n溝道SONOS器件及其編譯方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種n溝道SONOS器件，包括：p型半導(dǎo)體襯底，其包括n型摻雜的源區(qū)和漏區(qū)，以及位于源漏區(qū)之間的p型摻雜的暈圈注入?yún)^(qū)；以及位于p型半導(dǎo)體襯底上n型摻雜的源漏區(qū)之間的柵極結(jié)構(gòu)，該柵極結(jié)構(gòu)依次包括遂穿氧化層、氮化硅層、阻擋氧化層和多晶硅柵極。當(dāng)n溝道SONOS器件編譯時，通過在多晶硅柵極上施加正的柵極電壓、在源區(qū)施加0V的源極電壓、在漏區(qū)施加大于源極電壓的漏極電壓以及在襯底上施加正的襯底電壓，在柵極電壓和源極電壓的電壓差作用下使得暈圈注入?yún)^(qū)靠近源區(qū)和遂穿氧化層的區(qū)域中產(chǎn)生帶帶遂穿電子，該帶帶遂穿電子在襯底電壓和源極電壓的電壓差作用下加速并在柵極電壓作用下進(jìn)入遂穿氧化層。本發(fā)明能夠解決p溝道SONOS存儲器件的擦除飽和的問題。
【專利說明】η溝道SONOS器件及其編譯方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及存儲器，尤其涉及一種η溝道SONOS器件。

【背景技術(shù)】
[0002]對于NOR閃存記憶單元，限制其尺寸繼續(xù)縮減的最重要因素是柵長的進(jìn)一步縮短。這主要是由于NOR閃存記憶單元所采用的溝道熱電子(CHE)注入的編譯方式要求器件漏端有一定的電壓，而這一電壓對源漏端的穿透會產(chǎn)生很大的影響，對于短溝道器件溝道熱電子(CHE)方式不適用。根據(jù)文獻(xiàn)“G.Servalli, et al., IEDM Tech.Dig.，35_1，2005”預(yù)測，傳統(tǒng)閃存結(jié)構(gòu)的柵長縮小的物理極限是130nm。
[0003]Shuo Ji Shukuri 等人發(fā)表的文章“A 60nm NOR Flash Memory Cell TechnologyUtilizing Back Bias Assisted Band—to—Band Tunneling Induced Hot ElectronInject1n (B4_Flash) ”提出了一種新型的利用襯底偏壓協(xié)助的帶帶遂穿引起的熱電子來進(jìn)行編譯的S0N0S型P溝道記憶單元，能夠進(jìn)一步縮小器件尺寸。如圖1所示，首先是由柵極和漏極電壓產(chǎn)生的垂直電場(Vg-Vd)產(chǎn)生帶到帶遂穿電子，然后這些電子受到襯底偏置電壓和漏極電壓產(chǎn)生的結(jié)電場(Vd-Vb)加速到離開漏極一定距離的區(qū)域，最后在襯底偏置電壓和柵極電壓的垂直電場的作用下注入到電荷存儲層。在這樣的背柵偏壓的的協(xié)助下，源漏端的電壓差可以很小，這樣可以保證器件尺寸能夠縮小。
[0004]然而，現(xiàn)有的S0N0S型器件均為ρ溝道閃存，當(dāng)關(guān)鍵尺寸縮小到60nm以下時，存在工藝制造困難，如遇到無法解決的擦除飽和問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠解決擦除飽和問題的η溝道S0N0S器件。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]一種η溝道S0N0S器件，包括:ρ型半導(dǎo)體襯底，其包括η型摻雜的源區(qū)和漏區(qū)，以及位于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的P型摻雜的暈圈注入?yún)^(qū)；以及位于所述P型半導(dǎo)體襯底上所述η型摻雜的源區(qū)和漏區(qū)之間的柵極結(jié)構(gòu)，該柵極結(jié)構(gòu)從所述P型半導(dǎo)體襯底向上依次包括遂穿氧化層、氮化硅層、阻擋氧化層和多晶硅柵極。其中，當(dāng)所述η溝道S0N0S器件編譯時，通過在所述多晶硅柵極上施加正的柵極電壓、在所述源區(qū)施加OV的源極電壓、在所述漏區(qū)施加大于所述源極電壓的漏極電壓以及在所述襯底上施加正的襯底電壓，在所述柵極電壓和源極電壓的電壓差作用下使得所述暈圈注入?yún)^(qū)靠近所述源區(qū)和遂穿氧化層的區(qū)域中產(chǎn)生帶帶遂穿電子，該帶帶遂穿電子在所述襯底電壓和源極電壓的電壓差作用下加速并在所述柵極電壓作用下進(jìn)入所述遂穿氧化層。
[0008]優(yōu)選的，所述柵極電壓為10V?15V,所述漏極電壓為1.5V?2V,所述襯底偏壓為3V ?4V。
[0009]優(yōu)選的，所述暈圈注入?yún)^(qū)摻雜硼，其能量為2KeV?4KeV，劑量為Ie1Vcm2?Ie14/cm2,慘雜濃度為 5e17/cm3 ?5e18/cm3。
[0010]優(yōu)選的,所述遂穿氧化層的厚度為6?1nm,所述氮化娃層厚度為5?1nm,所述阻擋氧化層的厚度為--12nm,所述多晶娃柵極的厚度為70nm?150nm。
[0011]進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了一種SONOS器件的編譯方法，該SONOS器件包括ρ型半導(dǎo)體襯底，位于該襯底內(nèi)的η型摻雜的源區(qū)和漏區(qū)，位于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的ρ型摻雜的暈圈注入?yún)^(qū)；以及位于該源區(qū)和漏區(qū)之間的該襯底上的一柵極結(jié)構(gòu)，其中該柵極結(jié)構(gòu)由該P型半導(dǎo)體襯底往上依次包括遂穿氧化層、氮化硅層、阻擋氧化層和多晶硅柵極，該編譯方法包括:對該多晶硅柵極施加正的柵極電壓，對該源區(qū)施加OV的源極電壓，對該漏區(qū)施加大于所述源極電壓的漏極電壓，以及對該襯底施加正的襯底電壓，在所述柵極電壓和源極電壓的電壓差作用下使得所述暈圈注入?yún)^(qū)靠近所述源區(qū)和柵氧化層的區(qū)域中產(chǎn)生帶帶遂穿電子，該帶帶遂穿電子在所述襯底電壓和源極電壓的電壓差作用下加速并在所述柵極電壓作用下進(jìn)入所述遂穿氧化層。
[0012]優(yōu)選的，所述柵極電壓為1V?15V,所述漏極電壓為1.5V?2V,所述襯底電壓為3V ?4V。
[0013]優(yōu)選的，所述暈圈注入?yún)^(qū)摻雜硼，其能量為2KeV?4KeV，劑量為le13/cm2?Ie14/cm2,慘雜濃度為 5e17/cm3 ?5e18/cm3。
[0014]優(yōu)選的,所述遂穿氧化層的厚度為6?1nm,所述氮化娃層厚度為5?1nm,所述阻擋氧化層的厚度為--12nm,所述多晶娃柵極的厚度為70nm?150nm。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于，SONOS器件編譯時通過在器件源端施加OV電壓，柵極與源極的巨大的電勢差導(dǎo)致暈圈注入?yún)^(qū)靠近源極區(qū)域的能帶強(qiáng)烈彎曲，引起電子從價帶量子遂穿到導(dǎo)帶(帶帶遂穿)，而遂穿到導(dǎo)帶的電子在襯底正偏壓所造成的耗盡區(qū)強(qiáng)電場作用下被加速，最后在柵極正電壓作用下克服襯底硅與柵氧化層之間的勢壘而躍遷到氧化層。另一方面，由于漏區(qū)加正偏壓，故靠近漏區(qū)的暈圈注入?yún)^(qū)電勢較高，能帶不會彎曲很多，不會產(chǎn)生帶帶遂穿電子。通過背柵偏壓的協(xié)助，源漏端電壓差可以很小，因此能夠保證器件尺寸的進(jìn)一步縮小。此外，由于本發(fā)明的SONOS器件為η溝道，只要在控制柵進(jìn)行ρ型雜質(zhì)注入減少控制柵的電子富余就可以方便地解決擦除飽和的問題，相比于現(xiàn)有技術(shù)中P溝道的SONOS型B4-flash器件更容易制造。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一實施例η溝道SONOS器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2顯示了本發(fā)明一實施例η溝道SONOS器件的暈圈注入?yún)^(qū)靠近源區(qū)的能帶圖；
[0018]圖3顯示了本發(fā)明一實施例η溝道SONOS器件的暈圈注入?yún)^(qū)靠近漏區(qū)的能帶圖。

【具體實施方式】
[0019]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0020]圖1所示為本發(fā)明一實施例的η溝道SONOS器件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中虛線代表耗盡區(qū)邊界，黑色實心圓圈代表電子。如圖1所示，η溝道SONOS器件包括ρ型半導(dǎo)體襯底10，位于P型半導(dǎo)體襯底10中的η型摻雜的源區(qū)16a和漏區(qū)16b、位于源漏區(qū)之間的ρ型摻雜的暈圈注入?yún)^(qū)(halo) 15，以及位于半導(dǎo)體襯底上源漏區(qū)之間的柵極結(jié)構(gòu)。本實施中，柵極結(jié)構(gòu)從襯底10向上依次包括遂穿氧化層11、氮化硅層12、阻擋氧化層13和多晶硅柵14。氮化硅層12作為存儲電子的介質(zhì)層，遂穿氧化層11、氮化硅層12、阻擋氧化層13構(gòu)成ONO層。其中，遂穿氧化層11的厚度為6?1nm,氮化娃層12厚度為5?1nm,阻擋氧化層13的厚度為7?12nm,多晶娃柵極14的厚度為70nm?150nm。作為較佳實施例,柵極結(jié)構(gòu)的柵長選取為58nm，遂穿氧化層11厚度為5.5nm，氮化硅12厚度選取為7nm，阻擋氧化層厚度為9nm,多晶娃柵厚度為90nm。柵極結(jié)構(gòu)的制造工藝采用常規(guī)的CMOS工藝,在此不做贅述。
[0021]暈圈注入?yún)^(qū)15位于源漏區(qū)16a和16b之間，其中摻雜有ρ型離子，如硼或銦。暈圈注入?yún)^(qū)15除了能夠防止穿通(源漏耗盡層連通)和短溝道效應(yīng)以外，本發(fā)明中還作為產(chǎn)生帶帶遂穿(BTBT,Band to Band Tunneling)電子的場所。而為了使帶帶遂穿電子產(chǎn)生后更易被加速和獲得能量，暈圈注入?yún)^(qū)具有較高的雜質(zhì)濃度以增加PN結(jié)耗盡區(qū)的電場強(qiáng)度。本實施例中暈圈注入?yún)^(qū)15摻雜的是硼離子，硼的注入能量為2?4KeV，注入劑量Ie1Vcm2?le14/cm2,硼的摻雜濃度為5e17/cm3?5e18/cm3。本實施例中，暈圈注入?yún)^(qū)連結(jié)為一體,但在其他實施例中暈圈注入?yún)^(qū)也可以是分開的兩個。暈圈注入?yún)^(qū)的注入可在柵極結(jié)構(gòu)形成后、柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁間隔物形成之前進(jìn)行。完成暈圈注入后，再依次進(jìn)行側(cè)壁間隔物的制作和源漏離子注入的步驟。η溝道SONOS器件的制造工藝與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，沒有太大的改動，能夠在一般的半導(dǎo)體制造公司生產(chǎn)。
[0022]以下將結(jié)合圖1和圖2對本發(fā)明的η溝道SONOS器件的編譯過程加以說明。當(dāng)η溝道SONOS器件編譯時，在多晶硅柵極14上施加了一個正的柵極電壓Vg (+)、在源區(qū)16a施加了一個OV的源極電壓Vs、在漏區(qū)16b施加了一個大于源極電壓Vs的漏極電壓Vd,此外還在P型襯底10上施加一個正的襯底電壓Vb。其中，襯底電壓Vb大于漏極電壓Vd但小于柵極電壓Vcg。較佳的,柵極電壓Vg為1V?15V,漏極電壓Vd為1.5V?2V,襯底電壓Vb為3V?4V。以Vg = 12V, Vs = 0V, Vd = 1.8V, Vb = 4V為例，由于柵極電壓Vg與源極電壓Vs (OV)的電壓差非常大，造成暈圈注入?yún)^(qū)中靠近源區(qū)的能帶強(qiáng)烈彎曲，如圖2所示，弓丨起暈圈注入?yún)^(qū)靠近源區(qū)和柵氧化層的區(qū)域中的電子從價帶量子隧穿到導(dǎo)帶而產(chǎn)生帶帶隧穿(Band to Band Tunneling,BTBT)電子。隧穿到導(dǎo)帶的BTBT電子在由襯底正偏壓Vb和源極電壓Vs引起的耗盡區(qū)的橫向的強(qiáng)電場(Vd-Vb)作用下被加速，獲得足夠的能量，最后在柵極正電壓Vg的作用下克服硅襯底與遂穿氧化層之間勢壘，躍遷到0N0層的遂穿氧化層中。如圖3所示，由于漏區(qū)也施加正偏壓1.8V，所以靠近漏區(qū)的暈圈注入?yún)^(qū)的電勢較高，能帶不會彎曲很多，故不會產(chǎn)生BTBT電子。
[0023]綜上所述，本發(fā)明的η溝道S0N0S器件通過在器件源端施加OV電壓，造成暈圈注入?yún)^(qū)靠近源端處能帶因柵極與源極巨大的電勢差強(qiáng)烈彎曲，引起從價帶量子遂穿到導(dǎo)帶(帶帶遂穿)的電子生成于暈圈注入?yún)^(qū)靠近源端和柵氧化層的區(qū)域，而遂穿到導(dǎo)帶的電子在襯底正偏壓所引起的耗盡區(qū)強(qiáng)電場作用下被加速，最后在柵極正電壓作用下克服襯底硅與遂穿氧化層之間的勢壘而躍遷到柵氧化層以此實現(xiàn)編譯工作。通過背柵偏壓的協(xié)助，源漏端電壓差可以很小，因此能夠保證器件尺寸的進(jìn)一步縮小。此外，由于本發(fā)明的S0N0S器件為η溝道，只要在控制柵進(jìn)行ρ型雜質(zhì)注入減少控制柵的電子富余就可以方便地解決擦除飽和的問題，相比于現(xiàn)有技術(shù)中P溝道的S0N0S型B4-flash器件更容易制造。
[0024] 雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然所述諸多實施例僅為了便于說明而舉例而已，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)明精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種η溝道SONOS器件，其特征在于，包括: P型半導(dǎo)體襯底，其包括η型摻雜的源區(qū)和漏區(qū)，以及位于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的P型摻雜的暈圈注入?yún)^(qū)；以及 位于所述P型半導(dǎo)體襯底上所述η型摻雜的源區(qū)和漏區(qū)之間的柵極結(jié)構(gòu)，該柵極結(jié)構(gòu)從所述P型半導(dǎo)體襯底向上依次包括遂穿氧化層、氮化硅層、阻擋氧化層和多晶硅柵極， 其中，當(dāng)所述η溝道SONOS器件編譯時，通過在所述多晶硅柵極上施加正的柵極電壓、在所述源區(qū)施加OV的源極電壓、在所述漏區(qū)施加大于所述源極電壓的漏極電壓以及在所述襯底上施加正的襯底電壓，在所述柵極電壓和源極電壓的電壓差作用下使得所述暈圈注入?yún)^(qū)靠近所述源區(qū)和遂穿氧化層的區(qū)域中產(chǎn)生帶帶遂穿電子，該帶帶遂穿電子在所述襯底電壓和源極電壓的電壓差作用下加速并在所述柵極電壓作用下進(jìn)入所述遂穿氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的η溝道SONOS器件，其特征在于，所述柵極電壓為1V?15V，所述漏極電壓為1.5V?2V，所述襯底偏壓為3V?4V。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的η溝道SONOS器件，其特征在于，所述暈圈注入?yún)^(qū)摻雜硼，其能量為 2KeV ?4KeV，劑量為 le13/cm2 ?le14/cm2，摻雜濃度為 5e17/cm3 ?5e18/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的η溝道SONOS器件，其特征在于，所述遂穿氧化層的厚度為6?1nm,所述氮化娃層厚度為5?1nm,所述阻擋氧化層的厚度為7?12nm,所述多晶娃柵極的厚度為70nm?150nm。
5.一種η溝道SONOS器件的編譯方法，該SONOS器件包括ρ型半導(dǎo)體襯底，位于該襯底內(nèi)的η型摻雜的源區(qū)和漏區(qū)，位于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的P型摻雜的暈圈注入?yún)^(qū)；以及位于該源區(qū)和漏區(qū)之間的該襯底上的一柵極結(jié)構(gòu)，其中該柵極結(jié)構(gòu)由該P型半導(dǎo)體襯底往上依次包括遂穿氧化層、氮化硅層、阻擋氧化層和多晶硅柵極，其特征在于，該編譯方法包括: 對該多晶娃柵極施加正的柵極電壓，對該源區(qū)施加OV的源極電壓,對該漏區(qū)施加大于所述源極電壓的漏極電壓，以及對該襯底施加正的襯底電壓，在所述柵極電壓和源極電壓的電壓差作用下使得所述暈圈注入?yún)^(qū)靠近所述源區(qū)和柵氧化層的區(qū)域中產(chǎn)生帶帶遂穿電子，該帶帶遂穿電子在所述襯底電壓和源極電壓的電壓差作用下加速并在所述柵極電壓作用下進(jìn)入所述遂穿氧化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的編譯方法，其特征在于，所述柵極電壓為1V?15V，所述漏極電壓為1.5V?2V，所述襯底電壓為3V?4V。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的編譯方法，其特征在于，所述暈圈注入?yún)^(qū)摻雜硼，其能量為2KeV ?4KeV,劑量為 Ie1Vcm2 ?le14/cm2,慘雜濃度為 5e17/cm3 ?5e18/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的編譯方法，其特征在于，所述遂穿氧化層的厚度為6?10nm，所述氮化硅層厚度為5?10nm，所述阻擋氧化層的厚度為7?12nm，所述多晶硅柵極的厚度為 70nm ?150nm。
【文檔編號】H01L29/792GK104241396SQ201410428695
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】顧經(jīng)綸 申請人:上海華力微電子有限公司