專利名稱:包括雙隧道氧化物層的閃存單元及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件。更具體地，本發(fā)明涉及一種閃存單元及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般而言，閃存是一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其被設(shè)計(jì)用于執(zhí)行可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)的編程方法以及電可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)的擦寫方法，并且閃存被恰當(dāng)?shù)孛麨榭扉WEEPROM。閃存不僅可以在斷電時(shí)保持已存儲(chǔ)的信息，還可以自由地輸入和輸出信息，因此，近來閃存廣泛地應(yīng)用于數(shù)字電視、可攜式數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理以及游戲機(jī)等等。
根據(jù)單元結(jié)構(gòu)，通常閃存可分為堆疊柵極型和分離柵極型。其中，堆疊柵極型閃存具有這樣的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，即將用于存儲(chǔ)電荷的浮置柵極和施加了驅(qū)動(dòng)電源的控制柵極簡(jiǎn)單地堆疊的結(jié)構(gòu)。
圖1示意性地示出普通堆疊柵極型閃存的存儲(chǔ)單元。參照?qǐng)D1，沿閃存的位線方向，在半導(dǎo)體襯底10上形成限定有源器件區(qū)的多個(gè)隔離層(未示出)。在相鄰的隔離層之間的有源器件區(qū)上依次形成隧道氧化物層20、浮置柵極22、柵極間絕緣層24以及控制柵極26。在半導(dǎo)體襯底10的表面上形成源極和漏極擴(kuò)散區(qū)14，其中，源極擴(kuò)散區(qū)和漏極擴(kuò)散區(qū)隔著浮置柵極22下的溝道區(qū)相互分開。
如圖1所示，通過以溝道熱電子注入模式將漏極電子注入浮置柵極，對(duì)堆疊柵極型閃存的存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程，并且通過富雷-諾特海姆(FN，F(xiàn)owler-Nordheim)隧穿機(jī)制將限制在浮置柵極中的電子發(fā)射出來，以對(duì)該閃存的存儲(chǔ)單元進(jìn)行擦寫。圖2示出普通NOR型閃存單元的柵極電壓VG-電流Id特性。在擦寫狀態(tài)下，浮置柵極有多余的空穴，這樣，晶體管的特性變?yōu)閾p耗型，如同虛線所示的曲線(a)。因此，存儲(chǔ)器單元的特性變?yōu)闇系涝鰪?qiáng)型，如同曲線(b)，其中將選擇晶體管的閾值確定為1V。在編程狀態(tài)下，將電子注入浮置柵極，這樣，浮置柵極晶體管量的閾值電壓約等于7V，并且存儲(chǔ)器單元的特性給定為如同曲線(c)。
然而，這種傳統(tǒng)的閃存單元在一個(gè)存儲(chǔ)單元中只能存儲(chǔ)1位信息。如果可形成在一個(gè)存儲(chǔ)單元中能存儲(chǔ)至少2位信息的閃存單元，就可以將傳統(tǒng)閃存單元的存儲(chǔ)器集成密度至少提高兩倍。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠在一個(gè)存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)至少2位信息的多位閃存單元及其制造方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種以與傳統(tǒng)隧道氧化物層相同的面積形成雙隧道氧化物層的多位閃存單元，該閃存單元以至少兩種編程和擦寫電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種閃存單元，包括隧道氧化物層，其包括在半導(dǎo)體襯底上具有第一厚度的第一隧道和具有第二厚度的第二隧道；電荷存儲(chǔ)層，形成在隧道氧化物層上；絕緣層，形成在電荷存儲(chǔ)層上；以及控制柵極，形成在絕緣層上，并供以驅(qū)動(dòng)電源。在此，第一隧道的第一厚度可比第二隧道的第二厚度薄。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種制造閃存單元的方法，該方法包括步驟在半導(dǎo)體襯底的有源器件區(qū)上形成第一隧道氧化物層，其中所述有源器件區(qū)由至少兩個(gè)隔離層所限定；通過光刻以及蝕刻工藝去除部分所述第一隧道氧化物層；在所述半導(dǎo)體襯底的所述有源器件區(qū)上形成第二隧道氧化物層；在所述第一隧道氧化物層和第二隧道氧化物層上形成電荷存儲(chǔ)層；在所述電荷存儲(chǔ)層上形成絕緣層；以及在所述絕緣層上形成控制柵極。
圖1為傳統(tǒng)堆疊柵極型閃存單元的剖視圖；圖2為示出傳統(tǒng)堆疊柵極型閃存單元的電壓-電流特性的曲線圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明包括雙隧道氧化物層的閃存單元的剖視圖；圖4A和圖4B為說明根據(jù)本發(fā)明的閃存單元制造方法的剖視圖；以及圖5為示出根據(jù)本發(fā)明閃存單元的電壓-電流特性的曲線圖。
具體實(shí)施方式以下，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的包括雙隧道氧化物層的閃存單元及其制造方法。
實(shí)施例1圖3為根據(jù)本發(fā)明包括雙隧道氧化物層的閃存單元的剖視圖。如圖3所示，閃存單元包括雙隧道氧化物層，其中在半導(dǎo)體襯底10上形成具有第一厚度的第一隧道20a和具有第二厚度的第二隧道20b。在此，第一隧道20a的第一厚度比第二隧道20b的第二厚度要薄。
進(jìn)而，在第一隧道20a和第二隧道20b上形成電荷存儲(chǔ)層22。當(dāng)電荷存儲(chǔ)層22由多晶硅形成時(shí)，閃存單元形成堆疊柵極型閃存單元，其具有兩重柵極結(jié)構(gòu)，包括浮置柵極和控制柵極?；蛘?，電荷存儲(chǔ)層22也可由氮化硅形成。在這種情況下，閃存單元包括硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)介電層以及隧道氧化物層和絕緣層24。具有SONOS結(jié)構(gòu)的閃存單元可使得柵極的高度降低，從而更加有利于提高集成度，并大幅降低運(yùn)行電壓。為了保證閃存單元更穩(wěn)定地運(yùn)行，優(yōu)選地，電荷存儲(chǔ)層22以基本上相同的面積覆蓋隧道氧化物層的第一隧道20a和第二隧道20b。
在電荷存儲(chǔ)層22上形成用于與控制柵極26絕緣的絕緣層24。在絕緣層24上形成控制柵極26，其中，驅(qū)動(dòng)閃存單元的驅(qū)動(dòng)電壓施加在控制柵極26上。
圖3所示的閃存單元包括由第一隧道20a和第二隧道20b構(gòu)成的雙隧道氧化物層，在一個(gè)單元結(jié)構(gòu)中，第一隧道20a和第二隧道20b具有不同的厚度，因此在一個(gè)單元結(jié)構(gòu)中可以存儲(chǔ)2位信息。圖5示出如圖3所示2位閃存單元的電壓VG-電流Id特性。如圖5所示，在通過第一隧道20a的閃存單元的擦寫和編程狀態(tài)下，基于初始電壓Vth1，存儲(chǔ)器單元的特性分別給定為如曲線(a1)和(c1)。在此，曲線(b1)示出在初始狀態(tài)下閃存單元的特性。與此不同，在通過第二隧道20b(厚度大于第一隧道20a)的閃存單元的擦寫和編程狀態(tài)下，基于初始電壓Vth2，存儲(chǔ)器單元的特性分別給定為如曲線(a2)和(c2)。在此，曲線(b2)示出第二隧道20b處，在初始狀態(tài)下閃存單元的特性。
在這種方式下，圖3所示2位閃存單元表現(xiàn)出在第一隧道20a和第二隧道20b處，編程和擦寫狀態(tài)分別互不相同的電壓-電流特性。因此，發(fā)現(xiàn)在每個(gè)單元中，可以以2位來運(yùn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能。
實(shí)施例2以下，參照?qǐng)D4A和4B描述根據(jù)本發(fā)明的包括雙隧道氧化物層的閃存單元的制造方法。
首先，在襯底10中形成限定有源器件區(qū)的隔離層12，例如淺溝槽隔離(STI)層。通過熱氧化處理將限定的有源器件區(qū)中的襯底表面進(jìn)行氧化，然后在襯底的氧化表面上形成光致抗蝕劑圖案30。之后，利用光致抗蝕劑圖案30作為掩模蝕刻通過對(duì)襯底的氧化處理形成的部分氧化物層。此時(shí)，優(yōu)選地，利用濕法蝕刻來去除該氧化物層，以防止損傷襯底。在去除該部分氧化物層后，在圖4A中用附圖標(biāo)記21a表示剩余的氧化物層。
接著，在剝離光致抗蝕劑圖案30后，襯底的有源器件區(qū)再次經(jīng)過熱氧化處理，從而形成圖4B中的氧化物層21b。在這種方式下，當(dāng)進(jìn)行兩步氧化物層形成過程時(shí)，通過形成氧化物層的第一過程去除的一部分氧化物層的左手部分僅具有第二氧化物層21b，而右手部分具有第一氧化物層21a和第二氧化物層21b，其中第一氧化物層21a和第二氧化物層21b互相重疊，重疊的厚度大于其中任何一個(gè)氧化物層的厚度。換而言之，與右側(cè)形成的氧化物層相比，左側(cè)形成的氧化物層的厚度相對(duì)更薄。
接著，當(dāng)利用形成閃存柵極的常規(guī)方法形成電荷存儲(chǔ)層22、絕緣層24以及控制柵極26時(shí)，就可形成如圖3中包括雙隧道氧化物層的閃存的存儲(chǔ)單元。
如同上述，根據(jù)本發(fā)明，可以形成在一個(gè)單元中能夠存儲(chǔ)至少2位信息的多位閃存單元結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)閃存單元相比，可以形成在給定的存儲(chǔ)區(qū)域中將存儲(chǔ)器集成密度至少提高兩倍的閃存，因此可以大幅提高半導(dǎo)體的芯片集成密度。此外，在形成存儲(chǔ)單元陣列的過程中，對(duì)具有雙隧道氧化物層的單位單元進(jìn)行不同處理，可以形成實(shí)現(xiàn)更高功能的存儲(chǔ)單元陣列。
盡管參照優(yōu)選實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離如所附權(quán)利要求
限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種閃存單元，包括隧道氧化物層，其包括在半導(dǎo)體襯底上具有第一厚度的第一隧道和具有第二厚度的第二隧道；電荷存儲(chǔ)層，形成在所述隧道氧化物層上；絕緣層，形成在所述電荷存儲(chǔ)層上；以及控制柵極，形成在所述絕緣層上，并以驅(qū)動(dòng)電源對(duì)其供電。
2.如權(quán)利要求
1所述的閃存單元，其中，所述第一隧道的第一厚度比所述第二隧道的第二厚度薄。
3.如權(quán)利要求
1所述的閃存單元，其中，所述電荷存儲(chǔ)層以基本上相同的面積覆蓋所述隧道氧化物層的所述第一隧道和所述第二隧道。
4.如權(quán)利要求
1所述的閃存單元，其中，所述電荷存儲(chǔ)層由多晶硅形成，并且具有兩重柵極結(jié)構(gòu)以及所述控制柵極。
5.如權(quán)利要求
1所述的閃存單元，其中，所述電荷存儲(chǔ)層由氮化硅形成，并且具有硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅介電層以及隧道氧化物層和絕緣層。
6.一種閃存單元的制造方法，該方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的有源器件區(qū)上形成第一隧道氧化物層，其中所述有源器件區(qū)由至少兩個(gè)隔離層所限定；通過光刻以及蝕刻工藝去除部分所述第一隧道氧化物層；在所述半導(dǎo)體襯底的所述有源器件區(qū)上形成第二隧道氧化物層；在所述第一隧道氧化物層和所述第二隧道氧化物層上形成電荷存儲(chǔ)層；在所述電荷存儲(chǔ)層上形成絕緣層；以及在所述絕緣層上形成控制柵極。
7.如權(quán)利要求
6所述的方法，其中，所述第一隧道氧化物層的厚度比所述第二隧道氧化物層的厚度薄。
8.如權(quán)利要求
6所述的方法，其中，所述電荷存儲(chǔ)層以基本上相同的面積覆蓋所述第一隧道氧化物層和所述第二隧道氧化物層。
9.如權(quán)利要求
6所述的方法，其中，所述電荷存儲(chǔ)層由多晶硅形成。
10.如權(quán)利要求
6所述的方法，其中，所述電荷存儲(chǔ)層由氮化硅形成。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種包括雙隧道氧化物層的閃存單元及其制造方法。該閃存單元包括隧道氧化物層，其包括在半導(dǎo)體襯底上具有第一厚度的第一隧道和具有第二厚度的第二隧道；電荷存儲(chǔ)層，形成在隧道氧化物層上；絕緣層，形成在電荷存儲(chǔ)層上；以及控制柵極，形成在絕緣層上，并供以驅(qū)動(dòng)電源。第一隧道的第一厚度比第二隧道的第二厚度薄。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1992345SQ200610171261
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月25日
發(fā)明者郭哲尚 申請(qǐng)人:東部電子股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan