壘之 48p48的頂峰分布前)48t48的尾端分布 Δ4848的窄能譜48’電子能量分布(能壘之 50導(dǎo)體后)52過濾器 53穿隧介電質(zhì)53a第四絕緣體 54阻擋介電質(zhì)54a第三絕緣體 55導(dǎo)電帶偏移量56作直接穿隧的常溫電子56’穿隧后的電子
57穿隧電子能量分布(能 57p57的頂峰分布?jí)局?57t57的尾端分布Δ5757的能譜57’穿隧電子能量分布(能Δ57’57’的能量分布?jí)局?58臨限能量 59導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)60導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng) 61穿隧柵62彈道柵 64保留介電質(zhì)64a第二絕緣體 66電荷儲(chǔ)存區(qū)域66100浮動(dòng)?xùn)? 66200納米顆粒66300阱 68通道介電質(zhì)/制造程序中的第一絕緣體70主體 71電荷儲(chǔ)存區(qū)域上的電子72輕空穴(往后穿隧) 73重空穴(往前穿隧)74朝后方向的箭頭 75輕空穴(于穿隧柵內(nèi)往前注入)76重空穴(于穿隧柵內(nèi)往 75’輕空穴(于阻擋介電質(zhì)前注入)內(nèi)往前注入)76’重空穴(于阻擋介電質(zhì)77空穴的能量分布內(nèi)往前注入)78彈道輕空穴(于彈道柵 79散射的重空穴(于彈道內(nèi)往前注入) 柵內(nèi)往前穿隧)80彈道輕空穴的能量分布 82電荷儲(chǔ)存區(qū)域內(nèi)的空穴84彈道柵內(nèi)往后穿隧的電 85導(dǎo)電帶能谷內(nèi)的電子子86導(dǎo)電帶能谷-電子質(zhì)量重87導(dǎo)電帶能谷-電子質(zhì)量輕
86m42的最小值87m44的最小值88LH次能帶 89HH次能帶90空穴 91價(jià)電帶簡并92無應(yīng)變情況的能帶間隙 93張力應(yīng)變情況的能帶間隙94壓縮應(yīng)變情況的能帶間 95源極隙96汲極 97通道98基板 110字元線120穿隧線130位元線140光阻 142第一溝槽143阻擋介電質(zhì)上的氮化物 146溝槽氧化物過濾器介電質(zhì)147第三溝槽 150應(yīng)變材料ED絕緣體12的外加電場 HH重空穴LH輕空穴 mfp*無應(yīng)變硅內(nèi)的平均自由程TBD阻擋介電質(zhì)的厚度 TTD穿隧介電質(zhì)的厚度Va橫跨于過濾器52的外加 VBD阻擋介電質(zhì)的跨壓電壓VTD穿隧介電質(zhì)的跨壓
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，包括一導(dǎo)體，用以供應(yīng)常溫電荷載子；以及一過濾器，其與該導(dǎo)體相接觸并包括介電質(zhì)以提供一種對(duì)某極性電荷載子的過濾功能，其中該過濾器包括可電性修改的電位能壘，用以控制沿某一方向通過該過濾器的某極性電荷載子的流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其特征在于，該過濾器更提供一電壓分割功能，用以降低該介電質(zhì)內(nèi)的壓降。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其特征在于該過濾功能為一種帶通過濾功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其特征在于該過濾功能為一種質(zhì)量過濾功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其特征在于該過濾功能為一種電荷過濾功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其特征在于該電位能壘為一第一組能壘，以及該過濾器更包括一第二組可電性修改的電位能壘，用以控制沿另一與該某一方向大體上相反的方向通過該過濾器的相反極性電荷載子的流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其特征在于該第二組電位能壘的能壘高度與橫跨于過濾器的壓降間的關(guān)系比該第一組電位能壘的能壘高度與橫跨于過濾器的壓降間的關(guān)系微弱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其特征在于，該過濾器包括一第一介電質(zhì)，其設(shè)置于該導(dǎo)體的鄰近區(qū)域；以及一第二介電質(zhì)，其設(shè)置于該第一介電質(zhì)的鄰近區(qū)域，其中該第二介電質(zhì)的能帶間隙比該第一介電質(zhì)的能帶間隙窄。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其特征在于該第二介電質(zhì)的介電常數(shù)與該第一介電質(zhì)厚度的乘積大體上大于該第一介電質(zhì)的介電常數(shù)與該第二介電質(zhì)厚度的乘積。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)，其特征在于其中該第一介電質(zhì)包括氧化物，以及該第二介電質(zhì)包括由氮化物、氮氧化物、Al2O3、HfO2、TiO2、ZrO2、Ta2O5，以及以上化合物構(gòu)成的合金所組成群組中選擇出的材料。
11.一種導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)，包括一導(dǎo)體，其具有高能電荷載子，其中該高能電荷載子具有一能量分布；以及一絕緣體，其與該導(dǎo)體相接觸于一交界并具有一影像力電位能壘于該交界的鄰近地區(qū)，其中該影像力電位能壘可電性修改，以允許該高能電荷載子能越過它來傳輸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)，其特征在于該高能電荷載子具有一能量分布，其中該能量分布具有一介于約30meV至約300meV的能譜。
13.一種電荷注入系統(tǒng)，包括一導(dǎo)體，用以供應(yīng)常溫電荷載子；以及一過濾器，其與該導(dǎo)體相接觸，并包括介電質(zhì)以提供對(duì)某極性電荷載子的過濾功能，其中該過濾器包括一第一組可電性修改的電位能壘，用以控制沿某一方向通過該過濾器的某極性電荷載子的流動(dòng)，以及；一第二組可電性修改的電位能壘，用以控制沿另一與該某一方向大體上相反的方向通過該過濾器的相反極性電荷載子的流動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電荷注入系統(tǒng)，其特征在于該導(dǎo)體為一第一導(dǎo)體，以及該電荷注入系統(tǒng)更包括一導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)，其中該導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)包括一第二導(dǎo)體，其與該過濾器相接觸并具有來自該過濾器的高能電荷載子；以及一絕緣體，其與該第二導(dǎo)體相接觸于一交界，并且具有一影像力電位能壘于該交界的鄰近地區(qū)，其中該影像力電位能壘可電性修改，以允許該高能電荷載子能越過它來傳輸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電荷注入系統(tǒng)，其特征在于該高能電荷載子具有一能量分布，其中該能量分布具有一介于約30meV至約300meV的能譜。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電荷注入系統(tǒng)，其特征在于該高能電荷載子包括由輕空穴、電子、壓電空穴，以及壓電電子所組成群組中的載子之一。
17.一種存儲(chǔ)單元，包括一導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)；以及一導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)；其中該導(dǎo)體-過濾器系統(tǒng)包括一第一導(dǎo)體，用以供應(yīng)常溫電荷載子；以及一過濾器，其與該第一導(dǎo)體相接觸，并包括介電質(zhì)以提供一種對(duì)某極性電荷載子的過濾功能，其中該過濾器包括一第一組可電性修改電位能壘，用以控制沿某一方向通過該過濾器的某極性電荷載子的流動(dòng)；以及一第二組可電性修改電位能壘，用以控制沿另一與該某一方向大體上相反的方向通過該過濾器的相反極性電荷載子的流動(dòng)；其中該導(dǎo)體-絕緣體系統(tǒng)包括一第二導(dǎo)體，其與該過濾器相接觸并具有來自該過濾器的高能電荷載子；以及一絕緣體，其與該第二導(dǎo)體相接觸于一交界并具有一影像力電位能壘于該交界的鄰近地區(qū)，其中該影像力電位能壘系可電性修改，以允許該等高能電荷載子能越過它來傳輸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于該高能電荷載子具有一能量分布，其中該能量分布具有一介于約30meV至約300meV的能譜。
19.一種形成一存儲(chǔ)單元的方法，包括以下步驟形成一具第一導(dǎo)電型的主體于一半導(dǎo)體基板內(nèi)；形成一第一絕緣層于該半導(dǎo)體基板上；形成一電荷儲(chǔ)存區(qū)域于該第一絕緣層上；形成一具第二導(dǎo)電型的第一區(qū)域和一具第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域于該主體內(nèi)；形成一通道區(qū)域于該主體內(nèi)于該第一區(qū)域與該第二區(qū)域之間，并且該通道區(qū)域與該電荷儲(chǔ)存區(qū)域相鄰且相絕緣；形成一第二絕緣層于該電荷儲(chǔ)存區(qū)域的鄰近區(qū)域；形成一第一導(dǎo)電區(qū)域，其中該第一導(dǎo)電區(qū)域具有至少一部分區(qū)域與該電荷儲(chǔ)存區(qū)域相鄰且相絕緣；形成一具有過濾功能的過濾器于該第一導(dǎo)電區(qū)域的鄰近區(qū)域；以及形成一第二導(dǎo)電區(qū)域，其中該第二導(dǎo)電區(qū)域與該第一導(dǎo)電區(qū)域的至少一部分區(qū)域相鄰且利用該過濾器相絕緣。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的形成一存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于，該過濾器包括一第一介電質(zhì)，其設(shè)置于該導(dǎo)體的鄰近區(qū)域；以及一第二介電質(zhì)，其設(shè)置于該第一介電質(zhì)的鄰近區(qū)域，其中該第二介電質(zhì)的能帶間隙比該第一介電質(zhì)的能帶間隙窄。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的形成一存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于該電荷儲(chǔ)存區(qū)域包括多個(gè)相分離的納米顆粒。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的形成一存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于該電荷儲(chǔ)存區(qū)域包括一具有多個(gè)捕捉中心的捕捉介電質(zhì)。
23.一種形成一存儲(chǔ)單元陣列的方法，包括以下步驟形成一具第一導(dǎo)電型的主體于一半導(dǎo)體基板內(nèi)；形成一第一絕緣層于該半導(dǎo)體基板上；形成彼此分離且以一第一方向沿伸的位元線，其中每一該位元線形成于該主體的至少一部分區(qū)域內(nèi)；形成多個(gè)電荷儲(chǔ)存區(qū)域于該第一絕緣層上并安排于一陣列中，其中該陣列由沿該第一方向延伸的行以及沿一垂直于該第一方向的第二方向延伸的列構(gòu)成；形成多個(gè)具第二導(dǎo)電型的第一區(qū)域于該主體內(nèi)；形成多個(gè)具第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域于該主體內(nèi)；形成多個(gè)通道區(qū)域于該主體內(nèi)，其中每一該通道區(qū)域延伸于該多個(gè)第一區(qū)域當(dāng)中之一與該多個(gè)第二區(qū)域當(dāng)中之一之間，并且每一該通道區(qū)域大體上與該多個(gè)電荷儲(chǔ)存區(qū)域當(dāng)中之一相鄰且相絕緣；形成多個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)域，其中每一該第一導(dǎo)電區(qū)域具有至少一部分區(qū)域與該多個(gè)電荷儲(chǔ)存區(qū)域當(dāng)中之一相鄰且相絕緣；形成多個(gè)具有一過濾功能的過濾器，其中每一該過濾器具有至少一部分區(qū)域與該多個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)域當(dāng)中之一相鄰；以及形成多個(gè)第二導(dǎo)電區(qū)域，其中每一該第二導(dǎo)電區(qū)域與該多個(gè)第一導(dǎo)電區(qū)域當(dāng)中之一的至少一部分區(qū)域相鄰且利用該多個(gè)過濾器當(dāng)中之一相絕緣。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的形成一存儲(chǔ)單元陣列的方法，其特征在于更包括形成多個(gè)相平行并相分離且由導(dǎo)電材料構(gòu)成的字元線的步驟，其中每一該字元線沿一大體上垂直于該第一方向的第二方向延伸橫越該位元線，并且每一該字元線與該存儲(chǔ)單元當(dāng)中一些的第一導(dǎo)電區(qū)域電性相接。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的形成一存儲(chǔ)單元陣列的方法，其特征在于更包括形成多個(gè)相平行并相分離且由導(dǎo)電材料構(gòu)成的穿隧線的步驟，其中每一該穿隧線沿該第一方向延伸并與該存儲(chǔ)單元當(dāng)中一些的第二導(dǎo)電區(qū)域電性相接。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的形成一存儲(chǔ)單元陣列的方法，其特征在于每一該第一導(dǎo)電區(qū)域與每一該第二導(dǎo)電區(qū)域彼此重迭于一重迭區(qū)域，其中每一該電荷儲(chǔ)存區(qū)域設(shè)置于該重迭區(qū)域當(dāng)中之一的鄰近區(qū)域。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的形成一存儲(chǔ)單元陣列的方法，其特征在于每一該位元線與該存儲(chǔ)單元當(dāng)中一些的第二區(qū)域電性相接于一行上，以及與該存儲(chǔ)單元當(dāng)中一些的第一區(qū)域電性相接于一相鄰行上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電荷注入系統(tǒng)、存儲(chǔ)單元及其形成方法。根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)體－過濾器系統(tǒng)為電荷載子流動(dòng)提供帶通過濾功能、電荷過濾功能、電壓分割功能，及質(zhì)量過濾功能。此導(dǎo)體－絕緣體系統(tǒng)提供影像力能壘降低效應(yīng)以收集電荷載子。此電荷注入系統(tǒng)包括該導(dǎo)體－過濾器系統(tǒng)以及該導(dǎo)體－絕緣體系統(tǒng)。本發(fā)明為半導(dǎo)體裝置與非易失性存儲(chǔ)體裝置提供電荷過濾與注入的方法及裝置。此外，本發(fā)明提供利用壓電彈道電荷注入機(jī)制以注入電荷的方法與裝置以操作該電荷注入系統(tǒng)與裝置。本發(fā)明更提供存儲(chǔ)單元與陣列結(jié)構(gòu)以及其形成方法。
文檔編號(hào)H01L27/115GK1725493SQ20051008043
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月1日
發(fā)明者王知行 申請人:王知行