TW200834894A - Non-volatile memory devices and methods of manufacturing the same - Google Patents

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200834894 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於非揮發性記憶體裝置及其製造方法。更特 定而言，本發明係關於包含一電荷捕獲層之非揮發性記情 體裝置及其製造方法。 °心 【先前技術】 ‘ 積體電路（例如，半導體）記憶體裝置一般分類為揮發性 或非揮發性記憶體裝置。揮發性記憶體裝置（例如，動離 _ 隨機存取記憶體（dram)裝置及靜態隨機存取記憶體 (SRAM)裝置）具有相對高的輸入/輸出（1/〇)速度。然而，揮 發性半導體記憶體裝置在斷電時丟失儲存於其中之資料。 另一方面，雖然非揮發性記憶體裝置（例如，電可擦除可 程式化唯讀記憶體（EEPROM)裝置及/或快閃記憶體裝置） 通常具有相對慢的I/O速度，但非揮發性記憶體裝置能夠 在斷電時維持儲存於其中之資料。 φ 在EEPR〇M裝置中，資料係以電方式儲存，亦即，藉由 一富勒-諾德漢（F-N)隧穿機制及/或一通道熱電子注入機制 進行程式化或擦除。快閃記憶體裝置一般分類為一浮動閘 ， 極類型或一電荷捕獲類型，諸如，矽-氧化物-氮化物-氧化 ， 物半導體（SONOS)類型裝置或金屬-氧化物-氮化物_氧化物 半導體（MONOS)類型裝置。 電荷捕獲類型非揮發性記憶體裝置通常包含：一隧穿絕 緣層，其形成於一半導體基板之一通道區上；一電荷捕獲 層，其用於自該通道區捕獲電子；一介電層，其形成於該 127957.doc 200834894 電荷捕獲層上；一閘電極，其形成於該介電層上；間隔 物，其形成於該閘電極之侧壁上；及源極/汲極區，其毗 鄰該通道區形成於該半導體基板之表面部分。 當熱應力施加至電荷捕獲類型非揮發性記憶體裝置時， 該電荷捕獲層中所捕獲之電子可橫向擴散，此可使該非揮 發性記憶體裝置之高溫應力（HTS)特性劣化。舉例而言， 當一非揮發性記憶體裝置維持在一約200°C之溫度達約2小 時時，該非揮發性記憶體裝置之臨限電壓可顯著減小。舉 例而言，當重複實施一非揮發性記憶體裝置之程式化及擦 除作業約1000至約1200次且該非揮發性記憶體裝置接著維 持一約20(TC之溫度達約2小時時，該非揮發性記憶體裝置 之臨限電壓可顯著減小。 為限制電子之橫向擴散，可移除記憶體單元之間的電荷 捕獲層之部分。然而，一用於部分地移除該電荷捕獲層之 部分之蝕刻製程係難以控制，此乃因在一用作該電荷捕獲 層之氮化矽層與一用作該隧穿絕緣層之氧化矽層之間的蝕 刻選擇性通常頗小且該電荷捕獲層一般極薄。此外，在蝕 刻該電荷捕獲層時可能損壞該隧穿絕緣層。 【發明内容】 在本發明之一些實施例中，一非揮發性記憶體裝置包 含：一隧穿絕緣層，其處於一基板之一通道區上；一電荷 捕獲層圖案，其處於該隧穿絕緣層上；及一第一阻播層圖 案，其處於該電荷捕獲層圖案上。第二阻擋層圖案緊鄰該 電荷捕獲層圖案之側壁處於該隧穿絕緣層上。該等第二阻 127957.doc 200834894 擋層圖案經組態以限制在該 子之橫向擴散。_ f1 ^圖案令所捕獲之電 政 μ電極處於該第 第二阻擋層圖荦 拉層圖案上。該等 子之橫向擴散。 捕獲層圖案中所捕獲之電 在進-步實施例中，該非揮 進一步包+ —胃如 。己體裝置在閘電極上 ^ s硬遮軍。在該閘電極與該硬遮罩 亂化物層圖案以限制該閘電 3 广本而、μ π 4人 心乳化。該閉電極之側壁 (表面）上可包含間隔物且一 ^丨丑稽層圖案可設置於續闡 電極及該等間隔物之下。該等門隐％ 置於省閘 ^ ^寺間隔物可係氧化矽。該等間 隔物可包含在該閉電極之侧壁(表面)上之氮化物間隔物及 在该等虱化物間隔物上之氧氮化物間隔物。 Φ 在其他實施例中’該間電極係摻雜有雜.質之多晶石夕、金 屬、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬氧氮化物及/或金屬 矽化物。該閘電極可係鈦（Ti)、氮化鈦（TiN)、鈕（Ta)、氮 化鈕（TaN)、鎢（W)、氮化鎢（WN)、铪（Hf)、鈮⑽）、鉬 (Mo)、氮化銦（m〇2N)、一氧化釕（Ru〇)、二氧化釕 (Ru02)、銥（lr)、氧化銥（Ir〇2)、鉑（pt)、鈷（c〇)、鉻（⑺、 鈦I呂（ΊΠβΑΙ)、氮化鈦銘（τί2Α1Ν)、|巴（Pd)、石夕化鹤（wSi)、 矽化鎳（NiSi)、矽化鈷（c〇Si)及/或矽化钽（TaSi)。 在進一步實施例中，該第一阻擋層圖案（例如，金屬氧 化物、金屬氧氮化物、金屬氧化矽及/或金屬氧氮化矽）具 有一比氮化矽之介電常數高的介電常數。該第一阻擋層圖 案可係铪（Hf)、錯（Zr)、鋁（A1)、鈕（Ta)、鑭（La)、鈽 (Ce)、镨（Pr)、鈥（Nd)、釤（Sm)、銪（Eu)、釓（Gd)、铽 127957.doc 200834894 (Tb)、鏑（Dy)、鈥（Ho)、铒（Er)、铥（Tm)、鏡（Yb)及/或鍺 (Lu) 〇 在又其他實施例中，該電荷捕獲層圖案係一電荷捕獲材 料且該等第二阻擋層圖案係該電荷捕獲材料之氧化物。舉 例而έ ’該電荷捕獲層圖案可係氮化矽且該等第二阻擋層 圖案可係氧氮化矽。該隧穿絕緣層可包含氧化矽第一隧穿 絕緣層且該非揮發性記憶體裝置可在該第一隧穿絕緣層上

進步包含一第二隧穿絕緣層，該第二隧穿絕緣層具有一 比該第一隧穿絕緣層之厚度小的厚度且係金屬氧化物及/ 或金屬氮化物。可毗鄰該通道區在該基板之表面部分提供 源極/沒極區。 在進一步實施例中，製造一非揮發性記憶體裝置之方法 =含.在一基板之一通道區上形成一隧穿絕緣層、在該隧 牙絶緣層上形成一電荷捕獲層並在該電荷捕獲層上形成一 阻擋層。在該阻擋層上形成—閘電極。圖案化該阻撐層以 在=電荷捕獲層與該閘電極之間形成一第一阻擋層圖案並 «該電荷捕獲層之部分以在該第—阻擋層圖案下方形成 一電荷捕獲層圖案。緊鄰該電荷捕獲層圖案之側壁形成第 二阻擋層圖㈣_在該電荷_層圖案巾所_之電子 ::向擴散。該等第二阻擋層圖案可阻止該電荷捕又獲層圖 案中所捕獲之電子之橫向擴散。 在其他實施例中，形成該閘電極包含：在該阻擋層上形 成-閘極導電層、在該閘極導電層上形成—硬遮罩及使用 該硬遮罩作為一钱刻遮罩姓刻 』孩閘極導電層以形成該閘電 127957.doc 200834894 極可在邊閘極導電層上形成一層氮化物層以限制該閘電 極之氧化。可在該閘電極之側表面上形成間隔物且可使用 該等間隔物作為蝕刻遮罩圖案化該電荷捕獲層。 在又進一步實施例中，形成該等第二阻擋層圖案包含： 使該電何捕獲層之曝露部分氧化且該電荷捕獲層圖案在該 等第二阻擋層圖案之間的第一阻擋圖案下方延伸。使該電 荷捕獲層之曝露部分氧化可包含使用氧自由基使該電荷捕 獲層之曝露部分氧化。使該電荷捕獲層之曝露部分氧化可 包含使用氧氣（〇2)及氫氣（H2)等反應性氣體使該電荷捕獲 層之所曝露部分氧化。使該電荷捕獲層之曝露部分氧化可 包含使該電荷捕獲層之曝露部分在一約8〇〇。〇至約 之溫度下氧化。使該電荷捕獲層之曝露部分氧化可包含使 該電荷捕獲層之曝露部分在一包括氧氣（〇2)、臭氧（〇3)、 水条汽（H2〇)、一氧化氮^〇)及/或氧化氮（仏〇)之氣體氣 氛下氧化。 【實施方式】 下文參照其中顯不本發明之實施例之隨附圖式更全面地 闡述本發明。然而，本發明可實施為許多不同形式，且不 應視為僅限於本文所闡明之該等實施例。相反，提供該等 實施例以便使此揭示内容透徹且完整，並將向熟習此項技 術者全面傳達本發明之範疇。在該等圖式中，為清楚起 見，可放大層及區域之大小及相對大小。 應理解，當稱一元件或層，，在，，另一元件或層"上，，或，，連接 至"或"耗合至”另一元件或層時，該元件或層可直接在其 127957.doc -10- 200834894 他元件或層上、連接至或耦合至其他元件或層，或可存在 介入元件或層。反之，當稱一元件”直接在”另一元件或層 π上"、π直接連接至”或”直接耦接至”另一元件或層時，則 不存在介入元件或層。在所有圖式中，相同參考編號指代 相同元件。如本文中所使用，措詞"及/或"包含所列舉相關 物項中一個或多個物項之任一及全部組合。

應理解，雖然本文中可使用第一、第二等措詞來闡述各 種元件、組件、區域、層及/或區段，但該等元件、組 件、區域、層及/或區段不應受限於該等措詞。該等措詞 僅用於將—個元件、組件、區域、層或區段與另一區域、 層或區段區分開。因而，可將下文中所討論之第一元件、 組件、區域、層或區段稱作一第二元件、組件、區域、層 或區段，此並不背離本發明之教示σ 為便於闡述，本文可使用例如”在···之下 在…下方 ’’下部”在···上方"、"t邮" 上彳及類似詞等空間相對性措詞 來閣述如圖中所圖解說明之—個元件或形體相對於另一元 之關係。應理解，該以間相對性措詞意欲囊括 二:：描述之定向外裝置在使用或運作中之不同定 在’右將在圖式中之裝置反轉，則描述為"在" 他元件或形體”上方”。J 件將定向於，，在"其 Μ古 而’例示性措詞”在..·下方"可囊 及下方兩種定向。裝置亦可 -度或處於其他定向)且可相應地解釋本他方式定向(旋轉 性描述語。 睪本文所用空間相對 127957.doc 200834894 本文中所使用之術語僅係出於闡述特定實施例之目的而 亚非意欲限定本發明。如本文中所使用，單數形式"一 (a)”、”一（an)”及”該（the)”亦意欲包含複數形式，除非上下 文明確以其他方式指明。應進一步理解，當在本說明書中 使用措詞，，包括（comprises)”及/或，，包括（c〇mprising)，，時，其 係載明存在所述形體、整數、步驟、運作、元件及/或組 件仁並不排除存在或添加一個或多個其它形體、整數、步 驟、運作、元件、組件及/或其群組。 本文參照示意性圖解說明本發明之理想化實施例（及中 間結構）之剖面圖解說明闡述本發明之實施例。因此，預 计會因（例如）製造技術及/或公差而使圖解說明中之形狀有 所變化。因而，本發明之實施例不應視為限於本文所圖解 況明之區域之特定形狀而應包含（例如）因製造而導致之形 狀偏差。舉例而言，一圖解說明為一矩形之植入區域將通 常具有圓形或曲線形形體及/或在其邊緣處存在一植入濃 度梯度而非自植入區域至非植入區域之二元變化。同樣， 一藉由植入形成之隱埋區域可於該隱埋區域與透過其進行 該植入之表面之間之區域中產生某種植入。因而，圖中所 圖解說明之該等區域本質上係示意性，且其形狀並非意欲 圖解說明一裝置之一區域之實際形狀且並非意欲限定本發 明之範疇。 除非另有規定，否則本文中所使用之全部措詞（包括技 術措詞與科學措詞）具有與熟習本發明所屬技術領域者所 通常理解之相同含義。應進一步理解，應將措詞（諸如常 127957.doc -12- 200834894 用字典中所界定之彼等措詞 Ά rh ^ go ^ )解釋為具有與其在相關技術 及此況明書之背境中含 3義相一致之含義，而不應以理相 化或過分形式备夕立#十★ ^ ^ 丨匕之思義來解釋，除非本文中明確界定如 此0 圖1至圖6係圖解說明根據本發明之-些實施例之-非揮 發性記憶體裝置及一製造一非揮發性記憶體裝置之方法之 剖面圖。

參照圖1，可形成一隔離層以在一積體電路基板1〇〇(例 如，一矽晶圓）之一表面部分中界定一有源區域。舉例而 吕’该隔離層可藉由一局部矽氧化（L〇C()s)或一淺通道隔 離（STI)製程形成於半導體基板1〇〇之表面部分中。 可在半導體基板100上順序形成一隧穿絕緣層1〇2、一電 荷捕獲層104、一阻擋層106、一閘極導電層108及一硬遮 罩層110。 隧穿絕緣層102可包含氧化矽（Si〇2)，且可藉由一熱氧化 製程予以形成至一約20A至約80A之厚度。舉例而言，可 在半導體基板100上形成隧穿絕緣層102至一約35A之厚 度。 根據本發明之一些實施例’可在隨穿絕緣層1 〇 2上進一 步形成一第二隧穿絕緣層以減小隧穿絕緣層102之一漏電 流（換言之，層1 02可係一多層結構）。該笫二隨穿絕緣層可 具有一小於隧穿絕緣層102之厚度的厚度且可包含金屬氧 化物及/或金屬氮化物。舉例而言，可藉由一原子層沈積 (ALD)製程形成該第二隧穿絕緣層至一約5A至約15入之厚 127957.doc -13- 200834894 度，且可包含氧化銘、氮化銘、氧化錯、氧化组、氧化鈦 及/或類似材料。因而，該等材料可單獨或以其之一組合 使用。 電荷捕獲層H)4可經形成以自半導體基板謂之—通道區 捕獲電子。舉例而言’電荷捕獲層104可在隧穿絕緣層1〇2 上形約2〇A至約100A之厚度且可包含氮化石夕（SiN)。舉 例而α，可藉由一低壓化學氣相沈積（LpcvD)製程形成電 荷捕獲層104至一約70A之厚度。 _ 根據本發明之—些實施例，電荷捕獲層1G4可包含奈米 晶材料。舉例而言，電荷捕獲層104可包含奈米晶石夕、奈 米晶石夕錯、一奈米晶金屬、奈米晶錯及/或類似材料。此 外’電荷捕獲層104可包含富矽氧化物。 根據本發明之再其他實施例，電荷捕獲層1〇4可包含一 高k介電材料，該高|^介電材料具有一比氮化矽之介電常數 高的介1：常數k。該高k材料之實例可包含金屬氧化物、金 • 4氧氮化物、金屬氧切、金屬氧氮切及/或類似材 料。因而，該等材料可單獨或以其之一組合使用。可用作 該高k材料之金屬之實例可包含铪（Hf)、鍅（Zr)、鋁（A1)、 钽（Ta)、鑭（La)、鈽（ce)、镨（Pr) ' 鈥（Nd)、釤（8叫、銪 • (EU)、釓（Gd)、試（Tb)、鏑（Dy)、欽（Ho)、铒（Er)、铥 (Tm)、鏡（Yb)、縳（Lu)及/或類似金屬。因而，該等材料可 早獨或以其之一組合使用。 阻擋層106可經形成以在電荷捕獲層1〇4與閘極導電層 108之間提供電絕緣。阻擋層1〇6可包含氧化矽。當氧化矽 127957.doc -14- 200834894 層用作阻擋層106時，該氧化矽層可具有一比隧穿絕緣層 102之厚度厚的厚度。 根據本發明之一些實施例，阻擋層106可包含一高匕材 料，該兩k材料具有一比氮化矽之介電常數高的介電常數 k。舉例而言，阻擋層1〇6可包含金屬氧化物、金屬氧氮化 物、金屬氧化矽、金屬氧氮化矽及/或類似材料。因而， 該等材料可單獨或以其之一組合使用。一可用於阻擋層 106之金屬之實例可包含铪（Hf)、鍅（Zr)、鋁（A1)、钽 (Ta)、鑭（La)、鈽（Ce)、镨（Pr)、鈥（Nd)、釤（Sm)、銪 (Eu)、釓（Gd)、铽（Tb)、鏑（Dy)、鈥（H〇)、铒（以）、铥 (Tm)、镱（Yb)、鑄（lu)及/或類似金屬。因而，該等材料可 單獨或以其之一組合使用。 此外，阻擋層106可具有一比隧穿絕緣層1〇2之介電常數 咼的介電常數k。舉例而言，當阻擋層！ 〇6包含氧化矽時， 阻擋層106可包含氧化鋁且可形成在電荷捕獲層1〇4上至一 • 約1〇〇A至約400A之厚度。在一些實施例中，可藉由一化 學氣相沈積（C VD)製程及/或一 ALD製程在電荷捕獲層i 〇4 上形成阻擋層106至一約200A之厚度。 閘極導電層1 〇8可包含摻雜有雜質之多晶矽、金屬、金 • 屬氮化物、金屬氧化物、金屬氧氮化物、金屬矽化物及/ 或類似材料。舉例而言，閘極導電層1〇8可包含鈦（Ti)、氮 化鈦（TiN)、鈕（Ta)、氮化鈕（TaN)、鎢（w)、氮化鎢 (WN)、铪（Hf)、鈮（Nb)、鉬（M〇)、氮化鉬（M〇2N)、一氧化 釕（RuO)、二氧化釕（Ru〇2)、銥（Ir)、氧化銥（ir〇2)、鉑 127957.doc -15- 200834894 (pt)、鈷（c〇)、鉻（Cr)、鈦鋁（Ti3A1)、氮化鈦鋁（Ti2AiN)、 鈀（Pd)、矽化鎢（WSi)、矽化鎳（Nisi)、矽化鈷、矽 化！一（TaSi)及/或類似材料。因而，該等材料可單獨或以其 之一組合使用。 舉例而言，閘極導電層108可包含一層氮化鈕層及一鎢 層。該氮化鈕層可被形成至一約2〇〇人之厚度，且可用作阻 擋層106與該鎢層之間的一金屬障壁層。可在該氮化鈕層 上形成該鎢層至一約3〇〇A之厚度。 根據本發明之一些實施例’可形成一金屬矽化物層⑼ 如，一石夕化鶴層、一石夕化组層、一石夕化始層、一石夕化欽層 及/或類似層）替代鶴層。此外’―層氮化鶴層（其可在該氮 化鈕層與該鎢層之間用作一黏附層）可形成至一約π入之厚 度。 更遮罩層110可包含氧化石夕及/或氮化石夕且可藉由一 製程形成至一約200Α至約ι，00〇Α之厚度。 參照圖2,藉由一微影姓刻製程可在硬遮軍層u〇上形成 -光㈣案。硬遮罩層UG可使用該光阻圖案作為一㈣ 遮罩藉由一各向異性蝕刻製程進行圖案化以形成一硬遮罩 112。該光阻圖案可在形成硬料112後#由_灰化製程及/ 或一剝除製程移除。 閘極導電層1〇8可使用硬遮罩112藉由一各向異性银刻製 程進行圖案化以形成-閘電極114。此處，阻擋層刚可用 作-姓刻阻止層且在形成閘電極114時被部分移除。 如上所述，閘電極114可使用硬遮罩112藉由姓刻製程形 127957.doc -16 - 200834894 成。然而’根據本發明之一些實施例，閘電極u 4可使用 该光阻圖案藉由一蝕刻製程形成。因此，可省去用於形成 硬遮罩112之製程。 餐照圖3，可在閘電極U4及硬遮罩n2之側壁（表面）上 形成間隔物116以完成一閘電極結構。根據本發明之一些 貝知例可在硬遮罩112、閘電極114及阻擔層1 〇 6之曝露 部分106a上形成一間隔物層。該間隔物層可包含氮化矽且 可藉由一 LPCVD製程形成。該間隔物層可藉由一各向異性 钱刻製程部分地移除以在閘電極114及硬遮罩112之側表面 上形成氮化物間隔物116。 根據本發明之其他實施例，該間隔物層可包含氧化矽， 且氧化物間隔物可形成於閘電極114及硬遮罩112之側表面 上°此外’在該等氧化物間隔物上可形成氮化物間隔物。 參照圖4，阻擋層106可使用氮化物間隔物U6&硬遮罩 Π2作為蝕刻遮罩藉由一各向異性蝕刻製程圖案化形成一 第一阻擔層圖案118。可實施該用於形成第一阻擋層圖案 118之各向異性蝕刻製程來曝露電荷捕獲層1〇4之部分 l〇4a。電荷捕獲層104可用作一蝕刻阻止層。 同時’電荷捕獲層104之一部分i〇4b(其佈置於第一阻擔 層圖案118之下.）中所捕獲之電子可朝向電荷捕獲層1〇4之 部分104a擴散。亦即，當將熱或電應力施加至該閘極結構 時，該等所捕獲之電子可能出現橫向擴散。因此，可使一 非揮發性C憶體裝置之南溫應力（HTS)特性及資料可靠性 劣化。 127957.doc -17- 200834894 因而’可移除電荷捕雜 , 了碼獲層104之曝露部分104a。然而， 田實施各向異性製程以移除電荷捕獲層⑽之一部分 l〇4a時’難以控制該蝕刻製程。此困難可係由於電荷捕獲 層104頗薄且由於隧穿絕緣層1〇2與電荷捕獲層104之間之 ㈣選擇性可能頗小。此外，隨穿絕緣層m可能由用於 移除曝露部分购之_製程損壞，此可增加隧穿絕緣層 102之漏電流。 根據本發明之一些實施例，藉由移除電荷捕獲層之 曝露部分lG4a巾之捕獲點可減小或甚至阻止電子之橫向擴 散。舉例而言，可藉由氧化製程移除曝露部分1〇钩中之捕 獲點。 參圖5，可實施氧化製程及/或熱處理以形成一電荷捕 獲層圖案120及第二阻擋層圖案122。可形成第二阻檔層圖 案122以限制或甚至阻止電子之橫向擴散。 第二阻擋層圖案122可藉由使電荷捕獲層ι〇4之曝露部分 l〇4a氧化來形成。因此，電荷捕獲層圖案ι2〇可佈置於第 二阻擋層圖案122之間。 舉例而言，可實施一使用氧自由基之自由基氧化製程。 該自由基氧化製程可在一約80(TC至約1，100°C之溫度且在 一約1 mToir至約10 Torr之壓力下實施。在一些實施例 中，該自由基氧化製程可在一約800。(：至約95〇°C之溫度 (例如，以一約900°C之溫度）下實施。 此外，可使用一包含氧氣（02)及氫氣（H2)之反應性氣體 實施該自由基氧化製程。該自由基氧化製程可使用一包含 127957.doc -18 - 200834894 一電漿源之分批型或單型氧化設屬實施。該電漿源之實例 可包含··一使用微波能量之遠程電漿產生器、一使用一射 頻（RF)電源之改良型磁控管類型（mmT)電装產生器等等。 同時’氫氣氣體之流動速率可係該反應性氣體流動速率之 約10%至約33%。 根據本發明之其他實施例，可在一相對低的溫度（例 如，一約400 C之溫度）下使用一包含氧氣（〇2)及氫氣 之反應性氣體實施一電漿氧化製程。 根據本發明之再其他實施例，可在一包含氧氣之氣體氣 氛中實施熱處理（或一熱氧化製程）。舉例而言，該熱處理 可在一約800°C至約l，l〇(TC之溫度下使用諸如氧氣（〇2)、 臭氧（〇3)、水療汽（H2〇)、一氧化氮（N〇)、氧化氮（N2⑺及/ 或類似氣體等一反應性氣體實施。因而，該等氣體可單獨 或以其之一組合使用。此外，該反應性氣體可進一步包含 一惰性氣體，例如，氮氣（N2)、氬氣（Ar)及/或類似氣體。 當電荷捕獲層104包含氮化矽時，第二阻擋層圖案122可 包含氧氮化矽。此外，雖然電荷捕獲層1〇4包含一高]^材料 或一奈米晶材料，但仍可藉由氧化製程及/或熱處理充分 移除電荷捕獲層104之曝露部分1〇4a中之捕獲點。 同時，在實施氧化製程或熱處理形成第二阻擋層圖案 122時，可使氮化物間隔物116之表面部分氧化。因而，可 在氮化物間隔物116上形成氧氮化物間隔物124。 根據本發明之其他實施例，可在閘電極丨丨4與硬遮罩112 之間形成氮化物層圖案以限制或甚至阻止閘電極〗丨4之表 127957.doc -19· 200834894 面β刀由違氧化製程氧化。亦~，參照圖！及2，當使用一 層氧化石夕層作為硬遮罩層i j 〇時，可進一步在閉極導電層 108上形成一層氮化矽層（未顯示），且該氮化物層圖案可使 用硬遮罩112作為-鍅刻遮罩藉由〆各向異性钱刻製程予 以形成。

參照圖6，在實施氧化製程及/或熱處理之後，可在半導 體基板1〇〇之表面部分形成雜質區126。雜質區126可用作 源極/汲極區。此處，可在雜質區126之間界定一非揮發性 記憶體裝置ίο之一通道區10a。雜質區126可藉由一離子植 入製程及-熱處理形成。可實施該熱處理以活化藉由該離 子植入製程植入之雜質（摻雜物）。 雖然未顯示於圖中，但在實施用於形成雜質區126之離 子植入製程之前或之後，可藉由—濕式蝕刻製程部分地移 除第二阻擋層圖案122。該濕式蝕刻製程可藉由一處理時 間加以控制。在一些實施例中，隧穿絕緣層1〇2不由該濕 蝕刻製程曝露，此可阻止隧穿絕緣層1〇2被損壞。在此情 形下，該用於形成第二阻擋層圖案i 22之氧化製程可經實 施，以使電荷捕獲層104之曝露部分1〇4a部分地氧化。舉 例而言，當使用一層氮化矽層作為電荷捕獲層1〇4時，可 在該氮化砍層之曝露部分上實施氧化製程，以使得在該氧 化製程後該氮化石夕層之剩餘部分之厚度變為小於約1〇^。 亦即，由該氧化製程形成之第二阻擋層圖案122可佈置於 該氣化石夕層之剩餘部分上。此外’一絕緣夾層（未顯示）可 在該濕式蝕刻製程後形成於第二 阻擋層圖案122之剩餘部 127957.doc -20 · 200834894 分上。因此，可藉由該絕緣夾 ㈢减小或甚至阻止電荷捕獲 層圖案1对所_電子之橫㈣散。 了捕獲 根據如上所述之本發明之一此告 ^ 二Λ施例，一弟一阻擋層圖 案可設置於一非揮發性記憶體 . … 扁置之一電何捕獲層圖案 上’且弟二阻擋層圖幸可兮 μ π 、 又置於该電荷捕獲層圖案之兩側 一而可減小或甚至阻止電荷捕獲層圖案中所捕獲電 =之橫:擴散’且可改良該非揮發性記憶體裝置之HTS特 性及可靠性。 在-製造一非揮發性記憶體裝置之方法一些實施例中， 可在-基板之-通道區上順序形成—㈣絕緣層、一電荷 、獲層及阻擋層’且可在該阻擋層上設置一閘電極。可 :案化該阻擒層以在該電荷捕獲層與該閉電極之間形成一 ^阻擋層圖案並曝露該電荷捕獲層之部分。可處理該電 仃：獲層之曝路部分以形成一用於自該通道區捕獲電子之 電何捕獲層目案及用於阻止該電荷捕獲層圖案巾所捕獲之 電子之橫向擴散之第二阻擋層圖案。 由於该等第二阻擋層圖案可藉由氧化製程形成，從而可 限制或甚至阻止對隧穿絕緣層之損壞。因❿，可減小該隧 穿絕緣層之一漏電流。 日上文係本發明之例示性說明，❿不應將其視為限制本發 明。雖已闡述本發明之數個實施例，但熟習此項技術者將 易知’可對該等實施例做出多種修改，此並不實質性背離 ^發明之新穎教示及優點。從而，所有該等修改皆意欲包 各於由中4專利範圍所界定之本發明範㈣。因此，應理 127957.doc • 21 - 200834894 解’上文僅係本發明之例示性說明而不應將本發明視為僅 限於所揭示之特定實施例，且對所揭示實施例之修改及其 它實施例皆意欲包含於隨附申請專利範圍之範疇内。本發 明由以下申請專利範圍界定，且該等申請專利範圍之等效 内谷皆包含於其中。 【圖式簡單說明】 隨著結合隨附圖式考量之以上詳細闡述，本發明之實 實施例將變得顯而易見，其中： 汽1 圖1至圖6係圖解說明根據本發明之一些實施例之一 發性記憶辦_ ¥ * ，體衣置及其之一製造方法之剖面圖。 【主要元件符號說明】 10 非揮發性記憶體裝置 10a 通道區 100 半導體基板 102 隧穿絕緣層 104 電荷捕獲層 1 〇4a 部分 104b 部分 106 阻擋層 106a 曝露部分 108 閘極導電層 110 硬遮罩層 112 硬遮罩 114 閘電極 127957.doc -22- 200834894 116 118 120 122 124 126 間隔物 第一阻擋層圖案 電荷捕獲層圖案 第二阻擋層圖案 氧氮化物間隔物 雜質區 127957.doc -23 -

Claims (1)

1. 200834894 十、申請專利範圍·· 1 · 一種非揮發性記憶體裝置，其包括： 一隧穿絕緣層，其處於一基板之一通道區上； 一電荷捕獲層圖案，其處於該隧穿絕緣層上； 一第一阻擋層圖案，其處於該電荷捕獲層圖案上； 多個第二阻擋層圖案，其緊鄰該電荷捕獲層圖案之側 壁處於該隧穿絕緣層上且經組態以限制在該電荷捕獲層 圖案中所捕獲之電子之橫向擴散；及 一閘電極，其處於該第一阻擋層圖案上。 2·如請求項1之非揮發性記憶體裝置，其中該等第二阻擋 層圖案阻止捕獲於該電荷捕獲層圖案中之該等電子之橫 向擴散，且其中該非择發性記憶體裝置在該閘電極上進 一步包括一硬遮罩。 3·如請求項2之非揮發性記憶體裝置，其進一步包括介於 該閘電極與該硬遮罩之間一限制該閘電極之氧化之氮化 物層圖案。 4·如請求項1之非揮發性記憶體裝置，其進一步包括在該 閘電極之側壁上的間隔物，該第一阻擋層圖案設置於該 閘電極及該等間隔物之下。 5 ·如睛求項4之非揮發性記憶體裝置，其中該等間隔物包 括氧化矽。 6*如請求項1之非揮發性記憶體裝置，其進一步包括：在 該閘電極之側壁上的氮化物間隔物；及在該等氮化物間 隔物上的氧氮化物間隔物。 127957.doc 200834894 7·如請求項1之非揮發性記憶體裝置，其中該閘電極包括 摻雜有雜質之多晶矽、金屬、金屬氮化物、金屬氧化 物、金屬氧氮化物及/或金屬碎化物。 8·如請求項7之非揮發性記憶體裝置，其中該閘電極包括 鈦（Ti)、氮化鈦（TiN)、钽（Ta)、氮化钽（TaN)、鎢（W)、 氮化鎢（WN)、铪（Hf)、鈮（Nb)、鉬（Mo)、氮化鉬 (Mo2N)、一氧化釕（RuQ)、氧化釕（Ru〇2)、銥（Ir)、氧化 銥（Ir02)、鉑（Pt)、鈷（c〇)、鉻（Cr)、鈦鋁（Ti3 A1)、氮化 鈦鋁（Ti2AlN)、鈀（Pd)、矽化鎢（wSi)、矽化鎳（NiSi)、 矽化鈷（CoSi)及/或矽化钽（TaSi)。 9.如請求項1之非揮發性記憶體裝置，其中該第一阻擋層 圖案具有一比氮化矽之介電常數高的介電常數且包括金 屬氧化物、金屬氧氮化物、金屬氧化矽及/或金屬氧氮化 10 ·如請求項10之非揮發性記憶體裝置，其中該第一阻播層 圖案包括铪（Hf)、錯（Zr)、鋁（A1)、鈕（Ta)、鑭（La)、鈽 (Ce)、镨（Pr)、鈥（Nd)、釤（Sm)、銪（eu)、釓（Gd)、铽 (Tb)、鏑（Dy)、鈥（Ho)、铒（Er)、慈、镱（叫及/或 錄（Lu) 〇 11·如請求項1之非揮發性記憶體裝置，其中該電荷捕獲層 圖案包括氮化矽，且該等第二阻擋層圖案包括氧氮化 石夕。 12.如請求項1之非揮發性記憶體裝置，其中該隧穿絕緣層 包括一第一隨穿絕緣層及一處於該第一隨穿絕緣層上之 127957.doc 200834894 第二隧穿絕緣層，且其中該第—隧穿絕緣層包括氧化 石夕’且該第二隨穿絕緣層包括金屬氧化物及/或金屬氮化 物且具有-比該第一隧穿絕緣層之厚度小的厚度。 13.如請求項!之非揮發性記憶體裝置，其進一步包括毗鄰 該通道區在該基板之表面部分的源極味極區。 Η·如請求W之非揮發性記憶體裝置，其中該電荷捕獲芦 圖案包括-電荷捕獲材料，且其中該等第二阻擋層圖案

   包括該電荷捕獲材料之氧化物。 〃 15· —種製造一非揮發性記憶體裝置之方法，其包括： 在一基板之一通道區上形成一隧穿絕緣層； 在該隨穿絕緣層上形成一電荷捕獲層； 在該電荷捕獲層上形成一阻擋層； 在該阻播層上形成一閘電極； 圖案化該阻擋層以在該電荷捕獲層與該閘電極之間形 成一第一阻擋層圖案，並曝露該電荷捕獲層之多個部分 以在該第-阻擔層圖案下方形成—電荷捕獲層圖案，·及刀 緊鄰該電荷捕獲層圖案之側壁形成多個第二阻擋層圖 案以限制該電荷捕獲層圖案中所捕獲之電子之橫向= 散。 戸、°心 16·如請求項15之方法，其中形成該閘電極包括·· 在該阻擋層上形成一閘極導電層； 在該閘極導電層上形成一硬遮罩；及 使用該硬遮罩作為一蝕刻遮罩蝕刻該閘極導電層以 成該閘電極。 v 127957.doc 200834894 17·如請求項16之方法，其進一 + 一 ν匕括在該閘極導電層上形 成-用以限制該閘電極之氧化之氮化物層。 I8.如請求項15之方法，其進一步包括： 在該閘電極之側壁上形成間隔物， 其中使用該等間隔物作為㈣遮罩圖案化該電荷 盾0 19·如請求項15之方法，1 ^ ^ 形成該等弟二阻擋層圖案包括 氧化a亥電荷捕獲層之該等暖 曰心邊寺曝路部分，且其中該電荷捕獲 層圖案在該等第二阻擋屏 丨；層圖案之間之該第一阻擋圖案下 方延伸。 20·如請求項19之方法，其中 化該電何捕獲層之該等曝露 口包括：使用氧自由基氧化 乳1匕忑^何捕獲層之該等曝露 部分。 21·如請求項19之方法，其中氧化該電荷捕獲層之該等曝露 Β包括·使用-包括氧氣（〇2)及氫氣（η2)之反應性氣 體氧化該電荷捕獲層之該等曝露部分。 22.如明求項19之方法，其中氧化該電荷捕獲層之該等曝露 部分包括在一約800X：至約M〇(rc之溫度下氧化該電荷 捕獲層之該等曝露部分。 23·如請求項19之方法，其中氧化該電荷捕獲層之該等曝露 邛为包括在一包括氧氣（〇2)、臭氧（〇3)、水蒸汽（H2〇)、 一氧化氮（NO)及/或氧化氮（N2〇)之氣體氣氛下氧化該電 荷捕獲層之該等曝露部分。 127957.doc