CN100399545C - 非挥发性存储器的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种非挥发性存储器的制造方法，此方法先提供基底，且此基底上已形成有穿隧层与浮置栅极层。然后，于浮置栅极层上形成掩模层，且此掩模层具有开口而暴露出部分的浮置栅极层。接着，移除开口中的部分的浮置栅极层，以使此浮置栅极层表面凹陷。之后，于浮置栅极层上形成栅间介电层。继之，于栅间介电层上形成控制栅极层。然后，移除掩模层以及位于掩模层下方的浮置栅极层以形成另一开口。接着于此开口中填入选择栅极层。

Description

非挥发性存储器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种存储器元件的制作方法，特别是涉及一种非挥发性存储器的制造方法。

背景技术

非挥发性存储器具有可写入、可抹除以及断电后仍可保存数据的优点。此外，非挥发性存储器亦具有体积小、存取速度快及耗电量低的优点。另外，因其数据抹除(Erasing)时采用“一块一块”(Block by Block)抹除的方式，所以更具有操作速度快的优点。因此，非挥发性存储器已成为个人计算机和电子设备所广泛采用的一种存储器元件。

典型的非挥发性存储器由多个存储单元构成，且每个存储单元由穿隧层、浮置栅极层、栅间介电层与控制栅极层依序堆栈而成。当控制栅极层与浮置栅极层之间的栅极耦合率(Gate Couple Ratio，GCR)越大，则表示可以使用较低的工作电压来操作此存储器。因此，目前各界以增加栅间介电层的电容为努力目标，以藉此提高栅极耦合率。一般说来，增加栅间介电层电容的方法为增加控制栅极层与浮置栅极层之间所夹的面积。然而，当集成度不断提升时，元件的线宽越来越小，因此会使得提升控制栅极层与浮置栅极层的间所夹的面积受到局限，如此将影响元件效能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种非挥发性存储器的制造方法，以提高栅极耦合率，进而增加元件效能。

本发明提出一种非挥发性存储器的制造方法，此方法先提供基底，且此基底上已形成有穿隧层与浮置栅极层。然后，于浮置栅极层上形成掩模层，且此掩模层具有开口而暴露出部分的浮置栅极层。接着，移除开口中的部分的浮置栅极层，以使此浮置栅极层表面凹陷。之后，于浮置栅极层上形成栅间介电层。继之，于栅间介电层上形成控制栅极层。然后，移除掩模层以及位于掩模层下方的浮置栅极层。

本发明提出一种非挥发性存储器的制造方法，此方法先于基底上形成穿隧层。然后，于穿隧层上形成浮置栅极层。接着，于浮置栅极层上形成掩模层，此掩模层具有第一开口而暴露出部分浮置栅极层。之后，移除第一开口中的部分浮置栅极层，以使浮置栅极层表面凹陷。继之，于浮置栅极层上形成栅间介电层。然后，于栅间介电层上形成控制栅极层，以填满第一开口。接着，于控制栅极层表面形成顶盖层。之后，移除掩模层以及位于掩模层下方的浮置栅极层，以形成第二开口。继之，于第二开口侧壁形成介电层。然后，于第二开口中形成选择栅极层。

依照本发明的优选实施例所述的非挥发性存储器的制造方法，上述的移除开口中的部分的浮置栅极层，以使此浮置栅极层表面凹陷的方法可以是先进行一氧化步骤，以使裸露的浮置栅极层产生反应而生成一氧化层，之后再移除此氧化层。上述氧化层的移除方法例如是进行湿式蚀刻工艺。

依照本发明的优选实施例所述的非挥发性存储器的制造方法，上述在于栅间介电层上形成控制栅极层之后以及在移除掩模层以及位于掩模层下方的浮置栅极层之前，还可以利用热氧化工艺，以于裸露的控制栅极层表面形成氧化层。

依照本发明的优选实施例所述的非挥发性存储器的制造方法，上述在移除掩模层以及位于掩模层下方的浮置栅极层之后，还可以于浮置栅极层、栅间介电层与控制栅极层的侧壁形成介电层，接着再于凹洞中填满选择栅极层。其中，上述的介电层的形成方法例如是进行高温热氧化工艺。

依照本发明的优选实施例所述的非挥发性存储器的制造方法，上述的穿隧层的材料可以是介电材料，其例如是氧化硅。此外，上述的浮置栅极层、控制栅极层或选择栅极层的材料可以是导体材料，其例如是多晶硅或掺杂多晶硅。另外，上述的掩模层的材料可以是与浮置栅极层具有不同蚀刻选择性的材料，其例如是氮化硅。此外，上述的栅间介电层的材料例如是氧化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅堆栈材料。

因此，本发明藉由在浮置栅极层形成凹陷的表面，来增加浮置栅极层与控制栅极之间的栅间介电层的电容。所以，可以提升浮置栅极层与控制栅极之间的栅极耦合率，从而提高元件效能，并减少所需的工作电压。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1F是依照本发明一优选实施例的一种非挥发性存储器的制造流程剖面示意图。

简单符号说明

100：基底

102：穿隧层

104、104a、104b：浮置栅极层

106：掩模层

108：开口

110：图案化的光致抗蚀剂层

112：氧化硅层

114、114a：栅间介电层

116、116a：控制栅极材料层

116a：控制栅极层

118、118a：氧化物层

120：堆栈层

122：介电层

124：导体层

具体实施方式

图1A至图1F是绘示依照本发明一优选实施例的一种非挥发性存储器的制造流程剖面示意图。

请参照图1A，本发明的非挥发性存储器的制造方法先于基底100依序形成穿隧层102与浮置栅极层104。其中，基底100例如是硅基底。此外，穿隧层102的材料可以是介电材料，其例如是氧化硅或是其它可作为电荷穿隧的材料，其形成方法例如是进行热氧化工艺或是其它合适的工艺。另外，浮置栅极层104的材料可以是导体材料，其例如是多晶硅、掺杂多晶硅或是其它合适的材料，其形成方法例如是进行化学气相沉积工艺或是其它合适的工艺。

然后，于浮置栅极层104上形成掩模层106，且此掩模层106具有开口108而暴露出部分的浮置栅极层104。其中，掩模层106的材料可以是与浮置栅极层104具有不同蚀刻选择性的材料，其例如是氮化硅或是其它合适的材料。此外，掩模层106的形成方法例如是于浮置栅极层104上形成一掩模材料层(未绘示)，然后于掩模材料层上形成图案化的光致抗蚀剂层110，之后再以此图案化的光致抗蚀剂层110为掩模，来蚀刻此掩模材料层。随后，将图案化的光致抗蚀剂层110移除，而形成如图1B所示的结构。

接着，请继续参照图1B，进行一处理步骤，以使开口108中所裸露的浮置栅极层104表面产生凹陷，其例如是进行氧化步骤，所以当氧气与硅材料的浮置栅极层104产生反应时，会生成氧化硅层112。之后，请参照图1C，当氧化硅层112移除后，即可使浮置栅极层104表面产生凹陷，而形成浮置栅极层104a。其中，氧化硅层112的移除方法例如是进行湿式蚀刻工艺，并使用例如氢氟酸溶液的蚀刻液。

值得一提的是，除了利用上述处理步骤可以使浮置栅极层表面凹陷之外，在另一优选实施例中也可藉由适当的蚀刻工艺使浮置栅极层表面凹陷。也就是说，在本实施例中，虽仅以氧化步骤以及蚀刻工艺来说明，然非用以限定使浮置栅极层表面凹陷的方法。

继之，请参照图1D，于浮置栅极层104a上形成栅间介电层114。其中，栅间介电层114的材料例如是氧化硅、氧化硅/氮化硅/氧化硅堆栈材料或是其它合适的材料。

然后，于栅间介电层114上形成控制栅极材料层116。其中，控制栅极材料层116的材料可以是导体材料，其例如是多晶硅、掺杂多晶硅或是其它合适的材料。此外，控制栅极材料层116的形成方法例如是进行化学气相沉积工艺或是其它合适的工艺。

接着，请参照图1E，移除开口108以外的控制栅极材料层116，而形成控制栅极层116a。其中，移除的方法例如是以栅间介电层114为终止层，进行化学机械研磨工艺或是回蚀刻工艺。

之后，进行氧化工艺，以于裸露的控制栅极层116a上形成氧化物层118。其中，氧化工艺例如是热氧化工艺。举例来说，若控制栅极层116a为多晶硅层，则在进行此氧化工艺后，所生成的氧化物层118为氧化硅层。此外，所形成的氧化物层118作为顶盖层之用，而可于后续工艺中保护其下方的膜层。

继之，请参照图1F，移除掩模层106、位于掩模层106下方的浮置栅极层104a，并且将位于掩模层106上方的栅间介电层114、氧化物层118一并移除，而形成由浮置栅极层104b、栅间介电层114a、控制栅极层116a与氧化物层118a所构成的堆栈层120。其移除的方法例如是进行蚀刻工艺。

在一实施例中，在形成堆栈层120之后，还可于堆栈层120的侧壁形成介电层122。其中，介电层122的材料例如是氧化硅或是其它合适的材料，其形成方法例如是高温热氧化法(HTO)或是其它合适的工艺。之后，再于介电层122上，也就是上述移除的掩模层106、浮置栅极层104a、栅间介电层114、氧化物层118的原位置上，形成导体层124。特别是，于此所形成的介电层122可作为栅间介电层之用，而作为存储器的抹除操作时的电荷移动途径。此外，导体层124则作为选择栅极之用。

因此，本发明藉由在浮置栅极层形成凹陷的表面，来增加浮置栅极层与控制栅极之间的栅间介电层的电容。所以，可以提升浮置栅极层与控制栅极之间的栅极耦合率，从而提高元件效能，并减少所需的工作电压。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims (27)

1.一种非挥发性存储器的制造方法，包括：

提供基底，该基底上已形成有穿隧层与浮置栅极层；

于该浮置栅极层上形成掩模层，该掩模层具有开口而暴露出部分该浮置栅极层；

移除该开口中的部分该浮置栅极层，以使该浮置栅极层表面凹陷；

于该浮置栅极层上形成栅间介电层；

于该栅间介电层上形成控制栅极层；以及

移除该掩模层以及位于该掩模层下方的该浮置栅极层。

2.如权利要求1所述的非挥发性存储器的制造方法，其中移除该开口中的部分该浮置栅极层，以使该浮置栅极层表面凹陷的方法包括：

进行氧化步骤，以使裸露的该浮置栅极层产生反应而生成氧化层，其中该氧化层的材料与该浮置栅极层不同；以及

移除该氧化层。

3.如权利要求2所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该氧化层的移除方法包括进行湿式蚀刻工艺。

4.如权利要求1所述的非挥发性存储器的制造方法，其中在于该栅间介电层上形成该控制栅极层之后以及在移除该掩模层以及位于该掩模层下方的该浮置栅极层之前，还包括于裸露的该控制栅极层表面形成氧化层。

5.如权利要求4所述的非挥发性存储器的制造方法，其中于裸露的该控制栅极层表面形成该氧化层的方法包括热氧化工艺。

6.如权利要求1所述的非挥发性存储器的制造方法，其中在移除该掩模层以及位于该掩模层下方的该浮置栅极层之后，还包括：

于该浮置栅极层、该栅间介电层与该控制栅极层的侧壁形成介电层；以及

于该介电层上形成导电层。

7.如权利要求6所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该介电层的形成方法包括进行高温热氧化工艺。

8.如权利要求6所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该导电层的材料包括掺杂多晶硅。

9.如权利要求1所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该穿隧层的材料为介电材料。

10.如权利要求9所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该介电材料为氧化硅。

11.如权利要求1所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该浮置栅极层或该控制栅极层的材料为导电材料。

12.如权利要求11所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该导电材料为掺杂多晶硅。

13.如权利要求1所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该掩模层的材料为与该浮置栅极层具有不同蚀刻选择性的材料。

14.如权利要求13所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该材料为氮化硅。

15.如权利要求1所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该栅间介电层的材料为氧化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅堆栈材料。

16.一种非挥发性存储器的制造方法，包括：

于基底上形成穿隧层；

于该穿隧层上形成浮置栅极层；

于该浮置栅极层上形成一掩模层，该掩模层具有第一开口而暴露出部分该浮置栅极层；

移除该第一开口中的部分该浮置栅极层，以使该浮置栅极层表面凹陷；

于该浮置栅极层上形成栅间介电层；

于该栅间介电层上形成控制栅极层，以填满该第一开口；

于该控制栅极层表面形成顶盖层；

移除该掩模层以及位于该掩模层下方的该浮置栅极层，以形成由浮置栅极、栅间介电层、控制栅极以及顶盖层构成的堆叠结构；

于该堆叠结构侧壁形成介电层；以及

于该介电层上形成选择栅极层。

17.如权利要求16所述的非挥发性存储器的制造方法，其中移除该第一开口中的部分该浮置栅极层，以使该浮置栅极层表面凹陷的方法包括：

进行氧化步骤，以使裸露的该浮置栅极层产生反应而生成氧化层，其中该氧化层的材料与该浮置栅极层不同；以及

移除该氧化层。

18.如权利要求17所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该氧化层的移除方法包括进行湿式蚀刻工艺。

19.如权利要求16所述的非挥发性存储器的制造方法，其中于该控制栅极层表面形成该顶盖层的方法包括热氧化工艺。

20.如权利要求16所述的非挥发性存储器的制造方法，其中于该堆叠结构侧壁形成该介电层的方法包括进行高温热氧化工艺。

21.如权利要求16所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该穿隧层的材料为介电材料。

22.如权利要求21所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该介电材料为氧化硅。

23.如权利要求16所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该浮置栅极层、该控制栅极层或该选择栅极层的材料为导电材料。

24.如权利要求23所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该导电材料为掺杂多晶硅。

25.如权利要求16所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该掩模层的材料为与该浮置栅极层具有不同蚀刻选择性的材料。

26.如权利要求25所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该材料为氮化硅。

27.如权利要求16所述的非挥发性存储器的制造方法，其中该栅间介电层的材料为氧化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅堆栈材料。

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