專利名稱：高抗輻射的電可擦去可編程只讀存儲器晶胞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種非揮發(fā)性存儲器晶胞；特別是有關(guān)一種浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器晶胞。
(2)背景技術(shù)自從非揮發(fā)性存儲器元件發(fā)展以來，已有各種可直接在系統(tǒng)上電抹除的方法被提出來，于是有電可擦去可編程存儲器元件的產(chǎn)生。
1967年韋吉納等人(Wegener et al.)提出MNOS存儲器晶胞。MNOS存儲器晶胞相似于一標(biāo)準(zhǔn)的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，是將MOS晶體管的氧化層置換成氮化物-氧化物堆疊層。電子及空穴可被捕捉于氮化物層，此氮化層是供作一電荷貯存元件。借助施予一高正電壓VG于閘極上，誘發(fā)電子的量子力學(xué)穿遂效應(yīng)，使電子從通道進(jìn)入氮化物捕捉層。當(dāng)施予一足夠高的負(fù)電壓VG至閘極上，空穴將從半導(dǎo)體基底穿入氮化物層，以進(jìn)行電擦去。
為提升金屬氮氧化物半導(dǎo)體(MNOS)存儲器元件的電荷保持性(chargeretention)，不斷地有新構(gòu)造發(fā)展出來。硅-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(SNOS)存儲器元件是采用以低壓化學(xué)氣相沉積方法形成一氮化物層，并用氫氣回火以提升界面品質(zhì)。當(dāng)?shù)锏暮穸葴p少時，可提升SNOS存儲器元件的保持性；但不幸地，會加強來自閘極的空穴射入效應(yīng)。為削弱此一問題，是于閘極與氮化物層之間采用一頂部氧化物層，于是產(chǎn)生硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(SONOS)構(gòu)造。硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體電可擦去可編程存儲器(SONOS EEPROM)存儲器元件具有1.0μm2的存儲器晶胞適合于256MB存儲器矩陣，其可承受10M次的清除/寫入循環(huán)。
為獲得電可擦去可編程的非揮發(fā)性存儲器元件，一種采用佛勒-諾罕(Fowler-Nordheim)穿遂效應(yīng)以進(jìn)行寫入及清除操作的浮動閘極式擦去電可擦去可編程只讀存儲器晶胞(floating gate EEPROM memory cell)已被提出來。圖1是現(xiàn)有的浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞的截面示意圖，它包括一對相互隔開的重?fù)诫sN型半導(dǎo)體區(qū)，分別形成此存儲器晶胞的源極11及汲極12。一位于源極11與汲極12的間的輕摻雜P型半導(dǎo)體區(qū)形成此存儲器晶胞的通道13。一底部氧化硅層14位于通道13上方。一多晶硅浮動閘極15形成于底部氧化硅層14上，它供捕捉電荷于其中，并形成存儲器晶胞的存儲器元件。一頂部氧化硅層16形成于多晶硅浮動閘極15上。頂部氧化硅層16是于多晶硅控制閘極17與下方的浮動閘極15的間提供一電性絕緣。借助施予一高電壓于控制閘極17，及施予一低電壓于汲極12，可進(jìn)行寫入操作(programming)；其中借助電容耦合，浮動閘極15的電壓被提高，從汲極12的電子經(jīng)過底部氧化硅層14而穿入浮動閘極15。當(dāng)汲極12提升至一高電壓及控制閘極17接地時，可進(jìn)行清除操作；其中浮動閘極15經(jīng)電容耦合至一低電壓，電子從浮動閘極15穿入汲極12。
″0″邏輯狀態(tài)是代表有額外的電子儲存于浮動閘極15中?！?″邏輯狀態(tài)代表浮動閘極15缺乏電子或有額外的空穴儲存于其中。當(dāng)圖1的浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞處于″0″邏輯狀態(tài)并曝露于輻射環(huán)境中時，輻射會傳遞能量至底部氧化硅層14及頂部氧化硅層16，致有電子-空穴對于此二區(qū)域中產(chǎn)生。在氧化介電層電場作用下，電子會快速地朝控制閘極17及半導(dǎo)體基底10移動?？昭〞淙敫娱l極15，減少儲存于浮動閘極15的凈電荷量，以致降低存儲器晶體管的啟始電壓。因此，當(dāng)圖1的浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞曝露于輻射環(huán)境中，輻射導(dǎo)致″0″邏輯狀態(tài)的衰竭，而造成″0″邏輯狀態(tài)的保持失敗(retention failure)。
據(jù)此，亟待提供一種電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞改進(jìn)的構(gòu)造，它可克服上述邏輯狀態(tài)保持失敗的問題，并且提高非揮發(fā)性存儲器晶胞的數(shù)據(jù)保持(data retention)特性。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供一種高抗輻射的電可擦去可編程只讀存儲器晶胞，以解決現(xiàn)有的可擦去可編程只讀存儲器元件(EPROM devices)與電可擦去可編程只讀存儲器元件(EEPROM devices)曝露于輻射環(huán)境下數(shù)據(jù)保持失敗(retentionfailure)的問題。
本發(fā)明的另一目的是提供一種高抗輻射的電可擦去可編程只讀存儲器晶胞，它可提供較現(xiàn)有的非揮發(fā)性存儲器元件更為簡單的制作工藝。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種高抗輻射的電可擦去可編程只讀存儲器晶胞(electrically erasable and programmable read only memory cell)，它包括一半導(dǎo)體基底、一源極、一汲極、一通道、一第一氧化層、一電荷捕捉層、一第二氧化層及一導(dǎo)電性閘極；此半導(dǎo)體基底具有一第一導(dǎo)電性；源極占有半導(dǎo)體基底的一區(qū)域及經(jīng)摻雜為具有與第一導(dǎo)電性電性相反的一第二導(dǎo)電性；汲極是與源極相互隔開，并占有半導(dǎo)體基底的另一區(qū)域及經(jīng)摻雜為該第二導(dǎo)電性；通道是位于源極與汲極的間的半導(dǎo)體基底中；第一氧化層具有一第一厚度，它形成于通道上方；電荷捕捉層是形成于第一氧化層上；第二氧化層具有一第二厚度，它形成于電荷捕捉層上，其中第二厚度大于第一厚度；導(dǎo)電性閘極層系是成于第二氧化層上。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)特點和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)


圖1是一現(xiàn)有的電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞的截面示意圖；及圖2是本發(fā)明的電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞的截面示意圖。
(5)具體實施方式
本發(fā)明提供一種高抗輻射的電可擦去可編程存儲器晶胞(EEPROM)，它為一種浮動閘極具有高輻射硬度的電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞。圖2是本發(fā)明浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞的截面示意圖，它包括一半導(dǎo)體基底20、一源極21、一汲極22、一通道23、一第一氧化物層24、一電荷捕捉層(浮動閘極)25、一第二氧化物層26及一導(dǎo)電性閘極層(控制閘極)27。半導(dǎo)體基底20具有一第一導(dǎo)電性。源極21占有半導(dǎo)體基底20的一區(qū)域及經(jīng)摻雜為具有與第一導(dǎo)電性電性相反的一第二導(dǎo)電性。汲極22是與源極21相互隔開，并占有半導(dǎo)體基底20的另一區(qū)域及經(jīng)摻雜為第二導(dǎo)電性。通道23是位于源極21與汲極22之間的半導(dǎo)體基底20中。第一氧化層24具有一第一厚度d1，它形成于通道23上方。電荷捕捉層25是形成于第一氧化層24上。第二氧化層26具有一第二厚度d2，它形成于電荷捕捉層25上，其中第二厚度d2大于第一厚度d1。導(dǎo)電性閘極層27是形成于第二氧化層26上。
本發(fā)明的浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞的寫入與清除操作機構(gòu)與傳統(tǒng)的浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞一樣，在此不再贅述。圖2所示的本發(fā)明浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞的啟始電壓(threshold voltage)Vth是與儲存于浮動閘極25的電荷直接有關(guān)。此啟始電壓可以公式(I)表示Vth=Vsi+σfgd2ϵ2---(I)]]>其中Vsi為由于制作過程所產(chǎn)生的存儲器晶體管的啟始電壓，它是各種變數(shù)包括d1及d2的函數(shù)。d1為浮動閘極25與半導(dǎo)體基底20之間的氧化層厚度，d2為控制閘極27與浮動閘極25之間的氧化層厚度，而ε2為第二氧化層26的介電常數(shù)。σfg為儲存于浮動閘極25中每單位面積的凈電荷量。當(dāng)d2的厚度增加時，啟始電壓Vth即增加。當(dāng)d1厚度減少時，會有較少的電子-空穴對產(chǎn)生于浮動閘極25與半導(dǎo)體基底20之間的第一氧化層24中，而使浮動閘極25的電荷量較少被改變，啟始電壓Vth有較少的移動。
據(jù)此，對于本發(fā)明浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞而言，第二氧化層26愈厚及第一氧化層24愈薄，即有較大的啟始電壓Vth。另外，初始″0″邏輯狀態(tài)的啟始電壓Vth愈大，引起保持失敗(retentionfailure)所需要的輻射劑量就愈大。因此，根據(jù)本發(fā)明，可提供一種浮動閘極具高輻射硬度(radiation hardness)的電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞。
根據(jù)本發(fā)明一較佳具體實施例的一浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞構(gòu)造予以描述如下。此浮動閘極式電可擦去可編程只讀存儲器(EEPROM)晶胞包括一P型硅基底、一源極、一汲極、一通道、一第一二氧化硅層、一多晶硅浮動閘極、一第二二氧化硅層及一多晶硅控制閘極。源極是占有P型硅基底的一區(qū)域及經(jīng)摻雜為N型導(dǎo)電性。汲極是與源極相互隔開，并占有P型硅基底的另一區(qū)域及經(jīng)摻雜為N型導(dǎo)電性。
通道是形成于源極與汲極的間的硅基底中。第一二氧化硅層具有一第一厚度，它形成于通道上方。多晶硅浮動閘極是形成于第一二氧化硅層上。第二二氧化硅層具有一第二厚度，它形成于多晶硅浮動閘極上，其中第二厚度大于第一厚度。多晶硅閘極形成于第二二氧化硅層上。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高抗輻射的電可擦去可編程存儲器晶胞，其特征在于，包括一具有一第一導(dǎo)電性的半導(dǎo)體基底；一源極，它占有該半導(dǎo)體基底的一區(qū)域及經(jīng)摻雜為具有與該第一導(dǎo)電性電性相反的一第二導(dǎo)電性；一汲極，它與該源極相互隔開，并占有該半導(dǎo)體基底的另一區(qū)域及經(jīng)摻雜為該第二導(dǎo)電性；一通道，它位于該源極與該汲極之間的該半導(dǎo)體基底中；一具一第一厚度的第一氧化層，它形成于該通道上方；一電荷捕捉層，它形成于該第一氧化層上；一具一第二厚度的第二氧化層，它形成于該電荷捕捉層上，其中該第二厚度大于該第一厚度；及一導(dǎo)電性閘極層，它形成于該第二氧化層上。
2.如權(quán)利要求1所述的高抗輻射的電可擦去可編程存儲器晶胞，其特征在于，所述的半導(dǎo)體基底包括一硅基底。
3.如權(quán)利要求1所述的高抗輻射的電可擦去可編程存儲器晶胞，其特征在于，所述的第一氧化層包含二氧化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的高抗輻射的電可擦去可編程存儲器晶胞，其特征在于，所述的第二氧化層包含二氧化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的高抗輻射的電可擦去可編程存儲器晶胞，其特征在于，所述的電荷捕捉層包含多晶硅。
6.如權(quán)利要求1所述的高抗輻射的電可擦去可編程存儲器晶胞，其特征在于，所述的導(dǎo)電性閘極層包含多晶硅。
7.一種高抗輻射的浮置閘極式電可擦去可編程存儲器晶胞，其特征在于，包括一P型硅基底；一源極，它占有該P型硅基底的一區(qū)域及經(jīng)摻雜為N型導(dǎo)電性；一汲極，它與該源極相互隔開，并占有該P型硅基底的另一區(qū)域及經(jīng)摻雜為N型導(dǎo)電性；一通道，它形成于該源極與該汲極的間的該硅基底中；一具一第一厚度的第一二氧化硅層，它形成于該通道上方；一多晶硅浮動閘極，它形成于該第一二氧化硅層上；一具一第二厚度的第二二氧化硅層，它形成于該多晶硅浮動閘極上，其中該第二厚度大于該第一厚度；及一多晶硅閘極，它形成于該第二二氧化硅層上。
全文摘要
一種高抗輻射的電可擦去可編程只讀存儲器晶胞，它包括一半導(dǎo)體基底、一源極、一汲極、一通道、一第一氧化層、一電荷捕捉層、一第二氧化層及一導(dǎo)電性閘極。此半導(dǎo)體基底具有一第一導(dǎo)電性。源極占有半導(dǎo)體基底的一區(qū)域及經(jīng)摻雜為具有與第一導(dǎo)電性電性相反的一第二導(dǎo)電性。汲極與源極相互隔開并占有半導(dǎo)體基底的另一區(qū)域及經(jīng)摻雜為該第二導(dǎo)電性。通道是位于源極與汲極的間的半導(dǎo)體基底中。第一氧化層具有一第一厚度，形成于通道上方。電荷捕捉層形成于第一氧化層上。第二氧化層具有一第二厚度，形成于電荷捕捉層上，其中第二厚度大于第一厚度。導(dǎo)電性閘極層形成于第二氧化層上。
文檔編號H01L27/115GK1441498SQ02106650
公開日2003年9月10日 申請日期2002年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月27日
發(fā)明者蔣富成, 張國華 申請人:旺宏電子股份有限公司