專利名稱：高密度快閃存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及快閃存儲(chǔ)器制作技術(shù)，特別是提供一種高密度的快閃存儲(chǔ)器。
由此一發(fā)展趨勢(shì)可知，電子產(chǎn)業(yè)對(duì)于快閃存儲(chǔ)器容量及其運(yùn)作速度的要求，將會(huì)愈來愈高，故未來快閃存儲(chǔ)器朝向高密度存儲(chǔ)容量發(fā)展，已成為一必然的趨勢(shì)，且在可預(yù)期的未來，具有高密度存儲(chǔ)容量的快閃存儲(chǔ)器，將迅速取代現(xiàn)有的半導(dǎo)體產(chǎn)品，而主宰整個(gè)快閃存儲(chǔ)器的市場(chǎng)，此亦為各半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及制造業(yè)者所致力研究開發(fā)，并亟欲突破的一重要課題。
目前市場(chǎng)上所發(fā)展出的高密度快閃存儲(chǔ)器，其上各快閃存儲(chǔ)器單元間，為減少接觸點(diǎn)的數(shù)目，一般均采用“與非(NAND)”閘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)在于可使晶片組的面積變小，但是，由于利用該種“與非(NAND)”閘所設(shè)計(jì)的單元上，各單元間的串聯(lián)電阻較大，故各該單元將因串聯(lián)電阻R增加，而造成RC延遲，令其讀取、寫入及抹除的速度變得較慢，此外，由于利用該種“與非(NAND)”閘所設(shè)計(jì)的快閃存儲(chǔ)器，為利用佛羅-諾德漢穿透法(Fowler-Nordheimtunneling)或熱載子寫入原理(hot carrier)，容易造成單元被“過度寫入(over program)”，而使浮動(dòng)閘內(nèi)的電子數(shù)太多，造成該種傳統(tǒng)快閃存儲(chǔ)器單元的臨界截止電壓增加太多，無法被控制在規(guī)格內(nèi)，形成通道被永久關(guān)掉的問題，因此，令此種傳統(tǒng)高密度快閃存儲(chǔ)器在實(shí)際應(yīng)用上，受到相當(dāng)?shù)南拗?，而無法被廣泛地運(yùn)用至各種電子產(chǎn)業(yè)中。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種高密度快閃存儲(chǔ)器，其利用布植及蝕刻溝渠(trench)技術(shù)，先于一晶圓(wafer)上分別制作出復(fù)數(shù)個(gè)間隔排列的柱狀晶體管，該等柱狀晶體管共用同一源極，且每一個(gè)柱狀晶體管具有四個(gè)垂直面，其中的一垂直面用來作為該高密度快閃存儲(chǔ)器單元的基體(substrate)與源極(source)間的短路面，其他三個(gè)垂直面則分別用來制作一快閃存儲(chǔ)器單元，每一個(gè)晶體管上的三個(gè)快閃存儲(chǔ)器單元共用一個(gè)汲極，以使該等快閃存儲(chǔ)器單元的晶體管的臨界截止電壓(threshold voltage)，不致因該基體與源極間電壓的不同而改變，此外，由于在該等快閃存儲(chǔ)器的單元布局上，彼此相隔的單元共用一條字元線(wordline)，故該等快閃存儲(chǔ)器單元的汲極，需采用間隔跳接方式連線，如此，即可在每一個(gè)柱狀晶體管上制作出三個(gè)快閃存儲(chǔ)器單元，以儲(chǔ)存三個(gè)位元的數(shù)據(jù)，令所制作出的該快閃存儲(chǔ)器單元具有高密度的存儲(chǔ)特性。
本發(fā)明在所設(shè)計(jì)的高密度快閃存儲(chǔ)器中，每一個(gè)柱狀晶體管被三個(gè)快閃存儲(chǔ)器單元所共用，故其存儲(chǔ)容量將為傳統(tǒng)快閃存儲(chǔ)器的三倍，且可有效減少源極接觸點(diǎn)所占用的面積，大幅縮小快閃存儲(chǔ)器的體積。
本發(fā)明先令該晶圓通過布植技術(shù)，形成一n+型半導(dǎo)體，以其作為該高密度快閃存儲(chǔ)器單元的源極；接著，再以磊晶法，于該n+型半導(dǎo)體表面上依序生長(zhǎng)出兩層不同濃度的P+及P-型半導(dǎo)體，分別作為該快閃存儲(chǔ)器單元的基體(substrate)及通道(channel)，其中在靠近該源極端的一通道上，摻雜離子的濃度將較遠(yuǎn)離該源極端的另一通道為高，故其臨界導(dǎo)通電壓將較該另一通道上的臨界導(dǎo)通電壓為高，而在一條通道上形成兩段不同的臨界導(dǎo)通電壓值，因此，當(dāng)該高密度快閃存儲(chǔ)器單元的閘極(gate)端被施加電壓，以打開(turn on)通道時(shí)，將會(huì)發(fā)生“源極注入效應(yīng)(Source-side-injection)”，而產(chǎn)生大量的閘極(gate)熱載子，令電子的寫入效率與速度遠(yuǎn)高于一般堆疊式快閃存儲(chǔ)器單元的寫入效率與速度。
本發(fā)明在利用兩段濃度布植該p型半導(dǎo)體時(shí)，由于可使靠近源極端的臨界電壓較高，故可將通道關(guān)掉(turn off)，而有效避免發(fā)生過度抹除的效應(yīng)。
本發(fā)明在其單元布局(Layout)結(jié)構(gòu)中，令各單元的汲極端以間隔跳接的方式加以連線，使該三個(gè)存儲(chǔ)器單元可共用一個(gè)柱狀晶體管。
圖3為本發(fā)明對(duì)該等半導(dǎo)體材料依序進(jìn)行氧化及CVD磊晶處理后的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明在該等半導(dǎo)體材料上形成第一復(fù)晶硅層后的剖面示意圖；圖5為本發(fā)明在二相鄰的柱狀晶體管間制作出二浮動(dòng)閘后的剖面示意圖；圖6為本發(fā)明在該等半導(dǎo)體材料上形成ONO層后的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明利用光罩及雕像技術(shù)，在沿Y軸方向排列的該等柱狀晶體管間所保留的該ONO層上，定義出沿Y軸方向排列的控制閘時(shí)，其Y軸剖面示意圖；圖8為本發(fā)明在沿Y軸方向排列的該等柱狀晶體管間所保留的該ONO層上，制作出沿Y軸方向排列的控制閘后，其Y軸剖面示意圖；圖9為本發(fā)明在該等沿Y軸方向排列的控制閘上，以CVD磊晶法，生長(zhǎng)出第二氧化硅層后，其Y軸剖面示意圖；

圖10為本發(fā)明在沿X軸方向排列的該等柱狀晶體管間所保留的該ONO層上，制作出沿X軸方向排列的控制閘后，其X軸剖面示意圖；圖11為本發(fā)明利用光罩及雕像技術(shù)，在沿X軸方向排列的該等柱狀晶體管間所保留的該ONO層上，定義出第一金屬層時(shí)，其X軸剖面示意圖；圖12為本發(fā)明在沿X軸方向排列的該等柱狀晶體管間，制作出第一金屬層后，其X軸剖面示意圖；圖13為本發(fā)明利用光罩及雕像技術(shù)，在沿X軸方向排列的該等柱狀晶體管上，定義出其上的汲極接點(diǎn)時(shí)，X軸剖面示意圖；圖14A及圖14B為本發(fā)明在沿X軸方向排列的該等柱狀晶體管上，制作出第二金屬層，形成該快閃存儲(chǔ)器單元上汲極的位元線后，其X軸剖面及線路布局的俯視示意圖；圖15A及圖15B為本發(fā)明利用光罩及雕像技術(shù)，在沿X軸方向排列的該等柱狀晶體管上，定義其另一接點(diǎn)時(shí)，其X軸剖面及線路布局的俯視示意圖；圖16為完成本發(fā)明的高密度快閃存儲(chǔ)器單元的整個(gè)制作程序時(shí)，該等快閃存儲(chǔ)器單元的X軸剖面示意圖；
圖17為本發(fā)明在每一個(gè)柱狀晶體管上制作出三個(gè)快閃存儲(chǔ)器單元的等效電路示意圖。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，可先在一p型晶圓(wafer)上布植(implant)高濃度的砷(As)，參閱圖1所示，令砷離子摻雜入該p型晶片，形成一n+型半導(dǎo)體11，并以其作為本發(fā)明的高密度快閃存儲(chǔ)器單元的源極11(source)；隨后，再以CVD(Chemical Vapor Deposition)磊晶法(在本明的其它實(shí)施例中，亦可利用PVD(Physical Vapor Deposition)或PCVD(Photon-induced ChemicalVapor Deposition)等磊晶法)或布植技術(shù)，于該n+型半導(dǎo)體11表面上磊晶(或布植)出一層厚度約0.5～2μm的p型半導(dǎo)體12。本發(fā)明在進(jìn)行前述磊晶時(shí)所摻雜的硼離子，在靠近該n+型半導(dǎo)體11的部位，其摻雜濃度較高，且待其磊晶厚度達(dá)0.2～0.4μm時(shí)，始逐漸降低其摻雜濃度，如此，該n+型半導(dǎo)體11表面上即依序生長(zhǎng)出兩層不同濃度的P+及P-型半導(dǎo)體121、122，該P(yáng)+及P-型半導(dǎo)體121、122將分別成為該快閃存儲(chǔ)器單元的基體121(substrate)及通道122(channel)；接著，再于該等半導(dǎo)體材料上，利用雕像及蝕刻溝渠技術(shù)，制作出復(fù)數(shù)個(gè)間隔排列的柱狀晶體管13，且每一個(gè)柱狀晶體管13均具有四個(gè)垂直面，參閱圖2A所示；再于該等晶體管上布植高濃度的磷(P)，令磷離子摻雜入該P(yáng)-型半導(dǎo)體122表面，形成另一n+型半導(dǎo)體14，并以其作為本發(fā)明的高密度快閃存儲(chǔ)器單元的汲極14(drain)。由該晶圓的整個(gè)表面來看，參閱圖2B所示，依前述處理，可在該晶圓上制作出復(fù)數(shù)個(gè)柱狀晶體管13，各該柱狀晶體管13沿X及Y軸方向彼此等間隔平行排列。
在前述的磊晶過程中，該p型半導(dǎo)體12中靠近源極11(即該n+型半導(dǎo)體11)端所摻雜的硼離子濃度較高的原因，主要有下列幾點(diǎn)(1)在該快閃存儲(chǔ)器單元中，若令部分通道122及基體121上的硼離子濃度較高，則相當(dāng)于在該制程中，對(duì)該快閃存儲(chǔ)器單元完成了抗碰透(anti-punch-through)處理，可令該快閃存儲(chǔ)器單元日后不致因碰透(punch-through)電壓太低，而造成其汲極14與源極11間發(fā)生碰透問題。
(2)由于，該快閃存儲(chǔ)器單元的汲極14端，在進(jìn)行“寫入(program)與抹除(erase)”動(dòng)作時(shí)，會(huì)被施加高電壓，故令靠近汲極14端通道的硼離子濃度較低，可使該快閃存儲(chǔ)單元具有承受較高接面崩潰電壓的能力。
(3)該快閃存儲(chǔ)器單元在靠近源極11端的一通道(channel)上，因其硼離子的濃度較高，故該段通道上的臨界導(dǎo)通(threshold)電壓較高，而靠近汲極14端的另一通道上，則因硼離子濃度較低，故該另一段通道的臨界導(dǎo)通電壓較低，因此，形成了在一條通道上具有兩段不同臨界電壓值的現(xiàn)象；故當(dāng)閘極(gate)端被施加電壓，以打開(turn on)通道時(shí)，將會(huì)發(fā)生“源極注入效應(yīng)(Source-side-injection)”，而產(chǎn)生大量的閘極熱載子，令電子的寫入效率與速度遠(yuǎn)高于一般堆疊式快閃存儲(chǔ)器單元的寫入效率與速度。
(4)一般傳統(tǒng)的堆疊式快閃存儲(chǔ)器單元為利用佛羅一諾德漢穿透法(Fowler-Nordheim tunneling)或熱載子寫入原理(hot carrier)，容易造成單元被“過度寫入(over program)”，而使浮動(dòng)閘內(nèi)的電子數(shù)太多，造成該種傳統(tǒng)快閃存儲(chǔ)器單元的臨界截止電壓增加太多，無法被控制在規(guī)格內(nèi)，形成通道被永久關(guān)掉的問題。但利用本發(fā)明，以兩段濃度布植該p型半導(dǎo)體12時(shí)，由于可使靠近源極11端的臨界電壓較高，故可將通道關(guān)掉(turn off)，以有效防止發(fā)生過度抹除的效應(yīng)。
隨后，本發(fā)明在利用雕像及蝕刻溝渠技術(shù)，于前述半導(dǎo)體材料上形成柱狀晶體管13時(shí)，可對(duì)其過度蝕刻(Over Etching)，令所蝕刻出的各柱狀晶體管13間，保持一相當(dāng)?shù)拈g距131，參閱圖2A所示，使其大小恰可將本發(fā)明的快閃存儲(chǔ)器單元內(nèi)所需的浮動(dòng)閘(Floating Gate)、控制閘(Control Gate)及絕緣氧化硅(Oxide)等結(jié)構(gòu)制作于其中，因此，各該柱狀晶體管13間被蝕刻的距離，不能小于設(shè)置兩個(gè)浮動(dòng)閘、一個(gè)控制閘及絕緣層所需的最小寬度。
接著，本發(fā)明再對(duì)前述半導(dǎo)體材料，以攝氏約800～950度，進(jìn)行氧化處理，以在整個(gè)半導(dǎo)體材料表面長(zhǎng)出一第一氧化硅層15，參閱圖3所示，該氧化硅層15的厚度大約為70～120，主要用來作為本發(fā)明的快閃存儲(chǔ)器單元上的穿透氧化硅(tunnel oxide)，該第一氧化硅層15品質(zhì)的好壞，將決定該快閃存儲(chǔ)器單元的重復(fù)抹寫次數(shù)(cycling endurance)、其浮動(dòng)閘中保存電子的時(shí)間(dateretention)及其寫入(program)與抹除(erase)電子的效率。此外，該氧化處理尚具有下列重要意義(1)利用高溫將磊晶硅重新結(jié)晶成單晶(single crystal)。
(2)利用高溫制程將布植時(shí)所造成的缺陷(defect)修補(bǔ)回來，并把布植的雜質(zhì)活化(active)。
接著，本發(fā)明再以CVD磊晶法，在該第一氧化硅層15上生長(zhǎng)出第一復(fù)晶硅(poly-silicon)層16，復(fù)參閱圖3所示，其厚度約在200～300，該第一復(fù)晶硅層16主要用來作為本發(fā)明的快閃存儲(chǔ)器單元上的浮動(dòng)閘16；隨后，先蝕刻掉一部分的該第一復(fù)晶硅層16，令該柱狀晶體管13上緣不要?dú)埩粲性摰谝粡?fù)晶硅層16，再于其上涂布光阻劑80，參閱圖4所示，并利用光罩81及雕像技術(shù)，在所保留的該第一復(fù)晶硅層16上定義出浮動(dòng)閘，再藉蝕刻溝渠技術(shù)，將不需要的復(fù)晶硅蝕刻掉，并去除其上的光阻劑80，參閱圖5所示，即在二相鄰的該等柱狀晶體管13間制作出二浮動(dòng)閘161。接著，再利用CVD磊晶法，以交替方式，在前述半導(dǎo)體材料上生長(zhǎng)出一ONO層17(Oxide-Nitride-Oxide，氧化硅一氮化硅一氧化硅)，并將該柱狀晶體管13上緣多余的該ONO層17蝕刻掉，使所保留的該ONO層17，如圖6所示，可作為后續(xù)制程所形成的第二復(fù)晶硅層與該浮動(dòng)閘161間的絕緣層。在本發(fā)明中，為減少快閃存儲(chǔ)器單元中的雜質(zhì)濃度，因高溫而變形，可采用低溫制程方式，生長(zhǎng)出該ONO層17。
由于，在前述制程中，主要是針對(duì)該晶圓的整個(gè)表面，依序進(jìn)行前述處理，故在完成該ONO層17的制作時(shí)，二相鄰的該等柱狀晶體管13間所制成的結(jié)構(gòu)，無論沿前述半導(dǎo)體材料的X或Y軸剖面來看，均屬完全相同。
在本發(fā)明的后續(xù)制程中，由于，沿前述半導(dǎo)體材料的X及Y軸剖面所制作出結(jié)構(gòu)，并不相同，故以下說明中，將特別指明其在X及Y軸剖面上所形成的結(jié)構(gòu)差異隨后，本發(fā)明將在前述半導(dǎo)體材料上涂布光阻劑80，參閱圖7所示，再利用光罩81及雕像技術(shù)，在沿Y軸方向排列的該等柱狀晶體管13間所保留的該ONO層17上，定義出沿Y軸方向排列的控制閘，參閱圖8所示，再藉蝕刻溝渠技術(shù)，將不需要的ONO層蝕刻掉，并去除其上的光阻劑80后，在該ONO層17中，分別形成一可制作該等控制閘的空間。接著，再以CVD磊晶法，在整個(gè)半導(dǎo)體材料及該ONO層中生長(zhǎng)出第二復(fù)晶硅(poly-silicon)層18，復(fù)參閱圖8所示，使該第二復(fù)晶硅層18可作為本發(fā)明的快閃存儲(chǔ)器單元上沿Y軸方向排列的控制閘18，由于該第二復(fù)晶硅層18為沿X軸方向延伸，連接沿X軸方向排列的各該快閃存儲(chǔ)器單元，故形成各該快閃存儲(chǔ)器單元上的一條“字元線”W(word line)。隨后，再蝕刻掉整個(gè)半導(dǎo)體材料表面上多余的該第二復(fù)晶硅層18后，再于整個(gè)半導(dǎo)體材料上，以CVD磊晶法，生長(zhǎng)出一第二氧化硅層19，此時(shí)，該等快閃存儲(chǔ)器單元的Y軸剖面結(jié)構(gòu)，將如圖9所示。
接著，再在沿X軸方向排列的該等柱狀晶體管13間所保留的該ONO層17上，利用光罩及雕像技術(shù)，間隔地在該ONO層17位置，定義出沿X軸方向排列的控制閘，再藉蝕刻溝渠技術(shù)，蝕刻掉不需要的ONO，并在去除其上的光阻劑后，沿X軸方向，間隔地在該ONO層17中，分別形成一可制作該等控制閘的空間。然后，再以CVD磊晶法，在該ONO層17上生長(zhǎng)出該第二復(fù)晶硅(poly-silicon)層18，作為該快閃存儲(chǔ)器單元上沿X軸方向排列的控制閘18，其X軸剖面的結(jié)構(gòu)，如圖10所示。接著，再將整個(gè)半導(dǎo)體材料上多余的第二復(fù)晶硅層18蝕刻掉后，再于整個(gè)半導(dǎo)體材料上，以CVD磊晶法，生長(zhǎng)出第三氧化硅層20，參閱圖11所示，以作為后續(xù)制程中所形成的第一金屬層與該控制閘18間的絕緣層，此時(shí)，該等快閃存儲(chǔ)器單元的X軸剖面結(jié)構(gòu)，將如圖11所示。
隨后，本發(fā)明再針對(duì)沿X軸方向排列的該等柱狀晶體管13間的結(jié)構(gòu)，利用光罩81及雕像技術(shù)，復(fù)參閱圖11所示，定義出該快閃存儲(chǔ)器單元上基體121與源極11間的短路區(qū)，即在沿X軸方向排列的該等柱狀晶體管13間未制作該控制閘18的該ONO層17位置，以蝕刻溝渠技術(shù)，對(duì)該短路區(qū)進(jìn)行過度蝕刻，令該短路區(qū)被過度蝕刻至源極11位置后，參閱圖12所示，再于其中涂布一第一金屬層21，使在沿X軸方向排列的該快閃存儲(chǔ)器單元的基體121與源極11間形成短路，最后，再利用蝕刻溝渠技術(shù)，蝕刻掉多余的金屬層21，此時(shí)，該等快閃存儲(chǔ)器單元的X軸剖面結(jié)構(gòu)，將如圖12所示。
接著，本發(fā)明再以HDP(High Density Plasma)的方式，于整個(gè)半導(dǎo)體材料上，生長(zhǎng)出第四氧化硅層22，參閱圖13所示，以作為后續(xù)制程中所形成的第二金屬層與該第一金屬層21間的絕緣層；再于其上涂布光阻劑80，并利用光罩81及雕像技術(shù)，分別在鄰近該第一金屬層21的一柱狀晶體管上，間隔地定義出該快閃存儲(chǔ)器單元上汲極14的接點(diǎn)，復(fù)參閱圖13所示，再藉蝕刻溝渠技術(shù)，將該汲極14上方不需要的該等氧化硅層15、19、20、22蝕刻掉，并在去除其上的光阻劑80后，再于被蝕刻掉的該等氧化硅層位置，涂布一第二金屬層23，參閱圖14A所示，令該第二金屬層23與沿Y軸方向排列的該等汲極14接點(diǎn)相連接，以作為該快閃存儲(chǔ)器單元上的一“位元線”(bit line)B1，此時(shí)，該等快閃存儲(chǔ)器單元的X軸剖面及其俯視結(jié)構(gòu)，將分別如圖14A及圖14B所示。此外，應(yīng)格外注意的是，該“位元線”B1沿Y軸方向延伸，間隔地制作于該等柱狀晶體管的對(duì)應(yīng)汲極14上，故對(duì)該等柱狀晶體管而言，該“位元線”B1采用接一跳一的方式，沿Y軸方向，與對(duì)應(yīng)的汲極14相連接。
隨后，再以CVD磊晶法，在整個(gè)半導(dǎo)體材料上生長(zhǎng)出第五氧化硅層24，參閱圖15A所示，以作為后續(xù)制程中所形成的第三金屬層與該“位元線”間的絕緣層，接著，再于其上涂布光阻劑80，并利用光罩及雕像技術(shù)，分別在鄰近該第一金屬層21的另一柱狀晶體管上，間隔地定義出該快閃存儲(chǔ)器單元上的另一汲極14接點(diǎn)，復(fù)參閱圖15A所示，再藉蝕刻技術(shù)，將該汲極14上方不需要的該等氧化硅層15、19、20、12、24蝕刻掉，并在去除其上的光阻劑80后，再于被蝕刻掉的該等氧化硅層位置，涂布一第三金屬層25，并令該第三金屬層25與沿Y軸方向排列的該等另一汲極14接點(diǎn)相連接，以作為該快閃存儲(chǔ)器單元上的另一“位元線”B2，此時(shí)，該等快閃存儲(chǔ)器單元的X軸剖面及其俯視結(jié)構(gòu)，將如圖15A及圖15B所示。此外，應(yīng)特別注意的是，該另一“位元線”B2沿Y軸方向間隔地且與該“位元線”B1相互交錯(cuò)地，制作于該等柱狀晶體管的另一汲極14上，故對(duì)該等柱狀晶體管而言，該另一“位元線”B2亦采用接一跳一的方式，沿Y軸方向，與對(duì)應(yīng)的另一汲極14相連接。
最后，再于整個(gè)半導(dǎo)體材料上，涂布一保護(hù)層30，即完成本發(fā)明的高密度快閃存儲(chǔ)器單元的整個(gè)制作程序。此時(shí)，沿X軸方向排列的該等快閃存儲(chǔ)器單元的X軸剖面結(jié)構(gòu)，將如圖16所示，其中該等氧化硅層19、20、22、24所形成的絕緣層，統(tǒng)一以標(biāo)號(hào)50表示。
利用本發(fā)明的前述制程，即可在每一個(gè)柱狀晶體管13上制作出三個(gè)快閃存儲(chǔ)器單元Q1、Q2及Q3，以儲(chǔ)存三個(gè)位元的數(shù)據(jù)，該等快閃存儲(chǔ)器單元的等效電路，將如圖17所示，各該快閃存儲(chǔ)器單元在實(shí)際工作時(shí)，復(fù)參閱圖15B所示的該等快閃存儲(chǔ)器單元間的布局線路，依下列方式運(yùn)作(1)若欲將數(shù)據(jù)寫入至一快閃存儲(chǔ)器單元Q1時(shí)，可藉輸入一高電位(如10伏特)至該字元線W，令該快閃存儲(chǔ)器單元Q1打開，并將該字元線W保持在一高電位(如10伏特)，此時(shí)，即可利用前述的源極注入法，將電子打入該快閃存儲(chǔ)器單元上的浮動(dòng)閘161內(nèi)，完成數(shù)據(jù)寫入的動(dòng)作。
(2)若欲將該快閃存儲(chǔ)器單元Q1中的數(shù)據(jù)抹除時(shí)，可藉輸入一負(fù)的高電位(如-5伏特)至該字元線W，并將該位元線B1保持在一高電位(如10伏特)，如此，即可利用佛羅-諾德漢穿透法(Fowler-Nordheim tunneling)，將該快閃存儲(chǔ)器單元內(nèi)的電子吸到汲極14端，以完成抹除數(shù)據(jù)的動(dòng)作；或?qū)⒃撛礃O11接到高電位(如10伏特)，再利用佛羅-諾德漢穿透法(Fowler-Nordheimtunneling)，將浮動(dòng)閘161的電子吸到該源極11，完成抹除數(shù)據(jù)的動(dòng)作。
(3)若欲自該快閃存儲(chǔ)器單元Q1內(nèi)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可藉輸入一般的電位(如3伏特)至該字元線W，并將該位元線B1保持在一操作電位(如3伏特)，如此，即可由汲極14端所讀取的電流值，來判斷該快閃存儲(chǔ)器單元Q1上的浮動(dòng)閘161內(nèi)，是否儲(chǔ)存有由電子所完成的“1”或“0”值。
由于，本發(fā)明所制作出的每一個(gè)柱狀晶體管均被三個(gè)快閃存儲(chǔ)器單元所共用，故不僅其存儲(chǔ)容量為傳統(tǒng)快閃存儲(chǔ)器的三倍，具有高密度的存儲(chǔ)特性，且可有效減少源極接觸點(diǎn)所占用的面積，大幅縮小快閃存儲(chǔ)器的體積，有效提高在單位晶圓上制作快閃存儲(chǔ)器的數(shù)量。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但是，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍，并不局限于此，凡熟悉該項(xiàng)技藝人士，依據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù)內(nèi)容，所為的等效應(yīng)用，均應(yīng)屬不脫離本發(fā)明的保護(hù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于主要在一晶圓上分別制作出復(fù)數(shù)個(gè)間隔排列的柱狀晶體管，該等柱狀晶體管共用同一源極，且各該柱狀晶體管具有四個(gè)垂直面，其中一個(gè)垂直面用來制作快閃存儲(chǔ)器單元的基體與源極間的短路面，其他三個(gè)面則分別用來制作成一個(gè)快閃存儲(chǔ)器單元，使每一個(gè)晶體管上的三個(gè)快閃存儲(chǔ)器單元共用一個(gè)汲極，且每一個(gè)晶體管上的位元線均以間隔跳接方式，間隔地與沿一坐標(biāo)軸方向排列的該等汲極相連接，彼此相隔的單元?jiǎng)t共用一字元線。
2.如權(quán)利要求1所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中該等柱狀晶體管的該源極上，設(shè)有一半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體在靠近該源極的部位，其摻雜濃度較高，在遠(yuǎn)離該源極的部位，其摻雜濃度則逐漸降低，以在該源極上依序生長(zhǎng)出兩層不同濃度的半導(dǎo)體，分別作為該基體及通道。
3.如權(quán)利要求2所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中該源極可為一n+型半導(dǎo)體。
4.如權(quán)利要求3所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中該基體及通道可分別為一P+及P-型半導(dǎo)體。
5.如權(quán)利要求4所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中該P(yáng)+及P-型半導(dǎo)體的厚度約0.5～2μm。
6.如權(quán)利要求4所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中該P(yáng)+型半導(dǎo)體在靠近該源極的部位，其摻雜濃度較高，其厚度達(dá)0.2～0.4μm后，其摻雜濃度逐漸降低。
7.如權(quán)利要求4所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中該半導(dǎo)體表面上，布植有另一半導(dǎo)體，作為該汲極。
8.如權(quán)利要求7所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中該汲極可為一n+型半導(dǎo)體。
9.如權(quán)利要求1所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中各該柱狀晶體管間設(shè)有二浮動(dòng)閘。
10.如權(quán)利要求9所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中各該浮動(dòng)閘由復(fù)晶硅材料制成。
11.如權(quán)利要求10所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中在沿一坐標(biāo)軸方向排列的該二浮動(dòng)閘間，設(shè)有一ONO層，該ONO層中并設(shè)有一第二復(fù)晶硅層，以作為該等快閃存儲(chǔ)器單元上沿該坐標(biāo)軸方向排列的該控制閘，該第二復(fù)晶硅層并沿另一坐標(biāo)軸方向延伸，連接沿該另一坐標(biāo)軸方向排列的各該快閃存儲(chǔ)器單元，形成各該快閃存儲(chǔ)器單元上的該字元線。
12.如權(quán)利要求11所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中在沿該另一坐標(biāo)軸方向排列的該二浮動(dòng)閘間，設(shè)有一ONO層，各該ONO層中，沿該另一坐標(biāo)軸方向間隔地設(shè)有該第二復(fù)晶硅層，以作為該快閃存儲(chǔ)器單元上沿該另一坐標(biāo)軸方向排列的控制閘。
13.如權(quán)利要求12所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中在沿該另一坐標(biāo)軸方向排列的該等柱狀晶體管間，未制作該等控制閘的位置，設(shè)有一第一金屬層，使該第一金屬層分別與該基體及源極相連接，形成該基體與源極間的短路區(qū)。
14.如權(quán)利要求13所述的高密度快閃存儲(chǔ)器，其特征在于其中在沿該另一坐標(biāo)軸方向排列，且鄰近于該第一金屬層的該等柱狀晶體管的汲極上方，分別間隔地設(shè)有一第二金屬層，使該第二金屬層間隔地與沿該坐標(biāo)軸方向排列的該等汲極相連接，作為該快閃存儲(chǔ)器單元上的一位元線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高密度快閃存儲(chǔ)器，主要利用布植及蝕刻溝渠技術(shù)，先于一晶圓上分別制作出復(fù)數(shù)個(gè)間隔排列的柱狀晶體管，并令每一個(gè)柱狀晶體管具有四個(gè)垂直面，其中的一垂直面用來作為該高密度快閃存儲(chǔ)器單元的基體與源極間的短路面，其他三個(gè)垂直面則分別用來制作一快閃存儲(chǔ)器單元，使該等快閃存儲(chǔ)器單元的晶體管的臨界截止電壓，不致因該基體與源極間電壓的不同而改變，此外，由于在該等快閃存儲(chǔ)器的單元布局上，彼此相隔的單元共用一條字元線，故該等快閃存儲(chǔ)器單元的汲極，需采用間隔跳接方式連線，如此，即可在每一個(gè)柱狀晶體管上制作出三個(gè)快閃存儲(chǔ)器單元，以儲(chǔ)存三個(gè)位元的數(shù)據(jù)，令所制作出的該快閃存儲(chǔ)器單元具有高密度的存儲(chǔ)特性。
文檔編號(hào)H01L27/112GK1464562SQ02124730
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者賴茂富 申請(qǐng)人:中儀科技股份有限公司