專利名稱：記憶胞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體元件，特別是涉及一種記憶胞(MEMORY CELL)。
背景技術：
非揮發(fā)性記憶體(Nonvolatile Memory，記憶體即存儲介質，存儲器，內存，以下均稱為記憶體)目前多應用在各種電子元件的使用上，如儲存結構資料、程式資料及其它可以重復存取的資料(資料即數(shù)據(jù)，以下均稱為資料)。而其中一種可以讓資料局部修改的可電抹除且可程式只讀記憶體(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM)，其具有可進行多次資料的存入、讀取、抹除等動作且存入的資料在斷電后也不會消失的優(yōu)點，所以已成為個人電腦和電子設備所廣泛采用的一種記憶體元件。
氮化硅只讀記憶體是一種目前業(yè)界所習知的非揮發(fā)性記憶體。請參閱圖1所示，是現(xiàn)有習知的一種記憶胞的結構剖面圖。該氮化硅只讀記憶胞是由基底100、閘極結構111、源極/汲極區(qū)102以及間隙壁113所構成，其中，閘極結構111設置于基底100上，該閘極結構111從基底100起依序為穿隧氧化層101(氧化硅)、電荷陷入層103(氮化硅)、閘間介電層105(氧化硅)、閘極107(摻雜多晶硅)，而構成硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅(SONOS)的結構。
對于上述的記憶胞而言，為了使熱電子更容易穿隧過穿隧氧化層進入電荷陷入層，并陷于電荷陷入層里，需降低穿隧氧化層的厚度。然而，要制作出厚度薄的穿隧氧化層，在制程上有一定的困難度。舉例來說，在制作厚度較薄的穿隧氧化層時，對于厚度均勻性的控制、缺陷密度的調降等是有困難的。而且，穿隧氧化層的厚度若是過薄，又容易導致漏電流，而影響資料儲存的效能，并導致記憶胞的可靠度變差。
再者，在上述現(xiàn)有習知的記憶胞結構中，閘極107的材質為摻雜多晶硅，且閘間介電層105的材質為氧化硅。此種材質搭配容易產生閘空乏(GateDepletion)現(xiàn)象，在界面形成一個勢壘(Barrier)，使電流的傳遞發(fā)生困難。另外，多晶硅內摻雜的硼離子會沿著多晶硅的晶粒邊界擴散，穿透閘間介電層，而造成所謂硼穿透(Boron Penetration)效應。此種硼穿透(BoronPenetration)效應會影響通道的摻質濃度，進而改變記憶胞啟始電壓(Threshold Voltage)，而降低記憶胞的穩(wěn)定性與可靠度。
除此之外，上述的記憶胞結構在形成間隙壁113時，由于ONO結構與間隙壁的蝕刻選擇性相似，因此，在進行間隙壁蝕刻時會侵蝕到硅通道，同樣也會導致記憶胞的可靠度變差。
由此可見，上述現(xiàn)有的記憶胞在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決記憶胞存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但是長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成，而一般產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業(yè)者急欲解決的問題。
有鑒于上述現(xiàn)有的記憶胞存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新型結構的記憶胞，能夠改進一般現(xiàn)有的記憶胞，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，并經反復試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的記憶胞存在的缺陷，而提供一種新型結構的記憶胞，所要解決的技術問題是使其可以解決漏電流的問題，且能夠增加記憶胞的積集度，進而可以提高記憶胞程式化/抹除效率。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種記憶胞，所要解決的技術問題是使其可以提升閘間介電層的品質，并提高記憶胞的閘極耦合率，以降低操作電壓，而可增進記憶胞的效能，并能夠提高記憶胞的穩(wěn)定性及可靠度。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。為了達到前述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種本發(fā)明提出一種記憶胞，此記憶胞是由穿隧介電層、電荷陷入層、閘間介電層以及金屬閘極層所構成。穿隧介電層是設置于基底上，其材質例如是氧化鋁鉿。電荷陷入層是設置于穿隧介電層上，閘間介電層是設置于電荷陷入層上，而金屬閘極層則是設置于閘間介電層上。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的記憶胞，其更可以包括一導體層設置于金屬閘極層上，該導體層的材質例如是硅化鍺。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的記憶胞，上述的穿隧介電層、電荷陷入層、閘間介電層以及金屬閘極層構成一閘極結構，且更可以包括一間隙壁，設置于閘極結構的側壁。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的記憶胞，其更包括一源極/汲極區(qū)，設置于閘極結構兩側的基底中依照本發(fā)明的較佳實施例所述的記憶胞，上述的金屬閘極層的材質例如是氮化硅鉭，電荷陷入層的材質可以是氮化硅。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述，上述的記憶胞，更可以包括一金屬硅化物層，該金屬硅化物層是設置于金屬閘極層與源極/汲極區(qū)上，其材質包括硅化鍺鎳。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題還采用以下的技術方案來實現(xiàn)。為了達到前述發(fā)明目的，本發(fā)明還提出另一種記憶胞，該記憶胞是包括基底、穿隧介電層、電荷陷入層、閘間介電層與金屬閘極層。穿隧介電層是設置于基底上，其介電常數(shù)大于4。電荷陷入層是設置于穿隧介電層上。閘間介電層是設置于電荷陷入層上，其材質例如是氧化鋁。金屬閘極層則是設置于閘間介電層上。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的記憶胞，其更包括一導體層，設置于金屬閘極層上，此導體層的材質包括硅化鍺。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的記憶胞，上述金屬閘極層的材質包括氮化硅鉭，電荷陷入層的材質包括氮化硅。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的記憶胞，上述穿隧介電層、電荷陷入層、閘間介電層以及金屬閘極層構成一閘極結構，且更包括一間隙壁，設置于閘極結構的側壁。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的記憶胞，其更包括一源極/汲極區(qū)，設置于閘極結構兩側的基底中。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述，上述記憶胞更包括一金屬硅化物層，該金屬硅化物層是設置于金屬閘極層與源極/汲極區(qū)上，其材質包括硅化鍺鎳。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述，上述記憶胞的穿隧介電層的材質例如是氧化鋁鉿，金屬閘極層的材質例如是氮化硅鉭，且其中的閘極結構具備有一導體層，該導體層是設置于金屬閘極層上，其材質例如是硅化鍺。其中，其更可以包括一金屬硅化物層，設置于金屬閘極層與源極/汲極區(qū)上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。經由上述可知，本發(fā)明是關于一種記憶胞，該記憶胞是由基底、穿隧介電層、電荷陷入層、閘間介電層以及金屬閘極層所構成。其中，穿隧介電層是設置于基底上，其材質為氧化鋁鉿，電荷陷入層是設置于穿隧介電層上，閘間介電層是設置于電荷陷入層上，而金屬閘極層則是設置于閘間介電層上。此種記憶胞可以解決漏電流的問題，且能夠增加記憶胞的積集度，提高記憶胞程式化/抹除效率。
借由上述技術方案，本發(fā)明記憶胞至少具有下列優(yōu)點1、本發(fā)明因為采用高介電常數(shù)材料，例如是氧化鋁鉿，作為記憶胞的穿隧介電層，此種材料形成的薄膜厚度均勻、界面品質佳，且熱穩(wěn)定性高，進而能制作出積集度更高的集成電路。此外，采用高介電常數(shù)材料可以減少漏電流的產生，而能夠提高程式化/抹除效率。
2、另外，使用其他材料例如是氧化鋁作為閘間介電層可以提升閘間介電層的品質，并提高記憶胞的閘極耦合率，而能夠降低操作電壓，增進記憶胞的效能。
3、再者，本發(fā)明所使用的電荷陷入層、閘間介電層與金屬閘極層各層的材質對于間隙壁具有較大的蝕刻選擇比，而可以避免在蝕刻間隙壁時會侵蝕硅通道的問題。
綜上所述，本發(fā)明特殊結構的記憶胞，可以解決漏電流的問題，且能夠增加記憶胞的積集度，進而可以提高記憶胞程式化/抹除效率。另其可以提升閘間介電層的品質，并提高記憶胞的閘極耦合率，以降低操作電壓，而可增進記憶胞的效能，并能夠提高記憶胞的穩(wěn)定性及可靠度。其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，并在同類產品中未見有類似的結構設計公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在產品結構或功能上皆有較大的改進，在技術上有較大的進步，并產生了好用及實用的效果，且較現(xiàn)有的記憶胞具有增進的多項功效，從而更加適于實用，而具有產業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1是現(xiàn)有習知的一種記憶胞的結構剖面圖。
圖2是依照本發(fā)明一較佳實施例的一種記憶胞的結構剖面圖。
100、200基底 102、202源極/汲極區(qū)101穿隧氧化層103、203電荷陷入層105、205閘間介電層 107閘極111、211閘極結構 113、213間隙壁201穿隧介電層207金屬閘極層209導體層221金屬硅化物層具體實施方式
為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的記憶胞其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
請參閱圖2所示，是依照本發(fā)明一較佳實施例的一種記憶胞的結構剖面圖。本發(fā)明的記憶胞，包括基底200、穿隧介電層201、電荷陷入層203、閘間介電層205以及金屬閘極層207。其中，穿隧介電層201是設置于基底100上，電荷陷入層203是設置于穿隧介電層201上，閘間介電層205是設置于電荷陷入層203上，而金屬閘極層207是設置于閘間介電層205上。
該穿隧介電層201、電荷陷入層203、閘間介電層205以及金屬閘極層207構成閘極結構211，其是設置于基底200上。此外，其更可以包括源極/汲極區(qū)202設置于閘極結構211兩側的基底200中。
其中，穿隧介電層201的材質例如是氧化鋁鉿或介電常數(shù)大于4的高介電常數(shù)材料或其他合適的材料。采用此種高介電常數(shù)材料作為記憶胞的穿隧介電層201，所形成的薄膜厚度均勻、界面品質佳，且熱穩(wěn)定性高，進而能制作出積集度更高的集成電路。此外，采用高介電常數(shù)材料作為記憶胞的穿隧介電層201，亦可以減少漏電流的產生，并提高記憶胞程式化/抹除的效率。
另外，電荷陷入層203的材質例如是氮化硅，閘間介電層205的材質例如是氧化鋁，而金屬閘極層207的材質例如是氮化硅鉭。
其中，以氧化鋁為閘間介電層203可以提升閘間介電層203的品質，而能夠提高閘極耦合率，降低記憶胞的操作電壓，進而增進記憶胞的效能。
此外，以金屬閘極層207取代傳統(tǒng)多晶硅閘極，可以避免摻雜多晶硅所生的閘空乏、硼穿透等問題，增加閘極的導電能力，提高記憶胞的穩(wěn)定性與可靠度，且閘極的厚度亦可因而降低，有利于記憶胞的積集度。
在本實施例中，更可以包括一導體層209，設置于金屬閘極層207上，其材質例如是硅化鍺。本實施例中是以設置有導體層209為例作說明，但是導體層209的設置是可視實際需要而選擇性的設置。
此外，本實施例中，更可以包括在金屬閘極層207與源極/汲極區(qū)202上設置一金屬硅化物層221，其材質例如是硅化鍺鎳。該金屬硅化物層221的形成方法，例如是自行對準金屬硅化物(Self Aligned Silicide)制程，如圖2所示，在制作自行對準金屬硅化物之前，是先在基底200形成了硅化鍺層。此種方式與一般自行對準金屬硅化物是直接形成于電極上，有所不同。該金屬硅化物層221是凸出于金屬閘極層207與源極/汲極區(qū)202。本實施例中是以設置有金屬硅化物層221為例作說明，但是金屬硅化物層221的設置是可視實際需要而選擇性的設置。
在本實施例中，上述的記憶胞更包括一間隙壁213。該間隙壁213是設置于閘極結構211的側壁，其材質例如是氧化硅。本發(fā)明所使用的電荷陷入層203、閘間介電層205與金屬閘極層207等各層材質，對于間隙壁213的材質具有較大的蝕刻選擇比，而能夠避免在蝕刻間隙壁213時會侵蝕硅通道的問題。
綜上所述，本發(fā)明因為采用高介電常數(shù)材料，例如是氧化鋁鉿，作為記憶胞的穿隧介電層，此種材料形成的薄膜厚度均勻、界面品質佳，且熱穩(wěn)定性高，進而能制作出積集度更高的集成電路。此外，采用高介電常數(shù)材料可以減少漏電流的產生，而能夠提高程式化/抹除效率。
另外，使用其他材料例如是氧化鋁作為閘間介電層可以提升閘間介電層的品質，并提高記憶胞的閘極耦合率，而能夠降低操作電壓，增進記憶胞的效能。此外，以金屬閘極層取代傳統(tǒng)多晶硅閘極，可以避免硼穿透的問題，并能夠增加閘極的導電能力，而提高記憶胞的穩(wěn)定性與可靠度。另外，采用金屬材料作為閘極層，亦可以縮小閘極層的厚度，而有利于增加記憶胞的積集度。
再者，本發(fā)明所使用的電荷陷入層、閘間介電層與金屬閘極層各層的材質對于間隙壁具有較大的蝕刻選擇比，而可以避免在蝕刻間隙壁時會侵蝕硅通道的問題。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種記憶胞，其特征在于其包括一基底；一穿隧介電層，設置于該基底上，該穿隧介電層的材質包括氧化鋁鉿；一電荷陷入層，設置于該穿隧介電層上；一閘間介電層，設置于該電荷陷入層上；以及一金屬閘極層，設置該閘間介電層上。
2.根據(jù)權利要求1所述的記憶胞，其特征在于其更包括一導體層設置于該金屬閘極層上。
3.根據(jù)權利要求2所述的記憶胞，其特征在于其中所述的導體層的材質包括硅化鍺。
4.根據(jù)權利要求1所述的記憶胞，其特征在于其中所述的金屬閘極層的材質包括氮化硅鉭。
5.根據(jù)權利要求1所述的記憶胞，其特征在于其中所述的電荷陷入層的材質包括氮化硅。
6.根據(jù)權利要求1所述的記憶胞，其特征在于其中所述的穿隧介電層、電荷陷入層、閘間介電層以及金屬閘極層構成一閘極結構。
7.根據(jù)權利要求6所述的記憶胞，其特征在于其更包括一源極/汲極區(qū)，設置于該閘極結構兩側的該基底中
8.根據(jù)權利要求7所述的記憶胞，其特征在于其更包括一金屬硅化物層，設置于該金屬閘極層與該源極/汲極區(qū)上。
9.根據(jù)權利要求8所述的記憶胞，其特征在于其中所述的金屬硅化物層的材質包括硅化鍺鎳。
10.根據(jù)權利要求6所述的記憶胞，其特征在于其更包括一間隙壁，設置于該閘極結構的側壁。
11.一種記憶胞，其特征在于其包括一基底；一穿隧介電層，設置于該基底上，該穿隧介電層的介電常數(shù)為大于4；一電荷陷入層，設置于該穿隧介電層上；一閘間介電層，設置于該電荷陷入層上，該閘間介電層的材質包括氧化鋁；以及一金屬閘極層，設置該閘間介電層上。
12.根據(jù)權利要求11所述的記憶胞，其特征在于其更包括一導體層設置于該金屬閘極層上。
13.根據(jù)權利要求12所述的記憶胞，其特征在于其中所述的導體層的材質包括硅化鍺。
14.根據(jù)權利要求11所述的記憶胞，其特征在于其中所述的金屬閘極層的材質包括氮化硅鉭。
15.根據(jù)權利要求11所述的記憶胞，其特征在于其中所述的電荷陷入層的材質包括氮化硅。
16.根據(jù)權利要求11所述的記憶胞，其特征在于其中所述的穿隧介電層、電荷陷入層、閘間介電層以及金屬閘極層構成一閘極結構。
17.根據(jù)權利要求16所述的記憶胞，其特征在于其更包括一間隙壁，設置于該閘極結構的側壁。
18.根據(jù)權利要求16所述的記憶胞，其特征在于其更包括一源極/汲極區(qū)，設置于該閘極結構兩側的該基底中。
19.根據(jù)權利要求18所述的記憶胞，其特征在于其更包括一金屬硅化物層，設置于該金屬閘極層與該源極/汲極區(qū)上。
20.根據(jù)權利要求19所述的記憶胞，其特征在于其中所述的金屬硅化物層的材質包括硅化鍺鎳。
21.根據(jù)權利要求18所述的記憶胞，其特征在于其中所述的穿隧介電層的材質包括氧化鋁鉿。
22.根據(jù)權利要求21所述的記憶胞，其特征在于其中所述的金屬閘極層的材質為氮化硅鉭。
23.根據(jù)權利要求22所述的記憶胞，其特征在于其中所述的閘極結構具備有一導體層，設置于該金屬閘極層上，該導體層的材質包括硅化鍺。
24.根據(jù)權利要求22所述的記憶胞，其特征在于其更包括一金屬硅化物層，設置于該金屬閘極層與該源極/汲極區(qū)上。
全文摘要
本發(fā)明是關于一種記憶胞，該記憶胞是由基底、穿隧介電層、電荷陷入層、閘間介電層以及金屬閘極層所構成。其中，穿隧介電層是設置于基底上，其材質為氧化鋁鉿，電荷陷入層是設置于穿隧介電層上，閘間介電層是設置于電荷陷入層上，而金屬閘極層則是設置于閘間介電層上。此種記憶胞可以解決漏電流的問題，且能夠增加記憶胞的積集度，提高記憶胞程式化/抹除效率。
文檔編號H01L27/10GK1812104SQ20051000285
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月25日 優(yōu)先權日2005年1月25日
發(fā)明者張國華 申請人:旺宏電子股份有限公司