TW200406040A - Floating gate memory fabrication methods comprising a field dielectric etch with a horizontal etch component - Google Patents
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Description
200406040 五、發明說明(1) 發明所屬之技術領域 本案係關於浮置閘非揮發性記憶體。 先前技術
浮置閘非揮發性記憶單位藉著儲存電荷於其浮置閘 而儲存資訊。浮置閘與控制閘係以電容的方式 (capacitively)相耦合。為了寫入記憶單元'電位差產 生於控制閘及某些其他區域之間,例如,記憶單元的源 極、汲極或通道區域。控制閘之電壓與浮置閘以電容的 方式相耦合,因此,電位差出現於浮置閘,以及源極、 汲極或通道區域之間。此電位差用以改變浮置閘中的電 荷。 為了減少必須提供介於控制閘與源極、汲極或通道 區域之間的電位差,增加介於控制閘及浮置閘雨者之間 的電容係較佳的’該電容與介於浮置閘與源極、汲極或 通道區域之間的電容相關。更詳細地,增加”閘極耦合
率"(gate coupling ratio, GCR)係較佳的,其定義為 C C G / ( C C G + C S D C ),其中C C G係介於控制閘及浮置閘之間的 電容,且CSDC係介於浮置閘與源極、汲極或通道區域之 間的電容。增加此比率的其中一個方法係於浮置閘上形 成間隙壁。此製程可見於2 0 0 1年3月13日核准,Chen之美 國專利第6,200,856 號,標題為’’Method of Fabricating Self-Aligned Stacked Gate Flash Memory Cell",此 併入參考。於前者的專利中,記憶體的製程如下。矽基
第5頁 200406040 五、發明說明(2) 板1 0 4 (第一圖)氧化以形成一墊氧化層丨丨〇。氮化矽層} 2 〇 形成於墊氧化層110上,且以圖案化定義隔離溝渠13〇。 墊氧化層110及矽基板104進行蝕刻,且溝渠13〇形成。介 電層2 1 0 (第二圖),例如硼磷矽玻璃,沉積於此結構以填 滿溝渠1 3 0,且利用化學機械研磨法(CMp )將介電層2丨〇磨 平。介電層210頂端面變得和氮化矽層12〇頂端面一樣平 坦。然後,氮化矽層1 2 0移除(第三圖)。墊氧化層丨丨〇也 移除,且閘極氧化層3 1 0熱成長於隔離溝渠丨3 〇之間的矽 基板104上。摻雜的多晶矽層41〇· 1(第四圖)沉積於此結 構以填滿介於隔離區域2 1 〇 (亦即介電層)間的凹槽區域。 摻雜的多晶矽層410· 1透過化學機械研磨法磨光,以致於 摻雜的多晶矽層410·1頂端面變得和介電層21〇頂端面一 樣平坦。 接著’#刻介電層2 1 〇使多晶矽層4丨〇 · 1的邊緣部分 地暴露(第五圖)。然後,沉積摻雜的多晶矽層4丨〇 · 2且 非等向地#刻該摻雜的多晶矽層4丨〇 · 2以於多晶矽層 4 1 0 · 1的邊緣上形成間隙壁(第六圖)。摻雜的多晶矽層 4 1 0 · 1 、4 1 0 · 2提供浮置閘。 如第七圖顯示’介電層71〇(氧化層/氮化層/氧化層) 形成於多晶矽層4 1 0 · 1、4 1 〇 · 2上。摻雜的多晶矽層7 2 〇沉 積於介電層7 1 0上,且圖案化以提供控制閘。 間隙壁4 1 0 · 2增加介於浮置閘及控制閘之間的電容, 其電容多過於介於浮置閘及基板丨〇 4之間的電容,因此, 閘極耦合率係增加的。
200406040 五、發明說明(3) 發明内容 本段落係本案某些特徵簡短的摘要。本案藉由附加 的申請專利範圍而定義,其係合併於此段落作為參考。
於本發明的一些實施例中,在浮置閘多晶矽沉積之 前,溝渠介電層2 1 0進行包含一水平姓刻部分之#刻。例 如,濕式蝕刻可使用。因此,介電層2 1 0之側壁從主動區 域起挖除(參照第十三圖為例)。因此,浮置閘多晶矽層 4 1 0於頂端係較寬廣的(第十四圖)。閘極耦合率也因此提 高。 本發明不限制於多晶矽層、氧化矽或其他特別的材 料,或特別的尺寸、記憶體結構,或製造過程。其他特 徵敘述於下。 圖示簡單說明 第一圖〜第七圖:其顯示製造過程中一先前技術非揮 發性記憶體之剖面圖。 第八圖〜第十六圖,第十七圖A與第十七圖B :其顯示 根據本發明的製造過程中一非揮發性記憶體結構之剖面 圖。
主要圖示符號說明 1 0 4 :矽基板 110:墊氧化層/二氧化砍層
第7頁 200406040 五、發明說明(4) 1 2 0 :氮化矽層 1 3 0 :隔離溝渠 210:介電層/隔離區域/ STI介電層/場效介電層 3 1 0 :閘極氧化層/二氧化矽層 4 1 0 .·多晶矽層 4 1 0 . 1 :多晶石夕層 4 1 0 · 2 :多晶矽層 1 32 :主動區域 710·.介電層/ 0N0層 2 1 (Κ 1 :二氧化矽層 2 1 0 · 2 :二氧化矽層 7 2 0 :控制閘多晶矽層 1 7 1 0 .·氮化石夕層 1 7 2 0 :堆疊層 1 7 2 4 :閘極介電層 1 7 3 0 :介電層間隙壁 1 7 4 0 :多晶矽 1 7 5 0 :源極\ >及極區域 1 7 6 0 ·•源極\汲極區域 實施方式 本段落敘述一些實施例來解釋本發明。本發明不限 制於這些實施例。材料、導電形式、尺寸,及其他用以 說明的細節,皆不限制本案技術。
第8頁 200406040 五、發明說明(5) 在某些實施例中,記憶體陣列製程開始於基板的隔 離。此相關的製程可為相同於或相似於第·一〜二圖的過 程。第八〜十圖說明一普遍實施於動態隨機存取記憶體 (D R A Μ )技術的變化例。P -型摻雜區域形成於單晶半導體 基板104中,例如,已描述於2002年3月12日核准,Η.Τ. Tuan等人之美國專利第6, 355, 524號中,且在此併入文中 作為參考。此區域受P_N接合面(未圖示)所隔離。 場效介電層區域利用淺溝渠隔離(” ST Iπ )技術製造而 成,該技術使用如第一〜二圖的過程。更詳細地,二氧化 矽層1 1 0 (墊氧化層)利用熱氧化或某些其他技術形成於基 板104上(第八圖)。氮化矽層120沉積於墊氧化層11〇上。 氮化矽層1 2 0藉由微影法圖案化,利用一光阻遮罩(未圖 式),以定義基板104隔離溝渠130。接著,通過氮化矽層 1 2 0的開口以蝕刻墊氧化層丨丨〇以及基板丨〇 4。隔離溝渠 uo#(" sti溝渠")因此形成於基板104上。隔離溝渠13〇之 不範性深度係0. 2 5 # m,從基板1 〇 4的頂端面開始衡量。其 他深度係有可能的。隔離溝渠丨3 〇將以介電層填滿,以於 基板104的主動區域132間提供隔離。 、 於第八圖中,隔離溝渠130具有傾斜的侧壁,且溝準 頂Λ比於底部較寬廣。於某些實施例中,溝渠上 in侧壁,或溝渠13〇於底部較寬廣。本發明不受 任何溝渠13 0的形狀所限制。 用以ίϊϊί化石夕層120進行一濕式钱刻,該濕式姓刻係 隔離溝渠1 3 0起挖除氮化矽層i 2 〇之垂直邊緣。請
第9頁 200406040
五、發明說明(6) ^ =第^圖。此步驟減少洞之深寬比(aspect rati0), ;化H將門以介電層210填滿(這些洞由氮化石夕層12 〇及墊 一 ^化石夕之薄層2ΐ〇·ι熱成長於暴露的矽基板1〇4表 =,以環繞隔離溝渠130的邊緣。二氧化矽層21〇· 2(第十 密度電聚製程沉積。二氧化石夕層21 0·2填滿隔 離屢知1 3 0,且最初覆蓋氮化矽層丨2 〇。二氧化矽層2丨〇 · 2 利用化學機械研磨(CMP)製程磨平,且止於氮化矽層 120。一平坦的頂端面於此提供。 於其後的圖,二氧化矽層2ΐ〇·ι、210.2顯示為一單 一介電層210。此介電層21〇將意指為STI介電層,或更一 般地,場效介電層。 氮化矽層120選擇性地移除至介電層21〇(第十一圖)。此 可利用濕式蝕刻(即利用磷酸)完成。 然後,蝕刻介電層2 1 0 (第十二圖)。此蝕刻包含導致 介電層2 1 0侧壁侧面地從主動區域1 3 2起挖除之水平部 分。此蝕刻也可移除墊氧化層1 1 0。此蝕刻可為一對於氮 化矽層具選擇性的等向性濕式蝕刻。於某些實施例中, 亦可使用缓衝氧化蝕刻或稀釋的氫氟酸(DHF)蝕刻。 於一實施例中,介電層2 1 0的頂端面侧面地從主動區 域1 3 2的頂端面移位,以X = 3 0 0 A的量移位於此餘刻結束 時。一些介電層210也許由鄰近主動區域132的隔離溝渠 1 3 0蝕刻出,且隔離溝渠1 3 0之側壁也許於頂端暴露,但
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第10頁 200406040 五、發明說明(7) 此為非必〕要。於某些實施例中,隔離 度Y = 3 0 0A暴露。這此尺寸#為 再木以u之侧壁以深 術。 ^尺寸係為不冑,且並不限制本案技 如第十三圖所顯示,二氧化矽 成長於基板104暴露的區域。二氧化 ,化層)熱 為95i。 虱化矽層310不範性厚度 如第十四圖所示,導電的多晶矽声 石夕層)形成於該結構之上。多晶矽層(2,多晶 21〇區域間的區·,且最初覆蓋氧化層21〇。多曰m 利用化學機械研磨(CMP)製程磨平,且止於氧化阳声胃4。10 該結構於此步驟具有一平坦的頂端面 曰曰声 410的頂端面與氧化層21〇的頂端面一樣平坦者 410可同步(in-situ)或於沉積之後摻雜。多晶^ 射於隔離溝渠130之上。 ° 4 氧化層210可選擇性的蝕刻以降低氧化層21〇的頂端 面至低於多晶石夕層4 1 〇頂端面的程度。請參照第十五圖。 一計時的濕式餘刻(timed wet etch)可用於此目的。 然後’介電層7 1 0 (第十六圖)形成於該結構之上。於 一實施例中,介電層710係ΟΝΟ層(氧化層/氮化層/氧化 層,oxide/nitride/oxide),亦即二氧化矽層、氮化石夕 層及另一個二氧化矽層的結合。控制閘多晶矽層了 2 〇沉積 於介電層710之上,且圖案化。多晶矽層720利用摻雜使 其成為導電的。若適當的話,介電層710、多晶石夕層410 可於多晶矽層720圖案化後圖案化。由於敘述如上而與第
第11頁 200406040 五、發明說明(8) 十五圖相關之氧化層2 1 0蝕刻的關係,多晶矽層7 2 0沿著 多晶石夕層410的側壁向下延伸。介於多晶石夕層410、720之 間的電容耦合因此增加。注意S· Ar i tome等人之π A 0.67um SELF-ALIGNED SHALLOW TRENCH ISOLATION CELLCSA-STI CELL) FOR 3V-only 256Mbit NAND EEPR0Msfi ,IEDM1994,第61〜64頁,合併於此作為參考。 也請參照上述的美國專利第6,3 5 5,5 2 4號。 廣泛範圍的浮置閘記憶體可以使用本發明的技術而 製造。堆疊閘極記憶體(stacked gate memories)、分離 閘極記憶體(s p 1 i t g a t e m e m o r i e s )及其他類型記憶體, 包含快閃(f 1 a s h )及非快閃(η ο η - f 1 a s h )的動態隨機存取 記憶體(EEPROMs)皆可製造。一示範性的分離閘極快閃記 憶體陣列說明於第十七圖A,第十七圖B。此記憶體為公 開於上述的美國專利第6 , 3 5 5,5 2 4號中經修改過的記憶 體。第十七圖A顯示該陣列之剖面圖,如同第十六圖中相 同的陣列剖面平面。第十七圖B顯示於第十七圖A中標示 B-B之平面之剖面圖。此平面沿著介於隔離溝渠丨3〇間的 攔陣列通過。 δ己憶體製私如同於第八〜十六圖所示,此外,也如美 國專利第6,3 5 5,5 2 4號。簡單地說,氮化矽層丨7丨〇沉積於 多晶矽層7 2 0之上。氮化矽層1710,多晶矽層72〇,介電 層7 1 0與多晶矽層4 1 0蝕刻以形成許多堆疊層i 7 2 〇 (第十七 圖B )。每個堆疊層1 7 2 0沿著一列陣列延伸。多晶矽層7 2 〇 提供控制閘線給每個列。多晶矽層4 1 〇提供浮置閘。由於
200406040 五、發明說明(9) 與第十四圖相關且敘述於丄的多晶矽層4丨〇之化學機械研 磨(C Μ P )’因此於每個列上單獨的浮置閘與每個其他的浮 置閘據此相分開。 介電層間隙壁1 7 3 0 (第十七ΒΒ)形成於每個堆疊層 1 7 2 0之侧壁,且由二氧化矽層及氮化矽層結合而成。閘 極介電層1724形成於基板1〇4之上。多晶矽層174〇沉積且 非等向性地蝕刻以形成導電的間隙壁於每個堆疊層丨7 2 〇 的侧壁上。多晶矽層1 7 4 0從每個堆疊層丨7 2 〇的一侧壁移 除。剩餘的間隙壁1 7 4 0提供字元線給相對應的記憶體 列。 摻雜Ν+的源極\汲極區域1 75 0、1 76 0形成於基板104 之上。區域1750 (π位元線區域")毗連字元線174〇。區域 1750和位元線相連接(未圖示)。每個列的區域"源 極線區域")一起合併成為連續的源極線。每個列和其毗 連列分旱其源極線。 本發明不限制於以上敘述的實施例。例如,墊氧化 層11〇(第八圖)可省略。尺寸χ(第十二圖)可為零。X也可 為負數,即氧化層210可侵入主動區域丨32。尺寸γ也可為 零或負數。本發明不限制於任何特別的材料或情體仕 構。本發明不限制於s T丨技術。場效介電層 用其他技術,包括已知的或即將發明的技術,而形成。 本案得由熟悉此技術之人士任施匠施而為諸般修 飾,然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
第13頁 200406040 圖式簡單說明 第一圖〜第七圖:其顯示製造過程中一先前技術非揮 發性記憶體之剖面圖。 第八圖〜第十六圖,第十七圖A與第十七圖B ··其顯示 根據本發明的製造過程中一非揮發性記憶體結構之剖面 圖0
第14頁
Claims (1)
- 200406040 六、申請專利範圍 1 · 一種製造方法,該方法包含: 形成一個或複數個場效介電層區域,以使一半導體 基板的主動區域彼此絕緣,其中,該場效介電層區域的 頂端面位於該半導體基板的頂端面之上; 使該場效介電層區域進行一钱刻,該兹刻包含一水 平部分,以挖除一個或複數個該場效介電層區域之側 壁;以及 . 形成第一導電層於該基板之上,該第一導電層具有 一個或複數個側壁毗連該一個或複數個場效介電層區域 之側壁,該第一導電層提供一個或複數個浮置閘給一個 或複數個非揮發性記憶單元。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該第一導電層 形成以致於其頂端面不高於該場效介電層區域之該頂端 面。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法,其中該第一導電層 形成使其頂端面與該場效介電層區域之該頂端面一樣平 坦,且 該方法進一步包含,於形成該第一導電層之後,蝕 刻該場效介電層區域,以降低該場效介電層區域之該頂 端面至低於該第一導電層之該頂端面的程度。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中形成該一個或 複數個場效介電層區域包含: 形成一第一層於該半導體基板之上; 形成一個或複數個開口於該第一層之上;200406040 六、申請專利範圍 通過該一個或複數個開口蝕刻該基板,以形成一個 或複數個溝渠; 利用介電層填滿該一個或複數個溝渠,其中該介電 層提供該一個或複數個場效介電層區域;以及 移除至少該第一層的一部分,以暴露一個或複數個 該場效介電層區域之侧壁。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法,該方法進一步包 含,於形成該第一導電層之前,形成一第二介電層於該 半導體基板之上,以絕緣該一個或複數個浮置閘與該主 動區域,其中該主動區域位於該浮置閘之下,位於該浮 置閘之下的該主動區域成為該一個或複數個非揮發性記 憶單元之該主動區域。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法,該方法進一步包 含: 形成一介電層於該第一導電層之上;以及 形成一第二導電層於該介電層之上,其中該介電層 形成於該第一導電層之上,該第二導電層提供一控制閘 予每個該非揮發性記憶單元。 7. —種依據申請專利範圍第1項所述之方法所形成之積體 電路。 8. —種製造方法,該方法包含: 形成一第一層於一半導體基板之上;以及 形成一個或複數個開口於該第一層; 通過該一個或複數個開口蝕刻該基板,以形成一個第16頁 200406040 六、申請專利範圍 或複數個溝渠; 形成一第一介電層於該溝渠,該第一介電層延伸於 該半導體基板之上; 移除至少該第一層的一部分,以暴露該第一介電層 之侧壁; 餘刻該第一介電層之側壁,以挖除該侧壁;以及 形成一第一導電層於該基板之上,該第一導電層具 有一側壁毗連該第一介電層之該側壁,該第一導電層提 供一個或複數個浮置閘給一個或複數個非揮發性記憶單 元。 9.如申請專利範圍第8項所述之方法,其中該第一導電層 形成以致於其頂端面不高於該第一介電層之該頂端面。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之方法,其中該第一導電 層形成使其頂端面與該第一介電層之該頂端面一樣平 坦,且 該方法進一步包含,於形成該第一導電層之後,蝕 刻該第一介電層,以降低該第一介電層之該端面至低於 該第一導電層之該端面的程度。 1 1.如申請專利範圍第8項所述之方法,其中該第一層包 含一 it化碎層5且該第一介電層之側壁由氧化碎所組 成。 12.如申請專利範圍第11項所述之方法,其中該第一層包 含一氧化矽層,且一氮化矽層形成於該氧化矽層之上。 1 3.如申請專利範圍第8項所述之方法,該方法進一步包第17頁 200406040 六、申請專利範圍 含,於形成該第一導電層之前,形成一第二介電層於該 半導體基板之上,以絕緣該一個或複數個浮置閘與位於 該溝渠之間的基板區域,該介於溝渠之間的基板區域包 含該一個或複數個非揮發記憶單元之主動區域。 1 4 ·如申請專利範圍第8項所述之方法,該方法進一步包 含: 形成一介電層於該第一導電層之上;以及 形成第二導電層於該介電層之上,其中該介電層形 成於該第一導電層之上,該第二導電層提供一控制閘予 每個非揮發性記憶單元。1 5. —種依據申請專利範圍第8項所述之方法所形成之積 體電路。第18頁
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