本发明专利技术提供一种电荷监测元件，用于半导体制造过程中监测其电荷效应。在本发明专利技术的第一目的中，一种电荷储存金属氧化物半导体（ＭＯＳ）存储器结构，包含衬底，氧化物－氮化物－氧化物结构，其覆盖衬底的上表面，且在源极区域与漏极区域之间的边界上延伸，并且在氧化物－氮化物－氧化物结构上形成多晶硅栅极。当将充电源，如紫外（ＵＶ）光或离子电浆，投射于此电荷储存元件上时，此电荷储存元件的多晶硅栅极可以保护氮化物层体不受电荷效应的影响。此光源会对氧化物－氮化物－氧化物结构的侧壁充电。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电可擦除只读存储器，并且尤其涉及用于监测电荷效应的电荷储存元件。
技术介绍
电可编程可擦除非易失性存储器基本上为电荷储存结构，一般称为电可擦除式只读存储器(EEPROM)，并且，闪存存储器可用于目前的许多应用中。在设计上，闪存存储器具有存储单元阵列，其可以被独立地编程和读取。在闪存存储器中的感测放大器可用来决定数据值或储存在非易失性存储器中的数值。在典型的感测结构中，电流感测放大器使用参考电流与流经存储单元的电流进行比较。EEPROM与闪存存储器可使用多种不同的存储单元结构。当集成电路的尺寸缩小时，基于利用电荷捕获介质层的存储单元结构会比较有优势，因为其生产过程是可以被微缩和简化的。基于利用电荷捕获介质层的存储单元结构包含一种N位(N-bit)存储器。通过在电荷捕获介质层中例如硅氮化物捕获电荷，此存储单元结构可以储存数据。如果捕获负电荷，存储单元结构的临界电压会增加。自电荷捕获层移除负电荷，存储单元结构的临界电压可以被降低。N-bit装置使用较厚的底氧化物，例如，大于3纳米，通常是大约5至9纳米，以防止电荷流失。不同于直接隧穿，能带至能带间隧穿所引发的热空穴注入(BTBTHH)也可以用来擦除存储单元。不过，热空穴注入可能会破坏氧化物，导致电荷会在高临界电压存储单元中流失，另外电荷会在低临界电压存储单元中增加。此外，在编程和擦除周期中，由于电荷捕获结构内累积有不易擦除的电荷，擦除时间必须逐渐增加。因为空穴注入点和电子注射点彼此不一致且不同时发生，有一些电子在擦除脉冲之后仍然会存在，导致发生电荷的累积。另外，在N-bit闪存存储器装置的擦除过程中，因为工艺不同(例如，沟道长度的变化)，每个存储单元的擦除速度都可能不同。这些擦除速度的差异导致擦除状态产生较宽的Vt分布，其中的一些存储单元变得不易擦除，而且，其中的另一些却变得容易被擦除。因此，在大量的编程与擦除周期之后，标准临界电压Vt的可接受程度会缩小并且其耐受型也会变差。当工艺技术持续按比例缩小时，这样的现象将变得更加严重。在已知的浮动栅极元件中，是储存1位电荷至一个导电浮动栅极中。N-bit装置具有大量的存储单元，其中每个N-bit存储单元提供两位闪存存储单元，其可以将电荷存储在氧化物-氮化物-氧化物(ONO)介质中。在一个典型的N-bit存储单元结构中，将氮化物层用作一种捕捉材料，位于一个上氧化物层和一个底氧化物层之间。此ONO层结构可以有效地替换浮动栅极装置中的栅极介质层。在具有氮化物层的ONO介质中的电荷，可以被捕捉在一个N-bit存储单元的左侧或右侧。本专利技术提供了一种简单的电荷储存结构，以监测在电荷捕捉存储器结构中的电荷效应。另外，本专利技术也可以一并解决该电荷储存结构可能产生的方向效应。
技术实现思路
本专利技术描述一种监测元件，用于监测在半导体制造过程中的电荷效应。在本专利技术的一个实施例中，电荷储存金属氧化物半导体(CS-MOS)存储器结构包含衬底；氧化物-氮化物-氧化物结构，其覆盖此衬底的上表面并且延伸至源极区域和漏极区域之间的边界上方；以及多晶硅栅极，形成于此氧化物-氮化物-氧化物结构的上方。当将充电源，例如紫外线(UV)光或等离子，投射至电荷储存元件上时，此电荷储存元件的多晶硅栅极可以保护氮化物层不受电荷效应影响。此光源会对此氧化物-氮化物-氧化物结构的侧壁放电。以一种布局结构为例，源极/漏极区主要在第一方向上延伸，多晶硅栅极区主要在第二方向上延伸，所述第二方向大约与此源极/漏极区的第一方向垂直。多晶硅栅极区具有长度Lg，其可根据多晶硅栅极区的宽度测量得到，以及宽度Wg，其可根据源极/漏极区的宽度测量得到。在本专利技术的第二实施例中，一种电荷储存虚接地(CS-VG)存储器结构包含衬底；氧化物-氮化物-氧化物结构，其覆盖此衬底的上表面；以及多晶硅栅极，形成于此氧化物-氮化物-氧化物结构的上方。当将光源投射至此电荷储存装置上时，此多晶硅栅极的上表面可以阻止光穿过多晶硅栅极。此光源会对氧化物-氮化物-氧化物结构的侧壁充电。以一种布局结构为例，源极区主要在第一方向上延伸，漏极区主要在此第一方向上延伸，同时，多晶硅栅极区主要在第二方向上延伸，所述第二方向大约与源极和漏极区的第一方向垂直。此多晶硅栅极区具有长度Lg，其可根据源极区和漏极区之间的间距测量得到，和宽度Wg，其可根据此多晶栅极的宽度测量得到。广义的说，本专利技术的一个实施例，可以是一种电荷监测元件，包含衬底，具有沟道，其区分第一区域与第二区域；电荷捕捉结构，覆盖在此衬底中的沟道的上表面，此电荷捕捉结构具有侧边；以及多晶硅栅极，覆盖此电荷捕捉结构的上表面，此多晶硅栅极具有上表面与侧边，其与此电荷捕捉结构的侧边对齐；其中，充电源投射电荷至此多晶硅栅极的上表面、此多晶硅栅极的侧边以及此电荷捕捉结构的侧边，此多晶硅栅极的上表面充分地阻挡电荷穿过多晶硅栅极的上表面，并且此电荷源对电荷捕捉结构的侧边充电。另外的优点为，本专利技术提供简单的电荷储存元件结构，用于监测电荷效应。本专利技术也提供不同的元件结构，以控制电荷效应的感测能力。本专利技术的结构和方法都在以下的详细说明中公开。在此的描述并非用来界定本专利技术的范围。本专利技术是由权利要求进行限定的。在这里和其他的实施例中，本专利技术的特征，功能与优点可以通过参照下列说明、权利要求和附图，而更加清楚的了解。附图说明本专利技术根据各个特定实施例加以说明，并且制作相关的附图提供参考，其中图1A为工艺图示，根据本专利技术，描述一种电荷储存金属氧化物半导体(MOS)存储器结构的剖面图；图1B为布局图示，根据本专利技术，描述一种电荷储存金属氧化物半导体(MOS)存储器结构的俯视图；图2A为工艺图示，根据本专利技术，描述一种电荷储存虚接地存储器结构的剖面图；图2B为布局图示，根据本专利技术，描述一种电荷储存虚接地存储器结构的俯视图；图3A为工艺图示，根据本专利技术，描述此电荷储存金属氧化物半导体(MOS)存储器结构的剖面图，说明其电荷位置与装置电流通路；图3B为工艺图示，根据本专利技术，描述此电荷储存金属氧化物半导体(MOS)存储器结构的俯视图，说明其电荷位置与装置电流通路；图4为图表，根据本专利技术，描述此电荷储存金属氧化物半导体(MOS)存储器结构的实验结果的IV曲线；图5A为工艺图示，根据本专利技术，描述此电荷储存虚接地存储器结构之剖面图，说明其电荷位置与装置电流通路；图5B为布局图示，根据本专利技术，描述此电荷储存虚接地存储器结构的俯视图，说明其电荷位置与装置电流通路；图6为图表，根据本专利技术，描述此电荷储存虚接地存储器结构的实验结果；图7A-7D为布局图示，根据本专利技术，描述在各种方向上用于监测电荷效应的电荷储存金属氧化物半导体(MOS)存储器结构；图8A-8D为布局图示，根据本专利技术，描述在各种方向上用于监测电荷效应的电荷储存虚接地存储器结构；以及图9为框图，根据本专利技术，描述在一个硅晶圆上，放置各种电荷监测装置。主要元件符号说明100电荷储存金属氧化物半导体存储器结构110p型衬底112沟道宽度X120n+型掺杂区122n+型掺杂区130底介质结构132电荷捕捉结构134上介质结构140多晶栅极150漏极电压VD152源极电压VS154栅极电压Vg156衬底电压Vsub160布局图170沟道长度Lg172双箭头本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电荷监测元件，包含：衬底，具有沟道，其分隔第一区域与第二区域；电荷捕捉结构，覆盖在所述衬底中的沟道的上表面，所述电荷捕捉结构具有侧边；以及多晶硅栅极，覆盖所述电荷捕捉结构的上表面，所述多晶硅栅极具有上表面与侧边，所述多晶硅栅极的侧边与所述电荷捕捉结构的侧边对齐；其中，充电源发射电荷至所述多晶硅栅极的上表面、所述多晶硅栅极的侧边、以及所述电荷捕捉结构的侧边，所述多晶硅栅极的上表面充分阻挡所述电荷穿过所述多晶硅栅极的上表面，所述充电源提供电荷至所述电荷捕捉结构的侧边。
【技术特征摘要】
US 2006-6-21 11/425,4691.一种电荷监测元件，包含衬底，具有沟道，其分隔第一区域与第二区域；电荷捕捉结构，覆盖在所述衬底中的沟道的上表面，所述电荷捕捉结构具有侧边；以及多晶硅栅极，覆盖所述电荷捕捉结构的上表面，所述多晶硅栅极具有上表面与侧边，所述多晶硅栅极的侧边与所述电荷捕捉结构的侧边对齐；其中，充电源发射电荷至所述多晶硅栅极的上表面、所述多晶硅栅极的侧边、以及所述电荷捕捉结构的侧边，所述多晶硅栅极的上表面充分阻挡所述电荷穿过所述多晶硅栅极的上表面，所述充电源提供电荷至所述电荷捕捉结构的侧边。2.如权利要求1所述的电荷监测元件，其中，所述电荷捕捉结构包含氧化物-氮化物-氧化物层迭。3.如权利要求1所述的电荷监测元件，其中，所述电荷捕捉结构包含氮化物-氧化物层迭。4.如权利要求1所述的电荷监测元件，其中，所述电荷捕捉结构包含氧化物-氮化物-氧化物-氮化物-氧化物层迭。5.如权利要求1所述的电荷监测元件，其中，所述第一区域包含n+型掺杂源极区域，且所述第二区域包含n+型掺杂漏极区域。6.如权利要求1所述的电荷监测元件，还包括连接所述第一区域的源极端点；连接所述第二区域的漏极端点；以及连接所述多晶硅栅极的栅极端点，其中，所述源极端点的电压为0伏特，所述漏极端点的电压为1.6伏特，并且所述栅极端点的电压为可变电压，大约在0伏特至6伏特之间，以测量从所述第二区域流向所述第一区域的电流。7.如权利要求1所述的电荷监测元件，其中，所述充电源包含紫外(UV)光源。8.一种电荷监测元件，包含衬底本体，具有上表面；电荷捕捉结构，覆盖在所述衬底本体之上且具有侧边；以及多晶硅栅极，覆盖所述电荷捕捉结构，所述多晶硅栅极具有上表面与侧边，所述多晶硅栅极的侧边与所述电荷捕捉结构的侧边对齐；其中，光源投射电荷至所述多晶硅栅极、所述多晶硅栅极的侧边、以及所述电荷捕捉结构的侧边，所述多晶硅栅极的上表面充分阻挡所述电荷穿过所述多晶硅栅极的上表面，并且，所述光源提供电荷至所述电荷捕捉结构的侧边。9.如权利要求8所述的电荷监测元件，其中，所述电荷捕捉结构包含氧化物-氮化物-氧化物层迭。10.如权利要求8所述的电荷监测元件，其中，所述电荷捕捉结构包含氮化物-氧化物层迭。11.如权利要求8所述的电荷监测元件，其中，所述电荷捕捉结构包含氧化物-氮化物-氧化物-氮化物-氧化物层迭。12.如权利要求8所述的电荷监测元件，其中，所述第一区域包含n+型掺杂源极区域，并且所述第二区域包含n+型掺杂漏极区域。13.如权利要求8所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴昭谊，李明修，
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[中国|台湾]
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