TWI344693B - Gated diode nonvolatile memory structure with diffusion barrier structure - Google Patents

Description

1-344693 九、發明說明： 本發明申請案主張美國專利暫時申請案No. 60/866,583， 2006 年 11 月 20 日提出之『Gated Diode Nonvolatile Memory』， 及美國專利正式申請案No. 11/619，108，2007年1月2日提出之 『Gated Diode Nonvolatile Memory Structure With Difilision Barrier Structure』之優先權，發明人為歐天凡、蔡文哲、賴二琨、 高瑄苓、與廖意瑛。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電性可程式與可抹除的非揮發記憶體 (EEPROM)，更進一步而言，係關於電荷儲存記憶體之一偏壓安 排(bias _igement) ’其可以高敏感度地讀取記憶細胞之電荷儲 存結構中的内容。 【先前技術】 俗稱EEPROM、快閃記憶體等電荷儲存 可抹除非記陳術已廣錢用。eeTp^m° 性可程式 用-定數量的記憶細胞結構。隨著積體 ”快閃讀體採 :荷捕捉介電層為基礎的記憶細胞結小因= 有可微縮以及製作簡易等優勢。#界 二重要，因其具 的記憶細胞結構，諸如PHINES、'、sqnqs u荷捕捉介電層 構利用氮化料f荷敝介謂 。㈣記憶細胞結 電荷捕捉層捕捉到足夠的淨貞 "Γ，藉以儲存資料。若是 加。從電荷捕捉物者=3,電騎會增 細胞的臨界電壓。 β 電何，均可降低記憶 習 與閘極 '然而，曰曰體結構’其具有源極、 Μ構具麵極與汲; 沒極 擴散區域，其係 因之一 *有】:的=:胞必須研發新技術，以降低尺寸，並且 【發明内容】 路，的非二記憶元件積體電 以及二_結構 構、一或多個儲存介電結構、 料。在多種實_巾料絲，可代表資 =荷，_ 一個中至 -節點與第二節點，其i由、===間。二極雜結構具有第 節點均至少部分與第=點與第二 一絕緣介電層與複數個相鄰二隔^之相點具有藉由 中，二極體結構係為蕭特基二極=俨在多個實施例 為單晶、多晶、或非晶之_。 ^ Pn —極體。二極體至少 線，而非連接至相鄰元件所連接的位元:即點連接至單獨的位元 化物中在;接面包含：氧化物、氮 ^ π夕裡貫施例中’擴散障礙接& _ 於20埃(angstroms)，或者鄰接一或多個電荷儲存結構的 1344693 之擴散障礙接面厚度不高於2〇埃。 产，反向驗產生流_二極體結構的讀取電 二，脑ΐΐ 構㈣電荷儲存狀態。某些實施例中包 取=加以歧電荷儲存結構的電雜態，以及 施例中，讀取電流為能帶間電流。 ^在系二實 本發明之另-目的為提供一種製作 路以=存資料的方法，包含下列步驟： ⑽几件積體電 2供電荷儲存結構，其具㈣荷儲存 與-i體共;，其係至少部分位於該電=存結構 源I間 部分位於該電荷儲存結構與閘極電壓 散障一節點與第二節點的該二極體結構，其係由-擴 分隔，該第—節點與該第二節點至少部分與該-= ， 浦存介電結構連接’同時二鋪結構具有交、會結構 廢ΓΓΓαι°η)—截面，在其巾該第二祕具有藉由—絕緣介電 層與複數個相鄰元件隔絕之相對面。 稽田，'邑緣"電 種實施例，亦可製作上述之树的多種實施例。 =些貫施例更進一步包含以下步驟： 電荷其可施加一偏壓安排以決定該電荷儲存結構的該 決定今電且可制趁該二滅結構的反向偏壓電流，以 决疋該電何儲存結構的該電荷儲存狀態。 【實施方式】 102f丄Π極二極體非揮發記憶細胞的簡化示意圖’節點 的组形成二滅。電荷儲存結構與介電結構 σ 質圍繞第一節點102。電荷儲存結構與介電結構組 上J44693 ° ^ 近元，，例如====_與鄰 θ加擴散障礙接面25〇l至二極體結構中。 圖Φ，二 其顯不採用不同材料的電荷儲存結構。第2Α 存於二極域性儲存電荷，其係將正電荷館 材料結構荷捕极 斑-托触心 霉間同時位於電荷捕捉材料結構202 電二你if之間。電荷捕捉材料結構202與閘極結構之間的介 常數材料。Ί亦可採用其他類似高介電 ^何儲存結構的代表㈣，包含氮切 之内t=T閉極包含一種材料，其功函數大於Ν型石夕 4力函數’或大於4.1 eV’較佳實施例巾大於425 ev ^ 之力Γ/ίΓ祕材料包含p型多糾、™、 材料屬與材料。其他具有相對高功函數之 Co 作為本技術之實施例，包括但不限於Ru、Ir、Ni、與 與金屬不限於_、财i、金屬氮化物划2 : 閑if i料。她於典型n型多晶销極，高功函數之 閑極材料可對電子穿隧產生更高之“能障 介電層之η型多曰石 發明之實施例所二二士’其注入能障約為3」5 eV。因此，本 3.丨5 -，較佳?= ?頂部介電材料，其注入能障均高於 有二氧切頂’更佳之實施例中高於4 ev。具 eV，同時，相對於日P &夕晶石續極’其注人能障約為4.25 其可將會聚細皰之臨界電層之n型多晶石夕間極， 極二極體非揮發記憶細胞，但具有奈米粒^荷‘ 電荷==:，:儲存：或多個位元’舉例而言，若各 中形成四個不連續的ΐ荷^存^在間極二極體非揮發記憶細胞 正在電荷捕捉結構中製造更多淨 ，儲存結構中增加電子或者移除電洞。然而，在某 二雷結構中的淨負電荷’而抹除則代表 在電何儲存結射增加淨正電荷。此 動機，例如價帶間跡包括熱載子注入 induced tunneling )、以及由基材直接穿隧。 ld 第26A圖、第26B圖、第26C圖類似於第2八圖 第2C圖的簡化示意結構所示之閘極二極體非揮發記 、 示利用不同材料的多種電荷儲存結構，但在中二j 散障礙接面。 體、、，。構中增加擴 第3A圖、第犯圖、第％圖、與第沁圖為閑極 揮發記憶細胞的簡化示意圖，其顯示二極體結構的多種^施 =非 二極體。在第3A圖與㈣圖中，二 電結構之二—圍:二 則摻雜為η型。第3ct 第二節點314 極體。第3C圖^ 圖中，二極體結構為蕭特基二 圍的第-節點3G2 上由電荷齡結構與介電結構之組合包 料。第3D社門太為金屬材料，而第二節點324係為半導體材 點材U 極二極體非揮發記憶細胞係將第3C圖中的節 上由電荷儲存結構與介電結構之= 第27H t半導體材料’而第二節‘點334則為金屬材料。 圖、第3B圖、第圖、第27<：圖、與第27D圖類似於第3A 憶細胞，其中顯示夕：:3D圖顯示的閘極二極體非揮發記 特基二^|，但射增加擴轉婦面·至二極親構體之中蕭 立HI甘2 1、第4B圖為閑極二極體非揮發記憶細胞的簡化示 :圖，其為pn二極體具有同質接面的實施例。第4A圖中，二 結構的第-節點402與第二節點4〇4的材料均為石夕。第4 體結構的第—節點412與第二節點414的材料均為鍺。 ;相較於矽而言，鍺的能帶較小，相較於第4A圖而言，第4B 圖的閘極二極體非揮發記憶細胞可產生較大的能帶間電流。無論 在同質接面二鋪結構中制何種材料，二極體結構均可為單晶 或多晶。多晶設計可形成較高的記憶細胞密度，因其可在垂直= 向之上沈積多層記憶細胞。 第28A圖與第28B圖係類似於第4A圖與第4B圖的閘極二 極體非揮發記憶細胞簡化結構，其顯示具有同質接面的即二極 體實施例，但在二極體結構中另外加入擴散障礙接面28〇1。 一第5圖顯示閘極二極體非揮發記憶細胞的簡化示意圖，其中 顯示具有異質接面㈤pn二極體實施例。實質上由電荷儲存結構 Γ344693 與介電結構之組合包圍的第一節點502係以鍺做為材料，而第二 節點504的材料為矽。第一節點5〇2與第二節點5〇4係以層級化 的轉換層接面(graded transition layer junction)506 連結。 一土第29圖係類似於第5圖的閘極二極體非揮發記憶細胞簡化 示意圖，其顯示具有異質接面的pn二極體實施例，但其中增加 擴散障礙接面2901至二極體結構中。 曰 第6A圖與第6B圖為閘極二極體非揮發記憶細胞進行電子 的簡化示意圖。第6A圖中，電子穿隨注人機制係將電 子自偏壓-10V的由閘極結構608移動至電荷儲存結構6〇6。第一 -極體節點係施以聊偏壓或者浮動，第二 以10V偏壓。第6B圖中，電子穿 =點604係&

圃y €于穿隧庄入機制係將電子由偏壓-10V 構60^二極體節點6〇2移動至電荷健存結構606。閘極結 =以0V偏麼，第二二極體節點6〇4係施以·請偏麼。 極揮 ===係類似於第6a圖與第6b圖，其係閘 間熱電第子=二圖為第 由二極體結構移至電荷儲I ，熱電子注入將電子 之偏壓為ον，閘極結構608 n猜一極體卽點602 電洞流入別偏叙听型第f 10=，電子電洞對造成的 電子注入將電子由二極體°第7β圖中，能帶間熱 二極體節點6G4之偏H電荷餚存結構_。η型第二 子電洞對造成的電洞流二5V 2結構_之題為歸，電 第34A圖與第34B圖龆心 p+型第一節點602。 極體非揮發記憶細胞進行^7A圖與第7B目’為閘極二 加擴散障礙接面3401至子;主入的不意圖，但其中增 王一極體結構中。 1344693 牙隨庄入的間化不意圖。第8a 由偏堡為10V之間極社播_ 電而穿齡主入機制將電洞 -—〜U 賴、、，。構608移動至電荷儲存結構606令。第一 二極體_之健為挪或軸，第二 為-10V。第8B圖中，雷、、間空， 印，4之偏廢 浮動之第一-㈣"電輯機制將電洞由偏麗為'_或 60^ί「—Γ郎點6〇2移動至電荷儲存結構606。閘極結構 U0V ’第二二極體節點6〇4之偏壓為爾。 f t!5A圖與第35Β圖類似於第8Α圖與第犯圖，為閘極二 極體非揮發峨_猜賴穿敝 散障礙接面遍至二極聽射。 』仁，、中轉加擴 ⑽ί9Α目與第9Β圖為問極二極體非揮發記憶細胞進行能帶 二1熱電=注入的示意圖。第9Α圖中，能帶間熱電洞注入將電洞 由-極體結構移至電荷儲存結構·。ρ型第一二極體節點碰 之偏壓為0V ’閘極結構608之偏壓為1〇ν，所產生之子 中的電子流入5V偏壓的Ν+型第二節點6〇4。第9Β圖中，能^ =熱電洞注人將電子由二極體結構移至電荷儲存結構祕。ρ型 第-二極體節點6G4之偏壓為GV，閘極結構_之偏壓為撕， 所產生之電子電洞中的電洞流入5V偏壓的η+型第一節點6〇2。 流經二極體結構帶間電流，可_垂直電場與側向電場 結合’極為精準地決定電荷儲存結構巾電荷儲存狀態的改變。較 大的垂直與側向電場’可引發較強的價帶間電流。偏壓安排施加 於多個終端之上，由此可使能帶·彎曲，使其足以引發二極體結構 中足夠的能帶間電流，但同時可以保持二極體節點之間狗低的電 位差，以防產生程式化或抹除的動作。 依據本發明一種實施例的偏壓安排，二極體結構係受到反向 偏壓。此外，閘極結構所加之電壓，使能帶產生變化，足以在二 極體結構中造成能帶間穿隧效應。二極體結構中的一節點具有高

12 S ‘痒辰X '、可在空間電荷區域(sPace charge region}造成高電荷 列?t傲且f用電^改變時造成的短小空間電荷區域，造成能帶劇 。貝電帶中的電子，由二極體結構接面的一面穿隧越過禁 ιτΓ ’ ί入另一面的傳導帶，同時順著位能壘（P〇tentia_)向 播二移Ϊ入N型一極體結構點中。同樣地’電洞由n型二極體結 郎點返離，向上飄移至位能壘，移向P型二極體結構節點。 構的電壓，利用位於二極體結構與電荷儲存結構之間 =、”口構’控制二極體結構部分的観。當閘極結構的負雙 古Ί此-介電結構造成的二極體結構部分負電壓亦同時提 極贿構巾更綱的能帶f曲。能帶間紐增加，至 化能帶—側上的被佔有的電子能階，與另一側未被佔 被佔!η階，二者間重疊增加;以及⑵被佔有的電子能階與未 f子能階間的能障寬度減低。（見Sze，Physics of

Semiconductor Devices, 1981) 能帶,ίίΐΐϊ儲存結耻⑽貞储或者淨正储，更會影響 “ 程度。依據雨斯定理，在二極體結構的閘極結構上施 』負電壓時，二_結縣接魏雜存結構 3 ’因該部分具有相對較多的淨負電荷。同樣地’在二 衛程式1與抹除的不同偏壓安排，顯示一種細緻的平 位差，不應造成大量的電荷 ί =,r=抹除而言，二極趙結構終端= ϊ熱荷載子穿越介電層，並藉由能帶 第36A圖與第3犯圖係類似於第μ目與第9b圖，為間極 1344693 揮發記憶細胞進行能帶m電洞注人的示賴，但直中 i曰加擴散障礙接面3601至二極體結構之中。 八 •不^曰嫩圖與第膽圖為閘級二級體非揮發記憶細胞，利用 .正電荷與淨負電荷特性化電荷儲存結構，以進行能 二°第ιοα圖與第ι〇β圖中，能帶間感應 俄制在一極體結構中建立雷早雪 2V的偏塵_^ 電/晴。由此而生的電子，流入以 m 一極體卽點602，而電洞則流入以ον的偏 fo=二二極體節點604。間級結構608之偏壓為撕： ^ 儲存結構606利用n+型第一二極體節點602與p J體_ 6。4之間的二極體接面，儲存相對較多的淨負 電何。在第10B圖中，電荷儲存結構6〇 體 .郎點602與p型第二二極體節點_之間的二極體$ 淨正電荷，較於第10B圖，* I0A圖的二極體结:籌 .^有較大的月—曲’同時流入第10A圖的能帶間感應電流亦較 第37A圖與第37B圖係類似於第1〇 -應的示意圖，但其令增加擴 第11A圖與帛11B圖為閘極二級體非揮

正電荷與淨負電荷特性化電荷儲存結構，HI 二極體節點安排。尤其，二極體結構具有 ®f有不冋的 由電荷儲存結難介電結構植合所實#_， 則為η型。能帶間感應機制在二極體結構中建立電子受 =，，流入以-2V的·ρ+型第一二極體節點6〇2 :而 電子則机人以GV的碰η型第二二極體節點刚。閘級結構_ 一二極圖中，電荷儲存結構606利用p+型第 面，儲之間的二極體接 _利用P+型第一二極體:圖中’電荷儲存結構 第11Β 111 存對較多的淨正電荷。相較於第11Α圖，

圖的—極體結構具有較大的能帶·料，同時流入第11Β 圖的能帶間感應電流亦較高。 ’机八弟11B 第-&二軸結構的第二節點摻雜濃度較高，而 構的組合^包但第—節點實質上由電荷儲存與介電結 第38Α圖與帛38Β圖係類似於第u St細胞，利用不_之淨正電：負= =:至節：r中，聊“= 簡二=有=;:二 =況r =4圖二，相鄰閑極二極體非揮發記憶細胞，個 & t ^5 5 相______ 的第一即點1204與1205，均延伸穿越氧化層， 個，第二節點蘭與聰的上方部分；同時，兩節點 同即點結構1214。共同節點結構對此二相_極二極體 憶細胞而言，作用即如同位元線。第12Β圖中，第二 ^ 與削均未延伸穿越分隔二個節點的氧化層。第二^”讀盘 1205即視為分別的位元線，而兩個節點非屬同一位元線。v、 第39Α圖與第39Β圖係類似於第UA圖與第12β 相鄰閘極二極體非揮發記憶細胞，分別顯示具有内連接第—節黑占 結構，但射增加擴散障礙接面細、 的簡細細胞陣列 電结構所^ 1職行，實紅細賴儲存結構與介 二極體結;:二亍為，型。 表，==::== 標誌、WU至WL6代矣。ί ft fL代表，字元線則以字元線 施加電壓。第一節點縱行ir之行，元線 壓為-10V，其餘宋开始夕加「偏壓為0v。字元線肌5之偏 3 線 電流it 體二節點縱行二的 狀態。 己I田胞之電何儲存結構的電荷儲存 第14Α圖與第14Β圖為閘極二極體非 行能帶間感測的簡化示意圖，其中第二t 胞陣列進 不同於第13Α圖與第13Β圖所干[^占縱仃不具有内連結。 元線結構，第ΜΑ圖與第14Β圖二内連接位 行係視為個別的位元線。第14A圖中，體二二節點縱 η線=。第-===: 為錄予凡線之偏屋為〇V。能帶間感測及可 W5 ^ 線机5與第—㈣崎卿第二

=紙二CL3的父會處進行。藉㈣測流經第-節點縱行DU 電何儲存結構的電荷儲存狀態。 行处mA f與第i5B圖為閉極二極體非揮發記憶細胞陣列進 二月匕帶間感測的簡化示意圖，其中第二節點縱行具有 中一極體結構的摻雜安排係相異 :〃 點縱行，實質上係由電 極’口構的苐-即 圓，二極體f為η型。類似於第13A圓與第】3B 點縱行上二郎點縱行，延伸穿越分隔不同第二節 阳，第二&行具有位元線觀DLl至 極體縱行血字元旋心、紅几線“_ CL。第15B圖中’係對二 其餘第-節點縱行則為：第第:節點縱行饥3之偏編v， 脱5之偏>1為1GV，'L第—即點縱行之偏壓為GV。字元線 在閘極二極體記憶細胞〇V。能帶間感測及可 會處進行。藉由量測流脱5與第一節點縱行DL3的交 的電流’即可知悉閘極二極體:=尸3或第二節點縱行CL 儲存狀態。 隨°己隐細胞中’電荷儲存結構的電荷

第16A圖與第A 行能帶間揮發記憶細胞陣列進 中二極體結構的摻雜安排 卽點縱行具有内連結，其

圖與第14B圖。第1SA固'相異於第13八圖、第13B圖、第14A 點縱行，實質上係由 =第15B圖中，二極體結構的第一節 而二極體結構的第二節H構與介電結構所包圍，其為P型， "·、’仃為η型。類似於第13八圖與第13b )93 婦第H縱行，延伸穿越分隔不同第二節 ^ 二刀的氧化物，同時連接至一共同位元線結構。第 ητ a鋪結制第—節點縱行具有位元線標諸、 DL1至 娜縱2點縱行具有位元線標諸CL。第15B圖中，係對二 Α滅订二子几線施加電壓。第一節點縱行沉3之偏麼為-2V， 于則為〇V。第二節點縱行之偏壓為〇v。字元線 在間極二2t1〇V，其餘字元線之偏壓為0V。能帶間感測及可 合°ΐέ巍細射字元線祀與第—祕縱行DL3的交 二Ϊ流仃即;4由ί測流經第—節點縱行DU或第二節點縱行CL 儲存^態。W %問極二極體記憶細胞中’電荷儲存結構的電荷 不含擴第：礙 纪憶^7^楚第Μ圖與第17C圖為相鄰閘極二極體非揮發 二己隱細胞’其第二節點並未連接在一起，進行如 = ίΐΐ=簡:Γ意圖’但僅於特定細胞上進行。第i7A圖：， # 動，伯t圖中’第一二極體節點602具有偏壓ιον或者為浮 —第一二極體節點603則具有 - ，^=2具有賴WV或浮動，咖之=二第= 入媳f、Γ 與605之偏壓則分別為lov與〇v。電子穿魅 至電眺’將電子由以挪的偏壓之難結構_移動 =，。6中’但非移動至電荷儲存結構二中:= 二電子穿隧注入機制如第6B圖所示，將電^由2 一體《移動至電荷儲存結射，但僅發生於特定細胞上。呈 1344693 洞Γ注人機制如第8A圖所示，將電洞由閑極 j移動至電讀存結構巾，但歸生於特定 ^中，電洞穿随注入機制如第8B圖所示，將電洞由第 郎點移動至電荷齡結射，但僅發生於特定細胞之上° 内連ί =〇A •圖與第4〇B圖類似於第17A圖與第17B圖，為不具 點的相鄰閘極二極體非揮發記憶細胞，在特定細胞 敝人咐意圖，但射增加紐障礙接面麵、 4002至二極體結構之中。 叫υυι 第18Α圖、第18Β圖、第18c圖為不具 才目鄰間極二極體非揮發記憶細胞，其中蚊細胞 間熱制狀的示_，但僅於特定細胞上^于。 第18A圖中，能帶間熱電洞注入機制將電 =存，之中。p型第二二極體節點6二= 為0V，閘極結構608之偏壓為_卿，而電子電洞 :，流入藉由5V偏壓之n+型第一節點與6〇3。第】犯圖的中電 =節點602之偏壓為5V，但第一節點6〇3之偏壓為〇v。 間熱電洞注人機繼擇性地將電洞由二極體結構軸至電荷儲 存結構606，但不會將之移動到電荷儲存結構6〇7。第18 ^不第-節點602與第二節點_卿成之二極體結構，進行能 =間熱電酿人的示意圖，亦如同於第 _示，第—二極體 節點603肖第二二極體節點605所形成之二極 象:然而，第18C圖中，第一二極體節議係受到二壓見 第=一極體節點6G5受到5V偏壓。由於第—二極體節點⑽與 第二二極體節點6G5卿成的二極體結構仍沒有足夠的反向^ 壓，因此該二極體結構中無法發生能帶間熱電洞注入機制。在其 他實施例中，能帶間熱電洞注入機制在特定細胞上，選擇性地將 電洞由具有p型第-二極體節點與n+型第二二極體節點的二極 19 ^44693 體結構，移動至如第9A圓 例中，能帶間熱電洞注入機制儲存結構中。在其他實施 具有P+型第-二極體節點與n第田胞一上^擇性地將電子由 構，移動至如第7B圖所示亟體郎點的二極體結 能帶間熱電子注入機制在電 =存、，，。射。在其他實施例中， 型第一二極體節點選擇性地將電子由具有η 如第Μ圖所示的電荷儲存^中體即點的二極體結構，移動至 圖，為叫與第狀 在特定細胞上進行能帶間感測二 面41〇1、搬至二極體結構之中。1射增加擴雜礙接 =2Α ®與第22Β圖為站内連接第二節點挪問極 圖所示中=細胞上進行如第ι〇Α圖與第7〇β 圃所不之帶贼卿不_。第22α圖中， 二=ΪΓ二極體節點602與具有ov偏壓的第二乂 ： ，卽點604所形成。此一能帶間感測電流係指特性化電荷士 構606的總正電荷或總負電荷。閘極結構_之偏壓為-脚。= 成二極體結構的n+型第一二極體節點6〇3之偏壓為〇v，刑^ 第二二極體節點605為〇v，以總電荷量特性化電荷儲存結P ; 的能帶間感測電流，因為缺乏足夠反相偏壓而不存在。第 同時顯示第-二極體節點602與第二二極體節點6G4，選， 在二極體結構上產生能帶間感測電流的示意圖，但該電流如H 22A圖一般，產生於第一二極體節點6〇2與第二二極體 卿成的二極體結構上。然而，帛22B财，第—二極體節點 603之偏壓為2V，第二二極體節點605之偏壓為2V。由於一 二極體節點603與第二二極體節點605所形成的二極體結構之門

20 S 1344693 夠f ’因此無法產生能帶間感測機制。在並他實 二中二帶間=制如第11A圖與第uB圖所示在選= 二“中。㈤點與n+型第二二極體節，點中所形成的二 第々圖與第42B _似於第22八，與第22b圖，為不具 相鄰閘極二極體非揮發記憶細胞，在特定細胞 上進行能常間感測的示意圖，彳日其 4202至二極體結構之中。其料加擴射讀接面4201、 第19A圖、第19B圖、與第19c rn陣，解示意圖’其中不同陣列之間，=的 第丨一即點縱行、與第二節點縱行之内連接。各個陣列之 間垂直排列，即如第16A圖與第16B圖所示者。雖然利=緣 乳=腦而垂直分隔的複數_，皆係屬於相同的積體電路 之-部份，但仍时解方式顯錢數陣列，鮮 有字元線與位元線標誌。 干』所 第19Α ®中，相異陣列觸與驗具有内連接。灣 的字元線與陣列1902的字元線均以觀至偏標記。秋而， 相異陣列的第-節點縱行與第二節點縱行係個別獨立。陣列灣 ，第-節點縱行係標記為DL1至DL6，陣列19。2的第一節點縱 仃係標記為DL7至DL12。陣列1900的第二節點縱行係掉為 CU至CL6，陣列的第二節點縱行係標記為CL7至H為 〜第19B圖中’相異陣列1910與1912係個別獨立。陣列191〇 的字元線標記為WU至肌6，陣列〗9】2的字元線標記為體 ，WL12。然而，相異陣列1910與1912的第一節點縱行與第二 節點縱行具有内連接。陣列1910與陣列1912的第一縱行均標記 為DL1至DL6，而其第二縱行均標記為CLi至CL6。 丁 第19C圖申’相異陣列192〇與1922的字元線，與其第一節

(S 21 點縱行及第二節點縱行均各自獨立。陣列咖 ^至WL6 ’陣列1922的字元線標 至己為 1920的第一節點縱杆俨々兔m~ 主WL12。陣列 縱才為DU至DU，陣列1922的第—節點 緃仃軚记為DL7至DL12。陣列192〇的筐-奸/ μ 點 至CL6，陣列1922㈣Γ 的弟—即點縱行標記為⑴ I早歹J 1922的第二節點縱行標記為CL7至cu2。 =面麵示料擴鮮雜—擴散障 赫關示積體電路關化示意圖，其中具有閘極二極體 己憶細胞與控制電路之陣列。韻電路獅，包含在半 20(Γ〇材^利用開極二極體非揮發記憶細胞完成的記憶陣列 雜—極體記憶細胞陣列2000可能為個別細胞、内連接 或内連接複鱗列。簡碼器纖與複數個字元線·， /广己憶陣，2GG0中的橫列麵合。行解碼器薦與複數個位元 ^ 2004’沿著記憶陣列2〇〇〇中的縱列耦合。位址係由匯流排2〇〇5 提供給行_||細與贿碼n 2()()1。魏2_巾的感測放大 二與資料輸入結構經由資料匯流排2〇〇7與搞合行解碼器謂耦 口。資料由積體電路2〇5G上的輸入/輸出琿，提供至資料輸入線 2011，或者由其他積體電路2〇5〇内部/外部的資料源，輸入至方 塊2006中的資料輸人结構。資料由方塊2〇〇6中的感測放大器， 經由資料輸出線2〇15 ’提供至積體電路2〇5〇，或提供至積體電 路2050内部/外部的其他資料終端。偏壓安排狀態機器2〇〇9控制 j壓安排供應電壓2〇〇8之運作’例如抹除驗證電壓與程式化驗 證電壓，以及利用諸如能帶間電流，安排程式化、抹除、與讀取 22 1344693 記憶細胞。第2〇 ®之麵祕，包含料擴 有擴散障礙接面的實施例。 *曲〃、不具 第21A圖到第21H圖顯示閘極二極體非揮發記憶細胞 陣列的製作流程示意圖。第21A圖顯示矽基材21〇2之上呈 化物層2104，以及氧化物層2104之上的p型多晶石夕層2u、2 21B圖中’形成犧牲氧化層2116與氮化物2118。然後進行 渠隔離，以形成複數個p型多晶矽結構2113。在第2ic 將犧牲氧化層2H6與氮化物除知此複數個p型多^社 =u!在進行離子佈值’形成閘極二極體非揮發記憶細胞的P ^二_ 2114與n+型第-節點助。在第加圖中， 何儲存結構與介電結構的組合2123與問極多晶石夕迎，以 閘極二極體非揮發記憶細胞的第一陣列。第圖中；一 =氧=2104與另一層p型多晶石夕2112。第抑圖至第2m圖 中，實際上乃是重複第21B圖到第21〇圖的步驟，以形成另一 f閘極二極體非揮發陣列’使其垂直置放於先前的第—陣列之 細的f 到? 23H醜示複數陣列閘極二極體非揮發記憶 10，匕其可—iT程範例。第23A圖顯示具有光阻圖案12的基材 義域槽’以使相鄰元件絕緣。基材可為p型或η型。 到侧的ir在基材1G之上’淺溝槽14在光阻圖案12之間受 16填X入二描。光阻圖案」2被去除。第23C _示絕緣氧化物 佶θ 14，藉以隔絕相鄰元件的情形。第23D圖顯示離 井8，同子佈值18具有不同的離子，可在基材10中建立深 深井/獻;深井8中建立淺井6。舉例而言，錄材料p型， 型，深弁二f，而淺井6為P型；相對而言，若基材10為n u止為P型’而淺井以㈣。為簡化以下圖式，上述 ^ 與基材的組合將不再呈現，應理解為元件可形成於

S 23 L勿i 16之門以二 利用離子佈值18在隔絕氧 匕物層16之間形成的擴散位元線 形成，其摻雜物的電荷型態盥淺井6^ 20係以佈值法 观圖顯示去除部分絕緣氧目^或與基材1〇相反）。第 哎\3麵牛驟 + 的v驟。利用回浸(dip back) 間的pn接面。第23G圖顯^低於擴散位元線20與淺井6之 , 3〇 5 ^ 香狄a丨士 ^ 礼化物26以及下層氣化物28。在其他 化物為浮朗極或絲歸。喊麟絕緣氧 電壓。第23H = 散凡現2〇與井6間Pn接面的 步驟。+剂.1、不乂成子兀線32，以為元件提供閘極電壓的 數條字元極鮮晶_膜’隨後將之侧，以形成複 與=仏線閘極材料同時可為金屬問極，例如石夕化物、灿、翻 的㈣權議胞陣列 圖顯p型基材10，其上沈積n型多晶石夕.第· 圖顯不由此製作而成的n+型多晶梦薄膜42，其位於 4tt 後形成的阻隔層，其具有—層護墊氧化物 於㈣多曰曰石夕溥膜42之上，而護塾氧化物44之上又有一声 份46之上的光阻層48是微影製程的一部 二美if第3GD _示淺層溝槽經由非等向_形成 二:極體節點賴n+型多晶石夕薄膜42藉由溝槽分割為分離的第 -極體即點與第二二極體節點，二者係為基材1〇上相鄰的對

S 24 1344693 應部分。同樣地，護墊氧化物44分割為數個護塾氧化物52，氮 化石夕46分割為數個氮化石夕54，而光阻層48被除去。第3〇e圖 中’絕緣氧化物56填充溝槽’同時隔絕鄰近的二極體結構。隨 後’進行化學機械拋光IX及去除氮切^的步驟。第3QF圖顯示去 除部分絕緣氧化物的步驟，細形成絕緣氧化物部分22，用以隔 絕相鄰的二鋪結構。麵的步_類似於第23G圖與第加 圖。 第31A圖至第31H圖顯示閘極二極體非揮發記憶細胞陣列 的製作流程範例，其巾二極體結構具有擴散障礙接面。

第31A圖至第迎圖的製作流程類似於第3〇A圖至第3〇F 圖’以及第2½圖及第2扭圖，但稍有相異：形成p型基材1〇 ^的n+型多晶石夕薄膜42之前，會先在p型基材1〇之上形成超 薄膜58。在多種實施例中，超薄膜58可為氧化物、氮化物、氧 氮化物’其厚度約在1〇_2〇埃（如娜刪）。將超薄膜％分巧為 相異區塊後，分隔的區塊分別成為擴散障礙接面，直可在各&二 ，吉構之中’降低第一二極體節點與第二二極體節點的摻雜： 流動現象。 第32圖是閘極二極體非揮發記憶細胞陣列的透視圖，其 具有擴散障礙接面，而該結構係由第31A圖至第3m圖的 所製作。 衣狂 第43A _第43B ®，係在比較具有擴散障礙接面 擴散障礙接面的不同二極體摻雜物數據。 〃八 第43A圖顯示具有擴散障礙接面的二極體結構中，摻 質的數據曲線。曲線樓與侧個職表p型摻雜物躺j 摻雜物磷的摻雜數據，曲線4302代表曲線43〇4與43〇6的 雜數據。X軸以微米為單位’表示二極體結構上的垂直'，周 點代表擴散障礙接面與第二二極體節點的交界處，χ軸上的正向 25 1344693 ==程同時增加被絕緣介電 極體節點(同時增加被電 2 越深入第-二 其中ίΓ有糖=類似於第43A圖的二極體結構摻雜數據，作 物質领與„ 4312個戰表p型摻雜 侧的_數=^= PH代表曲線4304與 淨摻雜型態观戶，:丄::型Γ摻雜、n型磷摻雜、與 ΧΚΠ⑽二極體節财，對應x車由的深度為 别丛 下表表不擴散障礙接面可減少第一二極體節點中的n 里摻雜物雜至第二二極體節關情況。 ’’、 第43A圖 第43Β圖 〜 ----- 具有擴散障礙接面 不具擴散障礙桩而 p 型蝴(cm·3) 6.58xl017 6.42χ1〇17 η 型磷(cm-3) 1·66χ1017 1.47χ1〇19 第一二極體節點 Ρ型 Ν型 — 參雜型態 4r ^第44A圖與第44B圖係在比較具有擴散障礙接面與不具擴 散障礙接面的不同二極體摻雜物，在不同熱預算(thermalbudget) 情形下的數據。第44A圖與第44B圖中，二極體結構之擴散障 礙接面厚度為15埃。X軸基本上與第43A圖及第43B圖相同。 第44A圖中’曲線4402與曲線4404分別代表p型摻雜物質硼與 n型摻雜物質磷的摻雜數據。第44B圖中，曲線4406與4408分 別代表p型摻雜物質硼與n型摻雜物質磷的掺雜數據。第44A圖 對應相對較低的熱預算，利用ISSG(in situ steam generation)製 26 1344693 在 卢二彡 Λ·再以 HTO(hightemPeratUre〇Xide)製程’ 95〇t：埶;^ irwff。第44β圖對應至相對較高的熱預算，以 鐘。ϋ ί以另一熱處理製程1〇〇〇〇C處理43.5分 雜數據仍相當類似。 弟44B圖的個別摻 本發明之較佳實施顺範例詳 範例僅作為範例，非用以限制真利/it上淮應瞭解為上述 古，白η且分a 制專利之乾圍。就熟知技藝之人而 ;。 下列申請專娜_相賴㈣行修改與组 【圖式簡單說明】 ί 祕二極體__捕示意圖。 憶細胞示意圖，顯示_^材===亟二極體非揮發記 第3A圖、第3B圖、第3 c圖、J :的二種結構。 體非揮發記憶細胞示意圖，顯示二極 =施: ρη二極體錢縣二極體。 聊讀實施例，例如 第4Α圖與第4Β圖是簡化的閘極 — 意圖，顯示具有同質接面的仰二極體。體非揮考“己憶細胞不 有異極二極趙非揮發記憶細胞示意圖，顯示具 意圖 第7A圖與第7B圖是簡化的閘極 意圖，顯示細胞中進行能帶間熱電子注入的揮仏己憶細胞不 第8A圖與第8B圖是簡化的閘極二一 意圖’顯示細胞巾進行電洞穿敝人的情形。 心.’、細胞不 27 < S ) 1344693 音圖第t =兕圖是簡化的閘極二極體非揮發記憶細胞示 心圖，、、、員不細胞中進行能帶間熱電洞注入的情形。 示咅第10β ®是簡化的閘極二極體非揮發記億細胞 的帶間感測的情形，其中具有不同數量 的笋正電何或淨負電荷，可特性化電荷儲存結構。 f 11A圖與帛〗IB目是簡化的閘極二 行能帶間感測的情形，其中=二 節點之’其可特性化電荷儲存結構，但其二極體 即點之文排不同於第10Α圖與第10Β圖。 且有圖與第12Β圖分別顯示具有内連接第二節點以及不 ί圖。接第一郎點的相鄰問極二極體非揮發記憶細胞簡化示 一極m圖λ第ΐ3Β圖顯示具有内連接第二節點縱行的閘極 -極，非揮發記憶細胞陣列，進行能帶間感測的簡化示意圖。 -極體與@第ΐ4Β$圖為不具有内連接第二節點縱行的閘極 -極，非揮發記憶細胞陣列，進行能帶間感測的簡化示意圖。 祕非it·圖第15Β圖為具有内連接第二節點縱行的閘極二 極體^揮發讀細胞陣列，進行能帶間感測的簡化示意圖，其中 二極體結構的摻雜安排係異於第13Α圖、第13Β圖Μ 4Α 圖、與第14Β圖。 第16Α圖與第16Β圖顯示不具有内連接第二節點縱行的閘 極二極體非揮發記憶細胞陣列，進行能帶間感測的簡化示意圖， 其中-極體結構的摻雜安排係異於第13Α圖、第Η Μ 14Α圖、與第14Β圖。 f i7A圖、第17Β圖、第17C圖為不具有内連接第二節點 的相鄰閘極二極體非揮發記憶細胞，在特定細胞上進行電子穿随 注入的簡化示意圖。 28 (:S ) 1344693 第18A圖、#18B圖、第18C圖為不具有内連接第二節點 的相鄰閘極二極體非揮發記憶細胞，在特定細胞上進行能 電洞注入的簡化示意圖。 … 第19A圖、第19B圖、第19C圖為閘極二極體非揮發記憶 =車，剖面圖，其中不同陣列之間，字元線、第一節點縱行、 與第一卽點縱行具有不同的内連接。 的積極二極體非揮發記憶細胞陣列_ 第2=口 ;1B認;工：圖、第21D圖、第21E圖、 種製作流程_f。__極二極體非揮發記憶陣 極一圖顯示不具有内連接第二節點的相鄰間 簡化示意圖 、中特疋、、、田胞上進行能帶間感測的 第23A圖、第23B圖、第Mr m ^ 第23F圖、第23G圖、第23H圖顯-_ 圖、第23E圖、 列的-種輸簡1^。揮發記憶陣 23F 1 . * 23G\ 1 2；ί ' C ® 23D ® 23E 1 ^ 第tfA中圖增力f散障礙接面至該二極體簡化示 顯示不同材料所製作㈣觀射 簡麵意圖，其 接面至二極體結構中。 、、°構但其中增加擴散障礙 第糊、論圖、第27c圖與第加圖為類似於第3α 29 1344693 102、104、302、314、322、324、332、334、402、404、412、 414、502、504、602、603、604、605、1204、1205、2114、2121 節點 106、2123 電荷結構與介電結構組合 108、110 介電層 2〇2 電荷捕捉材料結構 204 浮動閘極 206 奈米粒子電荷儲存結構 ^ 506 轉換層接面 606、607 電荷儲存結構 608 間極 1214 共同節點結構 1900、1902、1910、1912、1920、1922、2000 記憶陣列 1904 絕緣氧化物 2050 積體電路 2004、 CL、CU、CL2、CL3、CL4、CL5、CL6、DL1、DL2、 DL3、DL4、DL5、DL6 位元線 ^ 32、2002、WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、WL6 字元線 2001 列解碼器 2003 行解碼器 2005、 2007 匯流排 2006 方塊 2〇〇8 偏壓安排供應電壓 2009 偏壓安排狀態機器 2011 資料輸入線 2015 資料輸出線 33 1344693 2102 基材 2104、2116 氧化物 2112、2113、2132 多晶矽 2118 氮化物 3301 ' 3401 ' 3501 ' 3601 ' 3701 ' 3801 ' 3901 ' 3902'4001 ' 4002、4101、4102、4201、4202 擴散障礙接面 4302、4304、4306、4308、4310、4312、4402、4404、4406、 4408 曲線

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Claims (1)

1344693 申請專利範圍·· 種儲存資料的_發記憶元件積體電路， 包含 .個或多個電荷儲存介電結構，1 '=r，之間，且至少物二二:軸存 一ΐ荷儲存結構，其具有—代表資料之電荷館存狀態 :電# 閘極電壓源之間； ^-巧邱仔結構與一 障礙梅-擴散 存介電結構鄰接，同時該二^體結以個ί 切=::_具有藉由—絕緣介電層與複數個相鄰元件隔絕 2. 利卿1狀71件，射該晴雜面之厚度 不大於20埃 3. 度不範圍第1項之元件，其令之該擴散障礙接面的厚 數個電荷儲存介電擴散障礙接面係至少部分與該一或複 4.=申，專利職第】項之元件，其中更包含·· 荷儲存ίί，ίϋ加,一偏屢安排以決定該電荷儲存結構的該電 定該電荷触構的反向偏壓電流，以決 35 (S ) ^^44693 如申請專利範圍第1項之元件， 極體結翻-能帶間讀取電流，反向時流經該二 荷儲存狀態。 一 ’、疋4電荷儲存結構的該電 :·如申請專利範圍第丨項之元件， 相鄰元件之-第二節點與各該相鄰元件連接第二節點係經由各該 ^如申請專利範圍第！項之元件， 立位元線，該位元線係獨立於該 * 1二節點連接至-獨 元線。 之第二節點所連接的位 9技如申請專利範圍第！項之元件 基二極體。 开r诼〜極體結構為一蕭特 1〇.如申請專利範圍第1項之元株 二極體。 牛，其中該二極體結構為一 pn ^如申請專利範圍第i項之元件， 接面包含一氧化物。 〜〜極體之該擴散障礙 12·如申請專利範圍第！項之元件 接面包含一氮化物。 、。二極體之該擴散障礙 =如申請專利範圍第！項之元件 接面包含一氮氧化物。 、中5亥二極體之該擴散障礙 ^344693 包含一 利範圍第1項之元件’其中該電荷儲存結: 範圍第1項之元件，其中該電荷儲存結構包含-範圍第1項之元件’其中該電荷儲存結構包含- 電荷儲存狀態儲 17.如申睛專利範圍第1項之元件，其中每一該 存一位元。 態儲 ==專元利範圍第1項之元件’其中每一該電荷儲存狀 多晶項之元件’㈣’至少為單晶、 :.，：製造可储存資料的一非揮發記憶元件積邮 提供一電荷儲存結構，其且 提供-個或多個電荷儲存；_m料之電荷_ 荷儲存結構與-二極體’其係至少部分位;δ 結構與一閘極電壓源之以s，’、至少部分位於該電不 提供具有-第-節點與 ^擴散障礙接面齡隔，該；m該二極體結構，真 该-或複數個電荷館存^與对二節點至少部 ，電結構連接，同時該二極體結構 37 鄰=隔:節點具有藉由-絕緣介電層與複數個相 21.如申請專利範圍第2〇項之方法，更包含. 該電彻職構的 流，以決找電概細偏壓電 22.-—ί二：:r咖件積體電路，包含·_ 存結構二r;少部分位於該細 與該第二節點位於該二極體結構設計中，該第一 :亥第^ 一擴散障礙接面設計所分隔，該第一節點與 接；儲存介電結構設計連 由-絕緣介軸具有藉 23.如申請專利範圍第22項之元件更包含： 構’其可施加—職安排以決定魏荷儲存結 何儲存狀態，且可量測流經該二極體結構設計的 °堅、仙·以決定該電荷儲存結構設計的該電荷儲存狀態。 〔：S ) 38