发明名称 一种PN接面浮动闸电子拭除式可程式唯读记忆体与快闪拭除式可程式唯读记忆体及其制法
摘要 本发明提出一种复态(multi-state)的电子拭除式可程式唯读记忆体(EEPROM)与快闪拭除式可程式唯读记忆体(FLASHEPROM)元件,以一PN接面浮动闸极来达到电荷控制,此浮动闸极包含通道区上方的N型电容与场氧化物区上方的P型电容。制作此元件需要额外一道光罩和一次P+/N+植入,以代替POCl3掺杂。此元件的临界电压,可以藉P型电容Cfp与N型电容Cfn的比例控制得很好,而「读出」与「写入」的耦合比与目前N型浮动闸完全一样,对电子拭除式可程式唯读记忆体的汲极、或快闪拭除式可程式唯读记忆体的源极,拭除效率提高了1.5伏的电压。同时也需要一个良好的PN接面浮动闸,反向偏压为7伏时,反接面漏电小于10pA,以便在使N型电容放电时,不致影响P型电容。
申请公布号 TW288209 申请公布日期 1996.10.11
申请号 TW085101926 申请日期 1996.02.15
申请人 台湾积体电路制造股份有限公司 发明人 纪高敏
分类号 H01L27/115 主分类号 H01L27/115
代理机构 代理人 陈惠蓉 台北巿松德路一七一号二楼
主权项 1. 一种制作浮动闸唯读记忆体元件的方法,系包含:预备一面淡掺杂P@su-半导体基板;在该基板内形成掺杂的源极与汲极区;在该基板的表面形成一层隧道氧化层与场氧化物区;由第一复晶矽层制作成一PN接面浮动闸极,该第一复晶矽层包含一个位在隧道氧化层上的N掺杂区,与至少一个位在场氧化物区上,并与N掺杂区接邻的P掺杂区;形成一层闸极夹层电极绝缘层,覆盖该PN浮动闸极;由第二层复晶矽层制作成一复晶矽控制闸极,覆盖该闸极夹层电极绝缘层;形成另一层绝缘层,覆盖该控制闸极。2. 根据申请专利范围第1项之方法,其中该PN接面的制作步骤系包含:在该隧道氧化层与场氧化物区上,沉积该第一复晶矽层;对该第一复晶矽层进行P型电容离子植入;在该场氧化物区上形成一层光罩,开窗位在该隧道氧化层上;经该光罩的开窗,对隧道氧化层上的第一复晶矽层,进行N型电容离子植入。3. 根据申请专利范围第1项之方法,其中该PN接面的制作步骤还包含:对该第一复晶矽层所进行的第一复晶矽层P型电容离子植入,系以全面无光罩P型植入,将P-硼离子植入到第一复晶矽层,剂量约在110@su1@su4/公分@su2至310@su1@su4/公分@su2之间;在元件上形成第一复晶矽层N型电容离子植入光罩,其上带有开窗,随即经该光罩的开窗,对部份的第一复晶矽层进行N型电容离子植入,所用N型离子系由砷与磷中选出,而在该隧道氧化层上形成N@su+掺杂区,N@su+离子的剂量约在110@su1@su5/公分@su2至310@su1@su5/公分@su2之间。4. 根据申请专利范围第3项之方法,其中为形成该PN接面所植入的N离子,植入的能量约在70k电子伏特至100k电子伏特之间,而P离子植入的能量约在30k电子伏特至50k电子伏特之间。5. 根据申请专利范围第4项之方法,其中:在第一复晶矽层内P杂质的总浓度约在610@su1@su8离子/公分@su3至210@su1@su9离子/公分@su3之间;在第一复晶矽层内N杂质的总浓度约在610@su1@su9离子/公分@su3至210@su2@su0离子/公分@su3之间。6. 根据申请专利范围第2项之方法,其中该PN接面的制作步骤还包含:对该第一复晶矽层所进行的第一复晶矽层P型电容离子植入,系以全面无光罩P型植入,将P@su-硼离子植入到第一复晶矽层,剂量约在110@su1@su4/公分@su2至310@su1@su4/公分@su2之间;在元件上形成第一复晶矽层N型电容离子植入光罩,其上带有开窗后,随即经该光罩的开窗,对部份的第一复晶矽层进行N型电容离子植入,所用N型离子系由砷与磷中选出,而在该隧道氧化层上形成N@su+掺杂区,N@su+离子的剂量约在110@su1@su5/公分@su2至310@su1@su5/公分@su2之间。7. 根据申请专利范围第6项之方法,其中为形成该PN接面所植入的N离子,植入的能量约在70k电子伏特至100k电子伏特之间,而P离子植入的能量约在30k电子伏特至50k电子伏特之间。8. 根据申请专利范围第7项之方法,其中:在第一复晶矽层内P杂质的总浓度约在610@su1@su8离子/公分@su3至210@su1@su9离子/公分@su3之间;在第一复晶矽层内N杂质的总浓度约在610@su1@su9离子/公分@su3至210@su2@su0离子/公分@su3之间。9. 根据申请专利范围第6项之方法,其中为形成该PN接面所植入的N离子,植入的能量约在70k电子伏特至100k电子伏特之间,而P离子植入的能量约在30k电子伏特至50k电子伏特之间;在第一复晶矽层内P杂质的总浓度约在610@su1@su8离子/公分@su3至210@su1@su9离子/公分@su3之间;在第一复晶矽层内N杂质的总浓度约在610@su1@su9离子/公分@su3至210@su2@su0离子/公分@su3之间。10. 根据申请专利范围第9项制作浮动闸唯读记忆体元件之方法,其中该第一复晶矽层厚度约在1500埃至2000埃之间。11. 一种制作浮动闸唯读记忆体元件的方法,系包含:预备一面淡掺杂P@su-半导体基板;在该基板内形成掺杂的源极与汲极区;在该基板的表面形成一层隧道氧化层与场氧化物区,并形成PN接面浮动闸极,由掺杂之复晶矽层作成,包含一个位在隧道氧化层上的N掺杂区,与至少一个位在场氧化物区上,并与N掺杂区接邻的P掺杂区;形成一层复晶矽夹层氧化物-氮化物-氧化物绝缘层,覆盖该PN浮动闸极;形成一复晶矽控制闸极,覆盖该氧化物-氮化物-氧化物绝缘层;形成另一层绝缘层,覆盖该控制闸极,其上带有通孔开,往下通至汲极区;在该另一层绝缘层上形成电性接触,往下延伸至通孔开窗内,而接触到汲极区。12. 根据申请专利范围第11项之方法,其中该PN接面的制作步骤系包含:在该隧道氧化层与场氧化物区上,沉积该第一复晶矽层;对该第一复晶矽层进行P型电容离子植入;在该场氧化物区上形成一层光罩,开窗位在该隧道氧化层上;经该光罩的开窗,对隧道氧化层上的第一复晶矽层,进行N型电容离子植入。13. 根据申请专利范围第11项之方法,其中该PN接面的制作步骤系另外包含:对该第一复晶矽层进行第一复晶矽层P型电容离子植入,系以全面无光罩P型植入,将P-硼离子植入到第一复晶矽层,剂量约在110@su1@su4/公分@su2至310@su1@su4/公分@su2之间;在元件上形成第一复晶矽层N型电容离子植入光罩,其上带有开窗,随即经该光罩的开窗,对部份的第一复晶矽层进行N型电容离子植入,所用N型离子系由砷与磷中选出,而在该隧道氧化层上形成N@su+掺杂区,N@su+离子的剂量约在110@su1@su5/公分@su2至310@su1@su5/公分@su2之间。14. 根据申请专利范围第13项之方法,其中为形成该PN接面所植入的N离子,植入的能量约在70k电子伏特至100k电子伏特之间,而P离子植入的能量约在30k电子伏特至50k电子伏特之间。15. 根据申请专利范围第14项之方法,其中在第一复晶矽层内P杂质的总浓度约在610@su1@su8离子/公分@su3至210@su1@su9离子/公分@su3之间;在第一复晶矽层内N杂质的总浓度约在610@su1@su9离子/公分@su3至210@su2@su0离子/公分@su3之间。16. 根据申请专利范围第12项之方法,其中该PN接面的制作步骤系另外包含:对该第一复晶矽层进行第一复晶矽层P型电容离子植入,系以全面无光罩P型植入,将P@su-硼离子植入到第一复晶矽层,剂量约在110@su1@su4/公分@su2至310@su1@su4/公分@su2之间;在元件上形成第一复晶矽层N型电容离子植入光罩,其上形成开窗后,随即经该光罩的开窗,对部份的第一复晶矽层进行N型电容离子植入,所用N型离子系由砷与磷中选出,而在该隧道氧化层上形成N@su+掺杂区,N@su+离子的剂量约在110@su1@su5/公分@su2至310@su1@su5/公分@su2之间。17. 根据申请专利范围第16项之方法,其中为形成该PN接面所植入的N离子,植入的能量约在70k电子伏特至100k电子伏特之间,而P离子植入的能量约在30k电子伏特至50k电子伏特之间。18. 根据申请专利范围第17项之方法,其中在第一复晶矽层内P杂质的总浓度约在610@su1@su8离子/公分@su3至210@su1@su9离子/公分@su3之间;在第一复晶矽层内N杂质的总浓度约在610@su1@su9离子/公分@su3至210@su2@su0离子/公分@su3之间。19. 根据申请专利范围第16项之方法,其中为形成该PN接面所植入的N离子,植入的能量约在70k电子伏特至100k电子伏特之间,而P离子植入的能量约在30k电子伏特至50k电子伏特之间;在第一复晶矽层内P杂质的总浓度约在610@su1@su8离子/公分@su3至210@su1@su9离子/公分@su3之间;在第一复晶矽层内N杂质的总浓度约在610@su1@su9离子/公分@su3至210@su2@su0离子/公分@su3之间。20. 根据申请专利范围第19项制作浮动闸唯读记忆体元件之方法,其中该第一复晶矽层厚度约在1500埃至2000埃之间。21. 一种浮动闸极唯读记忆体元件,系包含:一面淡掺杂P@su-半导体基板;在该基板内的掺杂源极区与掺杂汲极区;一层隧道氧化层与场氧化物区,位在基板表面上,和一个PN接面浮动闸极,由掺杂的复晶矽层作成,包含一个位在隧道氧化层上的N掺杂区,与至少一个位在场氧化物区上,并与该N掺杂区接邻而形成一个PN接面的P掺杂区;一层闸极夹层电极绝缘层,覆盖着该PN浮动闸极;一复晶矽控制闸极,覆盖该闸极夹层电极绝缘层;另一层绝缘层,覆盖该控制闸极。22. 根据申请专利范围第21项之元件,其中PN接面系包含:一层第一复晶矽层,位在该隧道氧化层与场氧化物区上;一P型电容,包含该第一复晶矽层中的一个离子植入区,位在该场氧化物区上方,形成一个植入于该第一复晶矽层内的N型电容植入区,而位于该隧道氧化物区上方。23. 根据申请专利范围第21项之元件,其中该PN接面系包含:一个第一复晶矽层P型电容离子植入区,系以全面无光罩P型植入,将P@su-硼离子植入到该第一复晶矽层,剂量约在110@su1@su4/公分@su2至310@su1@su4/公分@su2之间;一个第一复晶矽层N型电容离子植入区,系将由砷与磷中选出的N型离子,植入于第一复晶矽层的一部份,而在该隧道氧化层上形成N@su+掺杂区,N@su+离子的剂量约在110@su1@su5/公分@su2至310@su1@su5/公分@su2之间。24. 根据申请专利范围第23项之元件,其中该PN接面所植入的N离子,能量约在70k电子伏特至100k电子伏特之间,而P离子植入的能量约在30k电子伏特至50k电子伏特之间。25. 根据申请专利范围第24项之元件,其中在第一复晶矽层内P杂质的总浓度约在610@su1@su8离子/公分@su3至210@su1@su9离子/公分@su3之间;在第一复晶矽层内N杂质的总浓度约在610@su1@su9离子/公分@su3至210@su2@su0离子/公分@su3之间。26. 根据申请专利范围第22项之元件,其中该PN接面系包含:一个第一复晶矽层P型电容离子植入区,系以全面无光罩P型植入,将P@su-硼离子植入到第一复晶矽层,剂量约在110@su1@su4/公分@su2至310@su1@su4/公分@su2之间;一个第一复晶矽层N型电容离子植入区,系经光罩上的开窗,对部份的第一复晶矽层进行N型电容离子植入,所用N型离子系由砷与磷中选出,而在该隧道氧化层上形成N@su+掺杂区,N@su+离子的剂量约在110@su1@su5/公分@su2至310@su1@su5/公分@su2之间。27. 根据申请专利范围第26项之元件,其中该PN接面所植入的N离子,植入的能量约在70k电子伏特至100k电子伏特之间,而P离子植入的能量约在30k电子伏特至50k电子伏特之间。28. 根据申请专利范围第27项之元件,其中在第一复晶矽层内P杂质的总浓度约在610@su1@su8离子/公分@su3至210@su1@su9离子/公分@su3之间;在第一复晶矽层内N杂质的总浓度约在610@su1@su9离子/公分@su3至210@su2@su0离子/公分@su3之间。29. 根据申请专利范围第26项之元件,其中该PN接面所植入的N离子,植入的能量约在70k电子伏特至100k电子伏特之间,而P离子植入的能量约在30k电子伏特至50k电子伏特之间;在第一复晶矽层内P杂质的总浓度约在610@su1@su8离子/公分@su3至210@su1@su9离子/公分@su3之间;在第一复晶矽层内N杂质的总浓度约在610@su1@su9离子/公分@su3至210@su2@su0离子/公分@su3之间。30. 根据申请专利范围第29项之浮动闸唯读记忆体元件,其中该第一复晶矽层厚度约在1500埃至2000埃之间。31. 一种浮动闸极唯读记忆体元件,系包含:一面淡掺杂P@su-半导体基板;在该基板内的掺杂源极区与掺杂汲极区;一层隧道氧化层与场氧化物区,位在基板表面上,和一PN接面浮动闸极,由掺杂的复晶矽层作成,包含一个位在隧道氧化层上的N掺杂区,与至少一个位在场氧化物区上,并与该N掺杂区接邻而形成一个PN接面的P掺杂区;一层复晶矽夹层氧化物-氮化物-氧化物绝缘层,覆盖着该PN浮动闸极;一复晶矽控制闸极,覆盖该复晶矽夹层氧化物-氮化物-氧化物绝缘层;另一层绝缘层,覆盖该控制闸极,其上带有通孔开窗,往下通至汲极区;以及一电性接触层,覆盖在该另一层绝缘层上,并往下延伸至通孔开窗内,而接触到汲极区。32. 根据申请专利范围第31项之浮动闸唯读记忆体元件,系包含:一个控制闸极电压V@ssg,接至控制电极的第一节点N@ss1上;该第一节点N@ss1经由一个N型浮动闸电容C@ssf@ssn与一个第二节点N@ss2连接,该第二节点N@ss2由浮动闸电极的N@su+区组成,并经由一个电容C@ssg@ssd与汲极区连接,使浮动闸与汲极区耦合;该汲极区则接至汲极区电压V@ssd;该第二节点N@ss2经由基板与浮动闸之间的电容C@ssg@ssb与基板电压V@ssb相连,且经源极与浮动闸之间的电容C@ssg@sss与源极电压V@sss相连;该第一节点N@ss1经由P型浮动闸电容C@ssf@ssp与一第三节点N@ss3连接,该第三节点N@ss3则经由浮动闸中所形成的一个PN二极体与该第二节点N@ss2相连,并且该第三节点N@ss3另外又经由一个电容C@ssj与该第二节点N@ss2相连。图示简单说明:图1A的平面图,是根据本发明在一面P@su-掺杂基板所制作的拭除式可程式唯读记忆体半导体记忆元件,其中带有一个拭除式可程式唯读记忆体的细胞阵列。图1B是图1A的元件依直线1B-1B切开的横剖面图,其中半导体基板上有一隧道氧化层(闸极氧化层)与场氧化物区,其上的复晶矽层中具有PNP浮动闸电极的三区域(一P@su+掺杂区、一N@su+掺杂区、一P@su+掺杂区)。图1C是图1A的元件10依直线1C-1C切开的横剖面图,跨越了拭除式可程式唯读记忆体元件的浮动闸与控制闸电极,在元件基板内并有掺杂的源极与汲极。图2是图1A至1C元件的相等电路,说明通入的电压、结构中各个电容、与控制闸中的PN二极体。
地址 新竹科学工业园区园区三路一二一号