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CN1328793C - 不连续的氮化物只读存储器存储单元的结构 - Google Patents

不连续的氮化物只读存储器存储单元的结构 Download PDF

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Abstract

不连续的氮化物只读存储器的存储单元,至少包括:衬底;第一NO叠层栅极和第二NO叠层栅极,形成在衬底上,其中NO叠层栅极是由一氮化物层及氧化物层所组成;氧化层,形成在衬底上以覆盖第一NO叠层栅极和第二NO叠层栅极;多晶硅层,形成在氧化层上;以及源极/漏极,形成在衬底内且靠近第一NO叠层栅极和第二NO叠层栅极。本发明的不连续的氮化物只读存储器的存储单元的结构可以解决电子被诱捕进入氮化物层的难题,并且可准确地控制源极/漏极和NO结构的相关位置。

Description

不连续的氮化物只读存储器存储单元的结构
技术领域
本发明是关于一种氮化物只读存储器存储单元的结构,且特别是关于一种以自对准过程(self-aligned process)制作的不连续的氮化物只读存储器存储单元。
背景技术
可储存非易失信息的存储装置,例如只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)及可擦除可编程只读存储器(EPROM),及其他更高级的存储装置已普遍地用于全球产业中。比起一般存储装置,高级存储装置通常牵涉到更复杂的制作和测试程序。高级存储装置包括电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪EEPROM及氮化物只读存储器。这些高级存储装置可以完成一般ROM所不能完成的工作,例如,使用EERPOM装置的电路可以利用内置于EEPROM装置中的擦除与写入功能。
氮化物只读存储器的主要特性在于它是属于双比特存储单元,而双比特存储单元具有多重阈值电压电平,每2个阈值电压电平一起储存不同比特,且其他阈值电压电平将存储一比特在存储单元的一侧。其中,氮化物只读存储器的存储单元的制作方法及一般结构见于许多文献及参考资料中。
请参照图1,表示出一般氮化物只读存储器的存储单元的剖面图。首先,提供一衬底10,并植入源极12及漏极14于衬底10。接着,在衬底10上形成ONO结构,包括:一个上氧化物层16及一个下氧化物层18之间夹着一个氮化物层17。然后,在ONO结构之间形成多个埋入式扩散区(BD)氧化物20,以形成通道22而隔离相邻近的ONO结构。在氮化物只读存储器的存储单元的结构中,每个存储单元具有双比特,如图1所示。较大区域(图中较大虚线所圈出的范围)表示单个氮化物只读存储器的存储单元30,而较小的二个区域(图中较小虚线所圈出的范围)表示第一比特32及第二比特34。
在氮化物只读存储器的存储单元30中,氮化物层17提供可写入存储单元中的电荷保持机制。在一般状况下,电子是在存储单元写入期间被导入氮化物层17,然而,被引进氮化物层17的电子陷入氮化物而无法自由移动,而空穴是在存储单元擦除期间被导入氮化物层17以中和或结合电子。
另外,根据热电子注入现象,一些热电子会穿透下氧化物层18,并集中在氮化物层17,特别是当下氧化物层18的厚度很薄时,由于热电子所产生的局部电荷,将使通电后通道22的部分阈值电压高于通道22其他部分的阈值电压。当存储单元进行写入操作时,会出现局部电荷并且升高的阈值电压将禁止存储单元进入导通状态。在一般状态下,即局部电荷没有出现时,读取电压能够克服通道22的阈值电压,而使通道22可以导通。
此外,利用照相平板印刷(photolithography)的几个步骤所制造的传统氮化物只读存储器的存储单元具有一些缺陷。例如,植入物及比特不容易在正确的位置形成而被移位,导致氮化物只读存储器的的效能大大地降低。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的就是提供一种不连续的氮化物只读存储器的存储单元的结构,使得源极/漏极和NO结构的相关位置可轻易和准确地控制。
根据本发明的目的,提出一种不连续的氮化物只读存储器的存储单元的结构,至少包括:一个衬底;多个NO叠层栅极,分隔开地形成在该衬底上,其中每一NO叠层栅极由氮化物层叠在下氧化物层上所组成,且每一NO叠层栅极具有底部宽度d;氧化层,形成在该衬底上以填充所述NO叠层栅极之间的空隙并覆盖所述NO叠层栅极,其中该氧化层的厚度大于所述NO叠层栅极的高度;多晶硅层,形成在该氧化层上;以及多个源极/漏极,形成在该衬底内且靠近所述NO叠层栅极。
根据本发明的目的,提出一种不连续的氮化物只读存储器的存储单元,至少包括:一个衬底;第一NO叠层栅极和第二NO叠层栅极,分隔开地形成在衬底上,其中该第一、第二NO叠层栅极分别由氮化物层叠在下氧化物层上所组成,且该第一、第二NO堆叠栅极分别具有底部宽度d;氧化层,形成在衬底上以填充第一、第二NO叠层栅极之间的空隙并覆盖第一NO叠层栅极和第二NO叠层栅极,其中该氧化层的厚度大于该第一、第二NO叠层栅极的高度;多晶硅层,形成在氧化层上;以及源极/漏极,形成在衬底内且靠近第一NO叠层栅极和第二NO叠层栅极。
根据本发明的目的,提出一种不连续的氮化物只读存储器的存储单元结构的制造方法,包括以下步骤:提供一个衬底,该衬底上具有下氧化物层、形成在该下氧化物层上的氮化物层、及形成在该氮化物层上的上氧化物层;在该上氧化物层上形成图案化光阻层,并根据该图案化光阻层蚀刻该上氧化物层以形成不连续的上氧化物层,然后去除该图案化光阻层;在不连续的上氧化物层的两侧形成间隔,且每一间隔具有底部宽度d,相邻的两个间隔分隔一距离;以自对准工艺在衬底中植入源极/漏极;顺序去除该上氧化物层和该氮化物层,使被所述间隔覆盖的氮化物层留在该下氧化物层上;去除所述间隔,并根据留下的氮化物层去除该下氧化物层,以在该衬底上形成由该氮化物层和该下氧化物层组成的多个叠层栅极,且每一叠层栅极具有该底部宽度d;在该衬底上形成氧化层以填充所述叠层栅极之间的空隙并覆盖所述叠层栅极,其中该氧化层的厚度大于所述叠层栅极的高度;以及在该氧化层上形成多晶硅层。
根据本发明的目的,提出一种不连续的氮化物只读存储器的存储单元结构的制造方法,包括以下步骤:提供一个衬底,该衬底上具有下氧化物层、形成在该下氧化物层上的氮化物层、形成在该氮化物层上的上氧化物层,及形成在该上氧化物层上的图案化光阻层;根据该图案化光阻层,蚀刻该上氧化物层;以自对准工艺在衬底中植入源极/漏极;削去部分的图案化光阻层,以露出具有宽度d的上氧化物层;根据削去后的图案化光阻层,蚀刻该上氧化物层以形成不连续的上氧化物层,然后去除该图案化光阻层;在不连续的上氧化物层的两侧形成间隔,且每一间隔具有底部宽度d,相邻的两个间隔分隔一距离;顺序去除该上氧化物层和该氮化物层,使被所述间隔覆盖的氮化物层留在该下氧化物层上;去除所述间隔,并根据留下的氮化物层去除该下氧化物层,以在该衬底上形成多个由该氮化物层和该下氧化物层组成的叠层栅极,且每一叠层栅极具有该底部宽度d;在该衬底上形成氧化层以填充所述叠层栅极之间的空隙并覆盖所述叠层栅极,其中该氧化层的厚度大于所述叠层栅极的高度;以及在该氧化层上形成多晶硅层。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特以较佳实施例并结合附图作详细说明。
附图说明
图1表示一般氮化物只读存储器的存储单元的剖面图;
图2A~2F表示本发明的实施例一的自对准过程制造不连续的氮化物只读存储器的存储单元的制造方法;
图2G表示本发明实施例一的不连续的氮化物只读存储器的存储单元的剖面图;
图3A~3F表示本发明的实施例二的以自对准过程制造的不连续的氮化物只读存储器的存储单元的制作方法;以及
图3G表示本发明实施例二的不连续的氮化物只读存储器的存储单元的剖面图。
具体实施方式
本发明是以自对准过程制造不连续的氮化物只读存储器的存储单元。以下举出两种过程制造本发明的不连续的氮化物只读存储器的存储单元。另外,为了更清楚了解本发明,与本发明无直接相关的元件在此将不再赘述。因此,所阐述的实施例及附图只是用以说明,而非限制本发明的实际应用范围。
实施例一:制造氮化物只读存储器的存储单元的方法一
图2A~2F表示本发明的实施例一的以自对准过程制造不连续的氮化物只读存储器的存储单元的制造方法。首先,在图2A中提供衬底210,并形成ONO层于衬底210上。其中ONO层包括下氧化物层218、氮化物层217及上氧化物层216。下氧化物层218形成在衬底210上,又称为隧道氧化物层(tunneling oxide layer),而氮化物层217形成在下氧化物层218上,而上氧化物层216形成在氮化物层217上。接着,在上氧化物层216上形成图案化的光阻层(patterned PR)219。
其中,下氧化物层218的厚度约在50~150范围之间,且较佳地约为70。氮化物层217的厚度约在20~150范围之间。由于上氧化物层216将于后续制作中被去除,所以,上氧化物层216的厚度没有特别限制。另外,ONO层各层厚度是独立而无相互关联的,且可依其实际应用而改变厚度范围。
接着,根据图案化的光阻层219蚀刻上氧化物层216。保留被图案化的光阻层219覆盖的上氧化物层216,而去除其他未被覆盖的上氧化物层216。之后,去除图案化的光阻层219,如图2B所示。
然后,如图2C所示,将一薄膜均匀沉积在上氧化物层216及部分氮化物层217上。再利用非等向蚀刻程序蚀刻部分的薄膜,以在不连续的上氧化物层216的两侧形成间隔221。其中,薄膜可以是不同于氮化物的任何物质,例如氧化物或多晶硅。值得注意的是,间隔221的底部宽度为事先设定值d。
接着,以自对准过程植入源极/漏极222,植入杂质例如是N型掺杂物磷或砷离子,或P型掺杂物硼(B)或氟化硼离子(BF2 +)。
然后,顺序去除上氧化物层216和氮化物层217,如图2D所示。蚀刻后,未被间隔221覆盖的氮化物层217则被去除,其它被间隔221覆盖的氮化物层217则留在下氧化物层218上。接着,去除间隔221。再根据残留的氮化物层217去除下氧化物层218,如图2E所示。
至此步骤,衬底210上已形成由氮化物层217和下氧化物层218组成的多个NO叠层栅极。接着,如图2F所示,在衬底210上形成氧化层226以填充相邻NO叠层栅极之间的空隙并覆盖氮化物层217。其中,氧化层226的厚度大于NO叠层栅极的高度。
接着,在氧化层226上覆盖多晶硅层228以作为字线(wordline)。其中,多晶硅层228可以是非晶硅或掺杂多晶硅,其中多晶硅层是可掺杂磷或砷离子。另外,在某些特殊过程中,可在多晶硅层228上再沉积一层硅化钨(WSix)  (未示于图2F中),以完成不连续的氮化物只读存储器的存储单元的制作。
实施例一中氮化物只读存储器的存储单元的结构:
图2G表示本发明实施例一的不连续的氮化物只读存储器的存储单元的剖面图。在衬底210植入源极/漏极222。而衬底210上形成多个形状规则的狭窄叠层栅极,每一叠层栅极为NO结构,包括:下氧化物层218和氮化物层217。氧化层226将NO结构分隔,而形成不连续的氮化物只读存储器的存储单元结构。氧化层226上方还覆盖多晶硅层228。图2G中,较大区域(图中大圈的范围)表示一个氮化物只读存储器的存储单元230,而较小的二个区域宽度为d(图中小圈的范围)表示第一比特232及第二比特233。另外,源极/漏极222是以自对准方式植入,而且之后的步骤也以自对准方式进行。因此,源极/漏极222和NO结构的相关位置可容易并准确地控制。
实施例二:制造氮化物只读存储器的存储单元的方法二
图3A~3F表示本发明的实施例二的以自对准过程制作不连续的氮化物只读存储器的存储单元的制造方法。其中,实施例二与实施例一的制造方法大致相同,仅在部分步骤做些许修正或改进。
图3A是与图2A相同。图3A中,在衬底310上形成ONO层,其中,ONO层包括上氧化物层316、氮化物层317及下氧化物层(隧道氧化层)318。接着,利用照相平板印刷制作,在上氧化物层316上形成图案化的光阻层(PR)319。同样的,ONO层的各层厚度是独立而无相互关联,且可依其实际应用改变厚度范围。
根据图案化的光阻层319蚀刻上氧化物层316。接着,以自对准过程植入源极/漏极322。源极/漏极322例如是硼(B)或氟化硼离子(BF2+)。然后,削去(de-scummed)部份的图案化光阻层319,以裸露出具有预定宽度d的上氧化物层316,如图3B所示。
然后,根据削去后的图案化光阻层319蚀刻上氧化物层316。再去除图案化光阻层319,如图3C所示。
接着,将一薄膜均匀沉积在上氧化物层316及部分氮化物层317上方,如图3D所示。再以非等向蚀刻程序对薄膜进行蚀刻,以在不连续上氧化物层316的两侧形成间隔321。其中薄膜可以是任何不同于氮化物的物质。此外,间隔321的底部宽度控制在预定值d。
然后,去除不连续的上氧化物层316,使间隔321裸露于氮化物层317上。再根据间隔321蚀刻氮化物层317,使未被间隔321覆盖的氮化物层317被去除,其它被间隔321覆盖的氮化物层317则留在下氧化物层318上。接着,将间隔321去除,如图3E所示。再根据残留的氮化物层317对下氧化物层318进行去除,以形成多个NO叠层栅极。
然后,在衬底310上形成氧化层326以覆盖NO叠层栅极并填充相邻NO叠层栅极之间的空隙。其中,氧化层326的厚度大于NO叠层栅极的高度。接着,在氧化层326上方覆盖多晶硅层328,如图3F所示。
实施例二中氮化物只读存储器的存储单元的结构
图3G表示本发明实施例二的不连续的氮化物只读存储器的存储单元的剖面图。在衬底310处植入源极/漏极322。而在衬底310上也有多个形状规则的狭窄叠层栅极,每一叠层栅极为NO结构,包括:下氧化物层318和氮化物层317。氧化层326将NO结构分隔,而形成不连续的氮化物只读存储器的存储单元结构。在氧化层326上方也覆盖多晶硅层328。图3G中,较大区域(图中大圈的范围)是表示一个氮化物只读存储器的存储单元330,且较小的二个区域宽度为d(图中小圈的范围)是表示第一比特332及第二比特333。另外,源极/漏极322是以自对准方式植入,而且之后的步骤也以自对准方式进行。因此,源极/漏极322和NO结构的相关位置可容易并准确地控制。
综上所述,虽然本发明但是以较佳实施例描述了,但是它并非用以限定本发明,任何本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,可作出各种变更与改进,因此本发明的保护范围是以本申请的权利要求书的范围所限定的。

Claims (10)

1.一种不连续的氮化物只读存储器的存储单元结构的制造方法,包括以下步骤:
提供一个衬底,该衬底上具有下氧化物层、形成在该下氧化物层上的氮化物层、及形成在该氮化物层上的上氧化物层;
在该上氧化物层上形成图案化光阻层,并根据该图案化光阻层蚀刻该上氧化物层以形成不连续的上氧化物层,然后去除该图案化光阻层;
在不连续的上氧化物层的两侧形成间隔,且每一间隔具有底部宽度d,相邻的两个间隔分隔一距离;
以自对准工艺在衬底中植入源极/漏极;
顺序去除该上氧化物层和该氮化物层,使被所述间隔覆盖的氮化物层留在该下氧化物层上;
去除所述间隔,并根据留下的氮化物层去除该下氧化物层,以在该衬底上形成由该氮化物层和该下氧化物层组成的多个叠层栅极,且每一叠层栅极具有该底部宽度d;
在该衬底上形成氧化层以填充所述叠层栅极之间的空隙并覆盖所述叠层栅极,其中该氧化层的厚度大于所述叠层栅极的高度;以及
在该氧化层上形成多晶硅层。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于形成所述间隔的步骤包括:
在不连续的上氧化物层上方均匀沉积薄膜,并覆盖该氮化物层的部分表面;
通过非等向蚀刻程序对该薄膜进行蚀刻,以在不连续的上氧化物层的两侧形成所述间隔,且每一间隔在该氮化物层上具有该底部宽度d。
3.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于该多晶硅层掺杂磷或砷离子。
4.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于该源极/漏极为P型掺杂物。
5.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于该源极/漏极为N型掺杂物。
6.一种不连续的氮化物只读存储器的存储单元结构的制造方法,包括以下步骤:
提供一个衬底,该衬底上具有下氧化物层、形成在该下氧化物层上的氮化物层、形成在该氮化物层上的上氧化物层,及形成在该上氧化物层上的图案化光阻层;
根据该图案化光阻层,蚀刻该上氧化物层;
以自对准工艺在衬底中植入源极/漏极;
削去部分的图案化光阻层,以露出具有宽度d的上氧化物层;
根据削去后的图案化光阻层,蚀刻该上氧化物层以形成不连续的上氧化物层,然后去除该图案化光阻层;
在不连续的上氧化物层的两侧形成间隔,且每一间隔具有底部宽度d,相邻的两个间隔分隔一距离;
顺序去除该上氧化物层和该氮化物层,使被所述间隔覆盖的氮化物层留在该下氧化物层上;
去除所述间隔,并根据留下的氮化物层去除该下氧化物层,以在该衬底上形成多个由该氮化物层和该下氧化物层组成的叠层栅极,且每一叠层栅极具有该底部宽度d;
在该衬底上形成氧化层以填充所述叠层栅极之间的空隙并覆盖所述叠层栅极,其中该氧化层的厚度大于所述叠层栅极的高度;以及
在该氧化层上形成多晶硅层。
7.根据权利要求6所述的制造方法,其特征在于形成所述间隔的步骤包括:
在不连续的上氧化物层上方均匀沉积薄膜,并覆盖该氮化物层的部分表面;
通过非等向蚀刻程序对该薄膜进行蚀刻,以在不连续的上氧化物层的两侧形成所述间隔,且每一间隔在该氮化物层上具有该底部宽度d。
8.根据权利要求6所述的制造方法,其特征在于该多晶硅层掺杂磷或砷离子。
9.根据权利要求6所述的制造方法,其特征在于该源极/漏极为P型掺杂物。
10.根据权利要求6所述的制造方法,其特征在于该源极/漏极为N型掺杂物。
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