CN1677647A - 非挥发性存储元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种非挥发性存储元件及其制造方法，其中制造方法先提供一基底，再于基底中形成一沟槽。随后，于基底与沟槽表面依序形成一底氧化层、一电荷陷入层以及一顶氧化层。之后，于顶氧化层上形成一导电层填满沟槽，再定义导电层，以于沟槽上形成一栅极。之后，去除栅极以外的顶氧化层、电荷陷入层以及底氧化层，再进行一源/漏极掺杂制造工艺。由于本发明将存储元件做在沟槽中，所以可藉由增加耦合率来提升其储存效率，并可藉由调整沟槽深度而存入较多的电荷数。
Description
技术领域
本发明涉及一种存储元件的制造方法，特别是涉及一种非挥发性存储元件(non-volatile memory device)及其制造方法。
背景技术
在各种非挥发性存储器产品中，具有可进行多次数据的存入、读取、抹除等动作，且存入的数据在断电后也不会消失的优点的可电抹除且可编程只读存储器(EEPROM)，已成为个人计算机和电子设备所广泛采用的一种存储器组件。典型的可电抹除且可编程只读存储器以掺杂的多晶硅(polysilicon)制作浮置栅极(floating gate)与控制栅极(control gate)。当存储器进行编程(program)时，注入浮置栅极的电子会均匀分布于整个多晶硅浮置栅极层之中。然而，当多晶硅浮置栅极层下方的穿隧氧化层(tunneling oxide)有缺陷存在时，就容易造成组件的漏电流，影响组件的可靠度。
因此，为了解决可电抹除可编程只读存储器组件漏电流的问题，目前的方法是采用一电荷陷入层(charge trapping layer)取代现有存储器的多晶硅浮置栅极，此电荷陷入层的材料例如是氮化硅。这种氮化硅电荷陷入层上下通常各有一层氧化硅，而形成一种包含氧化硅/氮化硅/氧化硅(oxide-nitride-oxide，简称ONO)层所构成的堆栈式结构(stacked structure)，具有此堆栈式栅极结构的只读存储器可称为硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon，简称SONOS)存储元件。
此种硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅存储元件如图1所示。请参照图1，在基底100上有一氧化硅/氮化硅/氧化硅层102，其由一底氧化硅层104、一氮化硅层106与一顶氧化硅层108所构成的堆栈式结构。此外，于氧化硅/氮化硅/氧化硅层102上有一多晶硅栅极112，也就是作为字符线(word line)，而在氧化硅/氮化硅/氧化硅层102两侧的基底100中具有源/漏极(source/drain)区118，其作为埋入式位线(buried bit line)。再者，于多晶硅栅极112侧壁通常有间隙壁116，而在间隙壁116下方的基底100中有浅掺杂区(lightly dopingregion)114与源/漏极区118电性相连。
硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅存储元件一般可藉经由氧化硅/氮化硅/氧化硅层102的底氧化层104的通道热电子(channel hot electron，简称CHE)注入而被程序化，且于程序化期间，电荷会被捕捉到氧化硅/氮化硅/氧化硅层102中。再者，硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅存储元件可藉经由氧化硅/氮化硅/氧化硅层102的底氧化层104的穿隧增大热电洞(tunneling enhanced hothole，简称TEHH)注入而被抹除。而且，硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅存储元件的储存效率主要是受其耦合率影响；也就是前述顶氧化硅层108与多晶硅栅极112的接触面积。
然而，随着组件小型化的发展趋势，组件的线宽也一并缩小，因而导致硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅存储元件的顶氧化硅层与多晶硅栅极的接触面积缩小，使得其储存效率受到影响而变差。所以目前要如何在组件小型化的趋势下，增加硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅存储元件的耦合率，进而提升其储存效率，将是各界研究的重点之一。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种非挥发性存储元件的制造方法，以配合组件小型化的发展制作出较高耦合率的非挥发性存储元件。
本发明的另一目的是提供一种非挥发性存储元件，以有效缩小组件尺寸，并且增加非挥发性存储元件的耦合率，进而提升其储存效率。
根据上述与其它目的，本发明提出一种非挥发性存储元件的制造方法，先提供一基底，再于基底中形成一沟槽。随后，于基底与沟槽表面依序形成一底氧化层、一电荷陷入层以及一顶氧化层。之后，于顶氧化层上形成一导电层填满沟槽，再定义导电层，以于沟槽上形成一栅极。之后，去除栅极以外的顶氧化层、电荷陷入层以及底氧化层，再进行一源/漏极掺杂制造工艺。
本发明另外提出一种非挥发性存储元件，包括一基底、一栅极、一底氧化层、一电荷陷入层、一顶氧化层以及数个源/漏极区，其中基底具有一沟槽。而栅极位于沟槽上且填满沟槽，底氧化层则是位于栅极与沟槽表面之间。电荷陷入层是位于栅极与底氧化层之间，而顶氧化层是位于栅极与电荷陷入层之间。源/漏极区则位于栅极外侧的基底中。
本发明因为将非挥发性存储元件做在硅沟槽中，所以可于固定的组件尺寸下增加其耦合率，进而提升存储元件的储存效率。而且，因为沟槽的深度可做调整，故可存入此种存储元件的电荷数较现有的非挥发性存储元件多；也就是，编程(program)的阈值电压(threshold voltage，简称Vt)可藉由沟槽深度来调整。此外，本发明的制造工艺简单即属于单一多晶硅制造工艺(single poly process)，故也可用于埋入式(embedded)制造工艺。
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，并配合所附图作详细说明。
附图说明
图1所绘示为现有的硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅存储元件的剖面图。
图2A至图2D是依照本发明的一优选实施例的一种非挥发性存储元件的制造流程剖面图。
图3是本发明的非挥发性存储元件的另一实例的沟槽的剖面示意图。
简单符号说明
100，200，300：基底
102，210，210a：氧化硅/氮化硅/氧化硅层
104，108，204，208：氧化硅层
106：氮化硅层
112，212a：栅极
114，214：浅掺杂区
116，216：间隙壁
118，218：源/漏极区
202，302：沟槽
206：电荷陷入层
212：导电层
213：浅掺杂制造工艺
217：源/漏极掺杂制造工艺
具体实施方式
图2A至图2D是依照本发明的一优选实施例的一种非挥发性存储元件的制造流程剖面图。
请参照图2A，先提供一基底200，再于基底200中形成一沟槽202。而于基底200中形成沟槽202的步骤譬如是先于基底200上形成一垫氧化层(pad oxide，未绘示)，再于垫氧化层上形成一图案化掩模层(patterned masklayer，未绘示)，其材料例如是氮化硅或其它合适的材料。随后，以图案化掩模层为掩模，去除暴露出的垫氧化层与部分基底200。之后，待沟槽202形成之后，需将前述垫氧化层与图案化掩模层去除。
接着，请参照图2B，于基底200与沟槽202表面形成一底氧化层204，其材料包括氧化硅，且此底氧化层204譬如是利用一热氧化制造工艺形成的。之后，于底氧化层204上形成一电荷陷入层(charge trapping layer)206，其材料譬如是氮化硅，且此电荷陷入层206譬如是利用一化学气相沉积(chemicalvapor deposition，简称CVD)制造工艺形成的，而且电荷陷入层206还可以是其它如氮化层、钽氧化层、钛酸锶层或铪氧化层等。随后，于电荷陷入层206上形成一顶氧化层208，其材料包括氧化硅。而前述的底氧化层204、电荷陷入层206以及顶氧化层208所构成的堆栈式结构譬如本图一氧化硅/氮化硅/氧化硅层210，具有此堆栈式结构的非挥发性存储元件可称为硅/氧化硅/氮化硅/氧化硅/硅(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon，简称SONOS)存储元件。然后，于顶氧化层208上形成一导电层212填满沟槽202，其中导电层212的材料例如多晶硅(polysilicon)或其它合适的材料。
之后，请参照图2C，定义导电层212，以于沟槽202上形成一栅极212a。而且，栅极212a可选择延伸于沟槽202外的部分基底200上(如本图所示)，或是直接形成于沟槽202上。然后，去除栅极212a以外的底氧化层204、电荷陷入层206以及顶氧化层208，而保留下来的则作为氧化硅/氮化硅/氧化硅层210a。接着，可选择进行一浅掺杂制造工艺(lightly doping process)213，以于栅极212a外侧的基底200中形成浅掺杂区域(lightly doping region)214。
接着，请参照图2D，可选择性地于栅极212a侧壁形成数个间隙壁216，其材料例如氮化硅或其它合适的材料。之后，进行一源/漏极掺杂制造工艺(source/drain doping process)217，以于栅极212a侧壁的间隙壁216外的基底200中形成数个源/漏极区(source/drain region)218。此外，在源/漏极掺杂制造工艺217之后，尚可包括进行一自行对准硅化金属(self-aligned silicide，缩写为salicide)制造工艺，以于栅极212a表面形成一硅化金属层(未绘示)，其中硅化金属层的材料譬如硅化钴、硅化钛、硅化钨、硅化钼、硅化铂或硅化镍等合适的材料。而且，通常在进行自行对准硅化物制造工艺之前，还可包括于部分基底200上形成一自行对准金属硅化物阻挡层(salicide block，简称SAB)，以便遮蔽不需形成金属硅化物的区域。
此外，沟槽202形状除了如图2A～2D所示外，还可以是一种具有滑顺(smooth)化的形状的沟槽，如图3所示，以利于后续如底氧化层的沉积。请参照图3，形成于基底300中的沟槽302明显与图2A～2D的沟槽202剖面不同，而呈现滑顺化的形状。
综上所述，本发明的特点之一在于将非挥发性存储元件做在硅沟槽中，所以在同样的组件尺寸与线宽下，能增加其耦合率，进而提升储存效率。而且，因为沟槽深度可做调整，故可存入的电荷数较多；也就是说，存储元件在进行编程(program)的启始电压(threshold voltage，Vt)可藉由沟槽深度来调整。此外，本发明的制造工艺简单即属于单一多晶硅制造工艺(single polyprocess)，故也可用于埋入式(embedded)制造工艺。
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 (18)
1.一种非挥发性存储元件的制造方法，包括：
提供一基底；
于该基底中形成一沟槽；
于该基底与该沟槽表面形成一底氧化层；
于该底氧化层上形成一电荷陷入层；
于该电荷陷入层上形成一顶氧化层；
于该顶氧化层上形成一导电层填满该沟槽；
定义该导电层，以于该沟槽上形成一栅极；
去除该栅极以外的该顶氧化硅、该电荷陷入层以及该底氧化层；以及
进行一源/漏极掺杂工艺。
2.如权利要求1所述的非挥发性存储元件的制造方法，其中于该基底中形成该沟槽之前，还包括隔离该基底上的有源区。
3.如权利要求1所述的非挥发性存储元件的制造方法，其中于该基底与该沟槽表面形成该底氧化层的步骤，包括利用一热氧化工艺于该基底与该沟槽表面形成一氧化硅层。
4.如权利要求1所述的非挥发性存储元件的制造方法，其中于该底氧化层上形成该电荷陷入层的步骤，包括利用一化学气相沉积工艺于该底氧化层上形成一氮化硅层。
5.如权利要求1所述的非挥发性存储元件的制造方法，其中进行该源/漏极掺杂工艺之前，还包括：
进行一浅掺杂工艺；以及
于该栅极侧壁形成多个间隙壁。
6.如权利要求1所述的非挥发性存储元件的制造方法，其中定义该导电层的步骤还包括于该沟槽外的部分该基底上形成该栅极。
7.如权利要求1所述的非挥发性存储元件的制造方法，其中进行该源/漏极掺杂制造工艺之后，还包括进行一自行对准硅化金属制造工艺，以于该栅极表面形成一硅化金属层。
8.如权利要求7所述的非挥发性存储元件的制造方法，其中进行该自行对准硅化物制造工艺之前，还包括于部分该基底上形成一自行对准金属硅化物阻挡层。
9.一种非挥发性存储元件，包括：
一基底，该基底具有一沟槽；
一栅极，位于该沟槽上且填满该沟槽；
一底氧化层，位于该栅极与该沟槽表面之间；
一电荷陷入层，位于该栅极与该底氧化层之间；
一顶氧化层，位于该栅极与该电荷陷入层之间；以及
多个源/漏极区，位于该栅极外侧的该基底中。
10.如权利要求9所述的非挥发性存储元件，其中该栅极还包括延伸于该沟槽外的部分该基底上。
11.如权利要求10所述的非挥发性存储元件，其中该底氧化层还包括位于该栅极与该基底之间。
12.如权利要求9所述的非挥发性存储元件，还包括多个间隙壁，位于该栅极的侧壁。
13.如权利要求12所述的非挥发性存储元件，还包括多个浅掺杂区域，位于该些间隙壁下方的该基底中。
14.如权利要求12所述的非挥发性存储元件，其中该些间隙壁的材料包括氮化硅。
15.如权利要求9所述的非挥发性存储元件，其中该栅极的材料包括多晶硅。
16.如权利要求9所述的非挥发性存储元件，其中该电荷陷入层的材料选自由氮化层、钽氧化层、钛酸锶层与铪氧化层所组成的一族群。
17.如权利要求9所述的非挥发性存储元件，还包括一硅化金属层，位于该栅极表面。
18.如权利要求17所述的非挥发性存储元件，其中该硅化金属层的的材料选自于由硅化钴、硅化钛、硅化钨、硅化钼、硅化铂以及硅化镍所组成的一族群。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20071017 Termination date: 20100329 |