[发明专利]非挥发性存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储器及其制造方法，且特别是涉及一种非挥发性存储器及其制造方法。

背景技术

非挥发性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)指即使停止电力的供应时，仍旧可储存数据的存储器。依照非挥发性存储器中储存的数据是否可进行更改的动作，可分为只读存储器(Read-Only Memory，ROM)以及闪存(flash memory)两种类型。只读存储器于存储器的制造过程中，便将数据烧录在存储器的线路中。一旦存储器制造完成之后，仅能读取其中的数据，无法进行数据的更新或删除。而闪存利用提供电压的方式来进行编程(programming)、抹除(erasing)或读取(reading)等动作，也就是说闪存可以照使用者的需求，随时进行数据的更新。此外更由于闪存的体积小、重量轻且具有低耗电性，许多消费性电子产品都采用闪存来当作储存问题的解决方案。

然而，近年来随着消费性电子产品的轻量化以及多功能化的趋势，市场上除了对于电子产品的体积及重量的要求外，更对于电子产品的效能有着愈来愈高的标准。而利用闪存作为储存媒介的电子产品，其运作效率会受到存储器编程/抹除(program/erase)速度的影响。

一般闪存的硅氧氮氧硅(SONOS)的堆栈结构中，将第一二氧化硅(SiO₂)层、氮化硅(SiN)层、第二二氧化硅(SiO₂)层及一多晶硅(poly-Si)层依序堆栈至一半导体硅基板上。储存于存储器中的数据取决于氮化硅层中的电子，通过在控制栅极(gate)、漏极(drain)、源极(source)与硅基板之间施加电压，以产生强大电场来移除或累积氮化硅层中的电子，得以改变存储器中所储存的数据。在抹除(erase)操作下，储存在氮化硅层中的电子被移除；在编程(program)操作下，电子累积于氮化硅层中。而在硅氧氮氧硅的堆栈结构中，为维持FN抹除速率(Fowler-Nordheim erase rate)，第一二氧化硅层的厚度需小于3纳米(nanometer)。而较薄的第一二氧化硅层(如2纳米至3纳米)，有利于进行例如通道空穴注入(channel hole injection)的抹除操作。然而，较薄的第一二氧化硅层导致在低电场时仍会有电子或空穴由通道注入的现象，或是加速储存于氮化硅中的电子或空穴流失的可能性，如此劣化了存储器保存数据(data retention)的特性。

上述硅氧氮氧硅的堆栈结构中，由于数据的抹除速率(erase rate)显著地影响存储器的运作效率，因此如何有效地提升存储器的数据抹除速率，以提升闪存整体的运作效率，同时能够维持存储器良好的数据保存性，实为目前亟待研究的重要课题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种非挥发性存储器及其制造方法，利用结晶的氧化铝作为介电层的材料，具有降低操作电压、提高抹除速率以及良好的电荷保存能力等优点。

根据本发明的目的，提出一种非挥发性存储器，包括一基材以及一堆栈结构。基材具有一源极区及一漏极区。堆栈结构设置于基材上且位于源极区及漏极区之间。堆栈结构至少包括一穿隧氧化层、一电荷陷入层及一介电层。电荷陷入层设置于穿隧氧化层上，介电层设置于电荷陷入层上。介电层为具有一介电常数的一材料，并且通过进行一工艺，由一第一固态相转变为一第二固态相。

根据本发明的目的，另提出一种非挥发性存储器的制造方法，包括以下步骤。首先，提供一基材。其次，形成一穿隧氧化层于基材上。接着，形成一电荷陷入层于穿隧氧化层上。然后，形成一介电层于电荷陷入层上，介电层为具有一介电常数的一材料，并且通过进行一工艺，由一第一固态相转变为一第二固态相。然后，形成一导体层于介电层之上。再来，定义出字线。最后，于堆栈结构旁形成一源极区及一漏极区。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示依照本发明的非挥发性存储器的制造方法的流程图；

图2A绘示图1的步骤11的示意图；

图2B绘示图1的步骤12的示意图；

图2C绘示图1的步骤13的示意图；

图2D绘示图1的步骤14的示意图；

图2E绘示图1的步骤15的示意图；

图2F绘示图1的步骤16的示意图；

图2G绘示图1的步骤17的示意图；以及

图3绘示图2G的介电层于不同温度下退火时非挥发性存储器的抹除特性曲线图。

简单符号说明