專利名稱：包括埋藏閃速存儲器的存儲器結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及存儲器結(jié)構(gòu)，尤其涉及包括嵌入式閃速存儲器的存儲器結(jié)構(gòu)的設計、制造及使用。
背景技術：
許多公知的存儲器設備使用閃速存儲器單元。許多公知的閃速存儲器單元使用浮柵技術，當施加編程電壓時，存儲一位或多位的信息于浮柵中。浮柵閃速存儲器設備的操作為本領域的技術人員所知，為簡潔起見說明書在此將不贅述。最近，可以符合增加存儲器密度的需求的其他技術取代浮柵技術，舉例來說，SONOS(硅-氧-氮-氧-硅化物)技術已成為許多應用的主流。在SONOS單元中，單元包括硅化層(S)、氧化層(O)、氮化層(N)、另一氧化層(O)及另一硅化層(S)。適當?shù)木幊屉妷菏┘佑赟ONOS堆疊，產(chǎn)生一位的數(shù)據(jù)或電荷以存儲于氮化層中。通過施加適當?shù)淖x取電壓于SONOS單元，可以決定這個單元是否已被編程。
雖然公知的存儲器單元的設計，如SONOS的發(fā)展，已具有相當?shù)倪M展，然而公知存儲器結(jié)構(gòu)無法必然符合新技術持續(xù)推進的存儲器新需求。就此，未來這樣的需求將持續(xù)甚至增加，發(fā)展存儲器結(jié)構(gòu)設計及制造的新技術是很重要的，其中的一種新技術包括薄膜存儲器單元。薄膜沉積為將材料的薄膜沉積于襯底或先前沉積層上的任何一種技術。薄是相對字，但是大部分此類沉積技術將層的厚度控制在幾百個納米之間，且某些沉積技術使一點點的層在某一時間沉積，通過此薄膜結(jié)構(gòu)可以降低整體的尺寸及增加密度，如通過堆疊薄膜結(jié)構(gòu)?？上?，薄膜設備的可靠度并非必然如同使用更常見的沉積技術建構(gòu)的設備。因此，薄膜結(jié)構(gòu)因其固有的可靠度問題，使其在許多應用上受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種包括堆疊的存儲器單元的存儲器單元結(jié)構(gòu)，此堆疊的存儲器單元可以是閃速存儲器單元，堆疊的存儲器單元之一為薄膜閃速存儲器單元。
一方面來說，存儲器單元結(jié)構(gòu)可以作為一種四位存儲器單元結(jié)構(gòu)，相比于公知的存儲器單元結(jié)構(gòu)，此存儲器單元結(jié)構(gòu)可以增加密度。
另一方面來說，堆疊閃速存儲器單元可以作為一種主存儲器單元，而其他閃速存儲器單元可供作冗余或錯誤校正。
另一方面來說，多個存儲器單元可以堆疊，以進一步增加存儲器密度。
本發(fā)明的這些及其他特征、方面及實施例詳細說明于″具體實施方式
″的段落中。


本發(fā)明的特征、方面及實施例將參考附圖加以說明，其中圖1說明根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法，結(jié)合多個閃速存儲器單元的存儲器結(jié)構(gòu)的例子；圖2說明根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法的存儲器結(jié)構(gòu)的例子；圖3說明根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法的存儲器結(jié)構(gòu)的例子；圖4A至圖4D說明制造存儲器結(jié)構(gòu)的方法的例子，此存儲器結(jié)構(gòu)包括根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法的實施例中的閃速存儲器單元。
圖號說明100、200、300存儲器單元結(jié)構(gòu)102第一閃速存儲器單元層104第二閃速存儲器單元層106多晶硅柵極108、240、406硅襯底110、124氧化層
112、126氮化層114、128氧化層116、210、310硅襯底閃速存儲器單元118、132、218、222、226、230、318、322、408、422源極120、134、220、224、228、232、320、324、410、424漏極122、244、248、338、340、342、418多晶硅襯底130、206、208、210、212、214、216、310、312、314、316閃速存儲器單元136、138、232、234、236、238、344、348、352、402、416ONO層202、204、206、208、302、304、306、308閃速存儲器單元層250、252、350絕緣氧化層254、256、334、336多晶硅柵極層334、336多晶硅線404、414、420光阻層412、418多晶硅層426氧化層具體實施方式
下述的系統(tǒng)及方法針對結(jié)合多個閃速存儲器單元的存儲器單元結(jié)構(gòu)。在此實施例中，閃速存儲器單元為一般的SONOS單元，然而，并不將在此所述的系統(tǒng)及方法限制于SONOS單元的使用?？梢郧宄私獾氖?，為達到下述的優(yōu)點，其他及未來的閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)可以使用在此所述的系統(tǒng)及方法。再者，下述的存儲器結(jié)構(gòu)的特定實施例結(jié)合多個閃速存儲器單元，然而，不能以在此所述的特定實施例限制其他特定構(gòu)造或設計使用在此所述的系統(tǒng)及方法?？梢郧宄私獾氖情W速存儲器單元的其他結(jié)合、堆疊及安排都是可能的。
圖1說明根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法，結(jié)合多個閃速存儲器單元的存儲器單元結(jié)構(gòu)100的例子。如圖所示，存儲器單元結(jié)構(gòu)100包括第一閃速存儲器單元層102及第二閃速存儲器單元層104。在此例中，第一閃速存儲器單元102包括硅襯底閃速存儲器單元116。硅襯底閃速存儲器單元116包括位于硅襯底108上的多晶硅柵極106，且多晶硅柵極106與硅襯底108以ONO(氧-氮-氧化物)層136絕緣。ONO層136由氧化層110、氮化層112及氧化層114所形成，所以，在圖1的實施例中，硅襯底閃速存儲器單元116為SONOS閃速存儲器單元。硅襯底閃速存儲器單元116也包括通過如植入的源極118及漏極120。
第二閃速存儲器單元層104也包括閃速存儲器單元130。在圖1的實施例中，閃速存儲器單元130使用薄膜沉積技術而沉積于硅襯底閃速存儲器單元116之上，即閃速存儲器單元130為薄膜結(jié)構(gòu)。多晶硅層106可以作為閃速存儲器單元130的柵極，之后，多晶硅襯底122可以形成單元130的襯底，且可包括以如植入技術形成的源極及漏極區(qū)域132及134。多晶硅柵極106可以通過ONO層138而與襯底122絕緣，其中ONO層138包括氧化層124、氮化層126及氧化層128。因此，閃速存儲器單元130也是一種SONOS閃速存儲器單元，但是與硅襯底閃速存儲器單元116不同的是，閃速存儲器單元130為薄膜結(jié)構(gòu)。
如圖所示，硅襯底閃速存儲器單元116及閃速存儲器單元130共用多晶硅柵極106。在一個實施例中，柵極106可以是N型多晶硅層。在此結(jié)構(gòu)下，較佳地包括共用多晶硅線，可以用于減少存儲器單元結(jié)構(gòu)100的尺寸及復雜度。然而，如下所述，其他實施例的建構(gòu)可以不使用共用多晶硅線。
可以了解的是每個SONOS單元116及130可以配置為存儲兩位。因此，存儲器單元結(jié)構(gòu)100可以用于達成緊密(compact)四位單元，且因此增加存儲器的密度。通過堆疊如多個薄膜、SONOS閃速存儲器單元的多個單元在硅襯底閃速存儲器單元116之上，可以達到明顯增加密度。
在特定的實施例中，硅襯底閃速存儲器單元116可以作為冗余單元或錯誤校正單元。相比于薄膜單元，硅襯底閃速存儲器單元116因其具有較好的可靠度，也可以作為高效存儲器單元。因此，相比于公知的存儲器單元結(jié)構(gòu)，存儲器單元結(jié)構(gòu)100不僅可以達到較高的效率，且相比于公知堆疊存儲器設備，如僅僅使用薄膜結(jié)構(gòu)，存儲器單元結(jié)構(gòu)100可以達到較高的密度。
如前所述，可以通過在硅襯底單元結(jié)構(gòu)之上堆疊多個存儲器單元結(jié)構(gòu)達到增加密度。舉例來說，圖2說明根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法，包括多個堆疊存儲器單元的存儲器單元結(jié)構(gòu)200的例子。存儲器單元結(jié)構(gòu)200包括四個閃速存儲器單元層202、204、206及208。閃速存儲器單元層208為硅襯底，如圖2所示。因此，閃速存儲器單元層208包括有多晶硅柵極層254的硅襯底閃速存儲器單元210，多晶硅柵極層254通過ONO層238而與硅襯底240絕緣。閃速存儲器單元210還包括源極區(qū)域218及漏極區(qū)域220。
閃速存儲器單元層206堆疊在閃速存儲器單元層208之上，且包括閃速存儲器單元212。如圖所示，閃速存儲器單元212與閃速存儲器單元210共用多晶硅柵極層254，閃速存儲器單元212的襯底由多晶硅襯底242形成，且多晶硅襯底242通過ONO層236與多晶硅柵極層254絕緣。如圖所示，在多晶硅襯底242中形成源極及漏極區(qū)域222及224，閃速存儲器單元212通過如薄膜沉積技術形成于硅襯底閃速存儲器單元210之上。
閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)200可以還包括閃速存儲器單元層204，閃速存儲器單元層204堆疊在閃速存儲器單元層206及208之上。閃速存儲器單元層204可以包括閃速存儲器單元214。閃速存儲器單元214可以包括由多晶硅柵極層256形成的柵極，且多晶硅柵極層256通過ONO層234與多晶硅襯底244絕緣。閃速存儲器單元214還包括植入多晶硅襯底244中的源極及漏極區(qū)域226及228。如圖所示，閃速存儲器單元層204可以通過絕緣氧化層250而與閃速存儲器單元層206及208絕緣。然而，顯而易見的是根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法，閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)的其他實施例可以配置為包括閃速存儲器單元層204，且共用多晶硅襯底，而閃速存儲器單元214及212的源極及漏極區(qū)域形成于此多晶硅襯底中。
相比于公知的閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)，閃速存儲器單元層204可以進一步用于增加閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)200的密度。閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)200可以還包括另一閃速存儲器單元層202，此閃速存儲器單元層202堆疊于閃速存儲器單元層204之上，因此，閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)200的密度可以更進一步的增加。
閃速存儲器單元層202可以包括閃速存儲器單元216，閃速存儲器單元216包括由多晶硅柵極層256形成的柵極，且多晶硅柵極層256通過ONO層232與多晶硅襯底248絕緣。閃速存儲器單元216也可以包括植入多晶硅襯底248中的源極及漏極區(qū)域230及232。絕緣氧化層252可以沉積于閃速存儲器單元層202之上。
每個閃速存儲器單元層202、204、206及208可以使用如薄膜沉積技術沉積于硅襯底閃速存儲器單元層208之上。因此，閃速存儲器單元212、214及216可以是薄膜閃速存儲器單元。再者，多晶硅柵極層可如圖所示般被共用，以降低存儲器單元結(jié)構(gòu)200的尺寸及復雜度?？梢郧宄私獾氖切纬砷W速存儲器單元的其他實施例可以不共用、不使用任一共用多晶硅線，如多晶硅線254及256。也可以清楚了解的是閃速存儲器單元210、212、214及216為SONOS閃速存儲器單元。
閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)200可以視實施例而定，用于形成兩個四位的存儲器單元或一個八位的存儲器單元。一個四位的存儲器單元可以由閃速存儲器單元216及214形成，而另一個四位的存儲器單元可以由閃速存儲器單元212及210形成。視實施例而定，此四位的存儲器單元可以作為主存儲器單元，而其他存儲器單元可以作為冗余單元或錯誤校正單元。在某些單元，如單元216及212，也可以作為存儲器單元，而其他單元，如單元214及210作為冗余單元或錯誤校正單元。
絕緣氧化層250并非必要，且可視實施例而予以刪除。圖3說明存儲器單元結(jié)構(gòu)300，其也包括四個閃速存儲器單元層302、304、306及308，但是不包括絕緣氧化層，如絕緣氧化層250。因此，存儲器單元結(jié)構(gòu)300包括有閃速存儲器單元310的硅襯底閃速存儲器單元層308。閃速存儲器單元310可以包括由多晶硅柵極層334形成的柵極，且多晶硅柵極層334通過ONO層348與多晶硅襯底338絕緣。閃速存儲器單元310也可以包括植入硅襯底338中的源極318及漏極320。存儲器單元結(jié)構(gòu)300也可以視實施例而定，包括有閃速存儲器單元312的閃速存儲器單元層306，閃速存儲器單元層306沉積于硅襯底閃速存儲器單元層308之上。閃速存儲器單元層306可以包括閃速存儲器單元312，閃速存儲器單元312包括由共用的多晶硅柵極層334形成的柵極，且多晶硅柵極層334通過ONO層352與多晶硅襯底340絕緣。閃速存儲器單元312也可以包括源極及漏極322及324。
閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)300也可以包括沉積于閃速存儲器單元層306之上的閃速存儲器單元層304。閃速存儲器單元層304可以包括閃速存儲器單元314。閃速存儲器單元314可以包括由多晶硅柵極層336形成的柵極，且多晶硅柵極層336通過ONO層346與共用的多晶硅襯底340絕緣。閃速存儲器單元314也可以包括分別植入共用的多晶硅襯底340的源極及漏極322及324。
閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)300還包括沉積于閃速存儲器單元層304之上的閃速存儲器單元層302。閃速存儲器單元層302可以包括閃速存儲器單元316，閃速存儲器單元316包括由共用的多晶硅柵極層336形成的柵極，且多晶硅柵極層336通過ONO層344與多晶硅襯底342絕緣。源極及漏極330及332可以分別植入硅襯底342。絕緣氧化層350可以沉積于多晶硅襯底342之上。
因此，閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)300將共用的多晶硅線334及336如同共用的多晶硅襯底340及342般使用。使用此類共用的多晶硅線及襯底可以降低根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法所配置的存儲器單元結(jié)構(gòu)的尺寸及復雜度，因此較佳。然而，如圖2所述，在其他實施例中，某些閃速存儲器單元層與其他某些閃速存儲器單元絕緣也是可能的。
一般而言，通過此方式堆疊多個SONOS單元，可以符合增加存儲器密度的需求。多個堆疊的閃速存儲器單元，如堆疊的SONOS單元一般可以提供在特定區(qū)域內(nèi)較多的存儲位。
圖1至圖3說明根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法，包括多個閃速存儲器單元的存儲器結(jié)構(gòu)之具體實施例。然而，可以清楚了解的是在此所述的系統(tǒng)及方法并不僅僅限制在圖1至圖3所述的實施例。舉例來說，其他實施例可以根據(jù)未示出于圖1至圖3的實施例，使用共用的多晶硅線或不使用共用的多晶硅線。
視實施例而定，閃速存儲器可以用于，如錯誤校正單元或存儲器存儲單元。閃速存儲器單元會視根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法所配置的閃速結(jié)構(gòu)的具體實施例而使用閃速存儲器。因此，以下將會詳述在特定的實施例中的具體需求情況，如何使用閃速存儲器單元。
圖4A至圖4D說明制造存儲器結(jié)構(gòu)的方法的例子，此存儲器結(jié)構(gòu)包括根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法的實施例中的閃速存儲器單元。此過程開始于圖4A中，在硅襯底406上沉積ONO層402。之后，可以在ONO層402上沉積光阻404。在下一個步驟，光阻404可以利用光定義。之后，可以使用電子植入以在硅襯底406內(nèi)定義源極408及漏極410。
之后，如圖4B所示，將圖4A中的光阻層404移除且沉積下一個多晶硅層(在此例中為N型層412)?？梢粤私獾氖嵌嗑Ч鑼?12可以沉積在前述光定義的區(qū)域中，之后，可以將光阻層414沉積于多晶硅層412之上，且光阻層414可以在下一個步驟以光定義。之后，依下一個步驟所需將多晶硅層412以多晶硅蝕刻。
在下一個步驟，如圖4C所示，光阻層414被移除。在此步驟之后沉積氧化層，在下一個步驟回蝕此氧化層，再沉積ONO層416。之后，可以沉積P型多晶硅層418，且將光阻層420沉積于多晶硅層418之上。之后，光阻層420可以光定義。之后，可以使用電子植入以在多晶硅襯底418內(nèi)定義源極422及漏極424。
之后，如圖4D所示，將圖4C的光阻層420移除，且將氧化層426沉積于結(jié)構(gòu)之上。圖4D也說明存儲四位于一個存儲器結(jié)構(gòu)的例子中，其標示為圓圈1、2、3及4。這些位可以存儲在氮化層內(nèi)電荷的局部區(qū)域。此氮化層不會導電，因此，可″躍遷″過氧化層的電位阻障的這些電子，當其從源極至漏極時將被俘獲。當這些電子從源極至漏極時獲得能量，因此非常有可能會″躍遷″過接近漏極的氧化層的電位阻障，這就是為什么圓圈2及4接近漏極。需要注意的是為了編程以圓圈1及3代表的位時，源極及漏極的功能反轉(zhuǎn)，如施加電位，使得電子流向反向流動。當一位被編程時，如在局部區(qū)域存儲的電荷以圓圈代表，其可以如邏輯″0″表示，而當缺少電荷時，可以如邏輯″1″表示。依此方法，數(shù)據(jù)的位可以存儲在存儲器設備中。
說明于圖4A至圖4D的過程僅為制造存儲器結(jié)構(gòu)的例子，其中此存儲器結(jié)構(gòu)包括根據(jù)在此所述的系統(tǒng)及方法的閃速存儲器單元?？梢粤私獾氖?，可以使用其他過程或技術以達到包括配置于此的閃速存儲器單元的存儲器結(jié)構(gòu)。
雖然本發(fā)明的特定實施例已如前所述，可以了解的是這些實施例僅為例子，本發(fā)明并不限于這些實施例，而是由下列的權利要求所界定，而權利要求所述伴隨之前的說明及附圖。
權利要求
1.一種存儲器結(jié)構(gòu)，包括硅襯底閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)，包括硅襯底閃速存儲器單元；以及薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)，包括薄膜閃速存儲器單元，該薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)形成于該硅襯底閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)之上。
2.如權利要求1所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其中該硅襯底閃速存儲器單元為硅-氧-氮-氧-硅化物閃速存儲器單元。
3.如權利要求1所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其中該薄膜閃速存儲器單元為硅-氧-氮-氧-硅化物閃速存儲器單元。
4.如權利要求1所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其中該硅襯底閃速存儲器單元及該薄膜閃速存儲器單元包括由共用的多晶硅柵極層所形成的柵極。
5.如權利要求1所述的存儲器結(jié)構(gòu)，還包括多個包括薄膜閃速存儲器單元的薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)，該薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)形成于該硅襯底閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)之上。
6.如權利要求5所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其中該多個薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)中至少一些薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)與其他薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)通過絕緣氧化層而絕緣。
7.如權利要求5所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其中該多個薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)中至少一些薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)共用多晶硅襯底。
8.如權利要求5所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其中該多個薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)中至少一些薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)包括共用的多晶硅柵極層所形成的柵極。
9.如權利要求1所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其中該硅襯底閃速存儲器單元作為冗余單元。
10.如權利要求1所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其中該硅襯底閃速存儲器單元用作為錯誤校正單元。
11.如權利要求1所述的存儲器結(jié)構(gòu)，其中該硅襯底閃速存儲器單元及該薄膜閃速存儲器單元形成四位存儲器單元。
12.一種制造存儲器結(jié)構(gòu)的方法，該存儲器結(jié)構(gòu)包括多個薄膜閃速存儲器單元層，該方法包括制造硅襯底閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)；以及在該硅襯底閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)之上制造薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)。
13.如權利要求12所述的方法，其中制造該硅襯底閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)包括在硅襯底之上形成氧-氮-氧化物層；以及在該硅襯底之中形成源極及漏極區(qū)域。
14.如權利要求13所述的方法，其中制造該硅襯底閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)還包括在該氧-氮-氧化物層之上形成N型多晶硅層。
15.如權利要求14所述的方法，其中制造該薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)包括蝕刻該N型多晶硅層。
16.如權利要求15所述的方法，其中制造該薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)還包括在該N型多晶硅層之上沉積氧化層，以及蝕刻該些沉積的氧化層。
17.如權利要求16所述的方法，其中制造該薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)還包括在該N型多晶硅層之上形成氧-氮-氧化物層，以及在該氧-氮-氧化物之上沉積P型多晶硅層。
18.如權利要求17所述的方法，其中制造該薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)還包括在該硅襯底之中形成源極及漏極區(qū)域。
19.如權利要求18所述的方法，其中制造該薄膜閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)還包括在該P型多晶硅層之上沉積絕緣氧化層。
20.一種制造存儲器結(jié)構(gòu)之方法，該存儲器結(jié)構(gòu)包括多個薄膜閃速存儲器單元層，該方法包括制造第一閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)；在該制造的第一閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)之上制造第二閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)；在該制造的第二閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)之上制造第三閃速存儲器單元；以及在該制造的第三閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)之上制造第四閃速存儲器單元，其中至少該閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)為非薄膜存儲器單元結(jié)構(gòu)。
21.如權利要求20所述的方法，其中絕緣氧化層形成于該第二及該第三閃速存儲器單元結(jié)構(gòu)之間。
全文摘要
一種結(jié)合多個嵌入式閃速存儲器的存儲器結(jié)構(gòu)。這些閃速存儲器可以用于如錯誤校正單元或備用存儲器或額外存儲器單元。一方面，閃速存儲器單元堆疊在閃速存儲器單元的頂部，且這些閃速存儲器單元共用柵極層。另一方面，這些對堆疊的閃速存儲器單元互相堆疊，且每一對以絕緣氧化層絕緣。另一方面，這些對堆疊的閃速存儲器單元以未絕緣的配置互相堆疊。
文檔編號H01L21/8247GK1953185SQ20061013889
公開日2007年4月25日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權日2005年10月21日
發(fā)明者吳昭誼 申請人:旺宏電子股份有限公司