非易失性存储器与非易失性存储器的形成方法技术

本发明专利技术提供一种非易失性存储器，其位于一衬底上并包括：一隧穿层、一电荷捕捉复合层、一栅极以及一源极／漏极区。其中，隧穿层位于衬底上，电荷捕捉复合层位于隧穿层上，而栅极位于电荷捕捉复合层上方，源极／漏极区则位于隧穿层两侧的该衬底中。此具有电荷捕捉复合层的非易失性存储器，具有较佳的程序化、抹除化表现以及数据保持能力。此外，由于在形成电荷捕捉复合层，并不需要使用高热预算工艺因此可以降低工艺过程中的热预算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种非易失性存储器组件与其制造方法，且特别是有关 于一种具有复合层式电荷捕捉层的非易失性存储器与其制造方法。
技术介绍
电可抹除可程序化只读存储器(EEPROM)和快闪存储器等已知的基于 电荷存储结构的电可程序化和可抹除的非易失性存储器技术用于多种现代化 应用。随着集成电路的尺寸縮小，因为制造过程的可量测性和简易性，所以越 来越关注基于电荷捕捉层的存储器单元结构。基于电荷捕捉层的存储器单元 结构包括已知的(例如)产业名称是氮化物只读存储器、硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)和能带工程硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(BE-SONOS) 等结构。这些存储器单元结构通过在电荷捕捉层(例如氮化硅)中捕捉电荷 来存储数据。另外，传统的非易失性存储器主要是以多晶硅材料作为电荷储存层(即 浮置栅)， 一旦在隧穿氧化层产生漏电路径，所储存的电荷将会全部流失， 这对于组件的特性、可靠度以及容忍度都是一大挑战。因此，半导体层-氧化 层-氮化层-氧化层-半导体层(SONOS)结构被提出来克服这个问题。因为氮化 层富有电荷储存中心，可以做电荷的储存，而且本身为介电层，不会因为隧 穿氧化层的漏电路径造成电荷流失。然而，对于作为SONOS中氮化层材料的氮化硅而言，若为富含氮的氮化 硅薄膜，则大多为深能阶的电荷储存中心，电荷捕捉的能力相较于浅能阶缺陷来的差。而若为富含硅的氮化硅薄膜，则大多为浅能阶的电荷储存中心， 虽然电荷捕捉能力高，但电荷流失能力也很高，造成很低的电荷储存能力。 所以调整氮化层的原子组成成分及其含量，可以影响组件的速度、可靠度以 及容忍度等特性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是在提供一种非易失性存储器，此非易失性存储器具有 较佳的程序化与抹除化的能力。本专利技术的再一目的是提供一种非易失性存储器的形成方法，以降低工艺 过程中的热预算。本专利技术提出一种非易失性存储器，其位于一衬底上并包括 一隧穿(tunnel)层、 一电荷捕捉复合层、 一栅极以及一源极/漏极区。其中，隧穿层 位于衬底上，电荷捕捉复合层位于隧穿层上，其中电荷捕捉复合层的材质至 少包括一氮化物与一氮氧化物，而栅极位于电荷捕捉复合层上方，源极/漏极 区则位于隧穿层两侧的该衬底中。依照本专利技术的较佳实施例所述的非易失性存储器，其中电荷捕捉复合层 与栅极之间有一阻障绝缘层。依照本专利技术的较佳实施例所述的非易失性存储器，其中电荷捕捉复合层 由一氮化硅层与一氮氧化硅层或由一氮化硅材质与一氮氧化硅材质所组成。 上述氮氧化硅层位于氮化硅层上方。且氮氧化硅层的厚度约占电荷捕捉复合 层的厚度的20%至80%之间，或所述的氮氧化硅材质的含量占所述的电荷捕 捉复合层的20%至80%。而在此氮氧化硅层中，或所述的氮氧化硅材质中氧 原子浓度约为15%以内。依照本专利技术的较佳实施例所述的非易失性存储器，其中电荷捕捉复合层 由一氮氧化硅材质与一氮化硅材质所组成。上述氮氧化硅材质的含量由电荷 捕捉复合层的一上表面至一下表面，逐渐减少。且此氮氧化硅材质中含氧原子的浓度约为15%以内。而电荷捕捉复合层中，氮氧化硅材质的含量约为20°/。 至80%。又，氮氧化硅材质分布于靠近电荷捕捉复合层的一上表面。依照本专利技术的较佳实施例所述的非易失性存储器，其中隧穿层包括一第一氧化层、 一隧穿氮化层与一第二氧化层。其中，第一氧化层位于衬底， 隧穿氮化层位于第一氧化层上，而第二氧化层位于隧穿氮化层上。而第一氧化层的厚度小于等于2纳米、0.5~2纳米或是小于等于1.5纳米。另外，隧穿 氮化层的厚度小于等于2纳米或是1~2纳米。又，第二氧化层的厚度小于等 于2纳米或是1.5~2纳米。本专利技术又提出一种非易失性存储器的形成方法，适用于一衬底，其方法 包括于衬底上形成一隧穿层。之后，于隧穿层上形成一电荷捕捉复合层，其中该电荷捕捉复合层的材质至少包括一氮化物与一氮氧化物。接着，于电 荷捕捉复合层上方形成一栅极。依照本专利技术的较佳实施例所述的非易失性存储器的形成方法，其中形成该电荷捕捉复合层的方法，还包括形成一氮化硅层于该隧穿层上，之后形 成一氮氧化硅层于该氮化硅层上。其中，形成氮化硅层的方法包括一化学汽 相沉积法、 一原子层沉积法或是离子增强化学沉积法。而形成氮氧化硅层的 方法包括一化学汽相沉积法或是离子增强化学沉积法。又，氮氧化硅层的厚度占该电荷捕捉复合层厚度的20%至80%之间。再者，电荷捕捉复合层中， 氮氧化硅层含氧原子的浓度约为15%以内。依照本专利技术的较佳实施例所述的非易失性存储器的形成方法，其中形成 该电荷捕捉复合层的方法包括于隧穿层上形成一氮化硅层，之后进行一氧化工艺，以在氮化硅层中形成一氮氧化硅区，其中氮氧化硅区靠近该氮化硅 层的一上表面。另外，于氧化工艺之后，还包括进行一氮化工艺，以使该氮氧化硅区转换成为一富含氮-氮氧化硅区(nitrogen rich-silicon oxynitride)。其 中，氮化工艺包括离子氮化工艺与热氮化工艺。又，于氮化工艺之后，电荷 捕捉复合层中，氮氧化硅层含氧原子的浓度约为15%以内。此外，富含氮-氮氧化硅区的厚度占该电荷捕捉复合层厚度的20%至80%之间。依照本专利技术的较佳实施例所述的非易失性存储器的形成方法还包括于形 成栅极之前，于电荷捕捉复合层上形成一阻障绝缘层。其中，阻障绝缘层的材质包括氧化硅、或氮氧化硅、或具有高介电系数的介电材料如氧化铝(Al203)或是氧化铪(Hf02)。依照本专利技术的较佳实施例所述的非易失性存储器的形成方法，其中形成隧穿层的方法包括于衬底上形成一第一氧化层，之后于第一氧化层上形成一隧穿氮化层，接着于隧穿氮化层上形成一第二氧化层。而第一氧化层的厚度约小于2纳米、0.5 2纳米或是小于1.5纳米。另外，隧穿氮化层的厚度约 小于2纳米或是1 2纳米。又，第二氧化层的厚度约小于2纳米或是1.5~2 纳米。本专利技术提供具有电荷捕捉复合层的非易失性存储器，其中电荷捕捉复合 层由至少两种材质所组成，因此本专利技术的非易失性存储器相较于使用单一材 质，如氮化硅或是氮氧化硅，为电荷捕捉层的非易失性存储器，具有较佳的 程序化、抹除化表现以及数据保持能力。此外，由于在形成电荷捕捉复合层 的氮氧化硅层或是氮氧化硅区，并不需要使用高热预算工艺因此可以降低工 艺过程中的热预算。附图说明图1A至图1C绘示为根据本专利技术一较佳实施例的一种非易失性存储器的 形成方法。图2A至图2C绘示为根据本专利技术另一较佳实施例的一种非易失性存储器 的形成方法。图3为本专利技术的非易失性存储器的程序化电压-时间曲线图。 图4为本专利技术的非易失性存储器的抹除电压-时间曲线图。 图5为本专利技术的非易失性存储器的数据保持能力曲线图。附图标号100、 200:衬底102、 202:隧穿层102a、 202a:第一氧化层102b、 202b:隧穿氮化层102c、 202c:第二氧化层104、 204:电荷捕捉复合层104a:氮化硅层104b:氮氧化硅层106、 210:阻障绝缘层108、 212:栅极110、 214:源极/漏极区204a:氮氧化硅区204b:富含氮-氮氧化硅区206: 氧化工艺208:氮化工艺具体实施例方式为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较 佳实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非易失性存储器，位于一衬底上，其特征在于，该非易失性存储器包括：　一隧穿层位于所述的衬底上；　一电荷捕捉复合层位于所述的隧穿层上，其中该电荷捕捉复合层的材质至少包括一氮化物与一氮氧化物；　一栅极位于所述的电荷捕捉复合层上方；以及　一源极／漏极区位于所述的隧穿层两侧的衬底中。

【技术特征摘要】
1.一种非易失性存储器，位于一衬底上，其特征在于，该非易失性存储器包括一隧穿层位于所述的衬底上；一电荷捕捉复合层位于所述的隧穿层上，其中该电荷捕捉复合层的材质至少包括一氮化物与一氮氧化物；一栅极位于所述的电荷捕捉复合层上方；以及一源极/漏极区位于所述的隧穿层两侧的衬底中。2. 如权利要求1所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的电荷捕捉 复合层与所述的栅极之间有一阻障绝缘层。3. 如权利要求1所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的电荷捕捉 复合层由一氮化硅层与一氮氧化硅层或由一氮化硅材质与一氮氧化硅材质所 组成。4. 如权利要求3所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的氮氧化硅 层位于所述的氮化硅层上方。5. 如权利要求3所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的氮氧化硅 层的厚度占所述的电荷捕捉复合层的厚度的20%至80%之间，或所述的氮氧 化硅材质的含量占所述的电荷捕捉复合层的20°/。至80%。6. 如权利要求3所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的电荷捕捉 复合层中，所述的氮氧化硅层中，或所述的氮氧化硅材质中氧原子浓度为15% 以内。7. 如权利要求3所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的氮氧化硅 材质的一含量由所述的电荷捕捉复合层的一上表面至一下表面，逐渐减少。8. 如权利要求3所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的氮氧化硅 材质分布于靠近所述的电荷捕捉复合层的一上表面。9. 如权利要求1所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的隧穿层包括一第一氧化层位于所述的衬底上； 一隧穿氮化层位于所述的第一氧化层上；以及 一第二氧化层位于所述的隧穿氮化层上。10. 如权利要求9所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的第一氧化 层的厚度小于等于2纳米，或为0.5 2纳米，或小于等于1.5纳米。11. 如权利要求9所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的隧穿氮化 层的厚度小于等于2纳米，或为1 2纳米。12. 如权利要求9所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的第二氧化 层的厚度小于等于2纳米，或为1.5~2纳米。13. —种非易失性存储器的形成方法，适用于一衬底，其特征在于，该方 法包括于所述的衬底上形成一隧穿层；于所述的隧穿层上形成一电荷捕捉复合层，其中该电荷捕捉复合层的材 质至少包括一氮化物与一氮氧化物；于所述的电荷捕捉复合层上方形成一栅极；以及图案化所述的栅极、电荷捕捉层与隧穿层，并且于所述的图案化的隧穿 层两侧的衬底中形成一源极/漏极区。14. 如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嗣裕，吕函庭，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]