專利名稱：存儲單元、存儲單元的制造方法與操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲單元、存儲單元的制造方法與操作方法，且特別涉及一種具有垂直鰭狀通道的存儲單元、其制造方法與操作方法。
背景技術(shù)：
所謂存儲器就是用于儲存數(shù)據(jù)或信息的半導(dǎo)體元件。當(dāng)計算機(jī)微處理器的功能越來越強(qiáng)大且軟件的程序與運算越來越復(fù)雜時，對于存儲器容量的需求也越來越大。為了滿足上述需求，制造價格低廉且具有高容量的存儲器的目標(biāo)成為制造高積集度元件的驅(qū)動力。
此外，隨著電子設(shè)備縮小化的需求越來越大，存儲元件的尺寸也越來越小。然而，隨著存儲元件的尺寸縮小，元件的驅(qū)動電流則被局限且不足以進(jìn)行程序化或是讀取的操作。另外，當(dāng)存儲元件的尺寸縮小，源極/漏極區(qū)之間的通道長度也隨之縮短，因此造成短溝效應(yīng)(short channel effect)與漏極引發(fā)能帶降低效應(yīng)(drain induced barrier lowering effect)越來越嚴(yán)重。
目前常使用具有鰭狀通道的場效晶體管。然而此種晶體管必須于絕緣層上有硅(silicon on insulator)的晶片上制造，且必須以電子束來定義出薄的鰭狀通道。因此，其制造成本較高。所以，如何縮小存儲單元的尺寸，并提高記憶儲存密度，且降低制造成本，成為當(dāng)前工藝技術(shù)發(fā)展的主要課題。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明提供實施例的目的就是提供一種具有垂直鰭狀通道的存儲單元，其可以解決由縮小存儲單元尺寸造成的短溝效應(yīng)以及漏極引發(fā)能帶降低效應(yīng)。
依據(jù)本發(fā)明提供實施例的再一目的是提供一種具有垂直鰭狀通道的存儲單元的制造方法。通過應(yīng)用本發(fā)明的方法，可以降低制造成本，并且提高存儲單元的記憶儲存密度。
依據(jù)本發(fā)明提供實施例的又一目的是提供一種存儲單元的操作方法。由于本發(fā)明的存儲單元的穿隧層在單一程序/抹除循環(huán)下，僅被載流子擊穿一次，因此穿隧層的使用壽命較長，所以存儲單元的可靠性提高。
本發(fā)明提出一種存儲單元，該存儲單元位于基底上，該基底有多個淺溝渠隔離，其中每一上述這些淺溝渠隔離的上表面低于該基底的上表面，且上述這些淺溝渠隔離共同定義該基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)，該存儲單元包括跨騎閘(straddle gate)，載流子捕捉結(jié)構(gòu)以及至少兩源極/漏極區(qū)?？珧T閘位于基底上，其中跨騎閘跨騎垂直鰭狀結(jié)構(gòu)。載流子捕捉結(jié)構(gòu)位于跨騎閘與基底之間，其中載流子捕捉結(jié)構(gòu)包括直接接觸跨騎閘的捕捉層以及位于捕捉層與基底之間的穿隧層。源極/漏極區(qū)位于跨騎閘所裸露的基底的部分垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元，上述存儲單元，還包括兩載流子儲存區(qū)對，分別位于垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的兩側(cè)壁上的部分捕捉層中。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元，上述每一該載流子儲存區(qū)對中的兩載流子儲存區(qū)，分別鄰近上述這些源極/漏極區(qū)。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元，上述存儲單元，還包括頂蓋層，位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的上表面與該載流子捕捉結(jié)構(gòu)之間。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元，上述存儲單元，還包括至少兩口袋植入?yún)^(qū)，分別位于上述這些源極/漏極區(qū)下方，且位于該跨騎閘下方的該基底的該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元，上述捕捉層的材料包括氮化硅與氧化鋁。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元，上述穿隧層的材質(zhì)包括氧化硅。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元，上述跨騎閘的材質(zhì)包括摻雜多晶硅。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元，上述摻雜多晶硅的導(dǎo)電型為P+。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元，上述每一上述這些淺溝渠隔離的該上表面低于上述這些源極/漏極區(qū)的下表面。
本發(fā)明提出一種存儲單元的制造方法，適用于基底，基底具有多個淺溝渠隔離，其中每一上述這些淺溝渠隔離的上表面低于基底的上表面，且上述這些淺溝渠隔離共同定義垂直鰭狀結(jié)構(gòu)，該方法包括縮小基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的寬度，并于基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的上表面上，形成頂蓋層。之后，于基底上方，形成載流子捕捉結(jié)構(gòu)。接著，于載流子結(jié)構(gòu)上，形成導(dǎo)電層。接著，圖案化導(dǎo)電層與載流子捕捉結(jié)構(gòu)以形成跨騎閘結(jié)構(gòu)，其中跨騎閘結(jié)構(gòu)跨騎基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)。于跨騎閘結(jié)構(gòu)所裸露的基底的部分垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中，形成多個源極/漏極區(qū)。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的制造方法，上述縮小垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的寬度的方法包括進(jìn)行熱氧化工藝以將上述這些淺溝渠隔離所裸露的部分基底轉(zhuǎn)換成氧化硅，以及移除該氧化硅。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的制造方法，上述形成該頂蓋層的方法包括于基底上方形成墊氧化層，之后于基底上方形成氮化硅層。于基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上方，形成自行對準(zhǔn)間隙壁。接著，進(jìn)行氧化工藝以于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的該上表面形成該頂蓋層，以及移除該自行對準(zhǔn)間隙壁。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的制造方法，上述載流子捕捉結(jié)構(gòu)包括直接接觸導(dǎo)電層的捕捉層。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的制造方法，上述捕捉層的材質(zhì)包括氮化硅與氧化鋁。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的制造方法，上述載流子捕捉層還包括穿隧層，位于捕捉層與基底之間。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的制造方法，上述每一上述這些淺溝渠隔離的上表面低于每一上述這些源極/漏極區(qū)的下表面。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的制造方法，上述于形成上述這些源極/漏極區(qū)之前，還包括于跨騎閘結(jié)構(gòu)下方的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中形成多個口袋植入?yún)^(qū)。
本發(fā)明提出一種存儲單元的程序化方法，適用于存儲單元，該存儲單元具有分別位于基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中的第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)，以及位于該第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)之間并跨騎該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的跨騎閘結(jié)構(gòu)，其中該跨騎閘結(jié)構(gòu)包括柵極與介于該柵極與該基底之間的捕捉層，而該捕捉層直接接觸該柵極，且該捕捉層具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第一摻雜區(qū)相鄰的第一載流子儲存區(qū)與第二載流子儲存區(qū)，該捕捉層還具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第二摻雜區(qū)相鄰的第三載流子儲存區(qū)與第四載流子儲存區(qū)，該程序化方法包括施加第一電壓于該跨騎閘結(jié)構(gòu)上，并且施加由該第一摻雜區(qū)至該第二摻雜區(qū)的第一順向偏壓，以注入至少兩載流子分別至該第一載流子儲存區(qū)與該第二載流子儲存區(qū)。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的程序化方法，上述當(dāng)?shù)谝浑妷杭s為10伏特，且第一順向偏壓以施加約5伏特于第一摻雜區(qū)并接地第二摻雜區(qū)達(dá)成時，以溝道熱電子(channel hot electron)方式程序化存儲單元。
本發(fā)明提出一種存儲單元的抹除化方法，適用于存儲單元，該存儲單元具有分別位于基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中的第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)，以及位于該第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)之間并跨騎該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的跨騎閘結(jié)構(gòu)，其中該跨騎閘結(jié)構(gòu)包括柵極與介于該柵極與該基底之間的捕捉層，而該捕捉層直接接觸該柵極，且該捕捉層具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第一摻雜區(qū)相鄰的第一載流子儲存區(qū)與第二載流子儲存區(qū)，該捕捉層還具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第二摻雜區(qū)相鄰的第三載流子儲存區(qū)與第四載流子儲存區(qū)，該抹除化方法包括由該跨騎閘結(jié)構(gòu)注入多個空穴至該捕捉層中，以補(bǔ)償儲存于該第一、該第二、該第三與該第四載流子儲存區(qū)中的多個載流子。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的抹除化方法，上述注入上述這些空穴至該捕捉層中的步驟包括施加第二電壓于該跨騎閘結(jié)構(gòu)上，并且接地該第一摻雜區(qū)與該第二摻雜區(qū)。且于上述情況中，當(dāng)?shù)诙妷杭s為12伏特時，以富勒-諾德亥姆空穴注入方式抹除存儲單元。
本發(fā)明提出一種存儲單元的讀取方法，適用于存儲單元，該存儲單元具有分別位于基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中的第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)，以及位于該第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)之間并跨騎該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的跨騎閘結(jié)構(gòu)，其中該跨騎閘結(jié)構(gòu)包括柵極與介于該柵極與該基底之間的捕捉層，而該捕捉層直接接觸該柵極，且該捕捉層具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第一摻雜區(qū)相鄰的第一載流子儲存區(qū)與第二載流子儲存區(qū)，該捕捉層還具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第二摻雜區(qū)相鄰的第三載流子儲存區(qū)與第四載流子儲存區(qū)，該讀取方法包括施加第三電壓于該跨騎閘結(jié)構(gòu)上，且施加由該第一摻雜區(qū)至該第二摻雜區(qū)的第一逆向偏壓，以讀取該第一載流子儲存區(qū)域與該第二載流子儲存區(qū)域的儲存狀態(tài)。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的存儲單元的讀取方法，上述當(dāng)?shù)谌妷杭s為5伏特，且第一逆向偏壓以接地第一摻雜區(qū)并施加約1.6伏特電壓于第二摻雜區(qū)達(dá)成時，以逆向讀取(reverse read)方式讀取存儲單元。
于本發(fā)明中，因為位于跨騎閘結(jié)構(gòu)下的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)作為存儲單元的垂直鰭狀通道，所以可解決短溝效應(yīng)(short channel effect)與漏極引發(fā)能帶降低效應(yīng)(drain induced barrier lowering effect)所引發(fā)的問題。此外，基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)是直接由形成于基底中的淺溝渠隔離定義而成，且垂直鰭狀結(jié)構(gòu)還僅以擴(kuò)大溝渠的上開口部分的輪廓來窄化其寬度。因此，根據(jù)本發(fā)明的存儲單元的制造方法，并不需要使用較為昂貴的絕緣層上有硅(silicon on insulator，SOI)晶片，亦毋需利用電子束技術(shù)來窄化垂直鰭狀結(jié)構(gòu)。因此，存儲單元的制造成本降低。再者，根據(jù)本發(fā)明的存儲單元，在基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的兩側(cè)壁上方的捕捉層中，分別具有四個載流子儲存區(qū)域，因此存儲密度提高。
此外，當(dāng)存儲單元進(jìn)行抹除操作時，由于捕捉層直接接觸跨騎閘，所以抹除速度較快。再者，因為空穴由跨騎閘所傾泄而下至捕捉層，存儲單元是以區(qū)塊形式被抹除。于抹除操作過程中，由跨騎閘所注入的空穴可補(bǔ)償儲存于載流子儲存區(qū)域中的載流子，因此于單一程序化-抹除化循環(huán)中，穿隧層僅被載流子擊穿一次，以至于由載流子擊穿所造成的損害機(jī)率降低，而存儲單元的可信度提高。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1至圖3為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實施例的一種存儲單元的制造方法剖面簡圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實施例的一種存儲單元的三維空間簡圖。
圖4A為圖4沿著線I-I’的立體剖面圖。
圖4B為圖4A的俯視圖。
主要元件標(biāo)記說明100基底102溝渠102a溝渠上開口部分104、104a淺溝渠隔離104a’淺溝渠隔離的上表面106間隙壁108頂蓋層d1、d2寬度
109、109a穿隧層110、110a捕捉層111、111a載流子捕捉結(jié)構(gòu)112導(dǎo)電層112a跨騎閘114跨騎閘結(jié)構(gòu)116源極/漏極區(qū)116a源極/漏極區(qū)的下表面120a第一載流子儲存區(qū)域120b第二載流子儲存區(qū)域120c第三載流子儲存區(qū)域120d第四載流子儲存區(qū)域具體實施方式
圖1至圖3為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實施例的一種存儲單元的制造方法剖面簡圖。請參照圖1，首先提供基底100，基底100具有多個淺溝渠隔離104。淺溝渠隔離104分別填滿基底100中的溝渠102，其中淺溝渠隔離104的材質(zhì)例如是氧化硅。又，淺溝渠隔離104共同定義出基底100的初始垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100a。請參照圖2，移除部分淺溝渠隔離104以裸露溝渠102的開口部分102a，其中淺溝渠隔離104(如圖1所示)則轉(zhuǎn)換成淺溝渠隔離104a。淺溝渠隔離104的形成以及由淺溝渠隔離104成為淺溝渠隔離104a的轉(zhuǎn)換，可以通過公知的淺溝渠隔離工藝方法完成。
之后，同樣參照圖2，進(jìn)行工藝以將具有寬度d1的初始垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100a(如圖1所示)塑型成為具有寬度d2的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b，其中寬度d2小于寬度d1。值得注意的是，由初始垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100a轉(zhuǎn)換成垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b的方法包括進(jìn)行熱氧化工藝以將淺溝渠隔離104a所裸露的部分基底100轉(zhuǎn)換成氧化硅(圖中未表示)，之后移除氧化硅。因此，通過擴(kuò)大上開口102a的輪廓，而將初始垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100a塑型為具有較窄寬度d2的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b。
接著，同樣參照圖2，于基底100上方，依次形成墊氧化層(圖中未表示)與氮化硅層(圖中未表示)。之后，于垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b的側(cè)壁上方，也就是開口部分102a的側(cè)壁上方，形成自行對準(zhǔn)間隙壁106。接著，于垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b的上表面上形成頂蓋層108。其中，形成自行對準(zhǔn)間隙壁106與頂蓋層108的方法包括于基底100上方形成材料層(圖中未表示)，進(jìn)行回蝕刻工藝以移除部分材料層，而于垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100的側(cè)壁上形成間隙壁106，接著進(jìn)行氧化工藝以于垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b的上表面上形成頂蓋層108。較佳的是，間隙壁106的材質(zhì)包括氮化硅，而頂蓋層108的材質(zhì)包括氧化硅。頂蓋層的形成可以使垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b的邊角圓弧化，以抑制可能發(fā)生的尖端放電現(xiàn)象。
請參照圖3，移除間隙壁106。之后，于基底100上方，依次形成載流子捕捉結(jié)構(gòu)111與導(dǎo)電層112。載流子捕捉結(jié)構(gòu)111包括位于基底100上方的穿隧層109，以及直接接觸導(dǎo)電層112并位于穿隧層109上的捕捉層110。捕捉層110的材質(zhì)包括氮化硅以及氧化硅。而穿隧層109的材質(zhì)例如是氧化硅。又，導(dǎo)電層112的材質(zhì)例如是摻雜多晶硅，較佳的是具有導(dǎo)電型P+的摻雜多晶硅。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實施例的一種存儲單元的三維空間簡圖。參照圖4，圖案化導(dǎo)電層112與載流子捕捉結(jié)構(gòu)111以形成跨騎閘結(jié)構(gòu)114跨騎基底100的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b，其中載流子捕捉結(jié)構(gòu)111與導(dǎo)電層112則轉(zhuǎn)換成載流子捕捉結(jié)構(gòu)111a與跨騎閘112a，且載流子捕捉結(jié)構(gòu)111a與跨騎閘112a共同形成跨騎閘結(jié)構(gòu)114。之后，于跨騎閘結(jié)構(gòu)114所裸露的基底100的部分垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b中，形成多個源極/漏極區(qū)116。值得注意的是，淺溝渠隔離104a的上表面104a’低于源極/漏極區(qū)116的下表面116a。此外，源極/漏極區(qū)116可以通過進(jìn)行離子植入工藝，而在跨騎閘結(jié)構(gòu)114所裸露的基底100的部分垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b中形成摻雜區(qū)。又，在形成源極/漏極區(qū)116之前，在跨騎閘112a下方的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b中，位于預(yù)定形成源極/漏極區(qū)116的位置下方，形成多個口袋摻雜區(qū)118。
圖4A為圖4沿著線I-I’的立體剖面圖。圖4B為圖4A的俯視圖。請參照圖4A與圖4B，于部分捕捉層100a中，有兩對載流子儲存區(qū)域，一對為第一載流子儲存區(qū)域120a與第三載流子儲存區(qū)域120c，另一對為第二載流子儲存區(qū)域120b以及第四載流子儲存區(qū)域120d，此兩對載流子儲存區(qū)域分別位于基底100的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的對立側(cè)壁上。此外，每對載流子儲存區(qū)域中的兩載流子儲存區(qū)域分別鄰近源極/漏極區(qū)116。
另外，請參照圖4A與圖4B，當(dāng)通過儲存載流子至第一載流子儲存區(qū)域120a與第二載流子儲存區(qū)域120b來程序化根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲單元時，第一電壓施加于跨騎閘112a。同時，施加由鄰近第一載流子儲存區(qū)域120a與第二載流子儲存區(qū)域120b的源極/漏極區(qū)116至鄰近第三載流子儲存區(qū)域120c與第四載流子儲存區(qū)域120d的另一源極/漏極區(qū)116的第一順向偏壓，以注入至少兩載流子分別至第一載流子儲存區(qū)域120a與第二載流子儲存區(qū)域120b。其中，第一電壓約為10伏特，而第一順向偏壓則通過施加5伏特電壓于鄰近第一載流子儲存區(qū)域120a與第二載流子儲存區(qū)域120b的源極/漏極區(qū)116，并且接地鄰近第三載流子儲存區(qū)域120c與第四載流子儲存區(qū)域120d的另一源極/漏極區(qū)116來完成。在上述情況下，通過溝道熱電子(channel hot electron)的方式程序化存儲單元。
在至少第一載流子儲存區(qū)域120a與第二載流子儲存區(qū)域120b中之一個處于載流子儲存狀態(tài)的情況下，通過施加第二電壓于跨騎閘112a并且同時接地分別鄰近第一載流子儲存區(qū)域120a、第二載流子儲存區(qū)域120b、第三載流子儲存區(qū)域120c與第四載流子儲存區(qū)域120d的兩源極/漏極區(qū)116，來抹除儲存于存儲單元中的載流子。其中，第二電壓約為12伏特。于上述情況下，以富勒-諾德亥姆空穴注入(Fowler-Nordheim hole injection)方式抹除存儲單元。通過施加正電壓于跨騎閘112a上，跨騎閘112a中的空穴傾泄至儲存有載流子的捕捉層110a。因此，由跨騎閘112a所注入的空穴會補(bǔ)償儲存于第一載流子儲存區(qū)域120a、第二載流子儲存區(qū)域120b、第三載流子儲存區(qū)域120c與第四載流子儲存區(qū)域120d中的載流子。由于捕捉層110a直接接觸跨騎閘112a，所以存儲單元的抹除速度較快。此外，在以富勒-諾德亥姆空穴注入方式進(jìn)行抹除操作中，不同于程序化操作，載流子不會擊穿位于捕捉層110a下方的穿隧層109a，因此穿隧層109a的使用壽命較長。也就是，在單一程序化-抹除化循環(huán)中，穿隧層109a僅被載流子擊穿一次，以至于由載流子擊穿所造成的損害機(jī)率降低。因此，存儲單元的可信度提高。
再者，當(dāng)至少第一載流子儲存區(qū)域120a與第二載流子儲存區(qū)域120b中之一個處于載流子儲存狀態(tài)時，可通過施加第三電壓于跨騎閘112a上，讀取存儲單元的載流子儲存狀態(tài)。于施加第三電壓的同時，施壓由鄰近第一載流子儲存區(qū)域120a與第二載流子儲存區(qū)域120b的源極/漏極區(qū)116至鄰近第三載流子儲存區(qū)域120c與第四載流子儲存區(qū)域120d的另一源極/漏極區(qū)116的第一逆向偏壓于存儲單元上，以讀取第一載流子儲存區(qū)域120a與第二載流子儲存區(qū)域120b是處于載流子儲存狀態(tài)或是處于非載流子儲存狀態(tài)。
其中，第三電壓約為5伏特，而第一逆向偏壓則通過接地鄰近第一載流子儲存區(qū)域120a與第二載流子儲存區(qū)域120b的源極/漏極區(qū)116，并且施加約106伏特的電壓于鄰近第三載流子儲存區(qū)域120c與第四載流子儲存區(qū)域120d的另一源極/漏極區(qū)116上來完成。在上述情況下，逆向讀取(reverse read)的方式讀取存儲單元的儲存狀態(tài)。
于本發(fā)明中，因為位于跨騎閘結(jié)構(gòu)114下的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)100b作為存儲單元的垂直鰭狀通道，所以可解決短溝效應(yīng)(short channel effect)與漏極引發(fā)能帶降低效應(yīng)(drain induced barrier lowering effect)所引發(fā)的問題。此外，基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)是直接由形成于基底中的淺溝渠隔離定義而成。又，淺溝渠隔離是利用公知的制造方法形成，且垂直鰭狀結(jié)構(gòu)還僅以擴(kuò)大溝渠的上開口部分的輪廓來窄化其寬度。因此，根據(jù)本發(fā)明的存儲單元的制造方法，并不需要使用較為昂貴的絕緣層上有硅(silicon oninsulator，SOI)晶片，亦毋需利用電子束技術(shù)來窄化垂直鰭狀結(jié)構(gòu)。因此，存儲單元的制造成本降低。再者，根據(jù)本發(fā)明的存儲單元，在基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的兩側(cè)壁上方的捕捉層中，分別具有四個載流子儲存區(qū)域，因此存儲密度提高。
此外，當(dāng)存儲單元進(jìn)行抹除操作時，由于捕捉層直接接觸跨騎閘，所以抹除速度較快。再者，因為空穴由跨騎閘所傾泄而下至捕捉層，存儲單元是以區(qū)塊形式被抹除。于抹除操作過程中，由跨騎閘所注入的空穴可補(bǔ)償儲存于載流子儲存區(qū)域中的載流子，因此于單一程序化-抹除化循環(huán)中，穿隧層僅被載流子擊穿一次，以至于由載流子擊穿所造成的損害機(jī)率降低，而存儲單元的可信度提高。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與改進(jìn)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種存儲單元，其特征是該存儲單元位于基底上，該基底有多個淺溝渠隔離，其中每一上述這些淺溝渠隔離的上表面低于該基底的上表面，且上述這些淺溝渠隔離共同定義該基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)，該存儲單元包括跨騎閘，位于該基底上，其中該跨騎閘跨騎該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)；載流子捕捉結(jié)構(gòu)，位于該跨騎閘與該基底之間，其中該載流子捕捉結(jié)構(gòu)包括直接接觸該跨騎閘的捕捉層以及位于該捕捉層與該基底之間的穿隧層；以及至少兩源極/漏極區(qū)，位于該跨騎閘所裸露的該基底的部分該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元，其特征是還包括兩載流子儲存區(qū)對，分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的兩側(cè)壁上的部分該捕捉層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲單元，其特征是每一該載流子儲存區(qū)對中的兩載流子儲存區(qū)，分別鄰近上述這些源極/漏極區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元，其特征是還包括頂蓋層，位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的上表面與該載流子捕捉結(jié)構(gòu)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元，其特征是還包括至少兩口袋植入?yún)^(qū)，分別位于上述這些源極/漏極區(qū)下方，且位于該跨騎閘下方的該基底的該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元，其特征是該捕捉層的材料包括氮化硅與氧化鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元，其特征是該穿隧層的材質(zhì)包括氧化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元，其特征是該跨騎閘的材質(zhì)包括摻雜多晶硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲單元，其特征是該摻雜多晶硅的導(dǎo)電型為P+。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元，其特征是每一上述這些淺溝渠隔離的該上表面低于上述這些源極/漏極區(qū)的下表面。
11.一種存儲單元的制造方法，其特征是適用于基底，該基底具有多個淺溝渠隔離，其中每一上述這些淺溝渠隔離的上表面低于該基底的上表面，且上述這些淺溝渠隔離共同定義垂直鰭狀結(jié)構(gòu)，該方法包括縮小該基底的該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的寬度；于該基底的該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的上表面上，形成頂蓋層；于該基底上方，形成載流子捕捉結(jié)構(gòu)；于該載流子結(jié)構(gòu)上，形成導(dǎo)電層；圖案化該導(dǎo)電層與該載流子捕捉結(jié)構(gòu)以形成跨騎閘結(jié)構(gòu)，其中該跨騎閘結(jié)構(gòu)跨騎該基底的該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)；以及于該跨騎閘結(jié)構(gòu)所裸露的該基底的部分該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中，形成多個源極/漏極區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲單元的制造方法，其特征是縮小該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的該寬度的方法包括進(jìn)行熱氧化工藝以將上述這些淺溝渠隔離所裸露的部分該基底轉(zhuǎn)換成氧化硅；以及移除該氧化硅。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲單元的制造方法，其特征是形成該頂蓋層的方法包括于該基底上方形成墊氧化層；于該基底上方形成氮化硅層；于該基底的該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上方，形成自行對準(zhǔn)間隙壁；進(jìn)行氧化工藝以于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的該上表面形成該頂蓋層；以及移除該自行對準(zhǔn)間隙壁。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲單元的制造方法，其特征是該載流子捕捉結(jié)構(gòu)包括直接接觸該導(dǎo)電層的捕捉層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲單元的制造方法，其特征是該捕捉層的材質(zhì)包括氮化硅與氧化鋁。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲單元的制造方法，其特征是該載流子捕捉層還包括穿隧層，位于該捕捉層與該基底之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲單元的制造方法，其特征是每一上述這些淺溝渠隔離的該上表面低于每一上述這些源極/漏極區(qū)的下表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲單元的制造方法，其特征是于形成上述這些源極/漏極區(qū)之前，還包括于該跨騎閘結(jié)構(gòu)下方的該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中形成多個口袋植入?yún)^(qū)。
19.一種存儲單元的程序化方法，其特征是適用于存儲單元，該存儲單元具有分別位于基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中的第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)，以及位于該第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)之間并跨騎該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的跨騎閘結(jié)構(gòu)，其中該跨騎閘結(jié)構(gòu)包括柵極與介于該柵極與該基底之間的捕捉層，而該捕捉層直接接觸該柵極，且該捕捉層具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第一摻雜區(qū)相鄰的第一載流子儲存區(qū)與第二載流子儲存區(qū)，該捕捉層還具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第二摻雜區(qū)相鄰的第三載流子儲存區(qū)與第四載流子儲存區(qū)，該程序化方法包括施加第一電壓于該跨騎閘結(jié)構(gòu)上，并且施加由該第一摻雜區(qū)至該第二摻雜區(qū)的第一順向偏壓，以注入至少兩載流子分別至該第一載流子儲存區(qū)與該第二載流子儲存區(qū)。
20.根據(jù)權(quán)利要求20所述的存儲單元的程序化方法，其特征是當(dāng)該第一電壓約為10伏特，且該第一順向偏壓以施加約5伏特于該第一摻雜區(qū)并接地該第二摻雜區(qū)達(dá)成時，以溝道熱電子(channel hot electron)方式程序化該存儲單元。
21.一種存儲單元的抹除化方法，其特征是適用于存儲單元，該存儲單元具有分別位于基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中的第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)，以及位于該第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)之間并跨騎該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的跨騎閘結(jié)構(gòu)，其中該跨騎閘結(jié)構(gòu)包括柵極與介于該柵極與該基底之間的捕捉層，而該捕捉層直接接觸該柵極，且該捕捉層具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第一摻雜區(qū)相鄰的第一載流子儲存區(qū)與第二載流子儲存區(qū)，該捕捉層還具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第二摻雜區(qū)相鄰的第三載流子儲存區(qū)與第四載流子儲存區(qū)，該抹除化方法包括由該跨騎閘結(jié)構(gòu)注入多個空穴至該捕捉層中，以補(bǔ)償儲存于該第一、該第二、該第三與該第四載流子儲存區(qū)中的多個載流子。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的存儲單元的抹除化方法，其特征是注入上述這些空穴至該捕捉層中的步驟包括施加第二電壓于該跨騎閘結(jié)構(gòu)上，并且接地該第一摻雜區(qū)與該第二摻雜區(qū)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的存儲單元的抹除化方法，其特征是當(dāng)該第二電壓約為12伏特時，以富勒-諾德亥姆空穴注入方式抹除該存儲單元。
24.一種存儲單元的讀取方法，其特征是適用于存儲單元，該存儲單元具有分別位于基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中的第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)，以及位于該第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)之間并跨騎該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的跨騎閘結(jié)構(gòu)，其中該跨騎閘結(jié)構(gòu)包括柵極與介于該柵極與該基底之間的捕捉層，而該捕捉層直接接觸該柵極，且該捕捉層具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第一摻雜區(qū)相鄰的第一載流子儲存區(qū)與第二載流子儲存區(qū)，該捕捉層還具有分別位于該垂直鰭狀結(jié)構(gòu)的相對立側(cè)壁上并與該第二摻雜區(qū)相鄰的第三載流子儲存區(qū)與第四載流子儲存區(qū)，該讀取方法包括施加第三電壓于該跨騎閘結(jié)構(gòu)上，且施加由該第一摻雜區(qū)至該第二摻雜區(qū)的第一逆向偏壓，以讀取該第一載流子儲存區(qū)域與該第二載流子儲存區(qū)域的儲存狀態(tài)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的存儲單元的讀取方法，其特征是當(dāng)該第三電壓約為5伏特，且該第一逆向偏壓以接地該第一摻雜區(qū)并施加約1.6伏特電壓于該第二摻雜區(qū)達(dá)成時，以逆向讀取(reverse read)方式讀取該存儲單元。
全文摘要
一種存儲單元，該存儲單元位于基底上，該基底有多個淺溝渠隔離，其中每一上述這些淺溝渠隔離的上表面低于該基底的上表面，且上述這些淺溝渠隔離共同定義該基底的垂直鰭狀結(jié)構(gòu)，該存儲單元包括跨騎閘，載流子捕捉結(jié)構(gòu)以及至少兩源極/漏極區(qū)?？珧T閘位于基底上，其中跨騎閘跨騎垂直鰭狀結(jié)構(gòu)。載流子捕捉結(jié)構(gòu)位于跨騎閘與基底之間，其中載流子捕捉結(jié)構(gòu)包括直接接觸跨騎閘的捕捉層以及位于捕捉層與基底之間的穿隧層。源極/漏極區(qū)位于跨騎閘所裸露的基底的部分垂直鰭狀結(jié)構(gòu)中。
文檔編號H01L21/70GK1979894SQ20051012751
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者徐子軒, 吳昭誼, 李明修 申請人:旺宏電子股份有限公司