專利名稱：非易失性存儲器元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及非易失性存儲器元件，尤其是涉及多位非易失性存儲器及其形成方法。
背景技術(shù)：
非易失性存儲器可以有各種結(jié)構(gòu)設(shè)計。圖1說明設(shè)置于襯底8之中及之上的非易失性存儲器單元10的一實(shí)例。存儲器單元10包含源極及漏極區(qū)域22、24及置于源極及漏極區(qū)域22、24之間的溝道12。覆蓋在溝道12之上的是一電荷捕捉結(jié)構(gòu)11，其可能包含置于兩氧化層(如氧化硅)14、18之間的一電荷捕捉氮化層16(如氮化硅)。每一存儲器單元10更包含一柵極電極20，覆蓋電荷捕捉結(jié)構(gòu)11，且每一源極及漏極區(qū)域22、24具有對應(yīng)的電極，如圖1所示。通過在襯底8、源極及漏極22、24及柵極20之間適當(dāng)?shù)厥┘酉嚓P(guān)電壓，則可能在每一存儲器單元10中，分別擦除、儲存(或編程)及讀取兩位的信息(一右位及一左位)。
然而，現(xiàn)有的快閃存儲器單元可能視其設(shè)計、尺寸及操作電壓而有多種可能的考慮。舉例來說，如儲存元件中側(cè)向電荷傳送、低Vt狀態(tài)臨界電壓不穩(wěn)定性、高Vt狀態(tài)電荷損失，及第二位效應(yīng)(串音)和/或短溝道效應(yīng)的問題可能發(fā)生。在一些例子中，如果兩位間的絕緣不足，儲存元件(如電荷捕捉結(jié)構(gòu)16)中可能發(fā)生側(cè)向電荷傳遞，從左位至右位。
另一個可能的問題是第二位效應(yīng)。當(dāng)一位已經(jīng)儲存在捕捉層的一側(cè)，如漏極區(qū)域側(cè)時，則在正向讀取期間，第二位效應(yīng)可能會增加。尤其是已儲存在一側(cè)的位信息可能會影響在反向讀取的另一位的臨界電壓，反之亦然。因此，需要改善存儲器元件的設(shè)計，以緩和或避免現(xiàn)有技術(shù)中的上述一或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
大致來說，本發(fā)明的一實(shí)施例包含一多位存儲器單元，此多位存儲器單元包含一襯底；一隧道層位于此襯底之上；一電荷捕捉層位于此隧道層之上；一絕緣層位于此電荷捕捉層之上；以及一柵極位于此絕緣層之上，此柵極具有一第一側(cè)邊及一第二側(cè)邊。再者，此存儲器單元包含一源極區(qū)域、一漏極區(qū)域及一溝道區(qū)域在此襯底中。一部分此源極區(qū)域在此柵極的此第一側(cè)邊之下，一部分此漏極區(qū)域在此柵極的此第二側(cè)邊之下。溝道區(qū)域具有一p型摻雜及一n型摻雜之一，且此摻雜配置為提供一最高摻雜濃度在接近此溝道區(qū)域的一中心部分。
在另一實(shí)施例中，一多位存儲器單元包含一襯底；一多位電荷捕捉層于此襯底之上，此多位電荷捕捉層具有一第一側(cè)邊及一第二側(cè)邊；一源極區(qū)域在此襯底中，一部分此源極區(qū)域在此多位電荷捕捉層的此第一側(cè)邊之下；一漏極區(qū)域在此襯底中，一部分此漏極區(qū)域在此多位電荷捕捉層的此第二側(cè)邊之下；以及一溝道區(qū)域在此襯底中的此源極區(qū)域及此漏極區(qū)域之間。此溝道區(qū)域具有至少三個摻雜區(qū)域，包含一第一摻雜區(qū)域，位于接近此溝道區(qū)域的此中心部分；一第二摻雜區(qū)域，位于接近此第一摻雜區(qū)域的一側(cè)；以及一第三摻雜區(qū)域，位于接近此第一摻雜區(qū)域的另一側(cè)。與此第二摻雜區(qū)域及此第三摻雜區(qū)域相比較，此第一摻雜區(qū)域具有一較高的摻雜濃度。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的非易失性存儲器單元的一示例性結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的一多位存儲器單元的一剖面圖；圖3顯示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，作為溝道區(qū)域中位置的函數(shù)的摻雜濃度圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例，通過改變襯底中的摻雜輪廓，如溝道區(qū)域的摻雜輪廓，可改善多位快閃存儲器元件中的電荷絕緣。舉例來說，可能在接近溝道區(qū)域的中心部分提供最高的摻雜濃度，在一些實(shí)例中，溝道區(qū)域中適當(dāng)?shù)膿诫s輪廓可能有分隔一電荷捕捉層電性為兩儲存部分的效用，可降低或阻止多位單元存儲器，如雙位(TWIN-BIT)存儲器單元的電荷捕捉層中電荷重新分布。同樣的在一些實(shí)例中，在接近源極及漏極區(qū)域提供較低的摻雜濃度，則可能會因較小的電場，產(chǎn)生對電荷數(shù)目變化不靈敏。
取決于存儲器單元的元件及設(shè)計，說明如下的摻雜輪廓可能將耗盡層進(jìn)一步延伸至溝道，因而改善儲存電荷的掩膜且/或降低第二位效應(yīng)。再者，在溝道區(qū)域中提供摻雜輪廓可能降低短溝道效應(yīng)。
圖2為一實(shí)施例中的一多位存儲器單元200的剖面圖。此多位存儲器單元200，如雙位存儲器單元，可能形成于襯底202之中或之上。在形成包含P型源極及漏極區(qū)域的P型元件的實(shí)例中，襯底202可能為P型襯底，其具有提供形成P型元件區(qū)域的N阱?；蛘呤菍τ谛纬砂琋型源極及漏極區(qū)域的N型元件，襯底202可能為N型襯底，其具有提供形成N型元件區(qū)域的P阱。
參考圖2，在此實(shí)施例中，多位存儲器單元200包含源極及漏極區(qū)域204及206，以及置于源極及漏極區(qū)域204及206之間的溝道區(qū)域280。覆蓋至少一部分溝道區(qū)域280的是一電荷捕捉單元或結(jié)構(gòu)240，其可能包含一電荷捕捉層244置于溝道層246及絕緣層242之間。在此實(shí)施例中，電荷捕捉層244可能為氮化硅層，溝道層246可能為氧化硅層，絕緣層242可能為另一氧化硅層，也可能使用其他材料。每一存儲器單元200更包含一柵極或柵極電極260覆蓋絕緣層242。每一源極及漏極區(qū)域204及206可能具有對應(yīng)的電極或與相對應(yīng)的位線耦合，以制造適合的電路連接。
在一溝道區(qū)域280的實(shí)例中可能包含多個摻雜區(qū)域，如區(qū)域287、288及286，如圖2所述。區(qū)域288位于或接近溝道區(qū)域280的中心部分，具有較高或最高的摻雜濃度。在一實(shí)施例中，區(qū)域288可能具有約1×1013至約1×1015原子/平方厘米的劑量。在形成一P型摻雜區(qū)域的一實(shí)例中，硼可能以能量約30-120千電子伏特(KEV)摻雜。在注入期間，可能使用適當(dāng)?shù)难谀碚谏w襯底202的其他區(qū)域。在具有掩膜或使用電荷捕捉單元為掩膜的N型注入工藝之后，也可能以P型注入工藝摻雜整個襯底202，以平衡區(qū)域中不需要高P濃度的P型摻雜劑。其他適當(dāng)而可能使用于執(zhí)行此摻雜的P型摻雜劑包含但非限定于鎵。
圖3為說明將摻雜輪廓作為溝道位置的一實(shí)例。如圖3所示，可能位于或接近溝道區(qū)域的中心部分288的摻雜濃度最大，且在遠(yuǎn)離中心部分288或接近源極區(qū)域204或漏極區(qū)域206變得降低。在一實(shí)例中，此摻雜為P型摻雜。舉例來說，在288的摻雜濃度可能為P+摻雜，可能為具有高濃度的硼、鎵或其他適合的P型材料。在一實(shí)例中，在中心部分288可能使用一注入工藝，以摻雜P型摻雜劑。分別靠近源極及漏極區(qū)域204、206的鄰近區(qū)域286及287，其P型摻雜濃度可能是明顯變小或最小。在一示例性的元件中，鄰近區(qū)域286及287的濃度可能接近阱的P型摻雜濃度或襯底200本身。
在一實(shí)例中，在區(qū)域286及287的濃度范圍約1×1016至約1×1017CM-3。也可能以P型摻雜劑輕微摻雜區(qū)域286及287，從而形成P-區(qū)域?？赡苁褂貌煌愋偷淖⑷?、摻雜或擴(kuò)散工藝，以提供前述的摻雜輪廓。舉例來說，如前所述，可能使用適當(dāng)?shù)难谀碚谏w襯底202的其他區(qū)域，供溝道區(qū)域280的中心部分288的摻雜。
也可能在具有掩膜或使用電荷捕捉單元為掩膜的N型注入工藝之后，以P型注入工藝摻雜整個襯底202，以平衡區(qū)域中不需要高P濃度的P型摻雜劑。在一第二優(yōu)選實(shí)施例中，在長成電荷捕捉單元或結(jié)構(gòu)240之前，一毯覆P+摻雜注入P-型襯底202。在一實(shí)例中，硼可能以能量約30-120千電子伏特(KEV)摻雜，或以約1-5×1013原子/平方厘米的摻雜劑摻雜，以提供中心部分288的濃度。若使用毯覆注入工藝，在以N型摻雜，如磷進(jìn)行N型注入之后，在鄰近區(qū)域286及287的P+摻雜則可被中和。
再者，可能通過在襯底202之上形成一存儲器單元結(jié)構(gòu)之后，執(zhí)行一或多個小角度或大角度注入工藝，以提供摻雜輪廓或一部分的摻雜輪廓。舉例來說，存儲器單元形成之后，在如區(qū)域286及287的區(qū)域中，N型或P型摻雜可能在一狹窄的角度內(nèi)發(fā)生。舉例來說，磷可能以約30-100千電子伏特(KEV)的能量，在約15°-30°的角度注入。在此手段的注入期間，存儲器單元結(jié)構(gòu)可能作為一掩膜。在另一實(shí)例中，可以大角度的注入工藝提供中心部分288的輪廓曲線。舉例來說，在形成存儲器單元結(jié)構(gòu)或一部分的存儲器單元結(jié)構(gòu)之后，在約40°-45°可能發(fā)生一注入，以位于或接近中心部分288提供P型摻雜劑。在一示例性元件中，硼可能以能量約30-120千電子伏特(KEV)摻雜，或以約1-5×1013原子/平方厘米的摻雜劑摻雜。
在一實(shí)例中，在溝道區(qū)域280的中心部分288提供較高的摻雜濃度，可能在氮化層240會產(chǎn)生一勢壘或耗盡區(qū)域220。一勢壘或耗盡區(qū)域220可避免在存儲器單元200的兩位或兩電荷捕捉區(qū)域210、230之間的側(cè)向電荷擴(kuò)散或重新分布。在一實(shí)例中，這樣的效應(yīng)是因?yàn)樯鲜龅膿诫s輪廓產(chǎn)生電場而產(chǎn)生。再者，位于或接近溝道區(qū)域280的中心部分288的高摻雜濃度可作為溝道區(qū)域280的勢壘，從而緩和短溝道效應(yīng)。
一實(shí)例中同樣地可能通過在區(qū)域287及286提供低摻雜濃度，以降低這些區(qū)域的電場，尤其是接近源極及漏極區(qū)域204及206的電場。與具有在接近源極及漏極區(qū)域204及206，最高1×1012原子/平方厘米至1×1014原子/平方厘米袋形注入(POCKET IMPLANTATION)的元件相比較，此實(shí)例提供較弱的電場，因此，存儲器單元200可能在編程及擦除狀態(tài)的期間，對于電荷變化較不靈敏，因此，避免或降低數(shù)據(jù)損失。
在一實(shí)例中，可能通過形成及圖案化這些層，提供存儲器單元結(jié)構(gòu)于襯底202之上，以制造一存儲器單元200。舉例來說，參考圖2，一電荷捕捉存儲器單元或結(jié)構(gòu)240可能包含一電荷捕捉層244于一隧道層246及一絕緣層242之間。如前所示，電荷捕捉層244可能為氮化硅層，隧道層246可能為氧化硅層，且絕緣層242可能為另一氧化硅層，因此，提供氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)于此實(shí)例中。這些層可能以沉積、氧化或氮化技術(shù)或其任一組合所形成，這些層也可以是分開或共同形成。在一實(shí)例中，層242、244及246的厚度分別為約50-100埃()、約20-50埃()及約50-100埃()。
在提供電荷捕捉層244、隧道層246及一絕緣層242之后，一柵極或柵極電極260可能形成于絕緣層242之上。在一實(shí)例中，柵極260可能是以沉積工藝形成的多晶硅柵極。多晶硅柵極260或其他導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可能作為存儲器單元的字線的一部分。再者，存儲器陣列的位線可能形成于襯底202之上，以提供與源極及漏極區(qū)域204及206的電連接。
使用前述示例性的設(shè)計及技術(shù)，一元件200可能提供多位快閃存儲器，如雙位SONOS存儲器的溝道區(qū)域280的特定摻雜輪廓。一些實(shí)例中，位于或接近溝道區(qū)域280的中心部分288的高摻雜濃度可能提供多個優(yōu)點(diǎn)，如避免側(cè)向電荷擴(kuò)散，降低或避免在編程狀態(tài)及擦除狀態(tài)的數(shù)據(jù)損失，降低或避免第二位效應(yīng)及降低短溝道效應(yīng)，中的一或多個優(yōu)點(diǎn)。
前面公開的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，僅用于說明及描述，并非意欲將本發(fā)明限定于所公開的特定形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過前述的公開推及在此所公開的實(shí)施例的變體及修飾。本發(fā)明的范圍將由本發(fā)明的權(quán)利要求及其均等者所界定。
再者，為描述本發(fā)明代表的實(shí)施例，說明書以特定順序步驟呈現(xiàn)本發(fā)明的方法和/或工藝，然而，此方法或工藝并非依賴在此公開的特定順序步驟，此方法或工藝不應(yīng)限定在所明述的特定順序步驟。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解的是，其他順序步驟也是可能的。因此，說明書中的特定順序步驟不應(yīng)為權(quán)利要求的限制。再者，針對本發(fā)明的方法和/或工藝的權(quán)利要求不應(yīng)限定在其撰寫的順序步驟，且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易的了解順序可能是有變化的，且仍落在本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多位存儲器單元，包含一襯底；一隧道層，位于該襯底之上；一電荷捕捉層，位于該隧道層之上；一絕緣層，位于該電荷捕捉層之上；一柵極，位于該絕緣層之上，且具有一第一側(cè)邊及一第二側(cè)邊；一源極區(qū)域，位于該襯底中，一部分該源極區(qū)域在該柵極的該第一側(cè)邊之下；一漏極區(qū)域，在該襯底中，一部分該漏極區(qū)域在該柵極的該第二側(cè)邊之下；以及一溝道區(qū)域，位于該襯底中的該源極區(qū)域及該漏極區(qū)域之間，該溝道區(qū)域具有一p型摻雜及一n型摻雜之一，且該摻雜配置為提供一最高摻雜濃度于接近該溝道區(qū)域的一中心部分。
2.如權(quán)利要求1所述的多位存儲器單元，其中該溝道區(qū)域具有至少三個摻雜區(qū)域，包含一第一摻雜區(qū)域，位于接近該溝道區(qū)域的該中心部分；一第二摻雜區(qū)域，位于接近該第一摻雜區(qū)域的一側(cè)；以及一第三摻雜區(qū)域，位于接近該第一摻雜區(qū)域的另一側(cè)，其中與該第二摻雜區(qū)域及該第三摻雜區(qū)域相比較，該第一摻雜區(qū)域具有一較高的摻雜濃度。
3.如權(quán)利要求2所述的多位存儲器單元，其中該第一摻雜區(qū)域具有介于約1×1013原子/平方厘米至約1×1015原子/平方厘米的一p型摻雜劑量。
4.如權(quán)利要求2所述的多位存儲器單元，其中該第一摻雜區(qū)域具有介于約1×1013原子/平方厘米至約1×1015原子/平方厘米的一n型摻雜劑量。
5.如權(quán)利要求1所述的多位存儲器單元，其中該隧道層包含一第一氧化硅層；該電荷捕捉層包含一氮化硅層；以及該絕緣層包含一第二氧化硅層。
6.一種多位存儲器單元，包含一襯底；一多位電荷捕捉層，位于該襯底之上，該多位電荷捕捉層具有一第一側(cè)邊及一第二側(cè)邊；一源極區(qū)域，位于該襯底中，一部分該源極區(qū)域在該多位電荷捕捉層的該第一側(cè)邊之下；一漏極區(qū)域，位于該襯底中，一部分該漏極區(qū)域在該多位電荷捕捉層的該第二側(cè)邊之下；以及一溝道區(qū)域，位于該襯底中的該源極區(qū)域及該漏極區(qū)域之間，該溝道區(qū)域具有至少三個摻雜區(qū)域，包含一第一摻雜區(qū)域，位于接近該溝道區(qū)域的該中心部分；一第二摻雜區(qū)域，位于接近該第一摻雜區(qū)域的一側(cè)；以及一第三摻雜區(qū)域，位于接近該第一摻雜區(qū)域的另一側(cè)，其中與該第二摻雜區(qū)域及該第三摻雜區(qū)域相比較，該第一摻雜區(qū)域具有一較高的摻雜濃度。
7.如權(quán)利要求6所述的多位存儲器單元，其中該第一、第二及第三摻雜區(qū)域?yàn)橐籶型摻雜及一n型摻雜之一，且該摻雜配置為提供一最高摻雜濃度于接近該溝道區(qū)域的該中心部分。
8.如權(quán)利要求6所述的多位存儲器單元，其中該第一摻雜區(qū)域具有介于約1×1013原子/平方厘米至約1×1015原子/平方厘米的一n型摻雜劑量。
9.如權(quán)利要求6所述的多位存儲器單元，其中該第一摻雜區(qū)域具有介于約1×1013原子/平方厘米至約1×1015原子/平方厘米的一p型摻雜劑量。
10.如權(quán)利要求6所述的多位存儲器單元，其中該多位存儲器單元包括一隧道層，位于該襯底之上；一電荷捕捉層，位于該隧道層之上；一絕緣層，位于該電荷捕捉層之上；以及一柵極，位于該絕緣層之上。
11.如權(quán)利要求10所述的多位存儲器單元，其中該隧道層包含一第一氧化硅層；該電荷捕捉層包含一氮化硅層；以及該絕緣層包含一第二氧化硅層。
12.一種形成一多位存儲器單元的方法，包含提供一襯底；形成一多位電荷捕捉層于該襯底之上，該多位電荷捕捉層具有一第一側(cè)邊及一第二側(cè)邊；形成一源極區(qū)域于該襯底中，一部分該源極區(qū)域在該多位電荷捕捉層的該第一側(cè)邊之下；形成一漏極區(qū)域于該襯底中，一部分該漏極區(qū)域在該多位電荷捕捉層的該第二側(cè)邊之下；以及形成一溝道區(qū)域于該襯底中的該源極區(qū)域及該漏極區(qū)域之間，該溝道區(qū)域具有至少三個摻雜區(qū)域，包含一第一摻雜區(qū)域，位于接近該溝道區(qū)域的一中心部分；一第二摻雜區(qū)域，位于接近該第一摻雜區(qū)域的一側(cè)；以及一第三摻雜區(qū)域，位于接近該第一摻雜區(qū)域的另一側(cè)，其中與該第二摻雜區(qū)域及該第三摻雜區(qū)域相比較，該第一摻雜區(qū)域具有一較高的摻雜濃度。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該第一、第二及第三摻雜區(qū)域?yàn)橐籶型摻雜及一n型摻雜之一，且該摻雜配置為提供一最高摻雜濃度于接近該溝道區(qū)域的該中心部分。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該第一摻雜區(qū)域具有介于約1×1013原子/平方厘米至約1×1015原子/平方厘米的一n型摻雜劑量。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該第一摻雜區(qū)域具有介于約1×1013原子/平方厘米至約1×1015原子/平方厘米的一p型摻雜劑量。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該多位存儲器單元包括一隧道層，位于該襯底之上；一電荷捕捉層，位于該隧道層之上；一絕緣層，位于該電荷捕捉層之上；以及一柵極，位于該絕緣層之上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該隧道層包含一第一氧化硅層；該電荷捕捉層包含一氮化硅層；以及該絕緣層包含一第二氧化硅層。
全文摘要
一種多位存儲器單元包含一襯底；一多位電荷捕捉層于此襯底之上，此多位電荷捕捉層具有一第一側(cè)邊及一第二側(cè)邊；一源極區(qū)域于此襯底中，一部分此源極區(qū)域在此多位電荷捕捉層的此第一側(cè)邊之下；一漏極區(qū)域于此襯底中，一部分此漏極區(qū)域在此多位電荷捕捉層的此第二側(cè)邊之下；以及一溝道區(qū)域于此襯底中的此源極區(qū)域及此漏極區(qū)域之間。溝道區(qū)域具有一p型摻雜及一n型摻雜之一，且此摻雜配置為提供一最高摻雜濃度于接近此溝道區(qū)域的一中心部分。
文檔編號H01L29/36GK101043056SQ20061009592
公開日2007年9月26日 申請日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月22日
發(fā)明者古紹泓, 陳映仁, 呂文彬, 汪大暉 申請人:旺宏電子股份有限公司