專利名稱：非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元及其制造方法以及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)器元件及其制造方法以及其操作方法，特別是涉及一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元及其制造方法以及其操作方法。
背景技術(shù)：
非揮發(fā)性存儲(chǔ)器由于具有可多次進(jìn)行數(shù)據(jù)的存入、讀取、抹除等動(dòng)作，且存入的數(shù)據(jù)在斷電后也不會(huì)消失的優(yōu)點(diǎn)。因此，已成為個(gè)人計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備所廣泛采用的一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器元件。
典型的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器元件以摻雜多晶硅制作浮置柵極(Floating Gate)與控制柵極(Control Gate)。而且，浮置柵極與控制柵極之間以柵間介電層相隔，且浮置柵極與基底間以穿隧層相隔。
當(dāng)對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫入(Write)數(shù)據(jù)的操作時(shí)，通過(guò)于控制柵極、源極區(qū)與漏極區(qū)施加偏壓，以使電子注入浮置柵極中。當(dāng)在讀取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)時(shí)，于控制柵極上施加工作電壓，此時(shí)浮置柵極的帶電狀態(tài)會(huì)影響其下通道(Channel)的開(kāi)/關(guān)，且通過(guò)此通道的開(kāi)/關(guān)來(lái)作為判讀數(shù)據(jù)值為“0”或“1”的依據(jù)。當(dāng)存儲(chǔ)器在進(jìn)行數(shù)據(jù)的抹除(Erase)時(shí)，將基底、源極區(qū)、漏極區(qū)或控制柵極的相對(duì)電位提高，以利用穿隧效應(yīng)使電子由浮置柵極穿過(guò)穿隧層而排至基底中(即Substrate Erase)，或是穿過(guò)柵間介電層而排至控制柵極中。
然而，在抹除閃存中的數(shù)據(jù)時(shí)，由于從浮置柵極排出的電子數(shù)量不易控制，因此易使浮置柵極排出過(guò)多電子而帶有正電荷，此現(xiàn)象稱之為過(guò)度抹除(Over-Erase)。當(dāng)此過(guò)度抹除現(xiàn)象太過(guò)嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使浮置柵極下方的通道在控制柵極未施加工作電壓時(shí)，即呈現(xiàn)持續(xù)導(dǎo)通的狀態(tài)，而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的誤判。于是，為了解決元件過(guò)度抹除的問(wèn)題，許多存儲(chǔ)器會(huì)采用分離柵極(Split Gate)的設(shè)計(jì)。其結(jié)構(gòu)特征除了控制柵極與浮置柵極之外，還具有位于控制柵極與浮置柵極側(cè)壁、基底上方的選擇柵極間隙壁。其中，此選擇柵極間隙壁與控制柵極、浮置柵極和基底之間以另一層?xùn)砰g介電層相隔。如此當(dāng)過(guò)度抹除現(xiàn)象太過(guò)嚴(yán)重時(shí)，亦即浮置柵極下方通道在控制柵極未施加工作電壓狀態(tài)下即呈現(xiàn)導(dǎo)通的狀態(tài)時(shí)，選擇柵極間隙壁下方的通道仍能保持關(guān)閉狀態(tài)。亦即選擇柵極間隙壁的關(guān)閉，會(huì)使得漏極區(qū)與源極區(qū)呈現(xiàn)非導(dǎo)通的狀態(tài)，如此能防止數(shù)據(jù)的誤判。
值得一提的是，由于一般選擇柵極間隙壁的材料亦同樣采用摻雜多晶硅，因此為了增加導(dǎo)電性，可以在其上方形成硅化金屬層。不過(guò)，因?yàn)檫x擇柵極間隙壁的結(jié)構(gòu)為一間隙壁形式，即剖面近似三角形，所以硅化金屬層不易形成于其上。而且，在進(jìn)行單一存儲(chǔ)單元操作時(shí)，此存儲(chǔ)單元亦可能受到相鄰存儲(chǔ)單元的位干擾，而造成數(shù)據(jù)的誤判。另外，此具有選擇柵極間隙壁的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，在工藝上，亦有工藝步驟繁瑣、工藝成本偏高等等的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，以簡(jiǎn)化工藝，從而降低成本。
本發(fā)明的再一目的是提供一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，以有效降低選擇柵極的阻值。
本發(fā)明的又一目的是提供一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，以減少操作時(shí)存儲(chǔ)單元之間的相互干擾。
本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，此方法先提供基底。然后，于基底上形成圖案化的掩模層，此圖案化的掩模層具有第一開(kāi)口以及位于第一開(kāi)口側(cè)邊的二個(gè)第二開(kāi)口。之后，至少于第一開(kāi)口表面形成穿隧層。接著，于第一開(kāi)口側(cè)壁形成一對(duì)導(dǎo)體間隙壁。繼之，于此對(duì)導(dǎo)體間隙壁之間的基底中形成源極區(qū)。然后，于第一開(kāi)口與第二開(kāi)口中填入絕緣層。之后，移除圖案化的掩模層，以于第一開(kāi)口與第二開(kāi)口的這些絕緣層之間形成第三開(kāi)口與第四開(kāi)口。接著，于第三開(kāi)口與第四開(kāi)口表面形成柵間介電層，以至少覆蓋此對(duì)導(dǎo)體間隙壁的裸露的部分。繼之，于第三開(kāi)口與第四開(kāi)口中分別填入導(dǎo)體層。然后，移除第二開(kāi)口中的絕緣層，而暴露出導(dǎo)體層的一側(cè)壁。之后，于導(dǎo)體層暴露的側(cè)壁形成一絕緣間隙壁。接著，于此絕緣間隙壁側(cè)邊的基底中形成源極區(qū)。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中在形成漏極區(qū)之后，還可以進(jìn)行一金屬硅化步驟，以于導(dǎo)體層頂面形成硅化金屬層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，上述形成導(dǎo)體間隙壁的方法例如是先于基底上形成導(dǎo)體材料層。然后，移除部分的導(dǎo)體材料層，而于第一開(kāi)口與第二開(kāi)口的側(cè)壁形成多對(duì)導(dǎo)體間隙壁，上述移除部分導(dǎo)體材料層的方法包括進(jìn)行一各向異性蝕刻工藝。之后，于基底上形成圖案化的光致抗蝕劑層，此圖案化的光致抗蝕劑層暴露出第二開(kāi)口。接著，移除第二開(kāi)口中的導(dǎo)體間隙壁，其中移除的方法包括各向同性蝕刻工藝。繼之，移除圖案化的光致抗蝕劑層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，上述形成柵間介電層的方法例如是先進(jìn)行清洗步驟，然后再進(jìn)行高溫?zé)嵫趸襟E。而且，在清洗步驟之后，絕緣層會(huì)覆蓋住部分的導(dǎo)體間隙壁，而使導(dǎo)體間隙壁的頂角暴露出來(lái)。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，上述的導(dǎo)體間隙壁的最高點(diǎn)低于掩模層頂面。
本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，此存儲(chǔ)單元由選擇柵極、浮置柵極間隙壁、柵間介電層、穿隧層、源極區(qū)與漏極區(qū)所構(gòu)成。其中，選擇柵極配置在基底上。浮置柵極間隙壁配置在選擇柵極的一側(cè)壁上。柵間介電層配置在選擇柵極與浮置柵極間隙壁之間。穿隧層配置在浮置柵極間隙壁與基底之間。源極區(qū)配置在浮置柵極間隙壁側(cè)邊的基底中。漏極區(qū)配置在選擇柵極的另一側(cè)壁的側(cè)邊的基底中。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，還包括一硅化金屬層配置在選擇柵極上。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，上述的浮置柵極間隙壁的最高點(diǎn)低于選擇柵極頂面，而選擇柵極頂角凸出至浮置柵極間隙壁的上方。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，上述的選擇柵極、浮置柵極間隙壁、柵間介電層、穿隧層、漏極區(qū)構(gòu)成一第一存儲(chǔ)單元，且還包括一第二存儲(chǔ)單元以該第一存儲(chǔ)單元為鏡像的方式，配置于基底上，而且第一存儲(chǔ)單元與第二存儲(chǔ)單元共享上述的源極區(qū)。
本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，此非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元至少包括配置在基底上的選擇柵極，配置在選擇柵極的一側(cè)壁上的浮置柵極間隙壁，配置在浮置柵極間隙壁側(cè)邊的基底中的源極區(qū)，配置在選擇柵極的另一側(cè)壁的側(cè)邊的基底中的漏極區(qū)。此操作方法包括在進(jìn)行程序化操作時(shí)，于源極區(qū)施加第一電壓，于選擇柵極施加第二電壓，于漏極區(qū)施加第三電壓，于基底施加一第四電壓，以利用源極側(cè)注入效應(yīng)(Source-Side Injection，SSI)程序化浮置柵極間隙壁。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，還包括在進(jìn)行抹除操作時(shí)，于源極區(qū)施加第五電壓，于選擇柵極施加第六電壓，于漏極區(qū)施加第七電壓，于基底施加第八電壓，以通過(guò)穿隧效應(yīng)抹除儲(chǔ)存于浮置柵極間隙壁中的電荷。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，還包括在進(jìn)行讀取操作時(shí)，于源極區(qū)施加第九電壓，于選擇柵極施加第十電壓，于漏極區(qū)施加第十一電壓，于基底施加第十二電壓，以讀取儲(chǔ)存于浮置柵極間隙壁中的電荷。
由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元僅需形成導(dǎo)體間隙壁(浮置柵極)與導(dǎo)體層(選擇柵極)，因此在工藝上較為簡(jiǎn)單。而且，由于導(dǎo)體層(選擇柵極)為一膜層結(jié)構(gòu)，而非現(xiàn)有的間隙壁，因此可以于其上形成硅化金屬層，從而降低導(dǎo)體層的阻值。此外，在操作時(shí)，本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元更可有效地避免相鄰存儲(chǔ)單元的位干擾。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1A至圖1J繪示為依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的一種的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造流程剖面示意圖。
圖2繪示為依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的一種的具有兩個(gè)存儲(chǔ)單元的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的剖面示意圖。
簡(jiǎn)單符號(hào)說(shuō)明100、222基底102掩模層104襯層106、114、116、128圖案化的光致抗蝕劑層
108a、108b、122a、122b開(kāi)口110、210穿隧層112、126導(dǎo)體材料層112a、112b導(dǎo)體間隙壁118、212源極區(qū)120絕緣材料層120a絕緣層124、208柵間介電層126a、126b導(dǎo)體層130、218絕緣間隙壁132a、132b、214漏極區(qū)134、216硅化金屬層136、220介電層138、224源極接觸窗140a、140b、226漏極接觸窗142a、142b、228選擇柵極接觸窗200、202存儲(chǔ)單元204選擇柵極206浮置柵極間隙壁230區(qū)域標(biāo)號(hào)具體實(shí)施方式
圖1A至圖1J是繪示依照本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造流程剖面示意圖。
首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1A，提供基底100，此基底100例如是硅基底，更佳為一P型硅基底。然后，于基底100上形成掩模層102，其材料例如是氮化硅，而其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積工藝。在本實(shí)施例中，在形成掩模層102之前，還可先于基底100上形成襯層104，以增加掩模層102與基底100之間的附著性。其中，襯層104的材料例如是氧化硅，其形成方法例如是熱氧化法。之后，于掩模層102上形成圖案化的光致抗蝕劑層106。其中，圖案化的光致抗蝕劑層106的形成方法例如是先以旋轉(zhuǎn)涂布法形成一整層的光致抗蝕劑材料層，之后再進(jìn)行光刻工藝與蝕刻工藝，而形成之。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，以圖案化的光致抗蝕劑層106為掩模，定義掩模層102，而形成開(kāi)口108a以及位于開(kāi)口108a側(cè)邊的二個(gè)開(kāi)口108b。其中，定義掩模層102的方法例如是蝕刻工藝，優(yōu)選各向異性蝕刻工藝。繼之，在移除圖案化的光致抗蝕劑層106以及位于開(kāi)口108a、108b中的襯層104之后，至少于開(kāi)口108a表面形成穿隧層110。在本實(shí)施例中，穿隧層110形成于基底100上，而覆蓋基底100上的整個(gè)結(jié)構(gòu)。其中，穿隧層110的材料例如是氧化硅，而其形成方法例如是氧化工藝。然后，于基底100上形成一導(dǎo)體材料層112，其中導(dǎo)體材料層112的材料例如是多晶硅、摻雜多晶硅或是其它合適的材料，而其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積工藝。
之后，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，移除部分導(dǎo)體材料層112，而于開(kāi)口108a與108b的側(cè)壁形成多對(duì)導(dǎo)體間隙壁112a、112b。其中，移除部分導(dǎo)體材料層112的方法例如是各向異性蝕刻工藝。在一優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)體間隙壁112a、112b的最高點(diǎn)會(huì)低于掩模層102頂面，如此可以避免導(dǎo)體間隙壁112a、112b的頂角處在后續(xù)工藝中，遭受損傷。接著，于基底100上形成另一圖案化的光致抗蝕劑層114，此圖案化的光致抗蝕劑層114暴露出開(kāi)口108b。其中，圖案化的光致抗蝕劑層114的形成方法例如是先以旋轉(zhuǎn)涂布法形成一整層的光致抗蝕劑材料層，之后再進(jìn)行光刻工藝與蝕刻工藝，而形成之。
繼之，請(qǐng)參照?qǐng)D1D，移除圖案化的光致抗蝕劑層114所暴露出來(lái)的導(dǎo)體間隙壁112a、112b。詳細(xì)的說(shuō)，可以以圖案化的光致抗蝕劑層114掩模，進(jìn)行利用各向同性蝕刻工藝，移除開(kāi)口108b中的導(dǎo)體間隙壁112a、112b，而保留下開(kāi)口108a中的導(dǎo)體間隙壁112a、112b，此保留下來(lái)的導(dǎo)體間隙壁112a、112b可于后續(xù)作為存儲(chǔ)單元的浮置柵極之用。然后，于基底100上形成另一圖案化的光致抗蝕劑層116，此圖案化的光致抗蝕劑層116暴露出開(kāi)口108a。其中，圖案化的光致抗蝕劑層116的形成方法例如是先以旋轉(zhuǎn)涂布法形成一整層的光致抗蝕劑材料層，之后再進(jìn)行光刻工藝與蝕刻工藝，而形成之。之后，以圖案化的光致抗蝕劑層116以及導(dǎo)體間隙壁112a、112b為掩模，于此導(dǎo)體間隙壁112a、112b之間的基底100中形成源極區(qū)118。其中，形成源極區(qū)118的方法例如是離子注入工藝，其中所注入的摻雜物例如是磷離子或是砷離子等N型離子。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1E，移除圖案化的光致抗蝕劑層116。繼之，于基底100上形成絕緣材料層120，此絕緣材料層120填滿開(kāi)口108a與108b。其中，絕緣材料層120的材料例如是氧化硅，而其形成方法是以四乙基硅酸酯(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate，TEOS)作為反應(yīng)氣體，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積工藝，而形成之。
然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1F，移除開(kāi)口108a與108b以外的絕緣材料層120，而形成絕緣層120a。其中，移除的絕緣材料層120的方法例如是以掩模層102為研磨終點(diǎn)，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝。之后，移除掩模層102與襯層104，以于開(kāi)口108a與108b的絕緣層120a之間形成開(kāi)口122a與122b。其中，移除掩模層102的方法例如是使用熱磷酸。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1G，于開(kāi)口122a與122b表面形成柵間介電層124，以至少覆蓋導(dǎo)體間隙壁112a、112b的裸露的部分，其中柵間介電層124的材料例如是氧化硅、氧化硅/氮化硅/氧化硅或是其它合適的材料。在本實(shí)施例中，形成柵間介電層124的方法例如是先以氫氟酸進(jìn)行清洗步驟，之后再利用高溫?zé)嵫趸襟E，于基底100結(jié)構(gòu)表面形成一層材料為氧化硅的柵間介電層124。特別是，在進(jìn)行氫氟酸的清洗步驟之后，部分的絕緣層120會(huì)被移除，而使絕緣層120僅覆蓋住部分的導(dǎo)體間隙壁112a、112b，因而使導(dǎo)體間隙壁112a、112b的頂角暴露出來(lái)。如此在后續(xù)的存儲(chǔ)器操作上，露出的導(dǎo)體間隙壁112a、112b的頂角處可以作為電荷抹除的途徑。繼之，于基底100上形成導(dǎo)體材料層126，此導(dǎo)體材料層126填滿開(kāi)口122a與122b。導(dǎo)體材料層126的材料例如是多晶硅、摻雜多晶硅或是其它合適的材料，而其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積工藝。
然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1H，移除開(kāi)口122a與122b以外的導(dǎo)體材料層126，而形成導(dǎo)體層126a、126b，此導(dǎo)體層126a、126b可以于后續(xù)作為存儲(chǔ)單元的選擇柵極之用。其中，移除的方法例如是化學(xué)機(jī)械研磨法。之后，移除開(kāi)口108b中的絕緣層120a，而暴露出導(dǎo)體層126a與126b的一側(cè)壁。其中，移除的方法例如是于基底100上形成一圖案化的光致抗蝕劑層128，此圖案化的光致抗蝕劑層128暴露出位于開(kāi)口108b中的絕緣層120a，然后進(jìn)行各向同性蝕刻工藝，而移除之。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1I，在移除圖案化的光致抗蝕劑層128之后，于導(dǎo)體層126a與126b暴露的側(cè)壁形成一絕緣間隙壁130。絕緣間隙壁130的材料例如是氮化硅，而其形成方法例如是先沉積一層絕緣的間隙壁材料層，然后再進(jìn)行各向異性蝕刻工藝，而形成之。繼之，于絕緣間隙壁130側(cè)邊的基底100中形成漏極區(qū)132a與132b。其中，形成漏極區(qū)132a、132b的方法例如是離子注入工藝，其中所注入的摻雜物例如是磷離子或是砷離子等N型離子。
在本實(shí)施例中，若導(dǎo)體層126a與126b的材料為多晶硅或是摻雜多晶硅時(shí)，在形成漏極區(qū)132a、132b之后，還可以進(jìn)行一金屬硅化步驟，以于導(dǎo)體層126a與126b頂面形成硅化金屬層134(如圖1J所示)，如此可以降低導(dǎo)體層126a與126b的阻值。特別是，由于作為選擇柵極的導(dǎo)體層126a與126b為一膜層結(jié)構(gòu)，而非現(xiàn)有的間隙壁的結(jié)構(gòu)，因此硅化金屬層134較容易形成于其上。如此一來(lái)，導(dǎo)體層126a與126b的阻值可以下降。
此外，在本實(shí)施例中，在形成源極區(qū)132a、132b之后，還可以于基底100上形成介電層136，并且于介電層136中形成分別與源極區(qū)118、漏極區(qū)132a、132b分別電連接的源極接觸窗138與漏極接觸窗140a、140b。除此之外，亦可于介電層136中形成與導(dǎo)體層126a、126b電連接的選擇柵極接觸窗142a、142b。
值得一提的是，利用上述的方法可以一次形成兩個(gè)非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，且此二存儲(chǔ)單元以鏡像方式配置，且共享同一源極區(qū)118。以圖1J為例，其中一個(gè)存儲(chǔ)單元至少包括作為浮置柵極之用的導(dǎo)體間隙壁112a、穿隧層110、作為選擇柵極之用的導(dǎo)體層126a；另一個(gè)存儲(chǔ)單元?jiǎng)t包括作為浮置柵極之用的導(dǎo)體間隙壁112b、穿隧層110、作為選擇柵極之用的導(dǎo)體層126b。而且，在本發(fā)明中，由于在操作時(shí)，位于源極區(qū)118上的源極接觸窗138所施加的電壓，可以與導(dǎo)體間隙壁112a、112b產(chǎn)生耦合電壓，進(jìn)而生成一電場(chǎng)。因此，源極接觸窗138具有類似控制柵極的功能。也就是說(shuō)，相較現(xiàn)有需進(jìn)行浮置柵極、控制柵極與選擇柵極等三個(gè)柵極的形成步驟，本發(fā)明僅需進(jìn)行兩個(gè)柵極的形成步驟，因此，本發(fā)明的方法較現(xiàn)有簡(jiǎn)單，且所需的工藝成本也較低。
以下說(shuō)明利用本發(fā)明的方法所形成的存儲(chǔ)單元，特別是利用本發(fā)明的方法可以一次形成鏡像配置的兩個(gè)存儲(chǔ)單元。請(qǐng)參照?qǐng)D2，本發(fā)明的存儲(chǔ)單元200、202個(gè)別由選擇柵極204、浮置柵極間隙壁206、柵間介電層208、穿隧層210、源極區(qū)212與漏極區(qū)214所構(gòu)成。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的存儲(chǔ)單元200、202還可以包括有硅化金屬層216、絕緣間隙壁218、介電層220、源極接觸窗224、漏極接觸窗226與選擇柵極接觸窗228。
其中，選擇柵極204配置在基底222上。其中，基底222例如是P型基底，而選擇柵極204的材料例如是多晶硅、摻雜多晶硅或是其它合適的材料。
此外，浮置柵極間隙壁206配置在選擇柵極204的一側(cè)壁上。其中，浮置柵極間隙壁206的材料例如是多晶硅、摻雜多晶硅或是其它合適的材料。在本實(shí)施例中，浮置柵極間隙壁206的最高點(diǎn)是低于選擇柵極204頂面。在一實(shí)施例中，選擇柵極204的頂角凸出至浮置柵極間隙壁206的上方。
另外，柵間介電層208配置在選擇柵極204與浮置柵極間隙壁206之間。其中，柵間介電層208的材料例如是氧化硅或是氧化硅/氮化硅/氧化硅。此外，穿隧層210配置在浮置柵極間隙壁206與基底222之間。其中，穿隧層210的材料例如是氧化硅。
此外，源極區(qū)212配置在浮置柵極間隙壁206側(cè)邊的基底222中，且存儲(chǔ)單元200、202共享此源極區(qū)212。其中，源極區(qū)212例如是具有磷離子、砷離子等N型離子的摻雜區(qū)。另外，漏極區(qū)214配置在選擇柵極204的另一側(cè)壁的側(cè)邊的基底222中。其中，漏極區(qū)214例如是具有磷離子、砷離子等N型離子的摻雜區(qū)。
另外，硅化金屬層216配置在選擇柵極204上，其中硅化金屬層216的材料例如是硅化鎢。此外，絕緣間隙壁218配置在漏極區(qū)214與選擇柵極204之間，且位于選擇柵極204的側(cè)壁上。其中絕緣間隙壁218的材料例如是氮化硅。
此外，介電層220覆蓋住部分的浮置柵極間隙壁206、選擇柵極204(或硅化金屬層216)、絕緣間隙壁218與基底222。其中，未覆蓋有介電層220的浮置柵極間隙壁206的頂角處230，可以作為電荷由浮置柵極間隙壁206抹除的途徑。另外，源極接觸窗224、漏極接觸窗226與選擇柵極接觸窗228配置于介電層220中，且分別與源極區(qū)212、漏極區(qū)214與選擇柵極204電連接。
特別是，由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，其選擇柵極為一膜層結(jié)構(gòu)，而非現(xiàn)有的間隙壁結(jié)構(gòu)，因此可以在其上配置硅化金屬層。所以可以降低整個(gè)選擇柵極的阻值。而且，發(fā)明的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元亦能在操作時(shí)，避免相鄰存儲(chǔ)單元的位干擾。
以下說(shuō)明本發(fā)明的存儲(chǔ)單元的程序化、抹除及讀取等操作模式。
請(qǐng)參照?qǐng)D2與表1，其中圖2為本發(fā)明的包含兩個(gè)存儲(chǔ)單元的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的剖面示意圖；表1記載在實(shí)際操作時(shí)所施加的電壓值，表1僅為一實(shí)例，非用以限定本發(fā)明。
表1

請(qǐng)參照?qǐng)D2與表1，本發(fā)明的存儲(chǔ)單元的程序化操作于源極區(qū)212施加第一電壓，于選擇柵極204施加第二電壓，于漏極區(qū)214施加第三電壓，于基底222施加第四電壓，以利用源極側(cè)注入效應(yīng)程序化浮置柵極間隙壁206。在一優(yōu)選實(shí)施例中，第一電壓例如是介于5至11伏特之間，第二電壓例如是介于1.0至2.0伏特之間，第三電壓例如是0伏特，第四電壓例如是0伏特。在本實(shí)施例中，第一電壓例如是7～8伏特，第二電壓例如是1.6伏特，第三電壓例如是0伏特，第四電壓例如是0伏特。
此外，上述的存儲(chǔ)單元的抹除操作于源極區(qū)212施加第五電壓，于選擇柵極204施加第六電壓，于漏極區(qū)214施加第七電壓，于基底222施加第八電壓，以通過(guò)穿隧效應(yīng)抹除儲(chǔ)存于浮置柵極間隙壁206中的電荷。在一優(yōu)選實(shí)施例中，第五電壓例如是0伏特，第六電壓例如是介于8至12伏特之間，第七電壓例如是0伏特，第八電壓例如是0伏特。在本實(shí)施例中，第五電壓例如是0伏特，第六電壓例如是10，第七電壓例如是0伏特，第八電壓例如是0伏特。
另外，上述的存儲(chǔ)單元的讀取操作于源極區(qū)212施加第九電壓，于選擇柵極204施加第十電壓，于漏極區(qū)214施加第十一電壓，于基底333施加第十二電壓，以讀取儲(chǔ)存于浮置柵極間隙壁206中的電荷。在一優(yōu)選實(shí)施例中，第九電壓例如是0伏特，第十電壓例如是介于2至5伏特之間，第十一電壓例如是介于1至3伏特之間，第十二電壓例如是0伏特。在本實(shí)施例中，第九電壓例如是0伏特，第十電壓例如是5伏特，第十一電壓例如是2伏特，第十二電壓例如是0伏特。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下面的優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元僅需形成導(dǎo)體間隙壁(浮置柵極)與導(dǎo)體層(選擇柵極)，因此在工藝上較為簡(jiǎn)單。
2.由于本發(fā)明的導(dǎo)體層(選擇柵極)為一膜層結(jié)構(gòu)，而非現(xiàn)有的間隙壁，因此可以于其上形成硅化金屬層，從而降低導(dǎo)體層的阻值。
3.在操作時(shí)，本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元更可有效地避免相鄰存儲(chǔ)單元的位干擾。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(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)，可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，包括提供一基底；于該基底上形成一圖案化的掩模層，該圖案化的掩模層具有一第一開(kāi)口以及位于該第一開(kāi)口側(cè)邊的二第二開(kāi)口；至少于該第一開(kāi)口表面形成一穿隧層；于該第一開(kāi)口側(cè)壁形成一對(duì)導(dǎo)體間隙壁；于該對(duì)導(dǎo)體間隙壁之間的該基底中形成一源極區(qū)；于該第一開(kāi)口與該些第二開(kāi)口中填入多個(gè)絕緣層；移除該圖案化的掩模層，以于該第一開(kāi)口與該些第二開(kāi)口的該些絕緣層之間形成一第三開(kāi)口與一第四開(kāi)口；于該第三開(kāi)口與該第四開(kāi)口表面形成一柵間介電層，以至少覆蓋該對(duì)導(dǎo)體間隙壁的裸露的部分；于該第三開(kāi)口與該第四開(kāi)口中分別填入一導(dǎo)體層；移除該些第二開(kāi)口中的該些絕緣層，而暴露出該導(dǎo)體層的一側(cè)壁；于該導(dǎo)體層暴露的該側(cè)壁形成一絕緣間隙壁；以及于該絕緣間隙壁側(cè)邊的該基底中形成一漏極區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中在于該絕緣間隙壁側(cè)邊的該基底中形成該漏極區(qū)之后，還包括進(jìn)行一金屬硅化步驟，以于該導(dǎo)體層頂面形成一硅化金屬層。
3.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中于該第一開(kāi)口側(cè)壁形成該對(duì)導(dǎo)體間隙壁的方法包括于該基底上形成一導(dǎo)體材料層；移除部分該導(dǎo)體材料層，而于該第一開(kāi)口與該些第二開(kāi)口的側(cè)壁形成多對(duì)導(dǎo)體間隙壁；于該基底上形成一圖案化的光致抗蝕劑層，該圖案化的光致抗蝕劑層暴露出該些第二開(kāi)口；移除該些第二開(kāi)口中的該些導(dǎo)體間隙壁；以及移除該圖案化的光致抗蝕劑層。
4.如權(quán)利要求3所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中移除部分導(dǎo)體材料層的方法包括進(jìn)行一各向異性蝕刻工藝。
5.如權(quán)利要求3所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中移除該些第二開(kāi)口中的該些導(dǎo)體間隙壁的方法包括各向同性蝕刻工藝。
6.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中于該第三開(kāi)口與該第四開(kāi)口表面形成該柵間介電層的方法包括進(jìn)行一清洗步驟；以及進(jìn)行一高溫?zé)嵫趸襟E。
7.如權(quán)利要求6所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中在該清洗步驟之后，該絕緣層覆蓋住部分的該對(duì)導(dǎo)體間隙壁，而使該對(duì)導(dǎo)體間隙壁的頂角暴露出來(lái)。
8.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中該對(duì)導(dǎo)體間隙壁的最高點(diǎn)低于該掩模層頂面。
9.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中在于該絕緣間隙壁側(cè)邊的該基底中形成該漏極區(qū)之后，還包括于該源極區(qū)與該漏極區(qū)上分別形成一源極接觸窗與一漏極接觸窗。
10.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中于該第一開(kāi)口與該些第二開(kāi)口中填入該些絕緣層的方法包括于該基底上形成一絕緣材料層，該絕緣材料層填滿該第一開(kāi)口與該些第二開(kāi)口；以及利用一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，移除該第一開(kāi)口與該些第二開(kāi)口以外的該絕緣材料層。
11.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的制造方法，其中于該第三開(kāi)口與該第四開(kāi)口中分別填入該導(dǎo)體層的方法包括于該基底上形成一導(dǎo)體材料層，該導(dǎo)體材料層填滿該第三開(kāi)口與該第四開(kāi)口；以及利用一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，移除該第三開(kāi)口與該第四開(kāi)口以外的該導(dǎo)體材料層。
12.一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，包括一選擇柵極，配置在一基底上；一浮置柵極間隙壁，配置在該選擇柵極的一側(cè)壁上；一柵間介電層，配置在該選擇柵極與該浮置柵極間隙壁之間；一穿隧層，配置在該浮置柵極間隙壁與該基底之間；一源極區(qū)，配置在該浮置柵極間隙壁側(cè)邊的該基底中；以及一漏極區(qū)，配置在該選擇柵極的另一側(cè)壁的側(cè)邊的該基底中。
13.如權(quán)利要求12所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，還包括一硅化金屬層，配置在該選擇柵極上。
14.如權(quán)利要求12所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，還包括一絕緣間隙壁，配置在該漏極區(qū)與該選擇柵極之間，且位于該選擇柵極的側(cè)壁上。
15.如權(quán)利要求12所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，其中該浮置柵極間隙壁的最高點(diǎn)低于該選擇柵極頂面。
16.如權(quán)利要求15所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，其中該選擇柵極頂角凸出至該浮置柵極間隙壁的上方。
17.如權(quán)利要求12所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，其中該選擇柵極與該浮置柵極間隙壁的材料包括摻雜多晶硅。
18.如權(quán)利要求12所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，其中該柵間介電層的材料包括氧化硅或是氧化硅/氮化硅/氧化硅。
19.如權(quán)利要求12所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，其中該選擇柵極、該浮置柵極間隙壁、該柵間介電層、該穿隧層、該漏極區(qū)構(gòu)成一第一存儲(chǔ)單元，且還包括一第二存儲(chǔ)單元以該第一存儲(chǔ)單元為鏡像的方式，配置于該基底上，而且該第一存儲(chǔ)單元與該第二存儲(chǔ)單元共享該源極區(qū)。
20.一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，該非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元至少包括配置在一基底上的一選擇柵極，配置在該選擇柵極的一側(cè)壁上的一浮置柵極間隙壁，配置在該浮置柵極間隙壁側(cè)邊的該基底中的一源極區(qū)，配置在該選擇柵極的另一側(cè)壁的側(cè)邊的該基底中的一漏極區(qū)；該操作方法包括在進(jìn)行一程序化操作時(shí)，于該源極區(qū)施加一第一電壓，于該選擇柵極施加一第二電壓，于該漏極區(qū)施加一第三電壓，于該基底施加一第四電壓，以利用源極側(cè)注入效應(yīng)程序化該浮置柵極間隙壁。
21.如權(quán)利要求20所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，其中該第一電壓介于5至11伏特之間，該第二電壓介于1.0至2.0伏特之間，該第三電壓為0伏特，該第四電壓為0伏特。
22.如權(quán)利要求20所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，還包括在進(jìn)行一抹除操作時(shí)，于該源極區(qū)施加一第五電壓，于該選擇柵極施加一第六電壓，于該漏極區(qū)施加一第七電壓，于該基底施加一第八電壓，以通過(guò)穿隧效應(yīng)抹除儲(chǔ)存于該浮置柵極間隙壁中的電荷。
23.如權(quán)利要求22所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，其中該第五電壓為0伏特，該第六電壓介于8至12伏特之間，該第七電壓為0伏特，該第八電壓為0伏特。
24.如權(quán)利要求20所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，還包括在進(jìn)行一讀取操作時(shí)，于該源極區(qū)施加一第九電壓，于該選擇柵極施加一第十電壓，于該漏極區(qū)施加一第十一電壓，于該基底施加一第十二電壓，以讀取儲(chǔ)存于該浮置柵極間隙壁中的電荷。
25.如權(quán)利要求24所述的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元的操作方法，其中該第九電壓為0伏特，該第十電壓介于2至5伏特之間，該第十一電壓介于1至3伏特之間，該第十二電壓為0伏特。
全文摘要
一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，包括配置在基底上的一選擇柵極，配置在選擇柵極的一側(cè)壁上的浮置柵極間隙壁，配置在選擇柵極與浮置柵極間隙壁之間的柵間介電層，配置在浮置柵極間隙壁與基底之間的穿隧層，配置在浮置柵極間隙壁側(cè)邊的基底中的源極區(qū)，配置在選擇柵極的另一側(cè)壁的側(cè)邊的基底中的漏極區(qū)。
文檔編號(hào)H01L27/115GK1917178SQ20051009203
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者郭輝宏, 陳琮瓏, 許正源 申請(qǐng)人:力晶半導(dǎo)體股份有限公司