[发明专利]非挥发性存储器的低氢浓度电荷捕获层结构及其形成方法

说明书

本申请是分案申请，母案的申请号：200610145178.0，申请日：2006年11月15日，名称：非挥发性存储器的低氢浓度电荷捕获层结构及其形成方法。

技术领域

本发明是有关于一种非挥发性存储器结构及其形成方法，尤其是有关于一种具有一低氢浓度电荷捕获层的非挥发性存储器结构及其形成方法。

背景技术

一非挥发性存储器(“Non-volatile memory，NVM”)是指即使从含有NVM单元的装置移除供电时也能够连续地储存信息的半导体存储器。NVM包含光罩只读存储器(Mask Read-Only Memory，Mask ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、电子式擦除编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)和闪存。非挥发性存储器广泛用于半导体工业中，且已开发成一防止已编程资料流失的存储器。通常，可基于装置的最终用途要求来对非挥发性存储器进行编程、读取和/或擦除，且该已编程的资料可被储存较长一段时间。

通常，NVM单元含有一电荷储存层，其是置于该单元的通道区域上方。当将适当的编程电压施加到位于所述通道区域的相对侧附近的源极和漏极，且施加到位在电荷储存层上方的栅极时，则电荷载子越过通道而移动进入该电荷储存层。在随后的读取操作中，可基于测量到的通道电流来检测所捕获的电荷载子是否存在。

传统浮栅(floating gate)快闪存储单元(其为一种类型的NVM)通常利用一储存单元，其特征在于由第一介电质、在所述第一介电质上的第一导电(电荷储存)层、在所述第一导电层上的一第二层中间介电质和在所述中间介电质上的第二导电层(控制栅)构成的垂直电荷储存堆栈。在浮栅存储器中，遍及整个导电储存层储存电荷。因此，存储器状态可为捕获的电荷或是未捕获的电荷，即，代表单个资料的一比特。

基于对更高的储存能力和更小的单元尺寸的日益增加的要求，近年来已经受到大量关注的另一种类型的NVM单元是利用局部化的电荷储存来提供每储存单元两个资料比特。在这样的装置中，一非导电电荷捕获层是设置在通道与栅极之间，且最佳地设置在两个介电层(例如二氧化硅)之间。一种这样类型的NVM称为氮化物只读存储器(nitride read only memory，“NROM”)且通常包括氧化物/氮化物/氧化物(oxide/nitride/oxide，“ONO”)电荷捕获结构。利用电荷捕获材料的NVM单元的一个主要优势是电荷的局部化储存，其允许每个单元中储存两个资料比特。这样的局部化电荷储存允许一个电荷(比特-1)储存在接近一个源极/漏极区域的区域中的电荷捕获层中，且另一电荷(比特-2)储存在接近另一源极/漏极区域的区域中的电荷捕获层中。

遗憾的是，利用电荷捕获层并以局部化的方式储存电荷的非挥发性储存单元也有问题存在。举例来说，在氮化物储存单元中，其中电荷捕获层通常包括夹在两个二氧化硅层之间的氮化硅层(“ONO结构”)，氢原子可能在硅基板与电荷储存ONO结构的底部氧化物(第一绝缘)层之间的接口位置处被捕获。氢的来源可经由用于形成所述层中的一者或一者以上的各种技术(例如，经由化学气相沉积技术)来产生并将其引入电荷储存结构。尽管氢可使氧化物/硅接口处的悬空键钝化，但当装置经热电洞(hot hole)注入时，硅-氢键可能断裂，所述热电洞注入可用于擦除各种类型的非挥发性存储器，其中包含ONO结构。因此，相信接口捕获的氢至少是造成在硅与氧化物之间具有接口的存储器装置中的临限电压的一些损失的部分原因。

因此，所属领域中需要非挥发性储存单元，其具有特性改进的局部化电荷储存，且较少遭受与接口捕获的氢相关的问题。

发明内容

本发明涉及非挥发性储存单元及形成该非挥发性储存单元中的电荷捕获层结构的方法。更明确地说，根据本发明的非挥发性储存单元包括一电荷捕获层结构，所述电荷捕获层结构包含一底部绝缘层，其具有较低的氢浓度，且较佳地具有可忽略的氢浓度。根据本发明的非挥发性储存单元具有显著改进的临限电压稳定性和资料保持特性。