[发明专利]非易失性存储器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非易失性存储器的制造方法，且特别涉及一种具有多层隧穿介电结构并从栅极电极注入电荷的非易失性存储器的制造方法。

背景技术

非易失性存储器指在停止供电之后仍然能够持续储存数据的半导体存储装置。熟知的非易失性存储器包括掩模式只读存储器(Mask Read-OnlyMemory，)、可抹除-可程序化只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory)、电气可抹除-可程序化存储器(Electrically-Erasable ProgrammableRead-Only Memory)以及快闪存储器(Flash Memory)。

浮动栅极装置在目前快闪存储器中占大部分的比例。在这类快闪存储器中，快闪存储器由多个存储单元形成阵列。每个存储单元主要包括一个金属氧化物半导体的晶体管，包括栅极、源极、漏极，及设置于源极与漏极之间的沟道。栅极为包括浮动栅极的双栅极结构。浮动栅极由两层介电层所夹置，其目的是当作电荷储存层，通过注入载流子于浮动栅极来改变沟道的临界电压(threshold voltage)。当以读取偏压施加于栅极时，在不同的临界电压下所读到的电流值也不相同，由此表示不同的位状态。

近年来，浮动栅极装置在微缩元件尺寸上遭遇一些问题，例如栅极耦接的问题。因此其他具潜力的应用，例如电荷捕捉存储器即展露出进一步微缩的潜力。其中，SONOS架构装置即为受大众瞩目可以取代浮动栅极装置。SONOS架构的非易失性存储器，由于电荷储存层与沟道之间的隧穿介电层极薄，因此加强了电子及空穴的隧穿效率，因而产生较快的程序化与抹除操作，但是也因此容易产生储存电荷流失的问题。另一方面，虽然在氮化物只读存储器(nitride read-only memory)架构的存储器中，具有较厚的隧穿介电层以克服电荷流失的问题，也因此需要隧穿能力较强的抹除操作方式，例如带间热空穴隧穿(band-to-band tunneling hot hole，BBTHH)。但是此种操作方式容易损伤隧穿介电层，使得存储器的可靠性及耐用性降低。

发明内容

本发明涉及一种非易失性存储器及其制造方法，在栅极电极与电荷储存层之间设置多层隧穿介电结构，并从栅极电极注入电荷以改变储存位的状态。多层隧穿结构可以有效防止储存电荷流失，同时在栅极电极施加偏压时又可以产生电荷快速隧穿的操作特性。

根据本发明，提出一种非易失性存储器，包括基板、绝缘层、电荷储存层、多层隧穿介电结构及栅极电极。基板具有沟道区，绝缘层设置于沟道区上。电荷储存层设置于绝缘层上，多层隧穿介电结构设置于电荷储存层上，栅极电极设置于多层隧穿介电结构上。

根据本发明，提出一种非易失性存储器的制造方法，包括下列步骤。首先，形成绝缘层于基板上，基板具有沟道区，绝缘层位于沟道区上。接着，形成电荷储存层于绝缘层上。然后，形成多层隧穿介电结构于电荷储存层上。接着，形成栅极电极于多层隧穿介电结构上。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示本发明一优选实施例的一种非易失性存储器的示意图；

图2A绘示本发明的非易失性存储器于栅极电极施加正偏压前的能带图；

图2B绘示本发明的非易失性存储器于栅极电极施加正偏压后的能带图；

图3A绘示本发明的另一种非易失性存储器的能带分布示意图；

图3B绘示对应图3A的存储器结构的氮浓度分布图；

图4A-4H绘示本发明优选实施例的非易失性存储器的制造示意图；以及

图5绘示本发明优选实施例的非易失性存储器的制造流程图。

附图标记说明

2、2a、4、4a、6、6a、8：能带

10：非易失性存储器

42：能带组

100：基板

102：源极区

104：漏极区

106：沟道区

110：绝缘材料层

110a：绝缘层

120：电荷储存材料层

120a：电荷储存层

130：多层隧穿介电材料

130a：多层隧穿介电结构

132：第三介电材料层

132a：第三介电层

134：第二介电材料层

134a：第二介电层

136：第一介电材料层

136a：第一介电层

140、140a：栅极电极材料层