氮化硅只读存储器及其制造方法
专利汇可以提供氮化硅只读存储器及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种氮化 硅 只读 存储器 ，此氮化硅 只读存储器 是由设置于基底上的控制栅极、设置于控制栅极两侧的基底中的源极区与漏极区、设置于控制栅极与基底之间的电荷陷入层与设置于电荷陷入层下方及源极区与漏极区之间的基底中的通道区所构成。其中电荷陷入层中具有隔离区，且此隔离区使电荷陷入层分离成源极区电荷陷入区 块 与漏极区电荷陷入区块，而成为一双位结构。，下面是氮化硅只读存储器及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种氮化硅只读存储器，其特征是，该氮化硅只读存储器包括：
一基底；
一控制栅极，该控制栅极设置于该基底上；
一源极区与一漏极区，该源极区与该漏极区设置于该控制栅极两 侧的该基底中；
一电荷陷入层，该电荷陷入层设置于该控制栅极与该基底之间， 该电荷陷入层中具有一隔离区，且该隔离区使该电荷陷入层分离成一 源极区电荷陷入区块与一漏极区电荷陷入区块，而成为一双位结构； 以及
一通道区，该通道区设置于该电荷陷入层下方及该源极区与该漏 极区之间的该基底中。
2.如权利要求1所述的氮化硅只读存储器，其特征是，更包括一 栅极介电层，该栅极介电层设置于该控制栅极与该电荷陷入层之间。
3.如权利要求2所述的氮化硅只读存储器，其特征是，该栅极介 电层包括氧化硅层。
4.如权利要求1所述的氮化硅只读存储器，其特征是，更包括一 穿隧氧化层，该穿隧氧化层设置于该电荷陷入层与该基底之间。
5.如权利要求1所述的氮化硅只读存储器，其特征是，该电荷陷 入层的材质包括氮化硅。
6.如权利要求1所述的氮化硅只读存储器，其特征是，该隔离区 的材质包括氧化硅。
7.一种氮化硅只读存储器，其特征是，该氮化硅只读存储器包括：
一基底；
一控制栅极，该控制栅极设置于该基底上；
一电荷陷入层，该电荷陷入层设置于该控制栅极与该基底之间；
一源极区与一漏极区，该源极区与该漏极区设置于该电荷陷入层 两侧的该基底中；
一通道区，该通道区设置于该电荷陷入层下方及该源极区与该漏 极区之间的该基底中；以及
一隔离区，该隔离区设置于该电荷陷入层中，且该隔离区使该电 荷陷入层分离成多个电荷陷入区块，而形成一电荷陷入区块阵列，该 电荷陷入区块阵列从该源极区至该漏极区的方向为列的方向，每一列 包括两个电荷陷入区块，每一行则包括n个(n为正整数)电荷陷入区 块；
其中，该氮化硅只读存储器在未写入数据的状态下，同一列的该 些电荷陷入区块下方的该通道区具有相同启始电压，不同列的该些电 荷陷入区块下方的该通道区则具有不同的启始电压。
8.如权利要求7所述的氮化硅只读存储器，其特征是，更包括一 栅极介电层，该栅极介电层设置于该控制栅极与该电荷陷入层之间。
9.如权利要求8所述的氮化硅只读存储器，其特征是，该栅极介 电层包括氧化硅层。
10.如权利要求8所述的氮化硅只读存储器，其特征是，更包括 一穿隧氧化层，该穿隧氧化层设置于该电荷陷入层与该基底之间。
11.如权利要求8所述的氮化硅只读存储器，其特征是，该电荷 陷入层的材质包括氮化硅。
12.如权利要求8所述的氮化硅只读存储器，其特征是，该隔离 区的材质包括氧化硅。
13.一种氮化硅只读存储器的制造方法，其特征是，该方法包括 下列步骤：
提供一基底；
于该基底上形成一氧化硅层；
于该氧化层上形成一电荷陷入层；
于该电荷陷入层中形成一隔离区，该隔离区使该电荷陷入层分离 成多个电荷陷入区块，该些电荷陷入区块形成一电荷陷入区块阵列， 该电荷陷入区块阵列从一位线至另一位线的方向为列的方向，每一列 包括两个电荷陷入区块，每一行则包括n个(n为正整数)电荷陷入区 块；
于该电荷陷入层上形成一栅极介电层；
图案化该栅极介电层与该电荷陷入层，以暴露出预定形成该些位 线的区域；
于该电荷陷入层两侧的该基底中形成该些位线；
于该电荷陷入层上形成一控制栅极；以及
进行一启始电压调整步骤，使不同列的该些电荷陷入区块下方的 通道区具有不同的启始电压。
14.如权利要求13所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征 是，该电荷陷入层的材质包括氮化硅。
15.如权利要求13所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征 是，于该导体层中形成该隔离区的方法包括：
于该电荷陷入层上形成一图案化光阻层，该图案化光阻层暴露预 定形成该隔离区的区域；
进行一离子植入步骤，于预定形成该隔离区的区域植入一掺质；
进行一回火工艺，使该掺质与该电荷陷入层的硅反应而形成该隔 离区。
16.如权利要求15所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征 是，该离子植入步骤植入该导体层的掺质包括氧离子。
17.如权利要求16所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征 是，氧离子的植入剂量包括1×1018原子/平方厘米至2×1018原子/平 方厘米左右。
18.如权利要求16所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征 是，氧离子的植入能量为20仟电子伏特至80仟电子伏特左右。
19.如权利要求16所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征 是，该回火工艺的温度包括950℃至1150℃左右。
20.如权利要求16所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征 是，于该电荷陷入层两侧的该基底中形成该些位线的步骤之后与于该 电荷陷入层上形成该控制栅极的步骤之前更包括于该位线上形成一 场氧化层。
技术领域
本发明是有关于一种非挥发性存储器(Non-Volatile Memory)，且 特别是有关于一种氮化硅只读存储器及其制造方法。
背景技术
典型的可电抹除且可程序只读存储器是以掺杂的多晶硅制作浮 置栅极(Floating Gate)与控制栅极(Control Gate)。当存储器进行程序化 (Program)时，注入浮置栅极的电子会均匀分布于整个多晶硅浮置栅极 层之中。然而，当多晶硅浮置栅极层下方的穿隧氧化层有缺陷存在时， 就容易造成元件的漏电流，影响元件的可靠度。
因此，为了解决可电抹除可程序只读存储器元件漏电流的问题， 目前公知的一种方法是采用一电荷陷入层取代多晶硅浮置栅极，此电 荷陷入层的材质例如是氮化硅。这种氮化硅电荷陷入层上下通常各有 一层氧化硅，而形成一种包含氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)复合层在 内的堆栈式(Stacked)栅极结构，具有此堆栈式栅极结构的EEPROM 通称为氮化硅只读存储器(NROM)。当施加电压于此元件的控制栅极 与源/漏极区上以进行程序化时，通道区中接近漏极区之处会产生热 电子而注入电荷陷入层中。由于氮化硅具有捕捉电子的特性，因此， 注入电荷陷入层之中的电子并不会均匀分布于整个电荷陷入层之中， 而是集中于电荷陷入层的局部区域上。由于注入电荷陷入层的电子仅 集中于局部的区域，因此，对于穿隧氧化层中缺陷的敏感度较小，元 件漏电流的现象较不易发生。
此外，氮化硅只读存储器的另一项优点是在进行程序化时，可以 使堆栈式栅极一侧的源极/漏极区具有较高的电压，而在接近于一侧 的源极/漏极区的氮化硅层中存入电子；并且也可以使堆栈式栅极另 一侧的源极/漏极区具有较高的电压，而在接近于另一侧的源极/漏极 区的氮化硅层中存入电子。故而，通过改变控制栅极与其两侧的源极 /漏极区上所施加的电压，单一的氮化硅层之中可以存在两群电子、 单一群电子或是不存在电子。因此，氮化硅只读存储器可以在单一的 存储单元之中写入四种状态，为一种单存储单元二位(2bits/cell)储存 的非挥发性存储器。
然而，公知的二位氮化硅只读存储器在程序化时，注入电子陷入 层中的热电子会依据注入能量而形成电子分布曲线。然而，同一存储 单元的两个位彼此会互相影响而产生所谓电子二次注入效应 (Electron Secondary Effect)，并使电荷分布曲线变广而连接在一起。 因此，在抹除时，于电荷陷入层注入热电洞所形成分布曲线将无法与 电子分布曲线重合在一起，而导致无法完全抹除与需要较长的抹除时 间的问题。
而且，利用热电洞注入效应进行抹除时，由于是使电洞是经由漏 极侧(或源极侧)注入电荷陷入层中，而注入电荷陷入层的电洞数量不 易控制，因此在抹除的过程中可能会有过多或过少的电洞注入电荷陷 入层中，而造成所谓存储器元件过度抹除(Over Erase)或无法抹除的情 况产生。当此过度抹除或无法抹除的情况太过严重时，可能就会造成 存储器元件的可靠度(Reliability)降低。
发明内容
本发明的另一目的在于提供一种氮化硅只读存储器及其制造方 法，能够在单一存储单元中储存多位数据，因而可以增加元件的集成 度。
本发明提供一种氮化硅只读存储器，此氮化硅只读存储器是由设 置于基底上的控制栅极、设置于控制栅极两侧的基底的源极区与漏极 区、设置于控制栅极与基底之间的电荷陷入层与设置于电荷陷入层下 方及源极区与漏极区之间的基底中的通道区所构成。其中电荷陷入层 中具有隔离区，且此隔离区使电荷陷入层分离成源极区电荷陷入区块 与漏极区电荷陷入区块，而成为一双位结构。
在上述结构中，电荷陷入层中的隔离区使电荷陷入层分离成两个 电荷陷入区块(源极侧电荷陷入区块与漏极侧电荷陷入区块)而形成 双位结构，而且，由于隔离区将电荷陷入层分离成独立的两个电荷陷 入区块(亦即，存储单元的两个位彼此分开)，因此可以避免所谓二次 电子注入的问题产生，而可以提升元件可靠度。
本发明提供一种氮化硅只读存储器，此氮化硅只读存储器是由设 置于基底上的控制栅极、设置于控制栅极与基底之间的电荷陷入层、 设置于电荷陷入层两侧的基底中的源极区与漏极区、设置于电荷陷入 层下方且位于源极区与漏极区之间的基底中的通道区与设置于电荷 陷入层中的隔离区所构成。其中，隔离区使电荷陷入层分离成多个电 荷陷入区块，而形成电荷陷入区块阵列，此电荷陷入区块阵列从源极 区至漏极区的方向为列的方向，每一列包括两个电荷陷入区块，每一 行则包括n个(n为正整数)电荷陷入区块。而且，此氮化硅只读存储 器在未写入数据的状态下，同一列的电荷陷入区块下方的通道区具有 相同启始电压，不同列的电荷陷入区块下方的通道区则具有不同的启 始电压。
在上述的氮化硅只读存储器中，控制栅极与电荷陷入层之间、电 荷陷入层与基底之间分别具有栅极介电层与穿隧氧化层。
在上述结构中，电荷陷入层中的隔离区使电荷陷入层分离成多个 电荷陷入区块而形成多位结构，而且不同列的电荷陷入区块下方的通 道区具有不同的启始电压。因此可以在单一存储单元中储存多个位的 数据量，而能够提升元件数据储存量与元件集成度。而且，由于隔离 区将电荷陷入分离成多个电荷陷入区块(亦即，存储单元的各个位彼 此分开)，因此还可以避免所谓二次电子注入的问题产生，而可以提 升元件可靠度。
本发明提供一种氮化硅只读存储器的制造方法，此方法是于依序 于基底上形成一层氧化硅层与一层电荷陷入层后，于电荷陷入层中形 成隔离区，此隔离区使电荷陷入层分离成多个电荷陷入区块，而这些 电荷陷入区块形成一电荷陷入区块阵列，此电荷陷入区块阵列从一位 线至另一位线的方向为列的方向，每一列包括两个电荷陷入区块，每 一行则包括n个(n为正整数)电荷陷入区块。然后，于电荷陷入层上 形成一层栅极介电层，并图案化此栅极介电层与电荷陷入层以暴露欲 形成位线的区域。接着，于电荷陷入层两侧的基底中形成位线，并于 电荷陷入层上形成控制栅极后，进行一启始电压调整步骤，使不同列 的电荷陷入区块下方的通道区具有不同的启始电压。
在上述的氮化硅只读存储器的制造方法中，其中电荷陷入层的材 质为氮化硅。而且，于电荷陷入层中形成隔离区的方法是先于电荷陷 入层上形成暴露预定形成隔离区的区域的图案化光阻层，然后进行一 离子植入步骤，以于预定形成隔离区的区域植入一氧离子，并进行一 回火工艺，使氧离子与电荷陷入层的硅反应而形成隔离区。
此外，在上述的氮化硅只读存储器的制造方法中，更包括于位线 上形成场氧化层。
在上述的氮化硅只读存储器的制造方法中，本发明通过在电荷陷 入层中植入氧离子而形成隔离区。由于此隔离区使电荷陷入层分离成 多个区域，且不同列的电荷陷入区块下方的通道区具有不同的启始值 电压，因此可以使一个存储单元具有多位结构，并可以在不增加存储 单元体积的状况下，增加储存数据的位数并可以提升元件集成度。而 且，由于隔离区将电荷陷入层分离成多个独立的区域(亦即，存储单 元的各个位彼此分开)，因此还可以避免所谓二次电子注入的问题产 生。
附图说明
图1A为本发明一实施例的氮化硅只读存储器的结构俯视图；
图1B为图1A中沿A-A’线的结构剖面图；
图2A与图2B为分别绘示本发明另一实施例的氮化硅只读存储 器的结构俯视图；
图3A至图3G为本发明的氮化硅只读存储器的制造流程俯视图； 以及
图4A与图4G为图3A至图3G中沿B-B’线的制造流程剖面图。
100、200：基底
102：栅极结构
104：源极区
106：漏极区
107、107a、107b、230a、230b：通道区
108：穿隧氧化层
110、204：电荷陷入层
112、214：栅极介电层
114、226：控制栅极
116、212：隔离区
110a、110b、110c、110d、110e、110f、204a、204b、204c、204d： 电荷陷入区块
202：氧化层
206、216、228：图案化光阻层
208、218：离子植入步骤
210、220：掺杂区
222：场氧化层
224：导体层
具体实施方式
请参照图1A与图1B，本发明的氮化硅只读存储器是由基底100、 栅极结构102、源极区104与漏极区106、通道区107所构成。栅极 结构102位于基底100上。源极区104与漏极区106分别位于栅极结 构102两侧的基底100中。通道区107设置于栅极结构102下方、源 极区104与漏极区106之间的基底100中。
栅极结构102是由穿隧氧化层108、电荷陷入层110、栅极介电 层112与控制栅极114所构成。控制栅极114设置于基底100上。电 荷陷入层110设置于控制栅极114与基底100之间。栅极介电层112 设置于控制栅极114与电荷陷入层110之间，且栅极介电层112例如 是氧化硅层。穿隧氧化层108则设置于电荷陷入110与基底100之间。 在电荷陷入层110中设置有一隔离区116，此隔离区116使电荷陷入 层110分离成多个电荷陷入区块而形成多位结构。这些电荷陷入区块 成一阵列，且从源极区104至漏极区106的方向为列的方向。其中， 在此电荷陷入区块阵列中，每一列包括两个电荷陷入区块，每一行则 包括数个电荷陷入区块。而且，此氮化硅只读存储器在未写入数据的 状态下，同一列的电荷陷入区块下方的通道区具有相同启始电压，不 同列的电荷陷入区块下方的通道区则具有不同的启始电压。在本实施 例中是以分成(2×2阵列)四个电荷陷入区块(110a、110b、110c、110d) 实例作说明。因此，在未写入数据的状态下，第一列中的电荷陷入区 块110a与电荷陷入区块110b下方的通道区107a具有相同的启始电 压。第二列中的电荷陷入区块110c与电荷陷入区块110d下方的通道 区107b具有相同的启始电压。第一列中的电荷陷入区块110a和电荷 陷入区块110b下方的通道区107a与第二列中的电荷陷入区块110c 和电荷陷入区块110d下方的通道区107b具有不同的启始电压。
在上述结构中，电荷陷入层110中的隔离区116使电荷陷入层110 分离成四个电荷陷入区块(110a、110b、110c、110d)而形成四位结构， 而且电荷陷入区块110a和电荷陷入区块110b下方的通道区107a与 电荷陷入区块110c和电荷陷入区块110d下方的通道区107b具有不 同的启始电压。因此可以在单一存储单元中储存四个位的数据量，而 可以提升元件集成度。而且，由于隔离区116将电荷陷入层110分离 成独立的四个电荷陷入区块(亦即，存储单元的四个位彼此分开)，因 此还可以避免所谓二次电子注入的问题产生，而可以提升元件可靠 度。
在上述结构中，是以使电荷陷入层110分离成四个电荷陷入区块 110a～110d为实例作说明。当然，电荷陷入层110也可以分离成两个 电荷陷入区块(例如分离成图2A所示的两个电荷陷入区块110a、110b) 或四个以上的电荷陷入区块(例如分离成图2B所示的六个电荷陷入 区块110a～110f)，然后再使不同列的电荷陷入区块下方的通道区具有 不同之启始值电压，而可以形成多位结构。
上述说明本发明的氮化硅只读存储器的结构，接着说明本发明的 氮化硅只读存储器的制造方法。图3A至图3G所示为本发明的闪存 的制造流程俯视图。图4A至图4G为分别绘示图3A至图3G中沿 B-B’线的制造流程剖面图。
首先，请参照图3A与图4A，提供一基底200，此基底200例如 是硅基底。然后，于基底200上形成一层氧化层202，做为穿隧氧化 层之用。此氧化层202的形成方法例如是热氧化法。
接着，于氧化层202上形成一层电荷陷入层204，此电荷陷入层 204的材质例如是氮化硅。此电荷陷入层204的形成方法例如是化学 气相沉积法。
接着，请参照图3B与图4B，于电荷陷入层204上形成一层图案 化光阻层206。此图案化光阻层206暴露出电荷陷入层204中预定形 成隔离区的区域。
然后，进行一离子植入步骤208，以图案化光阻层206为罩幕， 于图案化光阻层206所暴露的电荷陷入层204中植入氧离子，而于电 荷陷入层204中形成氧离子掺杂区210。氧离子的植入剂量为1×1018 原子/平方厘米至2×1018原子/平方厘米左右，植入能量为20仟电子 伏特至80仟电子伏特左右。
接着，请参照图3C与图4C，移除图案化光阻层206后，进行一 回火工艺，以使氧离子与电荷陷入层204中的硅反应成氧化硅而形成 隔离区212。此回火工艺的温度例如是950℃至1150℃左右。其中， 隔离区212使电荷陷入层204分离成多个隔离的电荷陷入区块。在本 实施例中以隔离区212使单一存储单元的电荷陷入层204隔离成四个 电荷陷入区块作说明。
接着，请参照图3D与图4D，然后，于基底200上形成一层栅 极介电层214。此栅极介电层114例如是氧化硅层。此栅极介电层214 厚度例如是50埃至150埃左右。此栅极介电层214的形成方法例如 是化学气相沉积法。然后，于栅极介电层214上形成一层图案化光阻 层216。此图案化光阻层216暴露出欲定形成位线的区域。
接着，请参照图3E与图4E，然后，以图案化光阻层216为罩幕， 移除部分栅极介电层214、电荷陷入层204而暴露出预定形成位线的 区域。然后，进行一离子植入步骤218，以图案化光阻层216为罩幕， 于图案化光阻层216所暴露的两侧基底200中植入掺质，而于基底 200中形成掺杂区220(位线)。植入的掺质例如是砷离子，砷离子的 植入剂量为2×1015原子/平方厘米至4×1015原子/平方厘米左右，植 入能量为50仟电子伏特左右。
接着，请参照图3F与图4F，移除图案化光阻层216后，进行一 热工艺以于掺杂区220(位线)表面形成场氧化层222，并活化掺杂区 220的掺质。其中，场氧化层222是用以隔离掺杂区220(位线)与后 续形成的控制栅极(字符线)。
然后，于基底200上形成一层导体层224，其材质例如是掺杂的 多晶硅，此导体层224的形成方法例如是利用临场植入掺质的方式， 利用化学气相沉积法以形成之。
接着，请参照图3G与图4G。利用罩幕(未图标)将导体层224图 案化，用以定义出控制栅极226(字符线)。在定义导体层224的同时， 继续以相同的罩幕定义栅极介电层214、电荷陷入层204与介电层202 而形成栅极结构。亦即，本发明的只读存储器的栅极结构是由图标的 控制栅极228、栅极介电层214、电荷陷入层204与氧化层202的堆 栈结构所构成。在本实施例中，每一个存储单元的电荷陷入层204至 少包括由隔离区212所隔开的四个分离电荷陷入区块204a、204b、 204c、204d，其中电荷陷入区块204a、204b、204c、204d成一个2 ×2阵列。
然后，进行一启始电压的调整工艺。首先于基底200上形成一层 图案化光阻层228，此图案化光阻层228至少暴露电荷陷入区块204c、 204d上方的控制栅极226。然后，以图案化光阻层228为罩幕，进行 离子植入步骤，而于电荷陷入区块204c、204d下方的通道区230b植 入掺质，以调整电荷陷入区块204c、204d下方的通道区230b的启始 电压。于是，电荷陷入区块204c、204d下方的通道区230b与电荷陷 入区块204a、204b下方的通道区230a具有不同的启始电压。因而， 可以使一个存储单元储存四位的数据。后续完成氮化硅只读存储器的 工艺为公知技艺者所周知，在此不再赘述。
在上述实施例中，本发明通过在电荷陷入层204中植入氧离子而 形成隔离区212。此隔离区212使电荷陷入层204分离成多个电荷陷 入区块而形成多位结构，因此可以在不增加存储单元体积的状况下， 增加储存数据的位数并可以提升元件集成度。而且，由于隔离区212 将电荷陷入层204分离成四个独立的区域(亦即，存储单元的四个位 彼此分开)，因此还可以避免所谓二次电子注入的问题产生。
另外，此隔离区212也可使电荷陷入层204分离成四个以上的区 域(例如六个、八个)，然后再使不同列的电荷陷入区块下方的通道区 具有不同的启始值电压，而可以形成多位结构。
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