[发明专利]非挥发性内存的制造方法及其结构

说明书

技术领域

本发明关于一种非挥发性内存(Non-volatile memory)的制造方法及其结构，且特别涉及一种具有硅纳米微晶粒的非挥发性内存的制造方法及其结构。

背景技术

非挥发性内存具有永久记忆的功能，在半导体的应用组件中，非挥发性内存具有体积小、储存读取速度快与低耗电量的优点。所以，近来常被使用于数字照相机、音乐播放器(MP3)及存储卡(Memory Card)等可携式大量数据储存(Portable Mass Storage)电子产品。然而，非挥发性内存本身已经面临到尺寸上的问题。由于制造尺寸微小化而使得其穿隧氧化层(Tunneling Oxide)薄膜厚度也必需微小(例如小于5纳米)，然而穿隧氧化层需要承受多次读写存取，所以很容易使穿隧氧化层产生缺陷，而使得穿隧氧化层具有漏电路径发生，而造成内存的电荷流失，而无法继续保有其优异的充电与记忆能力。

现今，纳米微晶的非挥发性内存组件架构是利用存在于薄膜中的纳米微晶来进行电荷的储存，以取代传统的多晶硅浮动栅极(poly-Si Floating Gate)。因纳米微晶形成的深层能级(Deep-level)是属于分离式的陷阱(Discrete trap)，储存的电荷间不会互相作用，因而不易因较薄的穿隧氧化层或其局部缺陷而造成电荷的流失。这些特性可增进其读写速度、降低操作电压、及使高密集度具可行性。

然而，纳米微晶内存组件在工艺上最困难的地方在于控制纳米微晶的形成与需要极高温(＞900℃)的退火工艺(annealing process)来形成制备出硅纳米微晶粒(silicon nanocrystals)，但高温的处理会使得硅基板会受到毁损。

传统硅纳米微晶粒的制作方式大致分为两种，一种为硅纳米微晶粒的析出制作方法，另一种则为硅纳米微晶粒的成长制作方法。

传统硅纳米微晶粒的析出制作方法，首先会先沉积厚度15纳米(nm)的热氧化硅层(thermal silicon oxide)。接着，再进行硅(Si)的离子布植步骤以使热氧化硅层形成富硅(Si-rich)氧化硅层，其中富硅氧化硅层的组成为Si1.75O2，离子布植的深度为10纳米(nm)。然后，在含2％的氧气环境下经过1000℃的快速热退火(Rapid Thermal Annealing；RTA)工艺后析出硅纳米微晶粒。

另一种传统硅纳米微晶粒的成长制作方法，首先会先以低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)成长非晶硅层(a-Si)。接着，再通过高温炉管退火，使非晶硅层成长出硅纳米微晶粒。

因此，传统硅纳米微晶粒的形成，不论是通过快速热退火或是高温炉管火，皆须经过高温退火处理(＞1000℃)。如此高温的热处理将有损于硅基板，甚至是需更低温的玻璃基板上。另一方面，利用离子布植来获得富硅层，不仅费时且控制不易。在面板尺寸的持续提高下，离子布植的方式将可能影响产能。

另外，假若所形成的晶体密度太少或过于分散，它将无法储存足够的电荷。假若晶体太大或过于紧密，电子又容易跳到邻近的微晶粒或穿透氧化层的缺陷而产生漏电现象。

但在目前现有的技术中，无论是离子布植、热处理析出法或是利用化学气相层析合成等等，均有量子点数量过少、尺寸不易控制、分布不均匀、容易造成薄膜损害、工艺时间过长或是工艺温度过高等等的问题。因此，如何发展出高密度及分布均匀的纳米微晶的非挥发性内存组件乃业界所致力的课题之一。

发明内容

本发明有关于一种非挥发内存及其制造方法，通过镭射退火工艺形成具有硅纳米微晶粒的电荷储存介电层，工艺温度较低，不会对基板或其余组件造成伤害。

根据本发明的第一实施例，提出一种非挥发性内存的制造方法，其制造方法包括下列步骤。首先，提供一基板。接着，形成一半导体层于基板上。然后，形成一富硅介电材料层于半导体层上方。接着，进行一镭射退火工艺，使得富硅介电材料层中形成多个硅纳米微晶粒，以形成一电荷储存介电层。然后，形成一栅极于电荷储存介电层上方。