CN100573918C - 非易失性存储器元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种多位存储器单元包含一衬底;一多位电荷捕捉层于此衬底之上,此多位电荷捕捉层具有一第一侧边及一第二侧边;一源极区域于此衬底中,一部分此源极区域在此多位电荷捕捉层的此第一侧边之下;一漏极区域于此衬底中,一部分此漏极区域在此多位电荷捕捉层的此第二侧边之下;以及一沟道区域于此衬底中的此源极区域及此漏极区域之间。沟道区域具有一p型掺杂及一n型掺杂之一,且此掺杂配置为提供一最高掺杂浓度于接近此沟道区域的一中心部分。

Description

非易失性存储器元件及其制造方法
技术领域
本发明通常涉及非易失性存储器元件,尤其是涉及多位非易失性存储器及其形成方法。
背景技术
非易失性存储器可以有各种结构设计。图1说明设置于衬底8之中及之上的非易失性存储器单元10的一实例。存储器单元10包含源极及漏极区域22、24及置于源极及漏极区域22、24之间的沟道12。覆盖在沟道12之上的是一电荷捕捉结构11,其可能包含置于两氧化层(如氧化硅)14、18之间的一电荷捕捉氮化层16(如氮化硅)。每一存储器单元10更包含一栅极电极20,覆盖电荷捕捉结构11,且每一源极及漏极区域22、24具有对应的电极,如图1所示。通过在衬底8、源极及漏极22、24及栅极20之间适当地施加相关电压,则可能在每一存储器单元10中,分别擦除、储存(或编程)及读取两位的信息(一右位及一左位)。
然而,现有的快闪存储器单元可能视其设计、尺寸及操作电压而有多种可能的考虑。举例来说,如储存元件中侧向电荷传送、低Vt状态临界电压不稳定性、高Vt状态电荷损失,及第二位效应(串音)和/或短沟道效应的问题可能发生。在一些例子中,如果两位间的绝缘不足,储存元件(如电荷捕捉结构16)中可能发生侧向电荷传递,从左位至右位。
另一个可能的问题是第二位效应。当一位已经储存在捕捉层的一侧,如漏极区域侧时,则在正向读取期间,第二位效应可能会增加。尤其是已储存在一侧的位信息可能会影响在反向读取的另一位的临界电压,反之亦然。因此,需要改善存储器元件的设计,以缓和或避免现有技术中的上述一或多个问题。
发明内容
在一实施例中,一多位存储器单元包含一衬底;一多位电荷捕捉层于此衬底之上,此多位电荷捕捉层具有一第一侧边及一第二侧边,且该多位电荷捕捉层包括两个存储区;一源极区域在此衬底中,一部分此源极区域在此多位电荷捕捉层的此第一侧边之下;一漏极区域在此衬底中,一部分此漏极区域在此多位电荷捕捉层的此第二侧边之下;以及一沟道区域在此衬底中的此源极区域及此漏极区域之间。此沟道区域具有至少三个掺杂区域,包含:一第一掺杂区域,位于此沟道区域的中心部分;一第二掺杂区域,位于此第一掺杂区域的一侧;以及一第三掺杂区域,位于此第一掺杂区域的另一侧。与此第二掺杂区域及此第三掺杂区域相比较,此第一掺杂区域具有一较高的掺杂浓度,使该沟道区域分隔该多位电荷捕捉层电性为两个存储区。
在另一实施例中,一种形成一多位存储器单元的方法,包含:提供一衬底;形成一多位电荷捕捉层于该衬底之上,该多位电荷捕捉层具有一第一侧边及一第二侧边,且该多位电荷捕捉层包括两个存储区;形成一源极区域于该衬底中,一部分该源极区域在该多位电荷捕捉层的该第一侧边之下;形成一漏极区域于该衬底中,一部分该漏极区域在该多位电荷捕捉层的该第二侧边之下;以及形成一沟道区域于该衬底中的该源极区域及该漏极区域之间,该沟道区域具有至少三个掺杂区域,包含:一第一掺杂区域,位于该沟道区域的一中心部分;一第二掺杂区域,位于该第一掺杂区域的一侧;以及一第三掺杂区域,位于该第一掺杂区域的另一侧,其中与该第二掺杂区域及该第三掺杂区域相比较,该第一掺杂区域具有一较高的掺杂浓度,使该沟道区域分隔该多位电荷捕捉层电性为两个存储区。
附图说明
图1为现有技术中的非易失性存储器单元的一示例性结构的示意图;
图2为根据本发明的一优选实施例的一多位存储器单元的一剖面图;
图3显示根据优选实施例,作为沟道区域中位置的函数的掺杂浓度图。
具体实施方式
根据本发明的实例,通过改变衬底中的掺杂轮廓,如沟道区域的掺杂轮廓,可改善多位快闪存储器元件中的电荷绝缘。举例来说,可能在接近沟道区域的中心部分提供最高的掺杂浓度,在一些实例中,沟道区域中适当的掺杂轮廓可能有分隔一电荷捕捉层电性为两储存部分的效用,可降低或阻止多位单元存储器,如双位(TWIN-BIT)存储器单元的电荷捕捉层中电荷重新分布。同样的在一些实例中,在接近源极及漏极区域提供较低的掺杂浓度,则可能会因较小的电场,产生对电荷数目变化不灵敏。
取决于存储器单元的元件及设计,说明如下的掺杂轮廓可能将耗尽层进一步延伸至沟道,因而改善储存电荷的掩膜且/或降低第二位效应。再者,在沟道区域中提供掺杂轮廓可能降低短沟道效应。
图2为一实施例中的一多位存储器单元200的剖面图。此多位存储器单元200,如双位存储器单元,可能形成于衬底202之中或之上。在形成包含P型源极及漏极区域的P型元件的实例中,衬底202可能为P型衬底,其具有提供形成P型元件区域的N阱。或者是对于形成包含N型源极及漏极区域的N型元件,衬底202可能为N型衬底,其具有提供形成N型元件区域的P阱。
参考图2,在此实施例中,多位存储器单元200包含源极及漏极区域204及206,以及置于源极及漏极区域204及206之间的沟道区域280。覆盖至少一部分沟道区域280的是一电荷捕捉单元或结构240,其可能包含一电荷捕捉层244置于沟道层246及绝缘层242之间。在此实施例中,电荷捕捉层244可能为氮化硅层,沟道层246可能为氧化硅层,绝缘层242可能为另一氧化硅层,也可能使用其他材料。每一存储器单元200更包含一栅极或栅极电极260覆盖绝缘层242。每一源极及漏极区域204及206可能具有对应的电极或与相对应的位线耦合,以制造适合的电路连接。
在一沟道区域280的实例中可能包含多个掺杂区域,如区域287、288及286,如图2所述。区域288位于或接近沟道区域280的中心部分,具有较高或最高的掺杂浓度。在一实施例中,区域288可能具有约1×1013至约1×1015原子/平方厘米的剂量。在形成一P型掺杂区域的一实例中,硼可能以能量约30-120千电子伏特(KEV)掺杂。在注入期间,可能使用适当的掩膜来遮盖衬底202的其他区域。在具有掩膜或使用电荷捕捉单元为掩膜的N型注入工艺之后,也可能以P型注入工艺掺杂整个衬底202,以平衡区域中不需要高P浓度的P型掺杂剂。其他适当而可能使用于执行此掺杂的P型掺杂剂包含但非限定于镓。
图3为说明将掺杂轮廓作为沟道位置的一实例。如图3所示,可能位于或接近沟道区域的中心部分288的掺杂浓度最大,且在远离中心部分288或接近源极区域204或漏极区域206变得降低。在一实例中,此掺杂为P型掺杂。举例来说,在288的掺杂浓度可能为P+掺杂,可能为具有高浓度的硼、镓或其他适合的P型材料。在一实例中,在中心部分288可能使用一注入工艺,以掺杂P型掺杂剂。分别靠近源极及漏极区域204、206的邻近区域286及287,其P型掺杂浓度可能是明显变小或最小。在一示例性的元件中,邻近区域286及287的浓度可能接近阱的P型掺杂浓度或衬底200本身。
在一实例中,在区域286及287的浓度范围约1×1016至约1×1017CM-3。也可能以P型掺杂剂轻微掺杂区域286及287,从而形成P-区域。可能使用不同类型的注入、掺杂或扩散工艺,以提供前述的掺杂轮廓。举例来说,如前所述,可能使用适当的掩膜来遮盖衬底202的其他区域,供沟道区域280的中心部分288的掺杂。
也可能在具有掩膜或使用电荷捕捉单元为掩膜的N型注入工艺之后,以P型注入工艺掺杂整个衬底202,以平衡区域中不需要高P浓度的P型掺杂剂。在一第二优选实施例中,在长成电荷捕捉单元或结构240之前,一毯覆P+掺杂注入P-型衬底202。在一实例中,硼可能以能量约30-120千电子伏特(KEV)掺杂,或以约1-5×1013原子/平方厘米的掺杂剂掺杂,以提供中心部分288的浓度。若使用毯覆注入工艺,在以N型掺杂,如磷进行N型注入之后,在邻近区域286及287的P+掺杂则可被中和。
再者,可能通过在衬底202之上形成一存储器单元结构之后,执行一或多个小角度或大角度注入工艺,以提供掺杂轮廓或一部分的掺杂轮廓。举例来说,存储器单元形成之后,在如区域286及287的区域中,N型或P型掺杂可能在一狭窄的角度内发生。举例来说,磷可能以约30-100千电子伏特(KEV)的能量,在约15°-30°的角度注入。在此手段的注入期间,存储器单元结构可能作为一掩膜。在另一实例中,可以大角度的注入工艺提供中心部分288的轮廓曲线。举例来说,在形成存储器单元结构或一部分的存储器单元结构之后,在约40°-45°可能发生一注入,以位于或接近中心部分288提供P型掺杂剂。在一示例性元件中,硼可能以能量约30-120千电子伏特(KEV)掺杂,或以约1-5×1013原子/平方厘米的掺杂剂掺杂。
在一实例中,在沟道区域280的中心部分288提供较高的掺杂浓度,可能在氮化层240会产生一势垒或耗尽区域220。一势垒或耗尽区域220可避免在存储器单元200的两位或两电荷捕捉区域210、230之间的侧向电荷扩散或重新分布。在一实例中,这样的效应是因为上述的掺杂轮廓产生电场而产生。再者,位于或接近沟道区域280的中心部分288的高掺杂浓度可作为沟道区域280的势垒,从而缓和短沟道效应。
一实例中同样地可能通过在区域287及286提供低掺杂浓度,以降低这些区域的电场,尤其是接近源极及漏极区域204及206的电场。与具有在接近源极及漏极区域204及206,最高1×1012原子/平方厘米至1×1014原子/平方厘米袋形注入(POCKET IMPLANTATION)的元件相比较,此实例提供较弱的电场,因此,存储器单元200可能在编程及擦除状态的期间,对于电荷变化较不灵敏,因此,避免或降低数据损失。
在一实例中,可能通过形成及图案化这些层,提供存储器单元结构于衬底202之上,以制造一存储器单元200。举例来说,参考图2,一电荷捕捉存储器单元或结构240可能包含一电荷捕捉层244于一隧道层246及一绝缘层242之间。如前所示,电荷捕捉层244可能为氮化硅层,隧道层246可能为氧化硅层,且绝缘层242可能为另一氧化硅层,因此,提供氧化物-氮化物-氧化物(ONO)结构于此实例中。这些层可能以沉积、氧化或氮化技术或其任一组合所形成,这些层也可以是分开或共同形成。在一实例中,层242、244及246的厚度分别为约50-100埃
Figure C20061009592100101
约20-50埃及约50-100埃
Figure C20061009592100103
在提供电荷捕捉层244、隧道层246及一绝缘层242之后,一栅极或栅极电极260可能形成于绝缘层242之上。在一实例中,栅极260可能是以沉积工艺形成的多晶硅栅极。多晶硅栅极260或其他导电结构可能作为存储器单元的字线的一部分。再者,存储器阵列的位线可能形成于衬底202之上,以提供与源极及漏极区域204及206的电连接。
使用前述示例性的设计及技术,一元件200可能提供多位快闪存储器,如双位SONOS存储器的沟道区域280的特定掺杂轮廓。一些实例中,位于或接近沟道区域280的中心部分288的高掺杂浓度可能提供多个优点,如避免侧向电荷扩散,降低或避免在编程状态及擦除状态的数据损失,降低或避免第二位效应及降低短沟道效应,中的一或多个优点。
前面公开的本发明的优选实施例,仅用于说明及描述,并非意欲将本发明限定于所公开的特定形式。本领域技术人员可通过前述的公开推及在此所公开的实施例的变体及修饰。本发明的范围将由本发明的权利要求及其均等者所界定。
再者,为描述本发明代表的实施例,说明书以特定顺序步骤呈现本发明的方法和/或工艺,然而,此方法或工艺并非依赖在此公开的特定顺序步骤,此方法或工艺不应限定在所明述的特定顺序步骤。本领域技术人员可以了解的是,其他顺序步骤也是可能的。因此,说明书中的特定顺序步骤不应为权利要求的限制。再者,针对本发明的方法和/或工艺的权利要求不应限定在其撰写的顺序步骤,且本领域技术人员可以轻易的了解顺序可能是有变化的,且仍落在本发明的精神及范围内。

Claims (12)

1、一种多位存储器单元,包含:
一衬底;
一多位电荷捕捉层,位于该衬底之上,该多位电荷捕捉层具有一第一侧边及一第二侧边,且该多位电荷捕捉层包括两个存储区;
一源极区域,位于该衬底中,一部分该源极区域在该多位电荷捕捉层的该第一侧边之下;
一漏极区域,位于该衬底中,一部分该漏极区域在该多位电荷捕捉层的该第二侧边之下;以及
一沟道区域,位于该衬底中的该源极区域及该漏极区域之间,该沟道区域具有至少三个掺杂区域,包含:
一第一掺杂区域,位于该沟道区域的中心部分;
一第二掺杂区域,位于该第一掺杂区域的一侧;以及
一第三掺杂区域,位于该第一掺杂区域的另一侧,其中与该第二掺杂区域及该第三掺杂区域相比较,该第一掺杂区域具有一较高的掺杂浓度,使该沟道区域分隔该多位电荷捕捉层电性为两个存储区。
2、如权利要求1所述的多位存储器单元,其中该第一、第二及第三掺杂区域为一p型掺杂及一n型掺杂之一,且该掺杂配置为提供一最高掺杂浓度于接近该沟道区域的该中心部分。
3、如权利要求1所述的多位存储器单元,其中该第一掺杂区域具有介于1×1013原子/平方厘米至1×1015原子/平方厘米的一n型掺杂剂量。
4、如权利要求1所述的多位存储器单元,其中该第一掺杂区域具有介于1×1013原子/平方厘米至1×1015原子/平方厘米的一p型掺杂剂量。
5、如权利要求1所述的多位存储器单元,其中该多位存储器单元包括:
一隧道层,位于该衬底之上;
一电荷捕捉层,位于该隧道层之上;
一绝缘层,位于该电荷捕捉层之上;以及
一栅极,位于该绝缘层之上。
6、如权利要求5所述的多位存储器单元,其中
该隧道层包含一第一氧化硅层;
该电荷捕捉层包含一氮化硅层;以及
该绝缘层包含一第二氧化硅层。
7、一种形成一多位存储器单元的方法,包含:
提供一衬底;
形成一多位电荷捕捉层于该衬底之上,该多位电荷捕捉层具有一第一侧边及一第二侧边,且该多位电荷捕捉层包括两个存储区;
形成一源极区域于该衬底中,一部分该源极区域在该多位电荷捕捉层的该第一侧边之下;
形成一漏极区域于该衬底中,一部分该漏极区域在该多位电荷捕捉层的该第二侧边之下;以及
形成一沟道区域于该衬底中的该源极区域及该漏极区域之间,该沟道区域具有至少三个掺杂区域,包含:
一第一掺杂区域,位于该沟道区域的一中心部分;
一第二掺杂区域,位于该第一掺杂区域的一侧;以及
一第三掺杂区域,位于该第一掺杂区域的另一侧,其中与该第二掺杂区域及该第三掺杂区域相比较,该第一掺杂区域具有一较高的掺杂浓度,使该沟道区域分隔该多位电荷捕捉层电性为两个存储区。
8、如权利要求7所述的方法,其中该第一、第二及第三掺杂区域为一p型掺杂及一n型掺杂之一,且该掺杂配置为提供一最高掺杂浓度于接近该沟道区域的该中心部分。
9、如权利要求7所述的方法,其中该第一掺杂区域具有介于1×1013原子/平方厘米至1×1015原子/平方厘米的一n型掺杂剂量。
10、如权利要求7所述的方法,其中该第一掺杂区域具有介于1×1013原子/平方厘米至1×1015原子/平方厘米的一p型掺杂剂量。
11、如权利要求7所述的方法,其中该多位存储器单元包括:
一隧道层,位于该衬底之上;
一电荷捕捉层,位于该隧道层之上;
一绝缘层,位于该电荷捕捉层之上;以及
一栅极,位于该绝缘层之上。
12、如权利要求11所述的方法,其中
该隧道层包含一第一氧化硅层;
该电荷捕捉层包含一氮化硅层;以及
该绝缘层包含一第二氧化硅层。
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