TW293948B - Flash electrically erasable programmable read only memory cell and process thereof - Google Patents

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Description

經濟部十央梯準局属工消费合作社印製 2d〇ij48 A7 £7___ 五、發明説明（f ) 發明領域： 本發明係關於一種快閃EEPROM細胞元及其製法，特別係關於 一種分離閘極型的快閃EEPROM細胞元及其製法，可以隔開隧道區 和通道，以改善元件的可靠性。 發明背景： 一般來說，在製造半導体元件的製程中，同時具有電子程式化 和拭除功能的快閃EEPROM細胞元可以分爲二種結構：堆叠閘極結 構和分離閘極結構。 如圖1A，傳統堆叠閘極型快閃EEPROM細胞元的結構中，隧 道氧化膜5、浮動閘極6、複晶矽之間的氧化膜11和控制閘極12連 續堆叠在汲極區7和源極區8之間的矽基板1上。 如圖1B，傳統分離閘極型快閃EEPROM細胞元的結構中，隧 道氧化膜5、浮動閘極6、複晶矽之間的氧化膜11和控制閘極12連 續形成在汲極區7和源極區8之間的矽基板1上，而且在此結構 中，控制閘極12堆叠結構中的上眉並向源極區8延展。此延展的控 制閘極12下方的矽基板1則爲選擇閘極通道區9。 雖然堆叠閘極結構與分離閘極結構相較之下，可以縮小每細胞 元的面積，具有提高元件密度的優點，在拭除時卻容易過度拭除。 但即使分離閘極結構可以克服堆疊閘極結構的缺點，因爲它毎細胞 元的面積仍大於堆疊閘極型結構，就無法提高元件的密度。 而且，無論是堆叠閘極型或分離閘極型的快閃EEPROM細胞 元，·進行程式化和拭除的功能時都必須對細胞元施以高壓。當使用 高壓進行程式化和拭除功能時，接面區和閘極之間的重疊區域會形 成強烈的電場，引發出能帶對能帶的穿隧效應和次級熱電子。但因 隧道氧化膜通常厚度約1〇〇埃，能帶對能帶的穿隧效應和次級熱載 本紙張尺度逋用中國國家梂率（CNS > A4规格（210X297公釐） 83· 3.10,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 订 經濟部中央梂率局貝工消费合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（>) 子會破壊這層隧道氧化膜，而降低了元件的可靠性。 發明的簡要說明： 本發明之主要目的是係提出一種快閃EEPROM細胞元及其製 法，可以降低高壓對隧道氧化膜的破壞，同時解決細胞元拭除時過 度拭除的問題。 爲了達成以上之目的，本發明快閃EEPROM細胞元的方法，其 步驟係包含： 在一面砂基板的部份區域形成埋蔵汲極區； 形成第一和第二氧化眉，其中該第二場氧化眉位在埋藏汲極區 的矽基板內，而第一場氧化層則位在遠離第二場氧化層的矽基板 內； 在第一和第二場氧化眉之間的矽基板上形成閘極氧化層； 在形成閘極氧化眉之後的結構上連緝形成第一複晶矽眉和複晶 砂之間絕緣眉； 連續制定複晶矽之間的絕緣眉，第一複晶矽眉和閘極氧化層圈 案，形成控制閘極； 在控制閘極和第二場氧化屑之間的矽基板內形成汲極區，使汲 極區連接於埋藏汲極區； 形成汲極區後，在所完成的結構上形成浮動閘極氧化層，其厚 度在汲極區上方厚於其他區域的厚度； 蝕去汲極區和第二場氧化眉上方部份的浮動閘極氧化眉，露出 汲極區與第二場氧化眉重叠的部位； 除去第一場氧化層和控制閘極之間矽基板上的浮動閘極氧化 層； 連纜形成隧道氧化眉和第二複晶砂雇； (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度逍用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3.10,000 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 203948 五、發明説明（3) 制定第二複晶矽眉的圖案，形成浮動閘極； 在第一場氣化層和控制閘極之間的矽基板內形成源極區。 本發明之快閃EEPROM細胞元係包含： 一面砂基板，上有第一和第二場氧化雇； 閘極氧化層、控制閘極和複晶矽之間絕緣眉所組成的堆叠結 構，位在第一和第二場氧化層之間； 浮動閘極氧化眉，位在控制閘極和第二場氧化眉之間的矽基板 表面上，使部份鄰近第二場氧化層的矽基板露出來，而控制閘極附 近的浮動閘極氧化眉厚於第二場氧化眉附近的厚度； 埋藏汲極區，位於第二場氧化眉下方； 汲極區，位於浮動閘極氧化眉下方，並連接於埋藏汲極區； 源極區，位於控制閘極和第一場氧化層之間的砂基板內； 隧道氧化層，可以將矽基板、複晶矽之間的絕緣眉和控制閘極 加以隔離；以及 浮動閘極，位在隧道氧化眉上。 附圖的簡要說明： 爲了能夠使貴審查委員更完全地瞭解本發明的技術內容和目 的，底下將參照附圖作一詳加說明，所附附圖分別是： 圖1A是傳統堆疊閘極型快閃EEPROM細胞元的橫剖面圖。 圖1B是傳統分離閘極型快閃EEPROM細胞元的横剖面圖。
圖2A至2H的元件橫剖面圖說明依據本發明製造快閃EEPROM * 細胞元的方法。 圖3A和3B的狀態圖說明本發明之快閃EEPROM細胞元的操作 方式。 各附圈中相同的編號均代表相同的組件。 (請先聞讀背面之注$項再瑱寫本頁) -訂 < 本紙張尺度適用中国國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 83. 3.10,000 A7 B7 經濟部中央標準局負工消费合作社印装 五、發明説明（屮） 發明的詳細說明： 圖2A至2H的元件橫剖面圖說明依據本發明製造快閃EEPROM 細胞元的方法。 圖2A中，在矽基板〗的部份區域內，植入高濃度的|\|型雜質 離子，形成埋藏N+汲極區3，然用利用LOCOS(LocalOxidationof Silicon)製程形成厚度約2000至5000埃的第一場氧化層2A和第二場 氧化眉2B，最後在第一場氧化眉2A和第二場氧眉2B之間的矽基板 1上形成閘極氧化層4。根據以上的製程，第二場氧化層2B會覆 疊在埋藏汲極區3上。 圖2B的橫剖面圖中，在形成閘極氧化層4後的結構上連鑕形成 第一複晶矽眉10和複晶矽之間的絕緣眉11A。如果複晶矽之間的絕 緣眉11A由氧化層和氮化層組成，可用氧化製程在第一複晶矽層10 上形成氧化眉，再以沈積製程在氧化眉上形成氮化眉。 藉由蝕刻製程，以第一光阻圖案13作爲光罩，連續制定複晶矽 之間的絕緣眉11A、第一複晶矽10和閘極氧化眉4的圓案，即形成 圈2C中的控制閘極10A。 去除第一光阻圖案13後，汲極區8A的矽基板1要藉光革暴露 出來，再將高漉度的N型雜質離子植入露出的矽基板內，形成圖 2D中連接於埋藏N+汲極區的汲極區8A。 圔2E的横剖面圖說明圖2D結構的整個表面經過氧化製程後， 形成浮動閘極氧化眉14的結構。根據以上製程，汲極區上的浮動閘 極氧化雇14會比矽基板1上其他區域的厚度更厚，因爲圊2D中植 入汲極區8A的矽基板1內的N型雜質離子會使氧化速度增快。 圖2F中，以第二光阻圖案15作爲光罩進行濕蝕刻製程，使汲極 區8A重疊於第二場氧化眉2B的區域暴露出來，其中第二光阻圖案 (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本纸張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3.10,000 經濟部中央搮準扃負工消费合作社印装
A7 B7___ 五、發明説明（5) 就是用來露出汲極區8A和第二場氧化眉2B的。 去除第二光阻圖案15和第二光阻圖案15所覆蓋住的浮動閘極氧 化眉14之後，在圈2F的結構表面上形成厚度約80至120埃的隧道氧 化層。然後沈積第二複晶矽屑並制定其圚案後，即形成圖2G中的 浮動閘極。 圖2H中，在矽基板1的源極區7A中植入高满度的N型雜質離 子，形成源極區7A，完成了快閃EEPROM細胞元。 以上述製程所製成的快閃EEPROM細胞元可以籣要描述如下： 第一和第二場氧化層2A和2B，位在矽基板1上。閘極氧化屑 4、控制閘極10A和複晶矽之間的絕緣靥11A，形成在第一場氧化 届2A和第二場氧化眉2B之間的矽基板1上。浮動閘極氧化層14形 成在控制閘極10A和第二場氧化層2B之間的矽基板1上，而且鄰近 控制閘極10A的厚度厚於鄰近第二場氧化層2B區域的厚度。 埋藏汲極區3位在第二場氧化層2B下方。汲極區8A位於浮動 閘極氧化層14底下，而且連接至埋藏汲極區。源極區7A位在第一 場氧化層2A和控制閘極10A之間的矽基板1內。浮動閘極一端延伸 至源極區7A的一部份，另一端延伸至第二場氧化眉2B的一部份， 並且經由隧道氧化眉5A，與矽基板1、複晶矽之間的絕緣眉11a、 浮動閘極氧化眉14、第二場氧化屬2B和和控制閘極10A彼此隔離。 現在將參照圖3A和3B，說明本發明之快閃EEPROM細胞元的 電子操作方式。 圖3A和3B的狀態圖說明本發明之快閃EEPROM細胞元的電子 揉作方式。 圖3A說明快閃EEPROM細胞元程式化的操作原理。 如果砂基板1、源極區7A和汲極區8A接地，而對控制閘極10A (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 订 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4规格（210X297公釐） 83. 3.10,000 293948 A7 B7 五、發明説明（k) 施加約16V的高壓，汲極區8A和浮動閘12之間的高電場會使睡道氧 化層5A處發生福勒一諾罕(fowler-nordheim)穿隧效應’使電子在浮 動閘極12充電，而完成了程式化的動作。 圖3B說明快閃EEPROM細胞元拭除的操作原理。如果矽基板 1、源極區7A和控制閘極10A接地，而對汲極區8A施加約12V的高 壓，原先因汲極區8A和浮動閘極12之間的高電場所引發的輻勒一 諾罕穿隧效應而在浮動閘極12充電的電子會放電，而完成了拭除的 動作。 正如以上的說明，本發明之分離閘極型快閃EEPROM細胞元 中，隧道區由一厚絕緣膜與通道區隔開，當對結構施加高壓進行程 式化和拭除等操作時，接面區與閘極的重壘區域的高電場所引發的 能帶對能帶穿隧效應和次級熱載子，就不致破壞細胞元的隧道氧化 膜，也能避免驅動細胞元時的過度拭除。 以上透過較佳實施例詳加說明，但只爲了說明本發明的原則與 精神，不應視爲本發明只限於揭露和說明的較佳實施例。因此，所 有在本發明範圍和精神之內所作細節上的變化都應視爲本發明進一 步的實施例。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -Λ ! 經濟部中失橾準局—工消费合作社印装 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3.10,000

Claims (1)

  1. 經濟部中央橾準局貞工消费合作社印製 A8 ?! D8 六、申請專利範圍 1. 一種製造快閃電子拭除式可程式唯讀記憶体(EEPROM)的方法， 其步驟係包含： 在一面砂基板的部份區域形成埋藏汲極區； 形成第一和第二場氧化層，其中該第二場氧化眉位在該埋藏 汲極區的矽基板內，而該第一場氧化層位在遠離該第二場氧化眉 的矽基板內； 在該第一和第二場氧化眉之間的砂基板上形成閘極氧化眉； 在形成該閘極氧化眉之後的結構上連續形成第一複晶矽眉和 複晶矽之間的絕緣層； 連續制定該複晶矽之間的絕緣眉、第一複晶矽層和閘極氧化 層的圖案，形成控制閘極； 在該控制閘極和第二場氧化眉之間的矽基板內形成汲極區， 使汲極區連接於該埋藏汲極區； 形成該汲極區後，在所完成的結構上形成浮動閘極氧化眉， 其厚度在該汲極上方厚於其他區域的厚度； 蝕去該汲極區和第二場氧化眉上部份的浮動閘極氧化眉，露 出該汲極與第二場氧化雇重叠的部位； 除去該第一場氧化眉和控制閘極之間矽基板上的浮動閘極氧 化層； 連纜形成隊道氧化層和第二複晶砂層； 制定該第二複晶矽層的圖案，形成浮動閘極； .在該第一場氧化眉和控制閘極之間的矽基板內形成源極區。 2. 根據申請專利範困第1項之方法，其中該第一和第二場氧化雇是 由LOCOS製程形成，厚度約2000至5000埃。 3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該閘極氧化層厚度約300 卜--------A------iT------M . (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS } A4规格（210X297公釐） 2^3948 C8 D8 六、申請專利範圍 至500埃。 4. 根據申諝專利範圍第1項之方法，其中該複晶矽之間和絕緣雇是 由氧化層和氮化屑組成的雙眉結構。 5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該浮動閘極氧化眉是由濕 氧化製程形成的。 6. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該隨道氧化眉厚度約80至 120 埃。 7. —種快閃EEPROM細胞元，係包含： 一面败基板，上有第一和第二場氧化眉； 閘極氧化眉、控制閘極和複晶矽之間絕緣層所組成的堆叠結構， 位在該第一和第二場氧化眉之間； 浮動閘極氧化層，位在該控制閘極和第二場氧化眉之間的矽基板 表面上，且部份鄰近該第二場氧化眉的矽基板露出來，而在該控 制閘極附近的浮動閘極氧化層厚於該第二場氧化層的厚度； 埋藏汲極區，位於該第二場氧化層下方； 汲極區，位於該浮動閘極氧化層下方，並連接於該埋藏汲極區； 源極區，位在該控制閘極和第一場氧化眉之間的矽基板內； 經濟部中央揉準局負工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 隊道氧化眉，可以將該矽基板、複晶矽之間的絕緣層和控制閘極 加以隔離；以及 浮動閘極，位在該隧道氧化眉上。 8. 根據申請專利範圍第7項之快閃EEPROM細胞元，其中該第一和 第二場氧化層是由LOCOS製程形成，厚度約2000至5000埃。 9. 根據申請專利範圍第7項之快閃EEPROM細胞元，其中該閘極氧 化眉厚度約300至500埃。 10. 根據申請專利範圍第7項之快閃EEPROM細胞元，其中該複晶 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 矽之間的絕緣眉是由氧化眉和氮化眉組成的雙眉結構。 11.根據申請專利範圍第7項之快閃EEPROM細胞元，其中該隧道 氧化眉厚度約80至120埃。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS〉A4规格（210X297公釐）
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