專利名稱：非揮發(fā)性存儲器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非揮發(fā)性存儲器及其制造方法，特別是涉及一種可改善元件電性特性及提高元件可靠性的非揮發(fā)性存儲器及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前非揮發(fā)性存儲器中常見的是一種稱為“快閃存儲器”的可電抹除可程序只讀存儲器(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM)，其具有可進行多次數(shù)據(jù)的存入、讀取、抹除等動作，且存入的數(shù)據(jù)在斷電后也不會消失的優(yōu)點，所以已成為個人計算機和電子設(shè)備所廣泛采用的一種存儲器元件。
典型的快閃存儲器以摻雜的摻雜多晶硅作為浮置柵極(Floating Gate)與控制柵極(Control Gate)。當存儲器進行寫入程序(Program)時，注入浮置柵極的電子會均勻分布于整個摻雜多晶硅浮置柵極層之中。然而，當摻雜多晶硅浮置柵極層下方的穿隧氧化層有缺陷存在時，就容易造成元件的漏電流，影響元件的可靠性。
因此，為了解決快閃存儲器漏電流的問題，目前改采一種用電荷陷入層取代摻雜多晶硅浮置柵極的非揮發(fā)性存儲器，其稱為“硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(silicon-oxide-nitride-oxide-semiconductor，SONOS)”存儲器。因為硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體存儲器具有一氧化物-氮化物-氧化物(oxide-nitride-oxide，簡稱ONO)介電結(jié)構(gòu)，其中氮化物層作為電荷陷入層(electrode trapping layer)使用。一般可通過氧化物-氮化物-氧化物介電結(jié)構(gòu)的底氧化層的通道熱電子(channel hot electron，簡稱CHE)注入而被寫入。另一方面，通過氧化物-氮化物-氧化物介電結(jié)構(gòu)的底氧化層的穿隧加強熱空穴(tunneling enhanced hot hole，簡稱TEHH)注入而被抹除。所以硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體存儲器能克服漏電流的問題。但是，隨著元件尺寸不斷縮小，上述硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體存儲器中的電荷陷入層內(nèi)容易發(fā)生電荷遷移失誤的問題。
因此，近來出現(xiàn)一種電荷陷入發(fā)生在柵極兩側(cè)的氧化物-氮化物-氧化物介電結(jié)構(gòu)(如圖1所示)中，有效解決了這個問題。
請參照圖1，其繪示現(xiàn)有一種非揮發(fā)性存儲器的剖面圖。此硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(SONOS)非揮發(fā)性存儲器的字線120形成在基底100上的柵氧化層110上；而控制柵170形成在字線120的側(cè)壁上，其形狀呈間隙壁狀。字線120與控制柵170之間以及控制柵170與基底100之間則以底介電層140、電荷陷入層150與頂介電層160所形成的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)相隔開；而源極180與漏極190則形成于字線120兩側(cè)的控制柵極間隙壁170外的基底100中。
此種元件在進行程序化時，由于電荷是陷入于字線120兩側(cè)的電荷陷入層150中，因此可以避免因元件縮小造成的電荷遷移問題。然而，當電荷陷入于硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體非揮發(fā)性存儲器中字線側(cè)壁的氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)時，因為此處的電荷不易移除，電荷累積的結(jié)果將產(chǎn)生元件可靠性的問題。
另一方面，由于控制柵極呈間隙壁狀，其表面為一圓弧面并非為一平面，在后續(xù)形成接觸窗的工藝中，在接觸窗與控制柵極間隙壁之間的電連接并不容易進行。
此外，在形成控制柵極間隙壁時，于回蝕刻工藝中常會對氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)造成破壞，后續(xù)于字線與控制柵極間隙壁上形成硅化金屬(silicide)時，容易造成短路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在提供一種非揮發(fā)性存儲器，以提升存儲器元件的可靠性。
本發(fā)明的再一目的是提供一種非揮發(fā)性存儲器的制造方法，以改善存儲器元件的電性。
本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性存儲器的制造方法，首先提供一基底，并在基底上形成多個堆棧結(jié)構(gòu)，各堆棧結(jié)構(gòu)由下而上依序為底介電層、電荷陷入層、頂介電層、控制柵層及頂蓋層。接著，在堆棧結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成多個間隙壁。然后，在基底上形成柵介電層。之后，在相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間形成字線。再來，移除各堆棧結(jié)構(gòu)中的頂蓋層。然后，在各字線兩側(cè)的各堆棧結(jié)構(gòu)外的基底中形成源極區(qū)及漏極區(qū)。
依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例所述，上述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法中形成間隙壁的方法，先在基底上形成間隙壁材料層并覆蓋堆棧結(jié)構(gòu)。接著，回蝕刻間隙壁材料層，以在堆棧結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成間隙壁。
依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例所述，上述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法中形成柵介電層的方法包括熱氧化法。
依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例所述，上述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法中在相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間形成字線的方法，首先在基底上形成導(dǎo)體層，以覆蓋堆棧結(jié)構(gòu)并填滿相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間的空間。接著，移除部分導(dǎo)體層，以暴露出各堆棧結(jié)構(gòu)中的頂蓋層。然后，在基底上形成圖案化的光致抗蝕劑層，覆蓋于兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)體層上，至少使部分的頂蓋層裸露出來。之后，以圖案化光致抗蝕劑層為掩模移除各堆棧結(jié)構(gòu)中的頂蓋層。再來，移除圖案化的光致抗蝕劑層。
依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例所述，上述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法中移除部分導(dǎo)體層以暴露出各堆棧結(jié)構(gòu)中的頂蓋層的方法，包括以各堆棧結(jié)構(gòu)中的頂蓋層為研磨終止層進行一化學(xué)機械研磨工藝。
依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例所述，上述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法中移除部分導(dǎo)體層以暴露出各堆棧結(jié)構(gòu)中的頂蓋層的方法，包括以各堆棧結(jié)構(gòu)中的頂蓋層為蝕刻終止層進行一回蝕刻工藝。
依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例所述，上述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法中移除各堆棧結(jié)構(gòu)中的頂蓋層的方法包括濕式蝕刻法。
依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例所述，上述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法中形成源極區(qū)及漏極區(qū)的方法包括離子注入法。
本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性存儲器，包括一基底、多個堆棧結(jié)構(gòu)、多個字線、多個間隙壁、一柵介電層、多個源極區(qū)與多個漏極區(qū)。其中，多個堆棧結(jié)構(gòu)配置于基底上，各堆棧結(jié)構(gòu)包括底介電層、電荷陷入層、頂介電層與控制柵極。在各堆棧結(jié)構(gòu)中，底介電層配置于基底上、電荷陷入層配置于底氧化層上、頂介電層配置于電荷陷入層上，而控制柵極配置于頂氧化層上。此外，多個字線配置于基底上且各字線位于相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間。多個間隙壁配置于堆棧結(jié)構(gòu)及所對應(yīng)的各字線之間。柵介電層配置字線與基底之間。多個源極區(qū)與多個漏極區(qū)分別配置于各字線兩側(cè)的各堆棧結(jié)構(gòu)外的基底中。
依照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例所述，上述的非揮發(fā)性存儲器中控制柵極包括具有一平坦上表面。
由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器在字線側(cè)壁上并沒有氧化硅-氮化硅-氧化硅結(jié)構(gòu)，不會有現(xiàn)有的硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體非揮發(fā)性存儲器結(jié)構(gòu)中，電荷陷入于字線側(cè)壁的氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)的問題，因此，可提升存儲器元件的可靠性。
再者，本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的控制柵極具有一平坦上表面，在后續(xù)形成接觸窗的工藝中，控制柵極與接觸窗能更易于進行電連接。
另一方面，依照本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，在字線與控制柵極之間形成的間隙壁可有效進行絕緣，于后續(xù)形成硅化金屬的工藝中較不易發(fā)生短路的現(xiàn)象，可有效改善電性特性。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。


圖1為繪示現(xiàn)有一種非揮發(fā)性存儲器的剖面圖。
圖2A～圖2C為繪示本發(fā)明一優(yōu)選實施例的非揮發(fā)性存儲器的制造流程剖面圖。
圖3為繪示本發(fā)明一優(yōu)選實施例的非揮發(fā)性存儲器的剖面圖。
簡單符號說明100、200、300半導(dǎo)體基底110、224、324柵氧化層120、230、330字線140、214、314底介電層150、216、316電荷陷入層160、218、318頂介電層170控制柵極間隙壁180、232、332源極區(qū)190、234、334漏極區(qū)210頂蓋層212、312堆棧結(jié)構(gòu)
220、320控制柵極222、322間隙壁226導(dǎo)體層228光致抗蝕劑層具體實施方式
圖2A～圖2C為繪示本發(fā)明一優(yōu)選實施例的非揮發(fā)性存儲器的制造流程剖面圖。請參照圖2A，提供一半導(dǎo)體基底200，并在基底200上形成多個堆棧結(jié)構(gòu)212。其中，堆棧結(jié)構(gòu)212中的各膜層由下而上依序為底介電層214、電荷陷入層216、頂介電層218、控制柵極220及頂蓋層210。上述堆棧結(jié)構(gòu)212的形成方法例如是在基底200上依次形成底介電層214、電荷陷入材料層216、頂介電材料層218、控制柵極208與頂蓋層210，再對各膜層進行一圖案化工藝而得之，至于形成上述堆棧結(jié)構(gòu)的詳細方法、材料與相關(guān)的操作系數(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所周知，于此不在贅述。
然后，請繼續(xù)參照圖2A，在每一堆棧結(jié)構(gòu)212的側(cè)壁上形成多個間隙壁222，其材料例如是氮化硅或氧化。此外，間隙壁222形成的方法例如是先在半導(dǎo)體基底200上形成間隙壁材料層(未繪示)并覆蓋堆棧結(jié)構(gòu)212。接著，回蝕刻間隙壁材料層，以在堆棧結(jié)構(gòu)212的側(cè)壁上形成間隙壁222。
接下來，請參照圖2B，在半導(dǎo)體基底200上形成柵介電層224，其材料例如是氧化硅，形成方法例如是熱氧化法。之后，在半導(dǎo)體基底200上形成導(dǎo)體層226，覆蓋堆棧結(jié)構(gòu)212并填滿相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)212之間的空間。其中導(dǎo)體層226的材料例如是摻雜多晶硅，形成的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。接著，移除部分導(dǎo)體層226，以暴露出各堆棧結(jié)構(gòu)212中的頂蓋層210，其方法例如是以各堆棧結(jié)構(gòu)212中的頂蓋層210為研磨終止層進行一化學(xué)機械研磨工藝。在另一優(yōu)選實施例中，移除部分導(dǎo)體層226，以暴露出各堆棧結(jié)構(gòu)212中的頂蓋層210的方法，例如是以各堆棧結(jié)構(gòu)212中的頂蓋層210為蝕刻終止層進行一回蝕刻工藝。其后，在基底上形成圖案化的光致抗蝕劑層228，覆蓋于兩個堆棧結(jié)構(gòu)212之間的導(dǎo)體層226上，至少使部分的頂蓋層210裸露出來。
之后，請參照圖2C，移除各堆棧結(jié)構(gòu)212中的頂蓋層210及未被光致抗蝕劑層228所覆蓋的導(dǎo)體層226，例如是以光致抗蝕劑層228為掩模，進行一濕式蝕刻工藝，以在相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)212之間形成字線230。其中，移除各堆棧結(jié)構(gòu)212的方法。
繼之，請繼續(xù)參照圖2C，移除光致抗蝕劑層228。。接著，在字線230兩側(cè)的各堆棧結(jié)構(gòu)212外的半導(dǎo)體基底200中形成一源極區(qū)232及一漏極區(qū)234，其形成的方法例如是離子注入法。
上述形成非揮發(fā)性半導(dǎo)體的方法中，在控制柵極220與字線230之間所形成的間隙壁222具有優(yōu)選的品質(zhì)，如此一來于后續(xù)形成硅化金屬(未繪示)的工藝中，較不易發(fā)生短路的現(xiàn)象。因此，可有效提升非揮發(fā)性存儲器的電性特性。
后續(xù)完成非揮發(fā)性存儲器的工藝為周知的工藝，在此不再贅述。
以下將配合圖3說明利用上述方法所得的非揮發(fā)性存儲器。請參照圖3，此非揮發(fā)性存儲器包括半導(dǎo)體基底300、堆棧結(jié)構(gòu)312、間隙壁322、柵介電層324、字線330、源極區(qū)332與漏極區(qū)334。其中，多個堆棧結(jié)構(gòu)312配置于半導(dǎo)體基底300上，各堆棧結(jié)構(gòu)312包括底介電層314、電荷陷入層316、頂介電層318與控制柵極320。
承上述，底介電層314配置于半導(dǎo)體基底300上，其材料例如是非導(dǎo)體材料，如氧化硅。電荷陷入層316配置于底氧化層314上，其材料例如是非導(dǎo)體材料，如氮化硅。頂介電層318配置于電荷陷入層316上，其材料例如是非導(dǎo)體材料，如氧化硅?？刂茤艠O320配置于頂氧化層318上，其上表面例如是一平坦的上表面，而其材料例如是導(dǎo)體材料，如摻雜多晶硅。
而且，字線330配置于半導(dǎo)體基底300上且位于相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)312之間，其材料例如是摻雜多晶硅。而多個間隙壁322配置于堆棧結(jié)構(gòu)312及所對應(yīng)的各字線330之間，其材料例如是非導(dǎo)體材料，如氮化硅或氧化硅。柵介電層324配置字線330與半導(dǎo)體基底300之間，其材料例如是氧化硅。源極區(qū)332與漏極區(qū)334分別配置于字線330兩側(cè)的各堆棧結(jié)構(gòu)312外的半導(dǎo)體基底300中。
本發(fā)明所提出的非揮發(fā)性半導(dǎo)體元件中，因為在字線330側(cè)壁上并沒有氧化硅-氮化硅-氧化硅結(jié)構(gòu)，不會發(fā)生電荷陷入于字線側(cè)壁的氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)的問題，可提升存儲器元件的可靠性。另一方面，本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的控制柵極320具有平坦的表面，其外型例如為長方體，在后續(xù)形成接觸窗的工藝中，控制柵極320更容易與接觸窗(未繪示)電連接。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點1.本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器可解決現(xiàn)有技術(shù)中電荷儲存于字線側(cè)壁的氧化硅-氮化硅-氧化硅結(jié)構(gòu)的問題，可提高存儲器元件的可靠性。
2.本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的控制柵極例如是具有一平坦的上表面，使后續(xù)控制柵極與接觸窗電連接的工藝更容易進行。
3.依照本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，在字線與控制柵極間的間隙壁具有優(yōu)選的品質(zhì)，如此一來于后續(xù)形成硅化金屬的工藝中不易發(fā)生短路的現(xiàn)象，能改善存儲器元件的電性特性。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以后附的權(quán)利要求所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種非揮發(fā)性存儲器的制造方法，包括提供一基底；在該基底上形成多個堆棧結(jié)構(gòu)，各該堆棧結(jié)構(gòu)由下而上依序為一底介電層、一電荷陷入層、一頂介電層、一控制柵層及一頂蓋層；在該些堆棧結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成多個間隙壁；在該基底上形成一柵介電層；在相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間形成一字線；移除各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該頂蓋層；以及在各該字線兩側(cè)的各該堆棧結(jié)構(gòu)外的該基底中形成一源極區(qū)及一漏極區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中在相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間形成該字線的方法，包括在該基底上形成一導(dǎo)體層，覆蓋該些堆棧結(jié)構(gòu)并填滿相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間的空間；移除部分該導(dǎo)體層，以暴露出各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該頂蓋層；在該基底上形成一圖案化的光致抗蝕劑層，覆蓋于兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間的該導(dǎo)體層上，至少使部分的該頂蓋層裸露出來；以該圖案化光致抗蝕劑層為掩模移除各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該頂蓋層；以及移除該圖案化的光致抗蝕劑層。
3.如權(quán)利要求2所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中移除部分該導(dǎo)體層，以暴露出各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該頂蓋層的方法，包括以各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該頂蓋層為研磨終止層進行一化學(xué)機械研磨工藝。
4.如權(quán)利要求2所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中移除部分該導(dǎo)體層，以暴露出各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該頂蓋層的方法，包括以各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該頂蓋層為蝕刻終止層進行一回蝕刻工藝。
5.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中形成該些間隙壁的方法，包括在基底上形成一間隙壁材料層并覆蓋該些堆棧結(jié)構(gòu)；以及回蝕刻該間隙壁材料層，以在該些堆棧結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成該些間隙壁。
6.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中形成該柵介電層的方法包括熱氧化法。
7.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中移除各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該頂蓋層的方法包括濕式蝕刻法。
8.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中形成該些源極區(qū)及該些漏極區(qū)的方法包括離子注入法。
9.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該頂蓋層的材料包括氮化硅。
10.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中該些間隙壁的材料例如是氮化硅或氧化硅。
11.一種非揮發(fā)性存儲器，包括一基底；多個堆棧結(jié)構(gòu)，配置于該基底上，各該堆棧結(jié)構(gòu)包括一底介電層，配置于該基底上；一電荷陷入層，配置于該底氧化層上；一頂介電層，配置于該電荷陷入層上；以及一控制柵極，配置于該頂氧化層上；多個字線，配置于該基底上且各該字線位于相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間；多個間隙壁，配置于該些堆棧結(jié)構(gòu)及所對應(yīng)的各該字線之間；一柵介電層，配置該些字線與該基底之間；以及多個源極區(qū)與多個漏極區(qū)，且各該源極區(qū)與各該漏極區(qū)配置于所對應(yīng)的各該字線兩側(cè)的各該堆棧結(jié)構(gòu)外的該基底中。
12.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該些控制柵極包括具有一平坦上表面。
13.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性存儲器，其中各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該底介電層與該頂介電層的材料包括一非導(dǎo)體材料。
14.如權(quán)利要求13所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該非導(dǎo)體材料包括氧化硅。
15.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性存儲器，其中各該堆棧結(jié)構(gòu)中的該電荷陷入層的材料包括一非導(dǎo)體材料。
16.如權(quán)利要求15所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該非導(dǎo)體材料包括氮化硅。
17.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該些間隙壁的材料包括一非導(dǎo)體材料。
18.如權(quán)利要求17所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該非導(dǎo)體材料包括氮化硅或氧化硅。
19.如權(quán)利要求11所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該些字線與該些控制柵極的材料包括一導(dǎo)體材料。
20.如權(quán)利要求19所述的非揮發(fā)性存儲器，其中該導(dǎo)體材料包括摻雜多晶硅。
全文摘要
一種非揮發(fā)性存儲器的制造方法，首先提供一基底，并在基底上形成多個堆棧結(jié)構(gòu)，各堆棧結(jié)構(gòu)由下而上依序為底介電層、電荷陷入層、頂介電層、控制柵層及頂蓋層。接著，在堆棧結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成多個間隙壁。然后，在基底上形成柵介電層。之后，在相鄰兩個堆棧結(jié)構(gòu)之間形成字線。再來，移除各堆棧結(jié)構(gòu)中的頂蓋層，然后，在各字線兩側(cè)的各堆棧結(jié)構(gòu)外的基底中形成源極區(qū)及漏極區(qū)。
文檔編號H01L27/115GK1855443SQ20051006746
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者李自強 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司