CN104952875A - 存储单元以及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种存储单元以及其制作方法。存储单元包含一基底、一栅极介电层、一图案物质层、一选择栅极以及一控制栅极。栅极介电层设置在基底。图案物质层设置在基底上且包含一水平部分以及一垂直部分。选择栅极设置在基底且位于垂直部分的一侧。控制栅极设置在水平部分上且位于垂直部分的另一侧。图案物质层的垂直部分突出于选择栅极的顶部。本发明提供了另外一种存储单元的实施方式以及其制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种存储单元以及其制作方法，更特别来说，是涉及一种具有L型图案物质层的存储单元以及其制作方法。
背景技术
通常用来存储数据的半导体存储器元件可分成挥发性元件以及非挥发性元件。当供应电源中断时，挥发性存储器元件中的存储数据会遗失，但非挥发性存储器元件即使供应电源已经中断，也会保存存储的数据。因此，当供应电源无法一直供应或是经常中断时，或是当元件仅能需求低电压时，例如是移动电话、存储音乐及\或影像的存储卡以及其他应用装置，大多会使用非挥发性存储器元件。
现有的非挥发性存储器是以掺杂的多晶硅(poly silicon)作为浮动栅极(floating gate)与控制栅极(control gate)。当存储器进行编程(program)时，注入浮动栅极的电荷会均匀分布于整个多晶硅浮动栅极中。然而，当多晶硅浮动栅极层下方的穿隧氧化层(tunneling oxide)有缺陷时，就会容易造成漏电流，影响元件的可靠度。近几年来，厂商研发出一种电荷捕捉层(charge trappinglayer)以取代现有非挥发性存储器中的浮动栅极。此电荷捕捉层的材质通常是氮化硅(silicon nitride)。而在电荷捕捉层的上下通常各会设置有一层氧化硅(silicon oxide)，而形成一种具有氧化硅/氮化硅/氧化硅(oxide-nitride-oxide,ONO)的堆叠式结构(stacked structure)。具有这种堆叠式结构的非挥发式存储器可称为「硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon,SONOS)」存储单元。
现有的硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅存储单元可通过正向读取(forwardread)与反向读取(reverse read)，将电子存储于电荷捕捉层的左侧或右侧。然而，随着半导体元件的日益缩小，电荷捕捉层的体积也逐渐缩小，所能存储的电荷也越来越少，而这将增加存储器在运作时读取或写入时的失误，而影响了产品的可靠度。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种存储单元以及其制作方法，以具有良好的可靠度。
根据本发明的一实施例，本发明提供了一种存储单元，包含一基底、一栅极介电层、一图案物质层、一选择栅极以及一控制栅极。栅极介电层设置在基底。图案物质层设置在基底上且包含一水平部分以及一垂直部分。选择栅极设置在基底且位于垂直部分的一侧。控制栅极设置在水平部分上且位于垂直部分的另一侧。图案物质层的垂直部分突出于选择栅极的顶部。
根据另一实施例，本发明提供了另一存储单元，包含一基底、一栅极介电层、一图案物质层、一选择栅极、一控制栅极、一间隙壁以及一金属硅化物层。栅极介电层设置在基底。图案物质层设置在基底上且包含一水平部分以及一垂直部分。选择栅极设置在基底且位于垂直部分的一侧。控制栅极设置在水平部分上且位于垂直部分的另一侧。图案物质层的垂直部分突出于选择栅极的顶部。间隙壁设置在垂直部分的侧壁。金属硅化物层设置在选择栅极以及控制栅极的顶部，使选择栅极以及控制栅极的顶部完全被间隙壁以及金属硅化物覆盖。
根据另一实施例，本发明提供了一种制作存储单元的方法。首先提供一基底，然后在基底上形成一图案化介电层、一图案化第一导电层以及一图案化掩模层。在图案化介电层、图案化第一导电层以及图案化掩模层上共形地形成一物质层以及一第二导电层，之后各向异性地移除第二导电层以及物质层。接着，移除部分的图案化介电层、部分的图案化第一导电层以及部分的图案化掩模层。最后，完全移除图案化掩模层，以形成两个对称的存储单元。
本发明提供了多种实施例的存储单元以及其制作方法。由于图案物质层突出于选择栅极上，故金属硅化物层不会连续地形成在选择栅极以及控制栅极上，可避免现有的短路问题。如此一来，即可得到可靠度较高的存储单元。
附图说明
图1至图10绘示了本发明的一种制作存储单元的方法的步骤示意图；
图11绘示了本发明根据另一实施例的存储单元的示意图。
主要元件符号说明
300 基底 324 栅极介电层
302、302’ 图案化介电层 326 控制栅极
304、304’ 图案化第一导电层328 图案物质层
306、306’ 图案化掩模层 332 第一层
308、308’、308’’ 物质层 334 第一间隙壁
308a、308a’、 第一氧化层 336 第二掺杂区
308a’’
308b、308b’、 氮化层 340 第二层
308b’’
308c、308c’、 第二氧化层 340a 氧化层
308c’’
310、310’ 第二导电层 340b 氮化层
314 沟槽 342 第二间隙壁
316 第一掺杂区 342a 氧化层
318 栅极堆叠结构 342b 氮化层
320A、320B、 存储单元 344 第三掺杂区
320C、320D
322 选择栅极 346 金属硅化物层
具体实施方式
为使熟悉本发明所属技术领域的一般技术者能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的数个较佳实施例，并配合所附附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
请参考图1至图10，所绘示为本发明的一种制作存储单元的方法的步骤示意图。如图1所示，首先提供一基底300，并在基底300上形成一图案化介电层302、一图案化第一导电层304、一图案化掩模层306。其制作方法例如是，在基底300上形成一介电层（图未示）、一第一导电层（图未示）以及一掩模层（图未示），然后使用一光刻暨蚀刻制作工艺(photo-etching-process,PEP)以形成图案化介电层302、图案化第一导电层304、图案化掩模层306。于较佳实施例中，图案化介电层302、图案化第一导电层304、图案化掩模层306是同一蚀刻步骤一起形成，因此他们会具有垂直切齐的侧壁。在一实施例中，基底300例如是硅基底(silicon substrate)、外延硅基底(epitaxial siliconsubstrate)、硅锗半导体基底(silicon germanium substrate)、碳化硅(siliconcarbide substrate)基底或硅覆绝缘(silicon-on-insulator,SOI)基底。图案化介电层302可以是一介电物质例如二氧化硅，也可以是高介电常数物质，例如是是氧化铪(hafnium oxide,HfO2)、硅酸铪氧化合物(hafnium silicon oxide,HfSiO4)、硅酸铪氮氧化合物(hafnium silicon oxynitride,HfSiON)、氧化铝(aluminum oxide,Al2O3)、氧化镧(lanthanum oxide,La2O3)、铝酸镧(lanthanumaluminum oxide,LaAlO)、氧化钽(tantalum oxide,Ta2O5)、氧化锆(zirconiumoxide,ZrO2)、硅酸锆氧化合物(zirconium silicon oxide,ZrSiO4)、锆酸铪(hafnium zirconium oxide,HfZrO)、氧化镱(yttrium oxide,Yb2O3)、氧化硅镱(yttrium silicon oxide,YbSiO)、铝酸锆(zirconium aluminate,ZrAlO)、铝酸铪(hafnium aluminate,HfAlO)、氮化铝(aluminum nitride,AlN)、氧化钛(titaniumoxide,TiO2),氮氧化锆(zirconium oxynitride,ZrON)、氮氧化铪(hafniumoxynitride,HfON)、氮氧硅锆(zirconium silicon oxynitride,ZrSiON)、氮氧硅铪(hafnium silicon oxynitride,HfSiON)、锶铋钽氧化物(strontium bismuthtantalate,SrBi2Ta2O9,SBT)、锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PbZrxTi1-xO3,PZT)或钛酸钡锶(barium strontium titanate,BaxSr1-xTiO3,BST)，但不以上述为限。图案化第一导电层304可以包含任何导电物质，于一实施例中，图案化第一导电层304是多晶硅。图案化掩模层306可以是各种适合作为掩模层的物质，例如是氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、碳化硅(SiC)或上述的结合。在一实施例中，图案化掩模层306的厚度为500埃(Angstom)至1500埃。
如图2所示，在图案化介电层302、图案化第一导电层304与图案化掩模层306上共形地形成一物质层308以及一第二导电层310。于一实施例中，物质层308包含一第一氧化层308a、一氮化层308b以及一第二氧化层308c，以形成一ONO结构。ONO层中的每一层都可通过相同或不同的制法形成，在一实施例中，ONO层都是以化学气相沉积制作工艺形成。而于一实施例中，第二导电层310可以是任何导电材料，例如是多晶硅。
如图3所示，进行一蚀刻制作工艺以各向异性地移除部分的第二导电层310以及部分的物质层308。就第二导电层310而言，在经过蚀刻制作工艺后，第二导电层310’具有一间隙壁结构且具有弧度的侧面，相对地设置在图案化掩模层306的两侧。于一实施例中，如图3所示，第二导电层310’的最顶部低于图案化掩模层306的最顶部，但高于图案化第一导电层304的最顶部。于另一实施例中，第二导电层310’的最顶部齐平于图案化掩模层306的最顶部。就物质层308而言，经过蚀刻步骤后，物质层308中仅接触基底300的部分会被移除，也就是说，环绕在第二导电层310’以及图案化掩模层306的物质层308会被保留在基底300上。
如图4所示，进行一蚀刻制作工艺以移除部分的物质层308’、部分的图案化掩模层306、部分的图案化第一导电层304、部分的图案化介电层302，直至暴露出基底300，而在基底300上形成一沟槽314。于一较佳实施例中，保留的物质层308’’、图案化掩模层306’、图案化第一导电层304’以及图案化介电层302’镜像地对称于沟槽314的中线。
如图5所示，将图案化掩模层306’以及图案化掩模层306’以上的物质层308’’完全移除。如此一来，即可在基底300上形成两个相互对称的栅极堆叠结构318。每个栅极堆叠结构318包含图案化介电层302’、图案化第一导电层304’、物质层308’’、第二导电层310’。后续，可以栅极堆叠结构318作为掩模进行一离子注入制作工艺，而在位于栅极堆叠结构318的两侧的基底300中形成一第一掺杂区316。如此，即可形成一存储单元320A。
如图5所示，存储单元320A包含基底300、一栅极介电层324（由图案化介电层302’形成）、一选择栅极322（由图案化第一导电层304’形成）、一图案物质层328（由物质层308’’形成）、一控制栅极326（由第二导电层308’’形成）以及第一掺杂区316。图案物质层328可作为一电荷捕捉层。图案物质层328具有L型且包含一垂直部分328V以及一水平部分328H。选择栅极322设置在栅极介电层322上且位于垂直部分328V的一侧。控制栅极326设置在水平部分328H上且位于垂直部分328V的另一侧。垂直部分328V突出于选择栅极322的顶部。较佳地，垂直部分328V突出于选择栅极322的顶部以及控制栅极326的顶部。在一实施例中，垂直部分328V较选择栅极322高出一高度H1，约为500埃至1500埃，且垂直部分328V较控制栅极326高出一高度H2，约为200埃至1000埃，故控制栅极326高于选择栅极322约100埃至300埃。
在一实施例中，后续还可对存储单元进行多个步骤。如图6所示，在基底300上形成一第一层332以共形地覆盖在栅极堆叠结构318上。在一实施例中，第一层332包含氮化硅。如图7所示，进行一蚀刻制作工艺以各向异性地移除第一层332，使第一层332位于栅极堆叠结构318的暴露侧壁上的部分形成第一间隙壁334。在一实施例中，以栅极堆叠结构318以及第一间隙壁334作为掩模进行一离子注入制作工艺，而在基底300中形成一第二掺杂区336。在一实施例中，第二掺杂区336的浓度高于第一掺杂区316的浓度。如此，即可形成一存储单元320B。除了存储单元320A的结构外，本实施例的存储单元320B还包含了第二掺杂区336和第一间隙壁334。其中第一间隙壁334设置在暴露的垂直部分328V的侧壁、选择栅极322的侧壁、控制栅极326与水平部分328H的侧壁。
在一实施例中，如图8所示，可后续在基底300上形成一第二层340以共形地覆盖在栅极堆叠结构318以及第一间隙壁334上。在一实施例中，第二层340包含氧化层340a与氮化层340b。如图9所示，进行一蚀刻制作工艺以各向异性地移除第二层340，使第二层340位于第一间隙壁334侧壁上的部分形成第二间隙壁342。在一实施例中，可以使用栅极堆叠结构318、第一间隙壁334以及第二间隙壁342作为掩模进行一离子注入制作工艺，而在基底300中形成一第三掺杂区344。在一实施例中，第三掺杂区344的浓度高于第二掺杂区336的浓度，而第二掺杂区336的浓度高于第一掺杂区316的浓度。如此，即可形成一存储单元320C。除了存储单元320B的结构外，本实施例的存储单元320C还包含了第三掺杂区344以及第二间隙壁342，其中第二间隙壁342设置在第一间隙壁334的侧壁。
在一实施例中，如图10所示，后续还可形成一金属硅化物层346在暴露的第三掺杂区344以及栅极堆叠结构318上（包含暴露的选择栅极322以及暴露的控制栅极326）。形成金属硅化物层346的步骤可以是一自动对准金属硅化物形成步骤（Salicide process），例如先形成一金属层（图未示）如钴层，接着进行一回火步骤以使金属层和硅层反应而形成金属硅化物层346，后续再将未反应的金属层移除。
由于第一间隙壁334以及第二间隙壁342设置在基底300以及栅极堆叠结构318上，金属硅化物层346可以以自动对准的方式形成，使金属硅化物层346形成在所预设的位置上。选择栅极332以及控制栅极326的顶端会完全被第一间隙壁334、第二间隙壁342以及金属硅化物层346覆盖，且金属硅化物层346在水平方向上不会与第一间隙壁334与第二间隙壁342重叠。本发明另外一好处在于，由于图案物质层328的垂直部分328V，连同第一间隙壁334、第二间隙壁342，会设置在选择栅极322以及控制栅极326之间并突出于两者上方，故所形成的金属硅化物层346不会连续地形成在选择栅极322以及控制栅极326之间，而是会被分开，故此可避免现有技术中由于金属硅化物层346连续地连接选择栅极322以及控制栅极326而形成的短路问题。此外，由于第一间隙壁334与第二间隙壁342具有弧度的侧壁，故用以形成金属硅化物层346的金属层可以平滑地形成在选择栅极322以及控制栅极326上，不具垂直部分，故可精准的形成金属硅化物层346。通过上述的说明可知，本发明制作存储单元的方法可以形成品质良好的存储单元。而需注意的是，此实施例中形成金属硅化物层346可以与前述或后述各种实施例的存储单元320A、320B、320C、320D结合。
请参考图11，所绘示为本发明根据另一实施例的存储单元的示意图。在本实施例中，如图11所示，物质层308包含第一氧化层308a、氮化层308b以及第二氧化层308c，且第一氧化层308a是由热氧化制作工艺形成。请一并参考图2，由于热氧化制作工艺所得的氧化层大多会在半导体硅上，而不会位于氮化物上，因此本实施例的第一氧化层308a较佳仅形成在基底300上以及图案化第一导电层304（包含多晶硅）的侧壁上，而不会形成在图案化掩模层306的侧壁上。是故，如图11所示，本实施例的第一氧化层308a，其最顶端会与选择栅极322（由图案化第一导电层304形成）的顶端切齐，而仅有氮化层308b以及第二氧化层308c突出于选择栅极322上。
综上所述，本发明提供了多种实施例的存储单元以及其制作方法。由于图案物质层突出于选择栅极上，故金属硅化物层不会连续地形成在选择栅极以及控制栅极上，可避免现有的短路问题。如此一来，即可得到可靠度较高的存储单元。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (20)
1.一种存储单元，包含：
基底；
栅极介电层，设置在该基底上；
L型的图案物质层，设置在该基底上，其中该图案物质层包含一垂直部分以及一水平部分；
选择栅极，设置在该栅极介电层上且位于该图案物质层的该垂直部分的一侧；以及
控制栅极，设置在该水平部分上，且位于该垂直部分的另外一侧，其中该垂直部分突出于该选择栅极的顶部。
2.如权利要求1所述的存储单元，还包含间隙壁，设置在该垂直部分的侧壁。
3.如权利要求2所述的存储单元，其中该间隙壁包含第一间隙壁以及第二间隙壁。
4.如权利要求1所述的存储单元，其中该控制栅极的顶端高于该选择栅极的顶端。
5.如权利要求4所述的存储单元，其中该控制栅极的顶端高于该选择栅极的顶端，其高度差为100埃至300埃。
6.如权利要求1所述的存储单元，其中该垂直部分突出于该选择栅极的顶端，其高度差为500埃至1500埃。
7.如权利要求1所述的存储单元，其中该图案物质层包含第一氧化层、氮化层以及第二氧化层。
8.如权利要求7所述的存储单元，其中该第一氧化层的顶端与该选择栅极的顶端齐平。
9.如权利要求1所述的存储单元，还包含金属硅化物层，设置在该选择栅极以及该控制栅极的顶端。
10.一种存储单元，包含：
基底；
栅极介电层，设置在该基底上；
L型的图案物质层，设置在该基底上，其中该图案物质层包含一垂直部分以及一水平部分；
选择栅极，设置在该栅极介电层上且位于该图案物质层的该垂直部分的一侧；
控制栅极，设置在该水平部分上，且位于该垂直部分的另外一侧，其中该垂直部分突出于该选择栅极的顶部；
间隙壁，设置在该垂直部分的侧壁；以及
金属硅化物层，设置在该控制栅极以及该选择栅极的顶端，其中该控制栅极与该选择栅极的顶端被该金属硅化物以及该间隙壁完全覆盖。
11.如权利要求10所述的存储单元，其中该间隙壁包含第一间隙壁以及第二间隙壁。
12.如权利要求10所述的存储单元，其中该间隙壁在水平方向上不会与该金属硅化物层重叠。
13.一种制作存储单元的方法，包含：
提供一基底；
在该基底上形成一图案化介电层、一图案化第一导电层以及一图案化掩模层；
在该图案化介电层、该图案化第一导电层以及该图案化掩模层上共形地形成一物质层以及一第二导电层；
各向异性地移除该第二导电层以及该物质层；
移除部分的该图案化介电层、部分的该图案化第一导电层以及部分的该图案化掩模层；以及
完全移除该图案化掩模层，以形成两个对称的存储单元。
14.如权利要求13所述的制作存储单元的方法，其中该存储单元包含：
栅极介电层，由该图案化介电层形成；
L型的图案物质层，由该物质层形成，其中该图案物质层包含一垂直部分以及一水平部分；
选择栅极，由该图案化第一导电层形成，其中该选择栅极设置在该栅极介电层上且位于该垂直部分的一侧；以及
控制栅极，由该第二导电层形成，其中该控制栅极设置在该水平部分上，且位于该垂直部分的另外一侧，该垂直部分突出于该选择栅极的顶部。
15.如权利要求13所述的制作存储单元的方法，还胞形成一间隙壁在该物质层的侧壁。
16.如权利要求15所述的制作存储单元的方法，其中该间隙壁包含第一间隙壁以及第二间隙壁。
17.如权利要求13所述的制作存储单元的方法，其中该图案化掩模层的厚度介于500埃与1500埃之间。
18.如权利要求13所述的制作存储单元的方法，其中该物质层包含第一氧化层、氮化层以及第二氧化层。
19.如权利要求1所述的制作存储单元的方法，其中该第一氧化层由一热氧化制作工艺形成。
20.如权利要求13所述的制作存储单元的方法，还包含形成金属硅化物层，位于该图案化第一导电层以及该第二导电层的顶端。
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