[發明專利]非易失性內存及其制作工藝

有效

• 申請號: 01119624.6
• 申請日: 2001-05-16
• 公開（公告）號: CN1385903A
• 公開（公告）日: 2002-12-18
• 發明（設計）人: 周國煜
• 申請（專利權）人: 華邦電子股份有限公司
• 主分類號: H01L27/105
• 分類號: H01L27/105;H01L21/8242
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 任永武

本發明涉及一種非易失性內存及其制作工藝。

非易失性內存(nonvolatile?memory)的應用已日趨普遍，例如電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)(Electrically?Erasable?Programmable?Read?Only?Memory)，按塊擦除存儲器(Flash?memory)等即是。

請參見圖1。常見的非易失性內存的結構有浮動柵氧化膜(FLOTOX)存儲結構，其基本上是在控制柵極21與基極(substrate)25之間施加一足以使氧化層產生Fowler-Nordheim(F-N)穿隧效應的電壓，通過電子自汲極24經穿隧氧化層26(tunneling?oxide)穿隧至浮動柵極22內，提升臨界電壓，以達到抹除(erase)數據的目的。并且可以將電子從復晶硅浮動柵極22中穿過隧穿氧化層26吸到汲極24中，以降低晶體管的臨界電壓，達到寫入數據的目的。

請參見圖2。另一種SONOS非易失性存儲結構原理與上述相近，在柵極71下方有二層氧化層74，75及一層氮化物層73。當寫入程序(program)數據的時候，在柵極71與井區(well)72間加一高電壓，從井區72吸附電子至氮化物層(Nitride)73，而在抹除(erase)時，則可將柵極71接地，施與井區72(well)一高電壓，使空穴(holes)注入氮化物層(Nitride)73與電子產生電性中和的效果。這樣則可通過改變臨界電壓Vt(threshold?voltage)達到寫入/抹除存儲數據的目的。

在非易失性內存中，條件最惡劣的存儲單元(cell)通常扮演重要的角色。只要它失效(fail)，整個內存就失效。也就是說，只要有一個存儲單元其存儲時間(retention?time)或持久力(endurance)達不到標準，則整個芯片(chip)就提早失效。

一般而言，FLOTOX存儲元件失效的主要原因在于穿隧氧化層的品質。若其品質不良，則浮動柵中無法儲存電荷，這樣將造成數據的流失。而穿隧氧化層的缺陷(defect)往往隨機出現，故為了提高儲存數據的正確性，常使用多個FLOTOX存儲元件儲存單一數據。

請參見圖3。以Q-cell為例(請參見范庫等人[41]，SEEQ?1988，電氣及電子工程師學會許可(with?permission?of?IEEE)，其一個存儲單元是由二串聯存儲元件11所組成。其原理主要利用感應放大器(sense?Amplifier)作為分壓的判別，除非二個串聯組件都失效(fail)，不然數據依然正確。借此雖可提高數據正確性，但是存儲單元尺寸(cell?size)較大。

而如何通過結合傳統的FLOTOX結構與SONOS結構，使之具有如圖1的高可靠度度且同時又能降低組件的大小，是為本發明所關注者。

本發明的目的是提供一種具有改進結構的非易失性內存及其制作工藝，可以實現：提供寬廣的寫入/抹除臨界電壓差(write/erase?threshold?voltage?window)；延長非易失性存儲元件的存儲時間及持久力；提升可靠度及減少組件體積；增加抗輻射的作用；制造過程與傳統FLOTOX制作工藝相近。

為實現上述目的，根據本發明一方面的非易失性內存，其特點是它包括：一半導體基板；一氧化層/氮化物層/氧化層(ONO)的復合介電層，是形成于所述半導體基板上；一浮動柵，是形成于所述氧化層/氮化物層/氧化層的復合介電層上；以及一控制柵，是形成于所述浮動柵上。

其中，所述半導體基板是為一源極及汲極已成型的基板，具一通道(channel)，位于其源極及汲極之間，而所述ONO存儲結構即形成于所述源極及汲極已成型的基板的通道(Channel)上與所述浮動柵之間。

ONO存儲結構的第一氧化層是形成于所述半導體基板上，其氮化物層是形成于所述第一氧化層上，另外第二氧化層則形成于所述氮化物層上。

通過注入若干電子于ONO存儲結構可記錄一數字數據。當然，若干電子是注入ONO存儲結構的氮化物層。而通過注入若干空穴于ONO存儲結構可抹除(erase)所述數字數據。同理，若干空穴是注入ONO存儲結構的氮化物層。

當然，浮動柵極(floating?gate)及所述控制柵極(control?gate)之間包括一介電層。