[发明专利]具有侧边口袋注入的电荷捕捉装置

说明书

技术领域

本发明是关于一种非易失性存储器装置，特别是关于一种存储单元、集成电路及存储单元阵列的制造方法。

背景技术

闪存是包含将电荷储存于场效晶体管沟道与栅极之间的存储单元，由于所储存的电荷会影响晶体管的阈值电压，故阈值电压的变化可用来表示数据。

浮动栅极存储单元是一种被广泛使用的电荷储存存储单元，于浮动栅极存储单元中，由导电材料(如导电型态多晶硅)组成的栅极被形成于隧穿介电质上，而多晶硅间介电质被形成于浮动栅极上，以将其与存储单元的字线或控制栅极分隔开。尽管该技术的使用已相当成功，当存储单元的尺寸及存储单元之间的距离越来越小时，浮动栅极技术也不免因邻近浮动栅极间的彼此干扰而产生问题。

另一种存储单元是将电荷储存于场效晶体管沟道与栅极之间，其利用的是介电电荷捕捉结构。于此种存储单元中，介电电荷捕捉结构被形成于隧穿介电质上，其中后者可将介电电荷捕捉结构与沟道分隔开，且上层介电层被形成于电荷捕捉结构上，以将其与字线或栅极分隔开。其中较具代表性的是硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)型存储单元。于SONOS型存储单元中，电荷被储存于分离的能陷(trap)中，故其并不具备如浮动栅极的电荷的「自我调平」(self-leveling)特性。因此，为进行擦除或程序化而改变越过电荷捕捉结构的电场，以及其它结构上的变化，均会导致SONOS型存储单元中所捕捉电荷的非均匀分布。而此电荷的非均匀分布会使越过沟道的阈值电压产生变化。

与非门是一种应用电荷捕捉存储器装置的常见元件，举例来说，可参考由Noguchi等人所提出，发明名称为「半导体存储器」的美国专利公开号第2005/0006696A1号的图19至图21。如后所述，与非门阵列型装置会有非均匀的电荷捕捉现象。

沿着长度方向的电荷非均匀分布并不会产生太大的问题，因为此处元件的阈值电压是取决于局部最大阈值电压。然而，在介电电荷捕捉结构宽度上的电荷非均匀分布，会使沿着存储单元边缘的区域具有较低的阈值电压，而朝中央的区域的阈值电压则较高，或反之亦然。沿着边缘上的这些区域由于具有不同的阈值电压，其会对程序化与擦除特性有不良影响，并降低元件的可靠度。举例来说，在存储单元的感应过程中，当欲使存储单元具有高阈值电压时，沿着沟道侧边的低阈值电压区域会造成电流沿着侧边流动。因此，有必要扩大感应存储单元状态的边界，以将这些电荷分布的变化纳入考虑。若是存储单元沿着侧边流动的电流过高，将发生感应上的错误。

随着生产技术的提升，存储单元沟道的宽度开始变得更小，且存储单元的密度也逐渐增加。这表示沟道侧边相较于整个沟道宽度的比例变大，因此，沿着沟道侧边所捕捉电荷的变化所引起的非均匀阈值电压问题也逐渐加剧。

近来，发明人提出了BE-SONOS的概念(可见IEDM Tech.Dig.，2005年，第547-550页，由吕函庭等人发表)，以解决节点在30纳米以下时产生的与非门尺寸变化问题。与传统SONOS相比，BE-SONOS使用了薄型ONO隧穿障壁，以容许擦除过程中的空穴隧穿，并消除了在电荷维持期间的低电场下造成的直接隧穿漏电现象。

因此，有必要针对电荷捕捉结构沿着沟道宽度上的非均匀电荷浓度所造成的问题提出一种解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种电荷捕捉存储单元，其具有一沿着沟槽侧边的口袋注入，此处称为侧边口袋注入。该侧边口袋注入具有和沟道相同的导电型态，且其可使沟道侧边的掺杂物浓度较中央区域来的高，而此浓度的不同可防止电荷捕捉结构中由鸟嘴或其它边缘异常所造成的非均匀电荷捕捉现象。此外，本发明亦揭露一种制造该种存储单元的方法，其与标准浅沟道隔离的工艺兼容。

基本上，此处所述的存储单元包括具有第一导电型态的第一源极/漏极端与第二源极/漏极端。介于该第一与第二源极/漏极端的沟道具有第二导电型态。电荷捕捉结构被覆盖于沟道上，而栅极则位于该电荷捕捉结构上。沟道长度被定义为第一源极/漏极端延伸至第二源极/漏极端的长度，沟道宽度是与沟道长度垂直，且由沟道的第一侧延伸至第二侧。具有和沟道相同的第二导电型态的掺杂物侧边口袋是以沿着至少第一侧与第二侧之一的方式形成，使具有该第二导电型态的掺杂物沟道的浓度分布中，侧边口袋处的浓度高于中央区域，举例来说，侧边口袋的掺杂物浓度可高到使沟道失效。