[發明專利]具有SONOS結構的非易失性存儲器及其制造方法

無效

• 申請號: 200710086975.0
• 申請日: 2007-03-27
• 公開（公告）號: CN101101925A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 嚴在哲
• 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
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 顧晉偉;劉繼富

技術領域

本發明一般性涉及非易失性存儲器，更具體涉及具有多晶硅-氧化物-氮化物-氧化物半導體(SONOS)結構的改進擦除速度的非易失性存儲器及其制造方法。

背景技術

根據加工技術，非易失性半導體存儲器大致可以分為浮柵系列(NVSM)和其中兩種或多種介電層兩層或三層層疊的金屬絕緣半導體系列(MIS)。

浮柵系列通過采用勢阱來實現存儲特性。浮柵系列的代表性實例是已被廣泛用作快閃電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)的EPROM隧道氧化物(ETO)結構。MIS系列通過采用存在于介電層本體、介電層-介電層界面和介電層-半導體界面處的勢阱來實現存儲功能。MIS系列的代表性實例是金屬/多晶硅氧化物氮化物氧化物半導體(MONOS/SONOS)，其已被廣泛用作快閃EEPROM。

SONOS與普通快閃存儲器的區別在于：就結構而言，在普通的快閃存儲器中電荷存儲在浮柵中，而在SONOS中電荷存儲在氮化物層中。

此外，在普通的快閃存儲器中，利用多晶硅形成浮柵。因此，如果多晶硅中存在任何缺陷，則電荷保留時間顯著降低。相反，在SONOS中，使用氮化物層代替上述多晶硅。因此，在加工過程中對缺陷的敏感性相對低。

此外，在快閃存儲器中，在浮柵下形成厚度約70的隧道氧化物。這對于實現低電壓和高速運行受到限制。但是，在SONOS中，直接在氮化物層下形成隧道氧化物。因而可以實現具有較低電壓、較低功率和高速運行的存儲器。

下面，參考圖1描述具有SONOS結構的普通快閃存儲器。

參考圖1，在半導體襯底10上順序形成隧道氧化物層11、氮化物層12、氧化物阻擋層13、多晶硅層14和柵電極15。然后通過蝕刻過程形成字線圖案。

在具有SONOS結構的快閃存儲器中，不能對絕緣層施加不同的電場(E-場)，這是因為不能將同一E-場施加到阻擋層13(即絕緣層)、氮化物層12(用于存儲電荷)和隧道氧化物層11的整個復合層上。

在這種情況下，如果對柵電極15施加電壓以擦除存儲在氮化物層12中的電荷，則存儲在氮化物層12中的電荷通過穿過隧道氧化物層11的Fowler-Nordheim(F-N)隧道電流轉移到半導體襯底10，然后被擦除。但是，由于對氮化物層12上的氧化物阻擋層13施加同一E-場，因此電荷穿過氧化物阻擋層13從柵電極15轉移到氮化物層12，然后被再次編程，從而降低擦除速度。

為了防止在擦除操作時從柵電極15注入電荷，在柵電極15中使用高功函的材料。但是，這種方法在提高擦除速度方面有局限性。

發明內容

因此，本發明致力于解決上述問題，提供了一種能夠提高單元擦除速度的具有SONOS結構的非易失性存儲器的制造方法，其中在SONOS結構的電荷捕獲層與阻擋絕緣層之間形成導電層，使得當對柵極施加電壓時，該導電層執行電荷分配，并通過控制阻擋絕緣層的有效氧化物厚度(ETO)和電荷捕獲層及隧道絕緣層的ETO來對阻擋絕緣層、電荷捕獲層和隧道絕緣層施加所需的電壓。

根據本發明的一個方面，本發明提供一種非易失性存儲器，其包括在半導體襯底上形成的隧道絕緣層、在隧道絕緣層上形成的電荷捕獲層、在電荷捕獲層上形成的阻擋柵、在阻擋柵上形成的阻擋絕緣層和在阻擋絕緣層上形成的柵電極。

根據本發明的另一個方面，本發明提供一種非易失性存儲器的制造方法，其包括在半導體襯底上形成隧道絕緣層；在隧道絕緣層上形成電荷捕獲層；在電荷捕獲層上形成阻擋柵；在阻擋柵上形成阻擋絕緣層；和在阻擋絕緣層上形成柵電極。

附圖說明

圖1是具有SONOS結構的普通快閃存儲器的截面圖；

圖2～7是舉例說明根據本發明實施方案的非易失性存儲器的制造方法的截面圖。

圖8是舉例說明在本發明實施方案的器件中形成E-場的概念示意圖。

具體實施方式

下面，參考相關附圖描述本發明的具體實施方式。

圖2～7是舉例說明根據本發明實施方案的非易失性存儲器的制備方法的截面圖。