專利名稱：非揮發(fā)性存儲器及其制造方法與操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件，且特別是涉及一種非揮發(fā)性存儲器及其制造方法與操作方法。
背景技術(shù)：
非揮發(fā)性存儲器中的可電抹除且可程序只讀存儲器(EEPROM)具有可進(jìn)行多次數(shù)據(jù)的存入、讀取、抹除等動作，且存入的數(shù)據(jù)在斷電后也不會消失的優(yōu)點(diǎn)，所以已成為個人計算機(jī)和電子設(shè)備所廣泛采用的一種存儲元件。
目前，業(yè)界提出一種非揮發(fā)性存儲器，采用氮化硅作為電荷儲存層。這種氮化硅電荷儲存層上下通常各有一層氧化硅，而形成一種具有硅-氧化硅/氮化硅/氧化硅-硅(SONOS)結(jié)構(gòu)的存儲單元。當(dāng)施加電壓于此元件的控制柵極與源極區(qū)/漏極區(qū)上以進(jìn)行程序化時，溝道區(qū)中接近漏極區(qū)之處會產(chǎn)生熱電子而注入電荷儲存層中。由于注入電荷儲存層之中的電子并不會均勻分布于整個電荷儲存層之中，而是集中于電荷儲存層的局部區(qū)域上，并在溝道方向上呈高斯分布，因此元件漏電流的現(xiàn)象較不易發(fā)生。
然而，在制作SONOS存儲器時，在存儲單元區(qū)的SONOS存儲單元的柵極與邏輯電路區(qū)的晶體管的柵極通常是同一步驟中形成的。而且在形成柵極之后，緊接著將SONOS存儲單元的氧化硅/氮化硅/氧化硅層以及將邏輯電路區(qū)的晶體管的柵氧化層圖案化。然而，由于SONOS存儲單元的氧化硅/氮化硅/氧化硅層與邏輯電路區(qū)的晶體管的柵氧化層的厚度與結(jié)構(gòu)均有很大的差異，再加上隨著元件的縮小化，柵氧化層的厚度是越來越薄。因此，要將SONOS存儲單元的氧化硅/氮化硅/氧化硅層完全圖案化，又要使邏輯電路區(qū)的基底表面不受到遭受過度蝕刻而產(chǎn)生凹陷是相當(dāng)困難的。為了解決上述問題，將存儲單元區(qū)的SONOS存儲單元與邏輯電路區(qū)的晶體管分開制作，因而會增加工藝的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種非揮發(fā)性存儲器及其制造方法與操作方法，此種非揮發(fā)性存儲器的結(jié)構(gòu)簡單，且工藝可以與一般的邏輯電路工藝兼容。
本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性存儲器，具有設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上的第一存儲單元。第一存儲單元具有柵極、第二導(dǎo)電型漏極區(qū)、電荷儲存層以及第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)。柵極設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上。第二導(dǎo)電型漏極區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中。電荷儲存層設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底上，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)設(shè)置于柵極的第二側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，其中第二側(cè)與第一側(cè)相對。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，其中第一導(dǎo)電型為P型，則第二導(dǎo)電型為N型；第一導(dǎo)電型為N型，該第二導(dǎo)電型為P型。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層。第一介電層設(shè)置于柵極與第一導(dǎo)電型基底之間，其中第一介電層在第一側(cè)具有第一厚度，在第二側(cè)具有第二厚度，第一厚度大于第二厚度。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二存儲單元。此第二存儲單元的結(jié)構(gòu)與第一存儲單元相同，且與第一存儲單元成鏡向配置，共享第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二導(dǎo)電型源極區(qū)。第二導(dǎo)電型源極區(qū)設(shè)置于柵極的第二側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，其中第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)位于第二導(dǎo)電型源極區(qū)與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)。第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)。第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二介電層。第二介電層設(shè)置于電荷儲存層與第一導(dǎo)電型基底之間以及電荷儲存層與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，其中電荷儲存層的材料包括氮化硅。
本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性存儲器，具有多個存儲單元、多條源極線、多條位線、多條字線。多個存儲單元設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上，且排列成行/列陣列。各存儲單元具有柵極、第二導(dǎo)電型漏極區(qū)、電荷儲存層、第二導(dǎo)電型源極區(qū)、第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)。柵極設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上。第二導(dǎo)電型漏極區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中。電荷儲存層設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底上，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。第二導(dǎo)電型源極區(qū)設(shè)置于柵極的第二側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，第二側(cè)與第一側(cè)相對。第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)設(shè)置于第二導(dǎo)電型源極區(qū)與柵極之間，其中在行的方向上，各存儲單元會和與其相鄰的存儲單元共享第二導(dǎo)電型源極區(qū)或第二導(dǎo)電型漏極區(qū)。多條源極線在列方向上平行排列，連接同一列的第二導(dǎo)電型源極區(qū)。多條位線在行方向上平行排列，連接同一行的第二導(dǎo)電型漏極區(qū)。多條字線在列方向上平行排列連接同一列的存儲單元的柵極。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，其中第一導(dǎo)電型為P型，則第二導(dǎo)電型為N型；第一導(dǎo)電型為N型，則第二導(dǎo)電型為P型。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層。第一介電層設(shè)置于柵極與第一導(dǎo)電型基底之間，其中第一介電層在第一側(cè)具有第一厚度，在第二側(cè)具有第二厚度，第一厚度大于第二厚度。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)。第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)。第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二介電層，第二介電層設(shè)置于電荷儲存層與第一導(dǎo)電型基底之間以及電荷儲存層與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該電荷儲存層的材料包括氮化硅。
本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性存儲器，具有多個存儲單元、多條位線與多條字線。多個存儲單元設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上，且排列成行/列陣列。各存儲單元具有柵極、第二導(dǎo)電型漏極區(qū)、電荷儲存層、第二導(dǎo)電型源極區(qū)、第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)。柵極設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上。第二導(dǎo)電型漏極區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中。電荷儲存層設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底上，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。第二導(dǎo)電型源極區(qū)設(shè)置于柵極的第二側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，第二側(cè)與第一側(cè)相對。第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)設(shè)置于第二導(dǎo)電型源極區(qū)與柵極之間，其中在行的方向上，各存儲單元串聯(lián)連接在一起。多條位線在列方向上平行排列，連接同一列的第二導(dǎo)電型漏極區(qū)及第二導(dǎo)電型源極區(qū)。多條字線在行方向上平行排列，連接同一行的存儲單元的柵極。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，其中第一導(dǎo)電型為P型，則第二導(dǎo)電型為N型；第一導(dǎo)電型為N型，則第二導(dǎo)電型為P型。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層。第一介電層設(shè)置于柵極與第一導(dǎo)電型基底之間，其中第一介電層在第一側(cè)具有第一厚度，在第二側(cè)具有第二厚度，第一厚度大于第二厚度。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)。第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)設(shè)置于該柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)。第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二介電層。第二介電層設(shè)置于電荷儲存層與第一導(dǎo)電型基底之間以及電荷儲存層與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器，其中電荷儲存層的材料包括氮化硅。
本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性存儲器的制造方法，包括下列步驟。首先，提供第一導(dǎo)電型基底，并于第一導(dǎo)電型基底上形成柵極。于柵極的第一側(cè)的基底中形成第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)后，于柵極的側(cè)壁形成電荷儲存層。接著，于柵極的第一側(cè)的基底中形成第二導(dǎo)電型源極區(qū)，并于柵極的第二側(cè)的基底中形成第二導(dǎo)電型漏極區(qū)，其中第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)形成于第二導(dǎo)電型源極區(qū)與柵極之間的第一導(dǎo)電型基底中。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中第一導(dǎo)電型為P型，則第二導(dǎo)電型為N型；第一導(dǎo)電型為N型，則第二導(dǎo)電型為P型。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于第一導(dǎo)電型基底上形成柵極的步驟前，還包括于第一導(dǎo)電型基底上形成第一介電層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中第一介電層在第一側(cè)具有第一厚度，在第二側(cè)具有第二厚度，第二厚度大于第一厚度。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于第一導(dǎo)電型基底上形成柵極的步驟后，還包括于第一導(dǎo)電型基底上形成第二介電層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中形成第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)的步驟如下。首先，于基底上形成圖案化光致抗蝕劑層，此圖案化光致抗蝕劑層暴露柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底。接著，進(jìn)行離子注入工藝，形成第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)。之后，移除圖案化光致抗蝕劑層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括于柵極的第二側(cè)的基底中形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)，第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中形成第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)及于柵極的第二側(cè)的基底中形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)的步驟如下。于基底上形成第一圖案化光致抗蝕劑層，此第一圖案化光致抗蝕劑層暴露柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底。進(jìn)行第一離子注入工藝，形成第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)。接著，移除第一圖案化光致抗蝕劑層后，于基底上形成第二圖案化光致抗蝕劑層，此第二圖案化光致抗蝕劑層暴露柵極的第二側(cè)的第一導(dǎo)電型基底。然后，進(jìn)行第二離子注入工藝，形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)。之后，移除該第二圖案化光致抗蝕劑層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括于柵極的第二側(cè)的基底中形成第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)，第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于柵極的第一側(cè)及第二側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中形成第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)、第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)及于柵極的第二側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)的步驟如下。首先，進(jìn)行第一離子注入工藝，形成第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)與第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)。于第一導(dǎo)電型基底上形成圖案化光致抗蝕劑層，此圖案化光致抗蝕劑層暴露柵極的第二側(cè)的第一導(dǎo)電型基底。進(jìn)行第二離子注入工藝，形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)后，移除圖案化光致抗蝕劑層。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于柵極的側(cè)壁形成電荷儲存層的步驟如下。于第一導(dǎo)電型基底上形成電荷儲存材料層后，進(jìn)行各向異性蝕刻工藝，移除部分電荷儲存材料層。
本發(fā)明提供一種非揮發(fā)性存儲器的操作方法，適用于設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底的存儲單元，此存儲單元包括柵極，設(shè)置于該第一導(dǎo)電型基底上；第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與第二導(dǎo)電型源極區(qū)，設(shè)置于柵極的兩側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中；電荷儲存層，設(shè)置于柵極與第二導(dǎo)電型漏極區(qū)之間的第一導(dǎo)電型基底上；以及第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)，設(shè)置于柵極與第二導(dǎo)電型源極區(qū)之間的第一導(dǎo)電型基底中，在正常偏壓操作下，使存儲單元具有最大導(dǎo)通電流時的電壓為第一電壓，此方法包括利用溝道熱電子注入模式、價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱空穴注入模式、漏極崩潰引發(fā)熱空穴注入模式、溝道熱載子引發(fā)二次載子注入模式及的其中之一，使電子或空穴進(jìn)入電荷儲存層或從電荷陷入層排出。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中第一導(dǎo)電型為P型，第二導(dǎo)電型為N型。
由此以下所注記的電壓條件應(yīng)以該施作工藝參數(shù)為準(zhǔn)。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，以溝道熱電子注入模式使電子進(jìn)入電荷儲存層時，于柵極施加第二電壓，于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第三電壓，使第二導(dǎo)電型源極區(qū)與第一導(dǎo)電型基底接地，第二電壓為大于第一電壓，第三電壓為1.5～3倍的第一電壓。
第二電壓為3～7伏特，第三電壓為3～7伏特。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，以價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱空穴注入模式使空穴進(jìn)入電荷儲存層時，于柵極施加第四電壓，于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第五電壓，使第二導(dǎo)電型源極區(qū)為浮置，第一導(dǎo)電型基底為接地，第四電壓為小于0伏特，第五電壓為1.5～3倍的第一電壓。第四電壓為-3～-7伏特，第五電壓為3～7伏特。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，以漏極崩潰引發(fā)熱空穴注入模式使空穴進(jìn)入該電荷儲存層時，于該柵極施加第六電壓，于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第七電壓，于第二導(dǎo)電型源極區(qū)及第一導(dǎo)電型基底施加0伏特的電壓，第六電壓為大于存儲單元的啟始電壓、且小于第一電壓，第七電壓為1.5～3倍的第一電壓。第六電壓為0.4～2伏特，第七電壓為3～7伏特。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，以通道熱載子引發(fā)二次載子注入機(jī)制引發(fā)熱電子注入模式使電子進(jìn)入電荷儲存層時，于柵極施加第十七電壓，于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第十八電壓，于第二導(dǎo)電型源極區(qū)施加第十九電壓，于第一導(dǎo)電型基底施加第二十電壓。第十七電壓大于第一電壓，第十八電壓為1.5～3倍的第一電壓，第十九電壓介于0伏特與第一電壓之間，第二十電壓為小于0伏特。第十七電壓為3～7伏特，第十八電壓為3～7伏特，第十九電壓為0～2伏特，第二十電壓為0～-2伏特。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中第一導(dǎo)電型為N型，第二導(dǎo)電型為P型。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，以溝道熱電子注入模式使電子進(jìn)入電荷儲存層時，于柵極施加第八電壓，于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第九電壓，于第二導(dǎo)電型源極區(qū)及第一導(dǎo)電型基底施加0伏特的電壓，第八電壓為小于或等于存儲單元的啟始電壓，第九電壓為負(fù)的1.5～3倍的第一電壓。第八電壓為-3～-7伏特，第九電壓為-3～-7伏特。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，以價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱電子注入模式使電子進(jìn)入電荷儲存層時，于柵極施加第十電壓，于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第十一電壓，使第二導(dǎo)電型源極區(qū)浮置及于第一導(dǎo)電型基底施加0伏特的電壓，第十電壓為大于0伏特，第十一電壓為負(fù)的1.5～3倍的第一電壓。第十電壓為3～7伏特，第十一電壓為-3～-7伏特。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，還包括讀取存儲單元時，于柵極施加第十二電壓，于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第十三電壓，于第二導(dǎo)電型源極區(qū)施加第十四電壓，第十二電壓等于第一電壓。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，第十二電壓為2.5伏特，第十三電壓為1伏特，第十四電壓為0伏特。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，第十二電壓也可為2.5伏特，第十三電壓也可為0伏特或0.5伏特，第十四電壓也可為1伏特或1.5伏特。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，還包括以高能量射線抹除存儲單元中已儲存的電荷。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，高能量射線包括紫外線。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，還包括以FN穿遂效應(yīng)抹除存儲單元中已儲存的電荷。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，以FN穿遂效應(yīng)抹除存儲單元時，于柵極施加第十五電壓，于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第十六電壓，使第二導(dǎo)電型源極區(qū)及第一導(dǎo)電型基底浮置，第十五電壓與十六電壓的電壓差可引發(fā)FN穿遂效應(yīng)。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中第十五電壓為-6～-10伏特，第十六電壓為3～7伏特。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中第十五電壓為6～10伏特，第十六電壓為-3～-7伏特。
本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器，由于存儲單元的電荷儲存層是設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，與傳統(tǒng)SONOS存儲器的氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)層設(shè)置于柵極下方，大不相同。此結(jié)構(gòu)可以大幅地縮小元件尺寸。
而且，由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的制造方法能與一般互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體晶體管的工藝整合，無須多道光掩模的光刻蝕刻工藝，能夠縮短元件制作所需要的時間。
此外，由于本發(fā)明的存儲單元在源極側(cè)設(shè)置導(dǎo)電型態(tài)與源極區(qū)相同的淡摻雜區(qū)，在漏極側(cè)則不設(shè)置淡摻雜區(qū)或者使漏極側(cè)的基底成中性，甚至于漏極側(cè)設(shè)置導(dǎo)電型態(tài)與漏極區(qū)相反的淡摻雜區(qū)。因此，在讀取存儲單元時，不論順向讀取或反向讀取，所得到的導(dǎo)通電流較小，而可以得到優(yōu)選的元件效能。
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)說明如下。


圖1A為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖1B為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖1C為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖1D為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖1E為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖1F為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖2A為繪示由本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元所構(gòu)成的存儲單元陣列的實(shí)施例的電路簡圖。
圖2B為繪示對應(yīng)圖2A中的第一行存儲單元的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖3A為繪示由本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元所構(gòu)成的存儲單元陣列的實(shí)施例的電路簡圖。
圖3B為繪示對應(yīng)圖3A中的第一行存儲單元的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖4A至圖4E所繪示為本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的優(yōu)選實(shí)施例的制造流程剖面圖。
圖5A至圖5B所繪示為本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的優(yōu)選實(shí)施例的制造流程剖面圖。
圖6A至圖6C所繪示為本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的優(yōu)選實(shí)施例的制造流程剖面圖。
圖7A至圖7D所繪示為本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的優(yōu)選實(shí)施例的制造流程剖面圖。
圖8A至圖8C與8I所繪示為N型非揮發(fā)性存儲器的操作示意圖。
圖8D至圖8E所繪示為P型非揮發(fā)性存儲器的操作示意圖。
圖8F所繪示為對本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器進(jìn)行順向讀取操作的示意圖。
圖8G所繪示為對本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器進(jìn)行反向讀取操作的示意圖。
圖8H所繪示為對本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器進(jìn)行抹除操作的示意圖。
圖8I所繪示為N型非揮發(fā)性存儲器的操作示意圖。
簡單符號說明101a、101b、101c、101d、Q11～Q46存儲單元101e、101f記憶單元100、200第一導(dǎo)電型基底102、102a、202a柵介電層104、204a柵極106介電層108a、108b電荷儲存層110、218a第二導(dǎo)電型源極區(qū)112、218b第二導(dǎo)電型漏極區(qū)114、114a、114b、212、212a、212b第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)116、224、230第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)201a、201b、202、206介電層204導(dǎo)體層208、226圖案化光致抗蝕劑層210、216、220、222、224、225、228摻雜物注入步驟214電荷儲存層BL1～BL7位線d1、d2厚度D1～D3漏極區(qū)S1～S4源極區(qū)S/D摻雜區(qū)SL1～SL4源極線 WL1～WL6字線具體實(shí)施方式
圖1A為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。
請參照圖1A，本發(fā)明的存儲單元101a例如是設(shè)置在第一導(dǎo)電型基底100上。第一導(dǎo)電型基底100例如是硅基底。存儲單元例如是由柵介電層102、柵極104、介電層106、電荷儲存層108a與電荷儲存層108b以及第二導(dǎo)電型源極區(qū)110、第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112與第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)114所構(gòu)成。
柵極104例如設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底100上。柵極104的材料例如是摻雜多晶硅。
柵介電層102例如是設(shè)置于柵極104與第一導(dǎo)電型基底100之間。柵介電層102的材料例如是氧化硅。
第二導(dǎo)電型源極區(qū)110與第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112例如設(shè)置于柵極104兩側(cè)的第一導(dǎo)電型基底100中。
電荷儲存層108a與電荷儲存層108b例如設(shè)置于柵極104的側(cè)壁，其中電荷儲存層108a設(shè)置于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112與柵極104之間的基底上，電荷儲存層108b設(shè)置于第二導(dǎo)電型源極區(qū)112與柵極104之間的基底上。在本實(shí)施例中，只有電荷儲存層108a用于儲存電荷，而電荷儲存層108b則不會儲存電荷，可視作為絕緣間隙壁。電荷儲存層108a與電荷儲存層108b的材料例如是氮化硅。當(dāng)然，電荷儲存層108a與電荷儲存層108b的材料并不限于氮化硅，也可以是其它能夠使電荷陷入于其中的材料，例如氮氧化硅、氧化鉭、鈦酸鍶或氧化鉿等。
第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)114例如是設(shè)置于柵極104與第二導(dǎo)電型源極區(qū)110之間的第一導(dǎo)電型基底100中，亦即位于電荷儲存層108b下方。
在上述實(shí)施例中，若第一導(dǎo)電型為P型，第二導(dǎo)電型為N型，則存儲單元為N型溝道存儲單元；若第一導(dǎo)電型為N型，第二導(dǎo)電型為P型，則存儲單元為P型溝道存儲單元。
在本發(fā)明的存儲單元中，由于在第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112側(cè)未形成第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)，因此電荷儲存層108a可以用于儲存電荷。在第二導(dǎo)電型源極區(qū)110側(cè)形成第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)114，則電荷儲存層108b無法用于儲存電荷。而且，本發(fā)明的存儲單元的結(jié)構(gòu)簡單，其制作方法可以與一般的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝整合在一起。
圖1B為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的另一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。在圖1B中，構(gòu)件與圖1A相同者給予相同的標(biāo)號，并省略其說明。在此只針對其不同點(diǎn)作說明。
請參照圖1B，存儲單元101b包括在第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112側(cè)設(shè)置的第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)116。第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)116例如設(shè)置于柵極104與第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112之間的第一導(dǎo)電型基底100中，亦即位于電荷儲存層108a下方。
在圖1B所示的存儲單元101b中，由于在漏極側(cè)設(shè)置導(dǎo)電型態(tài)與源極/漏極區(qū)相反的淡摻雜區(qū)，因此有助于載子注入電荷儲存層108a。
圖1C為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的另一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。在圖1C中，構(gòu)件與圖1A相同者給予相同的標(biāo)號，并省略其說明。在此只針對其不同點(diǎn)作說明。
請參照圖1C，存儲單元101c包括在第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112側(cè)設(shè)置的第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)114a與第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)116。第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)116例如是設(shè)置于柵極104與第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112之間的第一導(dǎo)電型基底100中，亦即位于電荷儲存層108a下方。第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)114a例如設(shè)置于柵極104與第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112之間的第一導(dǎo)電型基底100中，亦即位于電荷儲存層108a下方。
在圖1C所示的存儲單元101c中，由于在漏極側(cè)設(shè)置有導(dǎo)電型態(tài)彼此相反的第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)114a與第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)116，因此可以使電荷儲存層108a下方的基底100維持在第一導(dǎo)電型態(tài)，而有助于載子注入電荷儲存層108a。
圖1D為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的另一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。在圖1D中，構(gòu)件與圖1A相同者給予相同的標(biāo)號，并省略其說明。在此只針對其不同點(diǎn)作說明。
請參照圖1D，在柵極104與第一導(dǎo)電型基底100之間的柵介電層102a在靠近第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112附近的厚度與靠近第二導(dǎo)電型源極區(qū)110附近的厚度不同。舉例來說，柵介電層102a在靠近第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112附近的厚度為d1；柵介電層102a在靠近第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112附近的厚度為d2。且厚度d2大于厚度d1。
在圖1D所示的存儲單元101d中，由于柵介電層102a在靠近第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112附近較厚，可以耐較高的電壓。因此可以降低在對漏極施加高電壓時所造成的柵介電層受到損害的問題。
圖1E為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的另一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。在圖1E中，構(gòu)件與圖1A相同者給予相同的標(biāo)號，并省略其說明。在此只針對其不同點(diǎn)作說明。
如圖1E所示，記憶單元101e例如由兩個成鏡向配置的存儲單元101a所構(gòu)成。亦即，兩個相鄰的存儲單元101a共享一個第二導(dǎo)電型源極區(qū)110。
由于兩個存儲單元共享一個第二導(dǎo)電型源極區(qū)110，因此可以增加元件集成度。當(dāng)然，在圖1E中所示為由兩個存儲單元101a所構(gòu)成的記憶單元101e，當(dāng)然也可以由兩個圖1B至圖1D所繪示存儲單元101b～存儲單元101d成鏡向配置而構(gòu)成記憶單元101e。
圖1F為繪示本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的另一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。在圖1F中，構(gòu)件與圖1E相同者給予相同的標(biāo)號，并省略其說明。在此只針對其不同點(diǎn)作說明。
如圖1F所示，記憶單元101f例如由兩個成鏡向配置的存儲單元101a所構(gòu)成。但是兩個存儲單元101a非?？拷?，而沒有設(shè)置第二導(dǎo)電型源極區(qū)110，但是會共享一個第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)114。由于兩個存儲單元101a之間未形成第二導(dǎo)電型源極區(qū)110，因此還可以增加元件集成度。
由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的電荷儲存層設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，與傳統(tǒng)SONOS存儲器的氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)層設(shè)置于柵極下方，大不相同。此結(jié)構(gòu)可以大幅地縮小元件尺寸，且其工藝簡單，無須多道光掩模的光刻蝕刻工藝，并能與一般互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體晶體管的工藝整合，能夠縮短元件制作所需要的時間。而且，在上述圖1A至圖1F的非揮發(fā)性存儲單元中，第二導(dǎo)電型漏極區(qū)112不必為與柵極自我對準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。
圖2A為繪示由本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元所構(gòu)成的存儲單元陣列的實(shí)施例的電路簡圖。圖2B為繪示對應(yīng)圖2A中的第一行存儲單元的結(jié)構(gòu)剖面圖。
如圖2A及圖2B所示，存儲單元陣列例如由存儲單元Q11～Q46、多條源極線SL1～SL4、多條位線BL1～BL4與多條字線WL1～WL6構(gòu)成。存儲單元Q11～Q46的結(jié)構(gòu)如前述圖1A～圖1D所示。在圖2B中，以圖1A所示的存儲單元為例作說明。
存儲單元Q11～Q46排列成行/列陣列。在X方向(行方向)上，存儲單元Q11～Q16例如是成鏡向配置。相鄰的兩個存儲單元Q11～Q16會共享一個源極區(qū)S或漏極區(qū)D。舉例來說，存儲單元Q11與Q12共享漏極區(qū)D1；存儲單元Q13與Q14共享漏極區(qū)D2；存儲單元Q15與Q16共享漏極區(qū)D3。存儲單元Q12與Q13共享源極區(qū)S2；存儲單元Q14與Q15共享源極區(qū)S3。
多條源極線SL1～SL4在Y方向(列方向)上平行排列，并連接同一列的存儲單元的源極區(qū)。舉例來說，源極線SL1連接存儲單元Q11～存儲單元Q41的源極區(qū)；源極線SL2連接存儲單元Q12～存儲單元Q41、存儲單元Q13～存儲單元Q43的源極區(qū)；...；依此類推，源極線SL4連接存儲單元Q16～存儲單元Q46的源極區(qū)。
多條位線BL1～BL4在X方向(行方向)上平行排列，連接同一行的存儲單元的漏極區(qū)。舉例來說，位線BL1連接存儲單元Q11～存儲單元Q16的漏極區(qū)；位線BL2連接存儲單元Q21～存儲單元Q26的漏極區(qū)；...；依此類推，位線BL4連接存儲單元Q41～存儲單元Q46的漏極區(qū)。
多條字線WL1～WL6在列方向上平行排列，并連接同一列的存儲單元的柵極。舉例來說，字線WL1連接存儲單元Q11～存儲單元Q41的柵極；字線WL2連接存儲單元Q12～存儲單元Q42的柵極；...；依此類推，字線WL6連接存儲單元Q16～存儲單元Q46的柵極。
圖3A為繪示由本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元所構(gòu)成的存儲單元陣列的另一實(shí)施例的電路簡圖。圖3B為繪示對應(yīng)圖3A中的第一行存儲單元的結(jié)構(gòu)剖面圖。
如圖3A及圖3B所示，存儲單元陣列例如是由存儲單元Q11～Q46、多條位線BL1～BL7與多條字線WL1～WL6。存儲單元Q11～Q46的結(jié)構(gòu)如前述圖1A～圖1D所示。在圖3B中，以圖1A所示的存儲單元為例作說明。
存儲單元Q11～Q46排列成行/列陣列。在X方向(行方向)上，存儲單元Q11～Q16例如是串聯(lián)連接在一起；存儲單元Q21～Q26例如是串聯(lián)連接在一起；...；依此類推，存儲單元Q41～Q46例如是串聯(lián)連接在一起。在此，所謂的串聯(lián)連接是指存儲單元的源極區(qū)會與前一個相鄰存儲單元的漏極區(qū)連接在一起，而此存儲單元的漏極區(qū)會與后一個存儲單元的源極區(qū)連接在一起。亦即，在行的方向上，相鄰兩個存儲單元會共享一個摻雜區(qū)S/D，此摻雜區(qū)S/D作為一個存儲單元的源極區(qū)，且作為另一個存儲單元的漏極區(qū)。
多條位線BL1～BL7在Y方向(列方向)上平行排列，連接同一列的摻雜區(qū)S/D。舉例來說，位線BL1連接存儲單元Q11～存儲單元Q41的一側(cè)摻雜區(qū)S/D；位線BL2連接存儲單元Q12～存儲單元Q42與存儲單元Q13～存儲單元Q42之間的摻雜區(qū)S/D；...；依此類推，位線BL6連接存儲單元Q15～存儲單元Q45與存儲單元Q16～存儲單元Q46之間的摻雜區(qū)S/D；位線BL7連接存儲單元Q16～存儲單元Q46另一側(cè)的摻雜區(qū)S/D。
多條字線WL1～WL6在行方向上平行排列，并連接同一行的存儲單元的柵極。舉例來說，字線WL1連接存儲單元Q11～存儲單元Q16的柵極；字線WL2連接存儲單元Q21～存儲單元Q26的柵極；...；依此類推，字線WL4連接存儲單元Q41～存儲單元Q46的柵極。
在本發(fā)明的存儲單元陣列中，由于存儲單元Q11～Q46的電荷儲存層設(shè)置在柵極的側(cè)壁，此結(jié)構(gòu)可以大幅地縮小元件尺寸，且其工藝簡單，無須多道光掩模的光刻蝕刻工藝，并能與一般互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體晶體管的工藝整合，能夠縮短元件制作所需要的時間。
接著，說明本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的制造方法。圖4A至圖4E所繪示為本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的優(yōu)選實(shí)施例的制造流程剖面圖。
請參照圖4A，首先，先提供第一導(dǎo)電型的基底200，并于基底200上形成一層介電層202與一層導(dǎo)體層204。第一導(dǎo)電型基底200例如是硅基底。介電層202的材料例如是氧化硅，其形成方法例如是熱氧化法。導(dǎo)體層204的材料例如是摻雜多晶硅，其形成方法例如是利用化學(xué)氣相沉積法形成一層未摻雜多晶硅之后，進(jìn)行離子注入步驟來形成，或者也可以采用臨場注入摻雜物的方式以化學(xué)氣相沉積法來形成。
請參照圖4B，圖案化導(dǎo)體層204與介電層202，以形成柵極204a與柵介電層202a。圖案化導(dǎo)體層204與介電層202的方法例如是光刻蝕刻技術(shù)。然后，于基底200上形成介電層206。介電層206的材料例如是氧化硅，其形成方法例如是熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法。
請參照圖4C，于基底200上形成一層圖案化光致抗蝕劑層208，此圖案化光致抗蝕劑層208暴露柵極204a的一側(cè)的基底200。圖案化光致抗蝕劑層208例如是利用光刻技術(shù)形成的。然后，以圖案化光致抗蝕劑層208為掩模，進(jìn)行摻雜物注入步驟210，而于基底200中形成第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)212。摻雜物注入步驟210例如是采用離子注入法將摻雜物注入基底200中。
請參照圖4D，移除圖案化光致抗蝕劑層208后，于柵極204側(cè)壁形成電荷儲存層214。電荷儲存層214的材料例如是氮化硅、氮氧化硅、氧化鉭、鈦酸鍶或氧化鉿等。電荷儲存層214的形成方法例如是先以化學(xué)氣相沉積法形成一層電荷儲存材料層后，利用各向異性蝕刻移除部分電荷儲存材料層而形成。
請參照圖4E，然后，以具有電荷儲存層214的柵極204a為掩模，進(jìn)行摻雜物注入步驟216，而于基底200中形成第二導(dǎo)電型源極區(qū)218a與第二導(dǎo)電型漏極區(qū)218b。摻雜物注入步驟216例如是采用離子注入法將摻雜物注入基底200中。
圖5A至圖5B所繪示為本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的另一優(yōu)選實(shí)施例的制造流程剖面圖。在圖5A至圖5B構(gòu)件與圖4A至圖4E相同者，給予相同的標(biāo)號，并省略其說明。
請參照圖5A，圖5A的步驟是接續(xù)于圖4C，于基底200中形成第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)212后，移除圖案化光致抗蝕劑層208。接著，于基底200上形成另一層圖案化光致抗蝕劑層220，此圖案化光致抗蝕劑層220暴露柵極204a的另一側(cè)(與第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)212相對的那一側(cè))的基底200。圖案化光致抗蝕劑層220例如利用光刻技術(shù)形成。然后，以圖案化光致抗蝕劑層220為掩模，進(jìn)行摻雜物注入步驟222，而于基底200中形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)224。摻雜物注入步驟222例如采用離子注入法將摻雜物注入基底200中。
請參照圖5B，移除圖案化光致抗蝕劑層220后，于柵極204側(cè)壁形成電荷儲存層214。然后，以具有電荷儲存層214的柵極204a為掩模，進(jìn)行摻雜物注入步驟216，而于基底200中形成第二導(dǎo)電型源極區(qū)218a與第二導(dǎo)電型漏極區(qū)218b。
圖6A至圖6C所繪示為本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的另一優(yōu)選實(shí)施例的制造流程剖面圖。在圖6A至圖6C構(gòu)件與圖4A至圖4E相同者，給予相同的標(biāo)號，并省略其說明。
請參照圖6A，圖6A的步驟是接續(xù)于圖4B，于基底200上形成柵極204a、柵介電層202a及介電層206后，以柵極204a為掩模，進(jìn)行摻雜物注入步驟225，而于柵極204a兩側(cè)的基底200中形成第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)212a及212b。摻雜物注入步驟225例如是采用離子注入法將摻雜物注入基底200中。
請參照圖6B，于基底200上形成一層圖案化光致抗蝕劑層226，此圖案化光致抗蝕劑層226暴露柵極204a的一側(cè)的基底200。圖案化光致抗蝕劑層226例如利用光刻技術(shù)形成。然后，以圖案化光致抗蝕劑層226為掩模，進(jìn)行摻雜物注入步驟228，而于基底200中形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)230。摻雜物注入步驟228例如是采用離子注入法將摻雜物注入基底200中。
請參照圖6C，移除圖案化光致抗蝕劑層226后，于柵極204側(cè)壁形成電荷儲存層214。然后，以具有電荷儲存層214的柵極204a為掩模，進(jìn)行摻雜物注入步驟216，而于基底200中形成第二導(dǎo)電型源極區(qū)218a與第二導(dǎo)電型漏極區(qū)218b。
圖7A至圖7D所繪示為本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的優(yōu)選實(shí)施例的制造流程剖面圖。在圖7A至圖7D構(gòu)件與圖4A至圖4E相同者，給予相同的標(biāo)號，并省略其說明。
請參照圖7A，首先，先提供第一導(dǎo)電型的基底200，并于基底200上形成一層介電層202與一層導(dǎo)體層204。第一導(dǎo)電型基底200例如是硅基底。介電層202例如由介電層201a與介電層201b所構(gòu)成。因此，介電層202具有兩種不同的厚度。介電層202的材料例如是氧化硅。介電層202的形成方法例如是先于基底200上形成一層介電層，然后圖案化此介電層以形成介電層201a，之后再于基底200上形成介電層201b。導(dǎo)體層204的材料例如是摻雜多晶硅，其形成方法例如利用化學(xué)氣相沉積法形成一層未摻雜多晶硅之后，進(jìn)行離子注入步驟而形成，或者也可以采用臨場注入摻雜物的方式以化學(xué)氣相沉積法而形成。
請參照圖7B，圖案化導(dǎo)體層204與介電層202，以形成柵極204a與門介電層202a。圖案化導(dǎo)體層204與介電層202的方法例如是光刻蝕刻技術(shù)。然后，于基底200上形成介電層206。介電層206的材料例如是氧化硅，其形成方法例如是熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法。
請參照圖7C，于基底200上形成一層圖案化光致抗蝕劑層208，此圖案化光致抗蝕劑層208暴露柵極204a的一側(cè)的基底200。圖案化光致抗蝕劑層208例如是利用光刻技術(shù)形成的。然后，以圖案化光致抗蝕劑層208為掩模，進(jìn)行摻雜物注入步驟210，而于基底200中形成第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)212。第二導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)212是形成在介電層202a厚度較薄的那一側(cè)。摻雜物注入步驟210例如是采用離子注入法將摻雜物注入基底200中。
請參照圖7D，移除圖案化光致抗蝕劑層208后，于柵極204側(cè)壁形成電荷儲存層214。然后，以具有電荷儲存層214的柵極204a為掩模，進(jìn)行摻雜物注入步驟216，而于基底200中形成第二導(dǎo)電型源極區(qū)218a與第二導(dǎo)電型漏極區(qū)218b。摻雜物注入步驟216例如是采用離子注入法將摻雜物注入基底200中。圖7A至圖7D中所示的淡摻雜區(qū)制作方法亦可以采用圖5A至圖5B的實(shí)施例及圖6A至圖6C的實(shí)施例的方法。
在本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的制造方法中，由于電荷儲存層形成在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，與傳統(tǒng)SONOS存儲器的氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)層設(shè)置于柵極下方，大不相同。因此，本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的制造方法能與一般互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體晶體管的工藝整合，并能夠縮短元件制作所需要的時間。
接著，說明本發(fā)明的操作方法。首先，針對N型溝道存儲單元作說明。圖8A至圖8C、圖8I所繪示為N型非揮發(fā)性存儲器的操作示意圖。圖8D至圖8E所繪示為P型非揮發(fā)性存儲器的操作示意圖。而且，在正常偏壓操作下，使存儲單元具有最大導(dǎo)通電流時的電壓為電壓VD，電壓VD例如是2.5伏特。
由此以下所注記的電壓條件應(yīng)以該施作工藝參數(shù)為準(zhǔn)。
如圖8A所示，于柵極施加電壓V1，電壓V1例如是大于電壓VD，其例如是3～7伏特。于N型漏極區(qū)施加電壓V2，電壓V2為1.5～3倍的電壓VD，其例如是3～7伏特。使N型源極區(qū)與P型基底接地。以利用溝道熱電子注入模式使電子進(jìn)入電荷儲存層。
如圖8B所示，于柵極施加電壓V3，電壓V3例如是小于0伏特，其例如是-3～-7伏特。于N型漏極區(qū)施加電壓V4，電壓V4為1.5～3倍的電壓VD，其例如是3～7伏特。使N型源極區(qū)為浮置，P型基底接地。以利用價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱空穴注入模式使空穴進(jìn)入電荷儲存層。
如圖8C所示，于柵極施加電壓V5，電壓V5例如是大于存儲單元的啟始電壓Vth且小于電壓VD，其例如是1伏特。于N型漏極區(qū)施加電壓V6，電壓V6為1.5～3倍的電壓VD，其例如是3～7伏特。于N型源極區(qū)及P型基底施加0伏特電壓。以利用漏極崩潰引發(fā)熱空穴注入模式使空穴進(jìn)入該電荷儲存層。
如圖8I所示，于柵極施加電壓V17，電壓V17例如大于電壓VD，其例如是3～7伏特。于N型漏極區(qū)施加電壓V18，電壓V18為1.5～3倍的電壓VD，其例如是3～7伏特。于N型源極區(qū)施加電壓V19，其例如是0～2伏特。于P型基底施加電壓V20，其例如是0～-2伏特。以利用通道熱載子引發(fā)二次載子注入模式使電子進(jìn)入電荷儲存層。
如圖8D所示，于柵極施加電壓V7，電壓V7例如是小于存儲單元的啟始電壓Vth，其例如是-3～-7伏特。于P型漏極區(qū)施加電壓V8，電壓V9為負(fù)的1.5～3倍的電壓VD，其例如是-3～-7伏特。于P型源極區(qū)與N型基底施加0伏特的電壓。以利用溝道熱電子注入模式使電子進(jìn)入電荷儲存層。
如圖8E所示，于柵極施加電壓V9，電壓V9例如是大于0伏特，其例如是3～7伏特。于P型漏極區(qū)施加電壓V10，電壓V10為負(fù)的1.5～3倍的電壓VD，其例如是-3～-7伏特。使P型源極區(qū)為浮置，并于N型基底施加0伏特的電壓。以利用價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱電子注入模式使電子進(jìn)入該電荷儲存層。
接著，說明本發(fā)明的讀取方法。圖8F與圖8G所繪示為本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的讀取操作示意圖。圖8F所繪示為順向讀取的示意圖，圖8G所繪示反向讀取的示意圖。
如圖8F所示，于柵極施加電壓Vr1，電壓Vr1例如等于電壓VD，其例如是2.5伏特。于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加電壓Vr2，電壓Vr2例如是1伏特。于第二導(dǎo)電型源極區(qū)施加0伏特的電壓。在上述偏壓情況下，可通過檢測存儲單元的溝道電流大小來判斷儲存于此存儲單元中的數(shù)字信息。
如圖8G所示，于柵極施加電壓Vr3，電壓Vr3例如等于電壓VD，其例如是2.5伏特。于第二導(dǎo)電型源極區(qū)施加電壓Vr4，電壓Vr4例如是1伏特或1.5伏特。于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加電壓Vr5，電壓Vr5例如是0伏特或0.5伏特的電壓。在上述偏壓情況下，可通過檢測存儲單元的溝道電流大小來判斷儲存于此存儲單元中的數(shù)字信息。
當(dāng)然，本發(fā)明非揮發(fā)性存儲器的操作方法，也可以利用高能量射線(如紫外線)或FN穿遂效應(yīng)抹除存儲單元中已儲存的電荷。
圖8H所繪示為對本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器進(jìn)行抹除操作的示意圖。
如圖8H所示，以FN穿遂效應(yīng)抹除存儲單元時，于柵極施加電壓Ve1，于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加電壓Ve2，使第二導(dǎo)電型源極區(qū)及第一導(dǎo)電型基底浮置。其中，電壓Ve1與電壓Ve2的電壓差可引發(fā)FN穿遂效應(yīng)。電壓Ve1為-6～-10伏特，電壓Ve2為3～7伏特。當(dāng)然，電壓Ve1也可以為6～10伏特，電壓Ve2也可以為-3～-7伏特。
在本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的操作方法中，利用溝道熱電子注入模式、價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱空穴注入模式、漏極崩潰引發(fā)熱空穴注入模式、溝道熱載子引發(fā)二次載子注入的其中之一，使電子或空穴進(jìn)入電荷儲存層，來達(dá)到程序化/抹除存儲單元的目的。而且，本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元，可以利用順向讀取或反向讀取來進(jìn)行讀取。此外，也可以利用高能量射線(如紫外線)或FN穿遂效應(yīng)來抹除存儲單元中已儲存的電荷。
此外，由于本發(fā)明的存儲單元在源極側(cè)設(shè)置導(dǎo)電型態(tài)與源極區(qū)相同的淡摻雜區(qū)，在漏極側(cè)則不設(shè)置淡摻雜區(qū)或者使漏極側(cè)的基底成中性，甚至于漏極側(cè)設(shè)置導(dǎo)電型態(tài)與漏極區(qū)相反的淡摻雜區(qū)。因此，在讀取存儲單元時，不論順向讀取或反向讀取，本發(fā)明的存儲單元與現(xiàn)有同時在源極測與漏極側(cè)設(shè)置有導(dǎo)電型態(tài)與源極區(qū)相同的淡摻雜區(qū)的存儲單元相比較，本發(fā)明的存儲單元的導(dǎo)通電流較小，而可以得到優(yōu)選的元件效能。
接著，說明本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器陣列的操作模式，其包括程序化、抹除與數(shù)據(jù)讀取等操作模式。就本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的操作方法而言，以下僅提供優(yōu)選實(shí)施例作為說明。但本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器陣列的操作方法，并不限定于這些方法。在下述說明中以圖2A及圖2B所示的記憶單元Q13為實(shí)例做說明。
請同時參照圖2A及圖2B，當(dāng)對選定存儲單元Q13進(jìn)行程序化操作時，于選定的字線WL3施加電壓Vp1，例如是5伏特。于選定的位線BL1施加電壓Vp2，例如是5伏特。使選定的源極線SL2接地。使其它非選定的字線WL1～WL2、WL4～WL6、非選定的位線BL2～BL4與源極線SL1、SL3～SL4接地。以利用溝道熱電子注入模式程序化選定存儲單元Q13。
請同時參照圖2A及圖2B，當(dāng)對選定存儲單元Q13進(jìn)行抹除操作時，于選定的字線WL3施加電壓Ve1，例如是-5伏特。于選定的位線BL1施加電壓Ve2，例如是5伏特。使選定的源極線SL2浮置。使其它非選定的字線WL1～WL2、WL4～WL6、非選定的位線BL2～BL4與源極線SL1、SL3～SL4接地。以利用價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱空穴注入模式抹除選定存儲單元Q13。當(dāng)然，亦可以于全部的字線WL1～WL6施加電壓Ve1，例如是-5伏特。于全部的位線BL1～BL4施加電壓Ve2，例如是5伏特。使全部的源極線SL2浮置。以抹除整個節(jié)區(qū)的存儲單元。
請同時參照圖2A及圖2B，當(dāng)對選定存儲單元Q13進(jìn)行讀取操作時，于選定的字線WL3施加電壓Vr1，其例如是2.5伏特。于選定的位線BL1施加電壓Vr2，其例如是0.5伏特。于選定的源極線SL2施加電壓Vr3，其例如是1伏特。使其它非選定的字線WL1～WL2、WL4～WL6、非選定的位線BL2～BL4與源極線SL1、SL3～SL4接地。以讀取選定存儲單元Q13。
在上述說明中，雖以存儲單元陣列中單一存儲單元為單位進(jìn)行操作，然而本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器陣列也可通過各字線、源極線、位線的控制，而以字節(jié)、節(jié)區(qū)，或是區(qū)塊為單位進(jìn)行程序化、抹除或讀取。
接著，說明本發(fā)明的另一非揮發(fā)性存儲器陣列的操作模式，其包括程序化、抹除與數(shù)據(jù)讀取等操作模式。在下述說明中以圖3A及圖3B所示的記憶單元Q13為實(shí)例做說明。
請同時參照圖3A及圖3B，當(dāng)對選定存儲單元Q13進(jìn)行程序化操作時，于選定的字線WL3施加電壓Vp1，例如是5伏特。于連接選定存儲單元Q13的漏極的選定位線BL4施加電壓Vp2，例如是5伏特。使連接選定存儲單元Q13的源極的選定位線BL3接地。于位于選定存儲單元的漏極側(cè)的非選定的位線BL5～BL7施加電壓Vp3，例如是3伏特，以抑制非選定的位線BL5～BL7所連接的存儲單元被程序化。使其它非選定的字線WL1～WL2、WL4～WL6、位于選定存儲單元的源極側(cè)的非選定的位線BL1～BL2接地。以利用溝道熱電子注入模式程序化選定存儲單元Q13。
請同時參照圖3A及圖3B，當(dāng)對選定存儲單元Q13進(jìn)行抹除操作時，于選定的字線WL3施加電壓Ve1，例如是-5伏特。于連接選定存儲單元Q13的漏極的選定位線BL4施加電壓Ve2，例如是5伏特。使連接選定存儲單元Q13的源極的選定位線BL3浮置。于位于選定存儲單元的漏極側(cè)的非選定的位線BL5～BL7施加電壓Vp3，例如是3伏特，以抑制非選定的位線BL5～BL7所連接的存儲單元被抹除。使其它非選定的字線WL1～WL2、WL4～WL6、位于選定存儲單元的源極側(cè)的非選定的位線BL1～BL2接地。以利用價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱空穴注入模式抹除選定存儲單元Q13。
請同時參照圖3A及圖3B，當(dāng)對選定存儲單元Q13進(jìn)行讀取操作時，于選定的字線WL3施加電壓Vr1，其例如是2.5伏特。于選定的位線BL3施加電壓Vr2，其例如是0.5伏特。于選定的位線BL4施加電壓Vr3，其例如是1伏特。于位于選定存儲單元的漏極側(cè)的非選定的位線BL5～BL7施加電壓Vr2，其例如是0.5伏特。于位于選定存儲單元的源極側(cè)的非選定的位線BL1～BL2施加電壓Vr3，其例如是1伏特。使其它非選定的字線WL1～WL2、WL4～WL6接地。以讀取選定存儲單元Q13。
在上述說明中，雖以存儲單元陣列中單一存儲單元為單位進(jìn)行操作，然而本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器陣列也可通過各字線、位線的控制，而以字節(jié)、節(jié)區(qū)，或是區(qū)塊為單位進(jìn)行程序化、抹除或讀取。
綜上所述，在本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器中，由于存儲單元的電荷儲存層是設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，與傳統(tǒng)SONOS存儲器的氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)層設(shè)置于柵極下方，大不相同。此結(jié)構(gòu)可以大幅地縮小元件尺寸。
而且，由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的制造方法能與一般互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體晶體管的工藝整合，無須多道光掩模的光刻蝕刻工藝，能夠縮短元件制作所需要的時間。
此外，由于本發(fā)明的存儲單元在源極側(cè)設(shè)置導(dǎo)電型態(tài)與源極區(qū)相同的淡摻雜區(qū)，在漏極側(cè)則不設(shè)置淡摻雜區(qū)或者使漏極側(cè)的基底成中性，甚至于漏極側(cè)設(shè)置導(dǎo)電型態(tài)與漏極區(qū)相反的淡摻雜區(qū)。因此，在讀取存儲單元時，不論順向讀取或反向讀取，所得到的導(dǎo)通電流較小，而可以得到優(yōu)選的元件效能。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實(shí)施例揭示如上，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)，可作些許的更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種非揮發(fā)性存儲器，包括第一存儲單元，設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底，該第一存儲單元包括柵極，設(shè)置于該第一導(dǎo)電型基底上，第二導(dǎo)電型漏極區(qū)，設(shè)置于該柵極的第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中；電荷儲存層，設(shè)置于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底上，且位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間；以及第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該柵極的第二側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，該第二側(cè)與該第一側(cè)相對。
2.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該第一導(dǎo)電型為P型，則該第二導(dǎo)電型為N型；該第一導(dǎo)電型為N型，則該第二導(dǎo)電型為P型。
3.如權(quán)利要求2所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
4.如權(quán)利要求2所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二存儲單元，該第二存儲單元的結(jié)構(gòu)與該第一存儲單元相同，且與該第一存儲單元成鏡向配置，共享該第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)。
5.如權(quán)利要求2所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二導(dǎo)電型源極區(qū)，設(shè)置于該柵極的該第二側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，其中該第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)位于該第二導(dǎo)電型源極區(qū)與該柵極之間。
6.如權(quán)利要求5所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
7.如權(quán)利要求5所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二存儲單元，該第二存儲單元的結(jié)構(gòu)與該第一存儲單元相同，且與該第一存儲單元成鏡向配置，共享該第二導(dǎo)電型源極區(qū)。
8.如權(quán)利要求5所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，且位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間。
9.如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
10.如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二存儲單元，該第二存儲單元的結(jié)構(gòu)與該第一存儲單元相同，且與該第一存儲單元成鏡向配置，共享該第二導(dǎo)電型源極區(qū)。
11.如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，且位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間。
12.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
13.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二存儲單元，該第二存儲單元的結(jié)構(gòu)與該第一存儲單元相同，且與該第一存儲單元成鏡向配置，共享該第二導(dǎo)電型源極區(qū)。
14.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二介電層，設(shè)置于該電荷儲存層與該第一導(dǎo)電型基底之間以及該電荷儲存層與該柵極之間。
15.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該電荷儲存層的材料包括氮化硅。
16.一種非揮發(fā)性存儲器，包括多個存儲單元，設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上，且排列成行/列陣列，各該些存儲單元包括柵極，設(shè)置于該第一導(dǎo)電型基底上，第二導(dǎo)電型漏極區(qū)，設(shè)置于該柵極的第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中；電荷儲存層，設(shè)置于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底上，且位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間；第二導(dǎo)電型源極區(qū)，設(shè)置于該柵極的第二側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，該第二側(cè)與該第一側(cè)相對；以及第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該第二導(dǎo)電型源極區(qū)與該柵極之間，其中在行的方向上，各該些存儲單元會和與其相鄰的該些存儲單元共享該第二導(dǎo)電型源極區(qū)或該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)；多條源極線，在列方向上平行排列，連接同一列的該些第二導(dǎo)電型源極區(qū)；多條位線，在行方向上平行排列，連接同一行的該些第二導(dǎo)電型漏極區(qū)；多條字線，在列方向上平行排列，連接同一列的該些存儲單元的該柵極。
17.如權(quán)利要求16所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該第一導(dǎo)電型為P型，則該第二導(dǎo)電型為N型；該第一導(dǎo)電型為N型，則該第二導(dǎo)電型為P型。
18.如權(quán)利要求16所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
19.如權(quán)利要求16所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，且位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間。
20.如權(quán)利要求19所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
21.如權(quán)利要求19所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，且位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間。
22.如權(quán)利要求21所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
23.如權(quán)利要求16所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二介電層，設(shè)置于該電荷儲存層與該第一導(dǎo)電型基底之間以及該電荷儲存層與該柵極之間。
24.如權(quán)利要求16所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該電荷儲存層的材料包括氮化硅。
25.一種非揮發(fā)性存儲器，包括多個存儲單元，設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上，且排列成行/列陣列，各該些存儲單元包括柵極，設(shè)置于該第一導(dǎo)電型基底上，第二導(dǎo)電型漏極區(qū)，設(shè)置于該柵極的第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中；電荷儲存層，設(shè)置于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底上，且位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間；第二導(dǎo)電型源極區(qū)，設(shè)置于該柵極的第二側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，該第二側(cè)與該第一側(cè)相對；以及第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該第二導(dǎo)電型源極區(qū)與該柵極之間，其中在行的方向上，各該些存儲單元串聯(lián)連接在一起；多條位線，在列方向上平行排列，連接同一列的該些第二導(dǎo)電型漏極區(qū)或該些第二導(dǎo)電型源極區(qū)；多條字線，在行方向上平行排列，連接同一行的該些存儲單元的該柵極。
26.如權(quán)利要求25所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該第一導(dǎo)電型為P型，則該第二導(dǎo)電型為N型；該第一導(dǎo)電型為N型，則該第二導(dǎo)電型為P型。
27.如權(quán)利要求25所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
28.如權(quán)利要求25所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，且位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間。
29.如權(quán)利要求28所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
30.如權(quán)利要求28所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中，且位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間。
31.如權(quán)利要求30所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第一介電層，設(shè)置于該柵極與該第一導(dǎo)電型基底之間，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度。
32.如權(quán)利要求25所述的非揮發(fā)性存儲器，還包括第二介電層，設(shè)置于該電荷儲存層與該第一導(dǎo)電型基底之間以及該電荷儲存層與該柵極之間。
33.如權(quán)利要求25所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該電荷儲存層的材料包括氮化硅。
34.一種非揮發(fā)性存儲器的制造方法，包括提供第一導(dǎo)電型基底；于該第一導(dǎo)電型基底上形成柵極；于該柵極的第一側(cè)的該基底中形成第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)；于該柵極的側(cè)壁形成電荷儲存層；以及于該柵極的該第一側(cè)的該基底中形成第二導(dǎo)電型源極區(qū)，并于該柵極的第二側(cè)的該基底中形成第二導(dǎo)電型漏極區(qū)，其中，該第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)形成于該第二導(dǎo)電型源極區(qū)與該柵極之間的該第一導(dǎo)電型基底中。
35.如權(quán)利要求34所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中該第一導(dǎo)電型為P型，則該第二導(dǎo)電型為N型；該第一導(dǎo)電型為N型，則該第二導(dǎo)電型為P型。
36.如權(quán)利要求34所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于該第一導(dǎo)電型基底上形成該柵極的步驟前，還包括于該第一導(dǎo)電型基底上形成第一介電層。
37.如權(quán)利要求36所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中該第一介電層在該第一側(cè)具有第一厚度，在該第二側(cè)具有第二厚度，該第二厚度大于該第一厚度。
38.如權(quán)利要求34所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于該第一導(dǎo)電型基底上形成該柵極的步驟后，還包括于該第一導(dǎo)電型基底上形成第二介電層。
39.如權(quán)利要求34所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中形成該第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)的步驟包括于該基底上形成圖案化光致抗蝕劑層，該圖案化光致抗蝕劑層暴露該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底；進(jìn)行離子注入工藝，形成該第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)；以及移除該圖案化光致抗蝕劑層。
40.如權(quán)利要求34所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括于該柵極的該第二側(cè)的該基底中形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)，該第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間。
41.如權(quán)利要求40所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中形成該第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)及于該柵極的該第二側(cè)的該基底中形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)的步驟包括于該基底上形成第一圖案化光致抗蝕劑層，該第一圖案化光致抗蝕劑層暴露該柵極的該第一側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底；進(jìn)行第一離子注入工藝，形成該第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)；移除該第一圖案化光致抗蝕劑層；于該基底上形成第二圖案化光致抗蝕劑層，該第二圖案化光致抗蝕劑層暴露該柵極的該第二側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底；進(jìn)行第二離子注入工藝，形成第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)；以及移除該第二圖案化光致抗蝕劑層。
42.如權(quán)利要求40所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括于該柵極的該第二側(cè)的該基底中形成第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)，該第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)位于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與該柵極之間。
43.如權(quán)利要求42所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于該柵極的該第一側(cè)及該第二側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中形成該第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)、該第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)及于該柵極的該第二側(cè)的該基底中形成該第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)的步驟包括進(jìn)行第一離子注入工藝，形成該第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)與該第二導(dǎo)電型第二淡摻雜區(qū)；于該基底上形成圖案化光致抗蝕劑層，該圖案化光致抗蝕劑層暴露該柵極的該第二側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底；進(jìn)行第二離子注入工藝，形成該第一導(dǎo)電型淡摻雜區(qū)；以及移除該圖案化光致抗蝕劑層。
44.如權(quán)利要求34所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中于該柵極的側(cè)壁形成該電荷儲存層的步驟包括于該第一導(dǎo)電型基底上形成電荷儲存材料層；以及進(jìn)行各向異性蝕刻工藝，移除部分該電荷儲存材料層。
45.一種非揮發(fā)性存儲器的操作方法，適用于設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底的存儲單元，該存儲單元包括柵極，設(shè)置于該第一導(dǎo)電型基底上；第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與第二導(dǎo)電型源極區(qū)，設(shè)置于該柵極的兩側(cè)的該第一導(dǎo)電型基底中；電荷儲存層，設(shè)置于該柵極與該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)之間的該第一導(dǎo)電型基底上；以及第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)，設(shè)置于該柵極與該第二導(dǎo)電型源極區(qū)之間的該第一導(dǎo)電型基底中，在正常偏壓操作下，使該存儲單元具有最大導(dǎo)通電流時的電壓為第一電壓，該方法包括利用溝道熱電子(洞)注入模式、價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱空穴(子)注入模式、漏極崩潰引發(fā)熱空穴注入模式及其中之一，使電子或空穴進(jìn)入該電荷儲存層。
46.如權(quán)利要求45所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第一導(dǎo)電型為P型，該第二導(dǎo)電型為N型。
47.如權(quán)利要求46所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中以溝道熱電子注入模式使電子進(jìn)入該電荷儲存層時，于該柵極施加第二電壓，于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第三電壓。
48.如權(quán)利要求47所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，使該第二導(dǎo)電型源極區(qū)與該第一導(dǎo)電型基底接地，該第二電壓為大于該第一電壓，該第三電壓為1.5～3倍的該第一電壓。
49.如權(quán)利要求48所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第二電壓為3～7伏特，該第三電壓為3～7伏特。
50.如權(quán)利要求46所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中以價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱空穴注入模式使空穴進(jìn)入該電荷儲存層時，于該柵極施加第四電壓，于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第五電壓。
51.如權(quán)利要求50所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，使該第二導(dǎo)電型源極區(qū)為浮置，該第一導(dǎo)電型基底為接地，該第四電壓為低于0伏特，該第五電壓為1.5～3倍的該第五電壓。
52.如權(quán)利要求51所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第四電壓為-3～-7伏特，該第五電壓為3～7伏特。
53.如權(quán)利要求46所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中漏極崩潰引發(fā)熱空穴注入模式使空穴進(jìn)入該電荷儲存層時，于該柵極施加第六電壓，于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第七電壓。
54.如權(quán)利要求53所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，于該第二導(dǎo)電型源極區(qū)及該第一導(dǎo)電型基底施加0伏特的電壓，該第六電壓為大于該存儲單元的啟始電壓、且小于該第一電壓，該第七電壓為1.5～3倍的該第一電壓。
55.如權(quán)利要求54所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第六電壓為0.4～2伏特，該第七電壓為3～7伏特。
56.如權(quán)利要求45所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第一導(dǎo)電型為N型，該第二導(dǎo)電型為P型。
57.如權(quán)利要求56所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中以溝道熱電子注入模式使電子進(jìn)入該電荷儲存層時，于該柵極施加第八電壓，于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第九電壓。
58.如權(quán)利要求56所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，于該第二導(dǎo)電型源極區(qū)及該第一導(dǎo)電型基底施加0伏特的電壓，該第八電壓為小于或等于該存儲單元的啟始電壓，該第九電壓為負(fù)的1.5～3倍的該第一電壓。
59.如權(quán)利要求58所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第八電壓為-3～-7伏特，該第九電壓為-3～-7伏特。
60.如權(quán)利要求56所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中以價帶-導(dǎo)帶間穿隧機(jī)制引發(fā)熱電子注入模式使電子進(jìn)入該電荷儲存層時，于該柵極施加第十電壓，于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第十一電壓。
61.如權(quán)利要求60所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，使該第二導(dǎo)電型源極區(qū)浮置及于該第一導(dǎo)電型基底施加0伏特的電壓，該第十電壓為大于0伏特，該第十一電壓為負(fù)的1.5～3倍的該第一電壓。
62.如權(quán)利要求61所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第十電壓為3～7伏特，該第十一電壓為-3～-7伏特。
63.如權(quán)利要求45所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，還包括讀取該存儲單元時，于該柵極施加第十二電壓，于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第十三電壓，于該第二導(dǎo)電型源極區(qū)施加第十四電壓，該第十二電壓等于該第一電壓。
64.如權(quán)利要求58所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第十二電壓為使柵極下方通道得以導(dǎo)通，而第十三電壓高于第十四電壓。
65.如權(quán)利要求64所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第十二電壓為2.5伏特，該第十三電壓為1伏特，該第十四電壓為0伏特。
66.如權(quán)利要求63所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第十二電壓為使柵極下方通道得以導(dǎo)通，而第十四電壓高于第十三電壓。
67.如權(quán)利要求66所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第十二電壓為2.5伏特，該第十三電壓為0伏特或0.5伏特，該第十四電壓為1伏特或1.5伏特。
68.如權(quán)利要求45所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，還包括以高能量射線抹除該存儲單元中已儲存的電荷。
69.如權(quán)利要求68所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該高能量射線包括紫外線。
70.如權(quán)利要求45所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，還包括以FN穿遂效應(yīng)抹除該存儲單元中已儲存的電荷。
71.如權(quán)利要求70所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中以FN穿遂效應(yīng)抹除該存儲單元時，于該柵極施加第十五電壓，于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第十六電壓，使該第二導(dǎo)電型源極區(qū)及該第一導(dǎo)電型基底浮置，該第十五電壓與該十六電壓的電壓差可引發(fā)FN穿遂效應(yīng)。
72.如權(quán)利要求71所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第十五電壓為-6～-10伏特，該第十六電壓為3～7伏特。
73.如權(quán)利要求71所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第十五電壓為6～10伏特，該第十六電壓為-3～-7伏特。
74.如權(quán)利要求45所述的非揮發(fā)存儲器的操作方法，還包括以通道熱載子引發(fā)二次載子注入機(jī)制使電荷進(jìn)入電荷儲存層。
75.如權(quán)利要求56所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中以通道熱載子引發(fā)二次載子注入機(jī)制引發(fā)熱電子注入模式使電子進(jìn)入該電荷儲存層時，于該柵極施加第十七電壓，于該第二導(dǎo)電型漏極區(qū)施加第十八電壓，該第二導(dǎo)電型源極區(qū)施加第十九電壓，該第一導(dǎo)電型基底施加第二十電壓。
76.如權(quán)利要求75所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第十七電壓大于第一電壓，該第十八電壓為負(fù)的1.5～3倍的該第一電壓，該第十九電壓介于第一電壓與0伏特之間，該第二十電壓小于等于0伏特。
77.如權(quán)利要求76所述的非揮發(fā)性存儲器的操作方法，其中該第十七電壓為3～7伏特，該第十八電壓為-3～-7伏特，第十九電壓為0～2伏特，第二十電壓為0～-2伏特。
全文摘要
一種非揮發(fā)性存儲器設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上，其具有柵極、第二導(dǎo)電型漏極區(qū)、電荷儲存層以及第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)。柵極設(shè)置于第一導(dǎo)電型基底上。第二導(dǎo)電型漏極區(qū)設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中。電荷儲存層設(shè)置于柵極的第一側(cè)的第一導(dǎo)電型基底上，且位于第二導(dǎo)電型漏極區(qū)與柵極之間。第二導(dǎo)電型第一淡摻雜區(qū)設(shè)置于柵極的第二側(cè)的第一導(dǎo)電型基底中，其中第二側(cè)與第一側(cè)相對。
文檔編號H01L21/336GK1967879SQ20061014255
公開日2007年5月23日 申請日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者王世辰, 陳信銘, 盧俊宏, 何明洲, 沈士杰, 徐清祥 申請人:力旺電子股份有限公司