非挥发性存储器及其制造方法与操作方法技术

一种非挥发性存储器，含有分别由第一存储单元与第二存储单元所构成的多个存储单元。第一存储单元设置于基底上。第二存储单元设置于第一存储单元一侧的侧壁与基底上。第一存储单元由设置于基底上的第一栅极、设置于第一栅极与基底之间的第一复合介电层所构成。第二存储单元由设置于基底上的第二栅极、设置于第二栅极与基底之间及第二栅极与第一存储单元之间的第二复合介电层所构成。第二存储单元透过第一绝缘间隙壁与第一存储单元相间隔。其中第一复合介电层与第二复合介电层分别是由底介电层、电荷陷入层与顶介电层所构成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体存储器元件，特别是涉及一种。
技术介绍
在各种非挥发性存储器产品中，具有可进行多次数据的存入、读取、抹除等动作，且存入的数据在断电后也不会消失的优点的可电抹除且可程序只读存储器(EEPROM)，已成为个人计算机和电子设备所广泛采用的一种存储器元件。典型的可电抹除且可程序只读存储器以掺杂的多晶硅(polysilicon)制作浮置栅极(floating gate)与控制栅极(control gate)。而且，为了避免典型的可电抹除且可程序只读存储器在抹除时，因过度抹除现象太过严重，而导致数据的误判的问题。而在控制栅极与浮置栅极侧壁、基底上方另设一选择栅极(select gate)，而形成分离栅极(Split-gate)结构。此外，在现有技术中，亦有采用一电荷陷入层(charge trapping layer)取代多晶硅浮置栅极，此电荷陷入层的材料例如是氮化硅。这种氮化硅电荷陷入层上下通常各有一层氧化硅，而形成氧化硅/氮化硅/氧化硅(oxide-nitride-oxide，简称ONO)复合层。此种元件通称为硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅(SONOS)元件，具有分离栅极结构的SONOS元件也已经被揭露出来，如美国专利第US5930631号。然而，上述具有分离栅极结构的SONOS元件，由于设置分离栅极结构需要较大的分离栅极区域而具有较大的存储单元尺寸，因此其存储单元尺寸较具有堆栈栅极的可电抹除且可程序只读存储器的存储单元尺寸大，而产生所谓无法增加元件集成度的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的一目的为提供一种，可以提高存储单元集成度及元件效能。本专利技术的再一目的为提供一种，此种非挥发性存储器可以利用源极侧注入效应(Source-Side Injection，SSI)进行程序化操作，而能够提高程序化速度，并提高存储器效能。本专利技术的再一目的为提供一种，可以提高存储器储存容量，且工艺简单，可以降低成本。本专利技术提出一种非挥发性存储器单元，此存储单元至少是由第一存储单元、第一绝缘间隙壁与第二存储单元所构成。第一存储单元设置于基底上。第一绝缘间隙壁设置于第一存储单元的侧壁上。第二存储单元设置于基底上，并透过第一绝缘间隙壁与第一存储单元相邻。第一存储单元包括设置于基底上的第一栅极、设置于第一栅极与基底之间的第一复合介电层。其中，第一复合介电层包括第一底介电层、第一电荷陷入层与第一顶介电层。第二存储单元包括设置于基底上的第二栅极、设置于第二栅极与基底之间及第二栅极与第一存储单元之间的第二复合介电层。其中，第二复合介电层包括第二底介电层、第二电荷陷入层与第二顶介电层。在上述的非挥发性存储单元中，第一电荷陷入层与第二电荷陷入层的材料可为氮化硅。第一底介电层、第一顶介电层、第二底介电层与第二顶介电层的材料可为氧化硅。在上述的非挥发性存储单元中，第一绝缘间隙壁的材料可为氧化硅或氮化硅。而且，第一绝缘间隙壁是通过在第一栅极表面沉积一绝缘层后，利用自行对准各向异性蚀刻形成的。在上述的非挥发性存储单元中，第二复合介电层还包括设置于第二栅极与第一绝缘间隙壁之间。本专利技术还提出一种非挥发性存储器，此非挥发性存储器至少是由存储单元行、选择单元、第三绝缘间隙壁、源极区与漏极区所构成。存储单元行由多个上述的存储单元所构成，其中这些存储单元串联连接在一起，并由多个第二绝缘间隙壁隔离。选择单元设置于存储单元行的一侧。选择单元包括第三栅极与第三复合介电层。其中，第三栅极设置于基底上。第三复合介电层设置于第三栅极与基底之间。此第三复合介电层包括第三底介电层、第三电荷陷入层与第三顶介电层。第三绝缘间隙壁设置于选择单元的侧壁上，其中第三绝缘间隙壁设置于选择单元与存储单元行的源极区设置于存储单元行另一侧的基底中。漏极区设置于选择单元外侧的基底中。在上述的非挥发性存储器中，第三电荷陷入层的材料可为氮化硅。第三底介电层与第三顶介电层的材料可为氧化硅。第二绝缘间隙壁及第三绝缘间隙壁的材料可为氧化硅或氮化硅。在本专利技术的非挥发性存储器中，存储单元行是由多个第一存储单元及第二存储单元交错排列而成。由于在第一存储单元与第二存储单元之间并没有间隙，且选择单元与第二存储单元之间也没有间隙，因此可以提升存储单元阵列的集成度。而且，在存储单元行中的各个第一存储单元及第二存储单元都可以储存电荷，因此也可以提升储存容量。此外，由于第一存储单元及第二存储单元是使用电荷陷入层作为电荷储存单元，因此不需要考虑栅极耦合率的概念，而能以较低的工作电压，达到相同的操作速度。本专利技术又提出一种非挥发性存储器，此非挥发性存储器至少是由存储单元阵列、多个选择单元、多个第一掺杂区、多个第二掺杂区、多条字线、多条位线、多条选择线、多条共享线所构成。存储单元阵列的每一存储单元行包括多个第一存储单元与多个第二存储单元。多个选择单元分别设置在存储单元阵列的各存储单元行的一侧，其中在各存储单元行中的选择单元与多个第一存储单元之间具有多个间隙，各个第二存储单元分别填入不同的各个间隙中。多个第一掺杂区分别设置于存储单元阵列的各存储单元行的另一侧的基底中。多个第二掺杂区分别设置于各选择单元外侧的基底中。多条字线与多条位线的每一交错点对应至不同的第一存储单元或第二存储单元的其中之一。多条选择线分别连接至一列的多个选择单元。多条共享线分别连接至一列的多个第一掺杂区。在上述的非挥发性存储器中，各第一存储单元是由第一栅极、第一复合介电层、一对第一绝缘间隙壁所构成。第一复合介电层设置于第一栅极下方，且复合介电层包括第一底介电层、第一电荷陷入层与第一顶介电层。一对第一绝缘间隙壁设置于第一栅极的侧壁上。各第二存储单元是由第二栅极与第二复合介电层所构成。第二复合介电层设置于第二栅极下方，此第二复合介电层包括一第二底介电层、一第二电荷陷入层与一第二顶介电层。各选择单元是由选择栅极与一对第二绝缘间隙壁所构成。一对第二绝缘间隙壁设置于选择栅极的侧壁上。在上述的非挥发性存储器中，第一电荷陷入层与第二电荷陷入层的材料可为氮化硅。第一底介电层、第一顶介电层、第二底介电层与第二顶介电层的材料可为氧化硅。第一绝缘间隙壁与第二绝缘间隙壁的材料可为氧化硅或氮化硅。在上述的非挥发性存储器中，各选择单元具有第三复合介电层。此第三复合介电层设置于选择栅极下方，此第三复合介电层包括第三底介电层、第三电荷陷入层与第三顶介电层。其中，第三电荷陷入层的材料可为氮化硅。第三底介电层与第三顶介电层的材料可为氧化硅。在上述的非挥发性存储器中，第一掺杂区为n-型源极区，第二掺杂区为n-型漏极区。而且，各漏极区分别连接至不同的位线的其中之一。在上述的非挥发性存储器中，各第一存储单元的第一栅极与各第二存储单元的第二栅极分别连接至不同的字线的其中之一。在上述的非挥发性存储器中，第二存储单元的第二复合介电层在间隙中形成呈U-字形，且由各第二存储单元的第二栅极填满。在本专利技术的非挥发性存储器中，存储单元行是由多个第一存储单元及第二存储单元交错排列而成。由于在第一存储单元与第二存储单元之间并没有间隙，且选择单元与第二存储单元之间也没有间隙，因此可以提升存储单元阵列的集成度。而且，在存储单元行中的各个第一存储单元及第二存储单元都可以储存电荷，因此也可以提升储存容量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非挥发性存储单元，包括：一第一存储单元，设置于一基底上，包括：一第一栅极，设置于该基底上；以及一第一复合介电层，设置于该第一栅极与该基底之间，该第一复合介电层包括一第一底介电层、一第一电荷陷入层与一第一顶介电层；一第一绝缘间隙壁，设置于该第一存储单元的侧壁上；一第二存储单元，设置于该基底上，并透过该第一绝缘间隙壁与该第一存储单元相邻，包括：一第二栅极，设置于该基底上；一第二复合介电层，设置于该第二栅极与该基底之间，该第二复合介电层包括一第二底介电层、一第二电荷陷入层与一第二顶介电层。

【技术特征摘要】
CN 2004-11-2 200410089723X1.一种非挥发性存储单元，包括一第一存储单元，设置于一基底上，包括一第一栅极，设置于该基底上；以及一第一复合介电层，设置于该第一栅极与该基底之间，该第一复合介电层包括一第一底介电层、一第一电荷陷入层与一第一顶介电层；一第一绝缘间隙壁，设置于该第一存储单元的侧壁上；一第二存储单元，设置于该基底上，并透过该第一绝缘间隙壁与该第一存储单元相邻，包括一第二栅极，设置于该基底上；一第二复合介电层，设置于该第二栅极与该基底之间，该第二复合介电层包括一第二底介电层、一第二电荷陷入层与一第二顶介电层。2.如权利要求1所述的非挥发性存储单元，其中该第一电荷陷入层与该第二电荷陷入层的材料包括氮化硅。3.如权利要求1所述的非挥发性存储单元，其中该第一底介电层、该第一顶介电层、该第二底介电层与该第二顶介电层的材料包括氧化硅。4.如权利要求1所述的非挥发性存储单元，其中该第一绝缘间隙壁的材料包括氧化硅或氮化硅。5.如权利要求1所述的非挥发性存储单元，其中该第一绝缘间隙壁是通过在该第一栅极表面沉积一绝缘层后，利用自行对准各向异性蚀刻形成的。6.如权利要求1所述的非挥发性存储单元，其中该第二复合介电层，还包括设置于该第二栅极与该第一绝缘间隙壁之间。7.一种非挥发性存储器，包括一存储单元行，由多个如权利要求1所述的存储单元所构成，其中该些存储单元串联连接在一起，并由多个第二绝缘间隙壁隔离；一选择单元，设置于该存储单元行的一侧，该选择单元包括一第三栅极，设置于该基底上；一第三复合介电层，设置于该第三栅极与该基底之间，该第三复合介电层包括一第三底介电层、一第三电荷陷入层与一第三顶介电层；一第三绝缘间隙壁，设置于该选择单元的侧壁上，其中该第三绝缘间隙壁设置于该选择单元与该存储单元行之间；一源极区，设置于该存储单元行另一侧的该基底中；以及一漏极区，设置于该选择单元外侧的该基底中。8.如权利要求7所述的非挥发性存储器，其中该第三电荷陷入层的材料包括氮化硅。9.如权利要求7所述的非挥发性存储器，其中该第三底介电层与该第三顶介电层的材料包括氧化硅。10.如权利要求7所述的非挥发性存储器，其中该些第二绝缘间隙壁的材料选自氧化硅与氮化硅所组的族群的其中之一。11.如权利要求7所述的非挥发性存储器，其中该第三绝缘间隙壁的材料选自氧化硅与氮化硅所组的族群的其中之一。12.一种非挥发性存储器，包括一存储单元阵列，该存储单元阵列的每一存储单元行包括多个第一存储单元与多个第二存储单元；多个选择单元，分别设置在该存储单元阵列的各该些存储单元行的一侧，其中在各该些存储单元行中的该选择单元与该些第一存储单元之间具有多个间隙，各该些第二存储单元分别填入不同的各该些间隙中；多个第一掺杂区，分别设置于该存储单元阵列的各该些存储单元行的另一侧的该基底中；多个第二掺杂区，分别设置于各该些选择单元外侧的该基底中；多条字线；多条位线，其中该些字线与该些位线的每一交错点对应至不同的该些第一存储单元或该些第二存储单元的其中之一；多条选择线，分别连接至一列的该些选择单元；以及多条共享线，分别连接至一列的该些第一掺杂区。13.如权利要求12所述的非挥发性存储器，其中各该些第一存储单元，包括一第一栅极；一第一复合介电层，设置于该第一栅极下方，该复合介电层包括一第一底介电层、一第一电荷陷入层与一第一顶介电层；以及一对第一绝缘间隙壁，设置于该第一栅极的侧壁上；各该些第二存储单元，包括一第二栅极；以及一第二复合介电层，设置于该第二栅极下方，该第二复合介电层包括一第二底介电层、一第二电荷陷入层与一第二顶介电层；以及各该些选择单元包括一选择栅极；以及一对第二绝缘间隙壁，设置于该选择栅极的侧壁上。14.如权利要求13所述的非挥发性存储器，其中该第一电荷陷入层与该第二电荷陷入层的材料包括氮化硅。15.如权利要求13所述的非挥发性存储器，其中该第一底介电层、该第一顶介电层、该第二底介电层与该第二顶介电层的材料包括氧化硅。16.如权利要求13所述的非挥发性存储器，其中该些第一绝缘间隙壁与该些第二绝缘间隙壁的材料包括氧化硅或氮化硅。17.如权利要求13所述的非挥发性存储器，其中各该些选择单元还包括一第三复合介电层，设置于该选择栅极下方，该第三复合介电层包括一第三底介电层、一第三电荷陷入层与一第三顶介电层。18.如权利要求17所述的非挥发性存储器，其中该第三电荷陷入层的材料包括氮化硅。19.如权利要求17所述的非挥发性存储器，其中该第三底介电层与该第三顶介电层的材料包括氧化硅。20.如权利要求12所述的非挥发性存储器，其中该些第一掺杂区为n-型源极区。21.如权利要求12所述的非挥发性存储器，其中该些第二掺杂区为n-型漏极区。22.如权利要求13所述的非挥发性存储器，其中各该些漏极区分别连接至不同的该些位线的其中之一。23.如权利要求13所述的非挥发性存储器，其中该些第一存储单元的各该些第一栅极与该些第二存储单元的各该些第二栅极分别连接至不同的该些字线的其中之一。24.如权利要求13所述的非挥发性存储器，其中该些第二存储单元的该些第二复合介电层在该些间隙中形成呈U-字形，且由该些第二存储单元的各该些第二栅极填满。25.一种非挥发性存储单元，包括一第一存储单元，设置于一基底上；一选择单元，设置在该基底上，该选择单元与该第一存储单元以一间隙相隔离；一第二存储单元，填入该间隙中；一第一绝缘间隙壁，隔离该第一存储单元与该第二存储单元；以及一第二绝缘间隙壁，隔离该选择单元与该第二存储单元，其中该第一存储单元包括一第一栅极，该第二存储单元包括一第二栅极，该选择单元包括一第三栅极用以开启/关闭其下方的通道区。26.如权利要求25所述的非挥发性存储单元，其中该第二存储单元还包括一U-字形层，该U-字形层支撑该间隙中的该第二栅极。27.如权利要求26所述的非挥发性存储单元，其中该U-字形层包括电荷陷入层。28.如权利要求27所述的非挥发性存储单元，其中该U-字形层的材料包括氮化硅。29.如权利要求26所述的非挥发性存储单元，其中该U-字形层包括一复合介电层，该复合介电层包括一穿隧介电层、一电荷陷入层与一顶介电层。30.如权利要求29所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青松，翁伟哲，卓志臣，
申请(专利权)人：力晶半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]