TWI701811B - 非揮發性記憶體結構 - Google Patents
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Abstract
一種非揮發性記憶體結構，包括基底與多個記憶胞。記憶胞堆疊設置在基底上。每個記憶胞包括閘極結構與電荷捕捉層。電荷捕捉層位在閘極結構的一側。相鄰兩個記憶胞中的相鄰兩個電荷捕捉層實體上彼此分離。
Description
本發明是有關於一種記憶體結構，且特別是有關於一種非揮發性記憶體結構。
由於非揮發性記憶體（non-volatile memory）可進行多次資料的存入、讀取與抹除等操作，且具有當電源供應中斷時，所儲存的資料不會消失、資料存取時間短以及低消耗功率等優點，所以已成為個人電腦和電子設備所廣泛採用的一種記憶體。
然而，對於非揮發性記憶體而言，資料保存能力為其重要特性，因此如何提升非揮發性記憶體元件的資料保存能力(data retention capacity)為目前持續努力的方向。
本發明提供一種非揮發性記憶體結構，其可具有較佳的資料保存能力。
本發明提出一種非揮發性記憶體結構，包括基底與多個記憶胞。記憶胞堆疊設置在基底上。每個記憶胞包括閘極結構與電荷捕捉層。電荷捕捉層位在閘極結構的一側。相鄰兩個記憶胞中的相鄰兩個電荷捕捉層實體上彼此分離。
依照本發明的一實施例所述，在上述非揮發性記憶體結構中，記憶胞可在遠離基底的方向上依序堆疊排列。
依照本發明的一實施例所述，在上述非揮發性記憶體結構中，電荷捕捉層的材料例如是氮化矽。
依照本發明的一實施例所述，在上述非揮發性記憶體結構中，每個記憶胞更可包括第一介電層。第一介電層位在電荷捕捉層與閘極結構之間。
依照本發明的一實施例所述，在上述非揮發性記憶體結構中，每個記憶胞更可包括第二介電層。第二介電層位在電荷捕捉層的遠離閘極結構的一側。
依照本發明的一實施例所述，在上述非揮發性記憶體結構中，第二介電層可延伸經過多個記憶胞。
依照本發明的一實施例所述，在上述非揮發性記憶體結構中，閘極結構可包括金屬閘極層與阻障層。阻障層位在金屬閘極層與電荷捕捉層之間。
依照本發明的一實施例所述，在上述非揮發性記憶體結構中，更可包括多個介電層。介電層與閘極結構交互堆疊。電荷捕捉層位在相鄰兩個介電層之間。
依照本發明的一實施例所述，在上述非揮發性記憶體結構中，更可包括通道結構。通道結構設置在記憶胞的一側。電荷捕捉層位在通道結構與閘極結構之間。
依照本發明的一實施例所述，在上述非揮發性記憶體結構中，更可包括源極線與介電層。源極線設置在記憶胞的另一側。閘極結構位在源極線與電荷捕捉層之間。介電層位在源極線與閘極結構之間。
基於上述，在本發明所提出的非揮發性記憶體結構中，由於堆疊設置的相鄰兩個記憶胞中的相鄰兩個電荷捕捉層實體上彼此分離，因此可提升記憶體元件的資料保存能力，進而可提升記憶體元件的可靠度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例的非揮發性記憶體結構的剖面圖。在本實施例中，圖1可為沿著位元線BL的延伸方向的剖面圖。
請參照圖1，非揮發性記憶體結構10包括基底100與多個記憶胞MC。非揮發性記憶體結構10例如是具有垂直通道的三維反及閘快閃記憶體(3D NAND flash memory)。基底100可為半導體基底，如矽基底。此外，依據產品設計需求，可於基底100中形成所需的摻雜區，如摻雜區101與共用源極線CSL，但本發明並不以此為限。摻雜區101位在通道結構116下方的基底100中。摻雜區101可具有N型導電型，但本發明並不以此為限。共用源極線CSL位在源極線118下方的基底100中。
記憶胞MC堆疊設置在基底100上。舉例來說，記憶胞MC可在遠離基底100的方向D上依序堆疊排列。每個記憶胞MC包括閘極結構102與電荷捕捉層104。圖1中的記憶胞MC的堆疊數量僅為示意，但本發明並不以此為限。
閘極結構102可包括金屬閘極層106與阻障層108，但本發明並不以此為限。阻障層108位在金屬閘極層106與電荷捕捉層104之間。金屬閘極層106的材料例如是鎢。阻障層108的材料例如是TiN、WN或TaN。
電荷捕捉層104位在閘極結構102的一側。相鄰兩個記憶胞MC中的相鄰兩個電荷捕捉層104實體上彼此分離。亦即，相鄰兩個記憶胞MC中的相鄰兩個電荷捕捉層104互不相連。電荷捕捉層104的材料例如是氮化矽。
此外，每個記憶胞MC更可包括介電層110與介電層112中的至少一者。電荷捕捉層104位在介電層110與介電層112之間。介電層110位在電荷捕捉層104與閘極結構102之間，且可作為阻擋層(block layer)。介電層110的材料例如氧化矽、氮氧化矽或其組合。
介電層112位在電荷捕捉層104的遠離閘極結構102的一側，且可作為穿隧介電層。在本實施例中，介電層112可延伸經過多個記憶胞MC，亦即多個記憶胞MC可共用介電層112，但本發明並不以此為限。介電層112的材料例如氧化矽。
此外，非揮發性記憶體結構10更可包括介電層114、通道結構116、源極線118、介電層120、接觸窗122與位元線BL。介電層114與閘極結構102交互堆疊。電荷捕捉層104位在相鄰兩個介電層114之間。介電層114的材料例如氧化矽。
通道結構116設置在記憶胞MC的一側。電荷捕捉層104位在通道結構116與閘極結構102之間。通道結構116可延伸至基底100中。通道結構116可為單層結構或多層結構。在本實施例中，通道結構116是以單層結構為例來進行說明。此外，通道結構116例如是實心柱狀，但本發明並不以此為限。在一些實施例中，在通道結構116中可設置有介電柱(如，氧化柱(oxide pillar))(未示出)。通道結構116的材料例如是多晶矽或III-V族半導體材料。
源極線118設置在記憶胞MC的另一側。閘極結構102位在源極線118與電荷捕捉層104之間。源極線118可延伸至基底100中。源極線118的材料例如是鎢、銅或鋁。
介電層120位在源極線118與閘極結構102之間，藉此源極線118與閘極結構102可彼此隔離。介電層120的材料例如是氧化矽、氮化矽或其組合。
接觸窗122耦接於通道結構116。接觸窗122的材料例如是鎢。位元線BL耦接於接觸窗122。位元線BL的材料例如是銅、鋁或鎢。此外，接觸窗122與位元線BL可位在介電層(未示出)中。
此外，非揮發性記憶體結構10更可包括所屬技術領域具有通常知識者所週知的其他構件，於此不再說明。
基於上述實施例可知，在非揮發性記憶體結構10中，由於堆疊設置的相鄰兩個記憶胞MC中的相鄰兩個電荷捕捉層104實體上彼此分離，因此可提升記憶體元件的資料保存能力，進而可提升記憶體元件的可靠度。
綜上所述，藉由上述實施例的揮發性記憶體結構中的電荷捕捉層的設置方式，記憶體元件可具有較佳的資料保存能力與可靠度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:非揮發性記憶體結構
100:基底
101:摻雜區
102:閘極結構
104:電荷捕捉層
106:金屬閘極層
108:阻障層
110、112、114、120:介電層
116:通道結構
118:源極線
122:接觸窗
BL:位元線
CSL:共用源極線
D:方向
MC:記憶胞
圖1為本發明一實施例的非揮發性記憶體結構的剖面圖。
10:非揮發性記憶體結構
100:基底
101:摻雜區
102:閘極結構
104:電荷捕捉層
106:金屬閘極層
108:阻障層
110、112、114、120:介電層
116:通道結構
118:源極線
122:接觸窗
BL:位元線
CSL:共用源極線
D:方向
MC:記憶胞
Claims (10)
- 一種非揮發性記憶體結構，包括基底；以及多個記憶胞，堆疊設置在所述基底上，其中每個所述記憶胞包括：閘極結構；以及電荷捕捉層，位在所述閘極結構的一側，其中相鄰兩個所述記憶胞中的相鄰兩個所述電荷捕捉層實體上彼此分離。
- 如申請專利範圍第1項所述的非揮發性記憶體結構，其中所述多個記憶胞在遠離所述基底的方向上依序堆疊排列。
- 如申請專利範圍第1項所述的非揮發性記憶體結構，其中所述電荷捕捉層的材料包括氮化矽。
- 如申請專利範圍第1項所述的非揮發性記憶體結構，其中每個所述記憶胞更包括：第一介電層，位在所述電荷捕捉層與所述閘極結構之間。
- 如申請專利範圍第4項所述的非揮發性記憶體結構，其中每個所述記憶胞更包括：第二介電層，位在所述電荷捕捉層的遠離所述閘極結構的一側。
- 如申請專利範圍第5項所述的非揮發性記憶體結構，其中所述第二介電層延伸經過所述多個記憶胞。
- 如申請專利範圍第1項所述的非揮發性記憶體結構，其中所述閘極結構包括金屬閘極層與阻障層，且所述阻障層位在所述金屬閘極層與所述電荷捕捉層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的非揮發性記憶體結構，更包括：多個介電層，其中所述多個介電層與所述多個閘極結構交互堆疊，且所述電荷捕捉層位在相鄰兩個所述介電層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的非揮發性記憶體結構，更包括：通道結構，設置在所述多個記憶胞的一側，其中所述電荷捕捉層位在所述通道結構與所述閘極結構之間。
- 如申請專利範圍第9項所述的非揮發性記憶體結構，更包括：源極線，設置在所述多個記憶胞的另一側，其中所述閘極結構位在所述源極線與所述電荷捕捉層之間；以及介電層，位在所述源極線與所述閘極結構之間。
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