ＮＲＯＭ闪存晶体管及其制造方法、ＮＲＯＭ闪存阵列、电子系统技术方案

一种氮化物只读存储器（ＮＲＯＭ）单元具有不位于晶体管中央下方的氮化层。具有氮化层的栅绝缘层包括两个部分，这两部分具有各自从结构上限定和隔离的电荷陷阱区。电荷响应晶体管工作的方向被存储在特定陷阱区内。栅绝缘体的两个部分使多晶硅栅结构的外部区域与中间区域隔离开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及存储装置，并更具体地涉及有关氮化物只读存储闪存装置。
技术介绍
存储装置一般用作计算机或其它电子装置中的内部、半导体、集成电路。如今存在多种不同的存储器，包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)和闪存。闪存装置已发展成为大范围电子应用场合中的非易失性存储器的主流。闪存装置一般使用实现高存储密度、高可靠性以及低功耗的单晶体管存储单元。闪存的通常使用包括个人计算机、个人数字助理(PDA)、数字摄像机以及蜂窝电话。诸如基本输入/输出系统(BIOS)的程序代码和系统数据一般被存储在闪存装置中以用于个人计算机系统中。一种类型的闪存为氮化物只读存储器(NROM)。NROM具有闪存的某些特性但不需要闪存的特殊制造工序。可使用标准CMOS处理来实现NROM集成电路。图1示出沟道长度L大于100nm的典型现有技术NROM存储单元的横截面图。该单元由形成在氧化物-氮化物-氧化物(ONO)层顶部上的控制栅100组成。该层由氮化物层103顶部上的氧化层101构成，在氮化物层103上对应于单元各种状态而存储电荷。在一个实施例中，该单元具有陷阱区105、106以将数据的两个比特存储在氮化物层103上。氮化物层103被沉积在衬底上的另一氧化层104上。两个源极/漏极区109、111位于柵100的两端。源极/漏极区109、111通过两个源极/漏极区109、111之间的沟道区110彼此连接。每个源极/漏极区109或111的功能(例如是源极还是漏极)取决于对比特区105或106中的那一个进行读或写。例如在读操作中，如果在源极/漏极区111的左侧输入载流子并从右侧区109输出，则左侧是源极111而右侧是漏极109，另外数据比特电荷被存储在源极端111用于比特区106的氮化物103上。随着IC制造商试图增加NROM装置的存储密度，沟道长度开始减小。图2示出沟道长度小于100nm的典型现有技术平面NROM装置。在这种情况下，沟道长度是如此短以致比特陷阱区205、206重叠。重叠会造成数据写/读错误。为了上述原因和下面阐述的本领域内技术人员通过阅读和理解本说明书就很容易理解的其它原因，业内存在对陷阱区不重叠并且更小的多比特NROM装置的需要。
技术实现思路
本专利技术解决上述有关陷阱点重叠的问题以及其它的问题，并且通过阅读和研究下面的说明能更好地理解它们。本专利技术是围绕氮化物只读存储(ORM)闪存晶体管而展开的。该晶体管由具有第一和第二源极/漏极区的衬底组成。氧化层被沉积在衬底上。柵绝缘层被耦合于氧化层的一部分。柵绝缘层包含隔离的第一和第二部分，这两部分在结构上被多晶硅柵结构的中间部分分开。各部分能存储隔离的电荷。柵结构的中间部分通过柵绝缘层与柵结构的外层部分隔离。柵结构的顶部以及沉积在柵结构顶部上的柵绝缘体部分被平面化并且金属接触地耦合到柵结构的三个部分以及柵绝缘体各部分的端部。本专利技术的其它实施例包括范围可变的方法和设备。附图说明图1示出沟道长于100nm的典型现有技术NROM单元的横截面图；图2示出沟道短于100nm的典型现有技术NROM单元的横截面图；图3示出本专利技术的NROM单元的一个实施例的横截面图；图4示出根据图3实施例的本专利技术的结果电荷隔离和分布图； 图5示出根据图3实施例的电荷存储区的细节的横截面图；图6示出本专利技术NROM单元制造步骤的一个实施例的横截面图；图7示出本专利技术NROM单元制造后续步骤的一个实施例的横截面图；图8示出本专利技术NROM单元制造后续步骤的一个实施例的横截面图；图9示出本专利技术NROM单元制造后续步骤的一个实施例的横截面图；图10示出本专利技术NROM单元制造后续步骤的一个实施例的横截面图；图11示出使用衬底增强型热电子注入而对本专利技术的NROM单元进行编程的一个实施例的横截面图；图12示出本专利技术的电子系统的方框图。具体实施例方式在后面对本专利技术的详细说明中参阅了附图，附图作为本专利技术一部分并例示性地示出实现本专利技术的特别实施例。在附图中，相同标号表示若干图中基本类似的部分。对这些实施例进行充分说明以使本领域内技术人员实现本专利技术。可不脱离本专利技术范围地采用其它实施例和作出结构性变化、逻辑性变化以及电气变化。因此下面的详细说明不应被理解为限制含义，本专利技术的范围仅由所附权利要求及其等效物定义。图3示出本专利技术的NROM单元的一个实施例的横截面图。该单元由两个电荷存储区301、302组成，这将在后面结合图5进行更详细地说明。在本实施例中，与现有技术不同，晶体管沟道中央的下方不设置氮化层。单元具有由中间部分315和两个外层部分313、314构成的多晶硅柵结构313-315。柵绝缘体被形成在柵结构315中间部分的两侧以使柵绝缘体将中间部分315与两个柵外层部分313、314隔离开。控制栅金属触点312被形成在柵结构的所有三个部分313-315上。中间柵部分315仅具有一个氧化绝缘体320并且不将注入电子捕获于NROM装置结构中。在一个实施例中，柵绝缘体是包含氧化物-氮化物-氧化物(ONO)结构的复合绝缘体，其中在氮化层305、306中实现电荷捕获。在一个实施例中，顶部氧化层301、302分别为氧化物填充物303、304的一部分。其它实施例使用除所示ONO结构外的其它栅绝缘体。这些结构包括氧化物-氮化物-氧化铝复合层、氧化物-氧化铝-氧化物复合层、氧化物、碳氧化硅复合层以及其它复合层。在又一实施例中，柵绝缘体可包括通过湿氧化并不退火而形成地较一般氧化硅更厚的层；包含纳米级硅微粒的富含硅的氧化物；不作为复合层的氧氮化硅层；不作为复合层的富含硅的氧化铝绝缘体；不作为复合层的碳氧化硅绝缘体；包含纳米级碳化硅微粒的氧化硅绝缘体；以及其它两个以上柵绝缘体的非化学计量的单层，这些层一般使用诸如Si、N、Al、Ti、Ta、Hf、Zr和La的绝缘材料。图3的实施例还包含两个源极/漏极区310和311。在所述实施例中，这些区域是n+型半导体材料，同时衬底为p+型半导体材料。在另一实施例中，源极/漏极区可使用p+型半导体材料，而衬底为n+。每个源极/漏极区310或311的功能取决于比特区301、302是读或写。例如在读操作中，如果在左侧源极/漏极区311输入载流子而将其从右侧区310输出，则左侧为源极311而右侧为漏极310，并且数据比特电荷被存储在比特区域302中的源极端311处的氮化层306上。图4示出关于本专利技术NROM单元的图3实施例的电荷隔离和分布图的一个实施例。该图表示沿垂直方向的电荷存储密度以及沿水平方向单元的距离。图3的源极/漏极区之间的沟道长度被表示为L。存储在NROM单元中的两电荷被表示在电荷隔离和分布图上，与图3的电荷存储区301、302一致。该图还表示在单元的中间不存在电荷405。图5示出图3实施例的电荷存储区302的更详细的横截面图。该图清楚地示出图3的NROM单元左侧的氧化物304-氮化物306-氧化物320复合绝缘体。另外还示出了电荷存储区302以及一个源极/漏极区311以及多晶硅柵结构313的一部分。上述实施例示出基本水平的柵绝缘层的每侧的一部分以及基本垂直并通过柵结构向上延伸的每侧的第二部分。然而本专利技术对基本水平部分和基本垂直部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＮＲＯＭ闪存晶体管，包括：包含第一和第二源极／漏极区的衬底；衬底上的氧化层。耦合到氧化层的一部分的栅绝缘层，所述栅绝缘层包含第一部分和隔离的第二部分；以及栅结构，包含多个部分，即耦合到氧化层的中间部分以及各自耦合于栅绝缘层的第一和第二外层部分，从而使栅绝缘层将中间部分与第一和第二外层分开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-11-4 10/701,1391.一种NROM闪存晶体管，包括包含第一和第二源极/漏极区的衬底；衬底上的氧化层。耦合到氧化层的一部分的柵绝缘层，所述柵绝缘层包含第一部分和隔离的第二部分；以及柵结构，包含多个部分，即耦合到氧化层的中间部分以及各自耦合于柵绝缘层的第一和第二外层部分，从而使柵绝缘层将中间部分与第一和第二外层分开。2.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述柵绝缘层包含复合的氧化物—氮化物—氧化物层。3.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，柵绝缘层是氧化物—氮化物—氧化铝复合层、氧化物—氧化铝—氧化物复合层、或氧化物—碳氧化硅物—氧化物复合层。4.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，柵绝缘层是包含通过湿氧化并不退火地形成的氧化硅的非复合层；包含纳米级硅微粒的富含硅的氧化物；氧氮化硅层；富含硅的氧化铝绝缘体；碳氧化硅绝缘体或包含纳米级碳化硅微粒的氧化硅绝缘体。5.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，柵绝缘体由硅、氮、铝、钛、钽、铪、镧或锆的两个或多个非化学计量的单层构成。6.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，第一电荷被存储在柵绝缘层的第一部分而第二电荷被存储在柵绝缘层的第二部分。7.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，还包括耦合于第一和第二柵绝缘部分以及第一和第二柵结构外部的至少一部分的氧化填充层。8.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，还包括耦合于柵结构的多个部分的金属触点。9.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于，衬底为p+材料而第一和第二源极/漏极区为n+材料。10.一种NROM闪存晶体管，包括包含位于两侧以使沟道区形成在其间的第一和第二源极/漏极区的衬底；在第一和第二源极/漏极区以及沟道区上面的衬底上的氧化层；包含第一部分和隔离的第二部分的柵绝缘层，第一和第二部分的基本水平部分耦合于氧化层的隔离区；以及包含中间部分以及第一和第二外层部分的柵结构，所述中间部分耦合于氧化层并将第一和第二柵绝缘体部分隔离开，第一和第二外层部分每一个被柵绝缘体部分与中间部分隔离。11.如权利要求10所述的晶体管，其特征在于，所述衬底耦合于增强热电子注入的负偏压。12.如权利要求10所述的晶体管，其特征在于，所述柵结构由多晶硅材料制成。13.如权利要求10所述的晶体管，其特征在于，还包括耦合于柵结构的第一和第二外层部分以及不在柵结构内的柵绝缘层部分的氧化物材料。14.一种NROM闪存晶体管，包括包含位于两侧以在其间形成沟道区域的第一和第二源极/漏极区的衬底；在所述第一和第二源极/漏极区以及沟道区上面的衬底上的氧化层；包含第一部分和隔离的第二部分的复合柵绝缘层，耦合于氧化层的隔离区基本水平部分以及从氧化层延伸的各部分的基本垂直部分，所述复合柵绝缘层具有将电荷存储在第一和第二部分的氮化层；包含中间部分以及第一和第二外层部分的多晶硅柵结构，所述中间部分耦合于氧化层并通过柵绝缘层的基本垂直部分与第一和第二外层部分隔离；以及耦合于柵结构的外层部分和中间部分以及柵绝缘体的每个基本垂直部分的柵金属触头...

【专利技术属性】
技术研发人员：L福布斯，
申请(专利权)人：微米技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]