[發明專利]非易失性存儲器件及其制造方法

無效

• 申請號: 200610168026.2
• 申請日: 2006-12-15
• 公開（公告）號: CN101097965A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 崔殷碩
• 申請（專利權）人: 海力士半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/792
• 分類號: H01L29/792;H01L29/423;H01L27/115;H01L21/336;H01L21/28;H01L21/8247
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊生平;楊紅梅

技術領域

本發明一般性涉及非易失性存儲器件，具體涉及具有多晶硅氧化物氮化物氧化物半導體(SONOS)結構的非易失性存儲器件及其制造方法，其中電荷捕獲層被水平物理分離。

背景技術

近年來，非易失性半導體存儲器(NVSM)大致分為浮動柵極系列和金屬絕緣體半導體(MIS)系列，其中根據工藝技術，兩次或三次層疊兩種或更多種介電層。

浮動柵極系列通過采用勢阱來實現存儲特性。浮動柵極系列的典型實例是EPROM隧道氧化物(ETO)結構，其被廣泛用作快閃電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。MIS系列采用存在于介電層本體、介電層介電層界面和介電層-半導體界面的阱(trap)來執行存儲功能。MIS系列的典型實例是廣泛用作快閃EEPROM的金屬/多晶硅氧化物氮化物氧化物半導體(MONOS/SONOS)。

SONOS和一般的快閃存儲器的區別是：在一般快閃存儲器中，電荷儲存在浮動柵極中，而在SONOS中，電荷根據結構儲存在氮化物層中。

此外，在一般的快閃存儲器中，使用多晶硅來形成浮動柵極。這樣，如果在多晶硅中存在任何一個缺陷的話，電荷的保留時間就明顯減少。相反，在SONOS中，如上所述使用氮化物層來替代多晶硅。因此，對制造過程中的缺陷的敏感性相對要小。

另外，在一般的快閃存儲器中，在浮動柵極下方形成厚度約70的隧道氧化物。這對于實現低電壓高速操作存在限制。然而，在SONOS中，在氮化物層下方形成直接隧道氧化物。因此，可以實現具備低電壓、低功率和高速操作的存儲器件。

以下將參考圖1來說明具有SONOS結構的現有快閃存儲器件。

參考圖1，在半導體襯底10上順序形成隧道氧化物層11、電荷捕獲層12、阻擋柵極(氧化物層)13和用于柵極的電極14。接著，通過蝕刻過程形成字線圖案。在SONOS結構的快閃存儲單元中，因為同樣的電場(E-field)施加在整個阻擋氧化物層13(即絕緣層)、儲存電荷的電荷捕獲層12和隧道氧化物層11的復合層上，所以不能對絕緣層分別施加不同的電場。

在此，如果向用于柵極的電極14施加電壓以擦除儲存在電荷捕獲層12中的電荷，則儲存在氮化物層12中的電荷利用Fowler-Nordheim(F-N)隧道電流通過隧道氧化物層11移向半導體襯底10，并隨后被擦除。

當存儲單元的尺寸減小時，變得難以在SONOS結構中分離在源極區15和漏極區16捕獲的電荷。如果電荷密度增加以實現多層級，則干擾現象就變得更顯著，這導致對集成度的限制。

發明內容

因此，本發明解決上述問題，并提供具有SONOS結構的非易失性存儲器件，其中朝向源極和漏極捕獲電荷的電荷捕獲層被物理分隔，以防止在電荷捕獲層兩側的電荷相互移動，并且盡管單元尺寸減小，但是可以防止兩側的電荷之間的干擾，以及提供制造該非易失性存儲器件的方法。

根據一個方面，本發明提供一種非易失性存儲器件，包括柵極，其中分別在半導體襯底上方形成柵極絕緣層、電荷捕獲層、阻擋氧化物層和柵極電極。電荷捕獲層被緩沖層物理分離。

根據另一實施方案，本發明提供一種制造非易失性存儲器件的方法，包括以下步驟：在半導體襯底上方分別沉積柵極絕緣層、緩沖層、阻擋氧化物層和柵極電極；蝕刻柵極電極、阻擋氧化物層、緩沖層和柵極絕緣層來形成柵極；執行離子注入過程，從而在半導體襯底內形成源極和漏極區；通過選擇性蝕刻緩沖層兩側來選擇性形成緩沖層凹陷圖案；和在緩沖層凹陷圖案中形成電荷捕獲層。

附圖說明

圖1是具有SONOS結構的現有快閃存儲器件的截面圖；和

圖2-5是說明根據本發明實施方案的制造具有SONOS結構的半導體存儲器件的方法的截面圖。

具體實施方式

以下，將參考附圖詳細說明本發明的具體實施方案。

圖2-5是說明根據本發明實施方案的制造具有SONOS結構的非易失性存儲器件的方法的截面圖。