TW490860B - Manufacturing of flash memory cell - Google Patents

Description

490860 經濟部中央標卑局只工消费合作社印^ 3 896twf.doc/006 五、發明説明（/ ) 本發明是有關於一種快閃記憶胞(Flash Memory Cell)的 製造方法，且特別是有關於一種高密度（High-density)之快 閃記憶胞的製造方法。 近年來，高密度快閃記憶體在許多領域上的應用已受 到很大的注意，其中一個因素係由於記憶胞尺寸的縮小可 大幅降低製造成本。然而，習知利用區域氧化法（LOCOS) 隔離技術所製造的快閃記億體，其記憶胞尺寸常由於隔離 結構的限制，而難以縮小。 另一種常見的隔離技術，也就是淺溝渠隔離(Shallow Trench Isolation; STI)技術，也常應用於快閃記憶體的製作， 因爲其所製作出的記憶胞具有最小尺寸(Minimized Size)， 可使得快閃記憶體的分佈具有最高之密度。然而，此種快 閃記憶體的浮置閘極層（Floating Gate)與控制閘極層 (Control Gate)之重疊面積並不大，因此所能提供的耦合率 (Coupling Ratio)較低。而低耦合率會導致記憶體在進行抹 除動作時，閘極上通常必須提供更高的電壓才能運作，此 種條件會使得快閃記憶體的尺寸有一定的限制。此外，低 耦合率的快閃記憶體，其產生F_N穿隧（Fowler-Nordheim Tunneling)所需的電場越大，亦即在浮置閘極層和源極/汲 極之間電子的傳遞速度會越慢，連帶使讀寫動作(Read/Write Manner)的速度減慢。因此，目前在半導體的製程上，如何 製作出高密度且同時具有高耦合率的快閃記憶體，是亟待 突破的課題。 因此本發明的目的就是在提供一種快閃記憶胞的製造 3 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Λ4^Γ( 210Χ2^ΓϋΠ ~ … 一 (許先閲讀背而之注意事項再填寫本页) •裝· 、1Τ 經濟部中央標準局只工消费合作社印¾ 490860 3 896tWfd〇C/006 A7 )\1 r ·- -.ι· ι··_ 細細_ η I '* * _ - ii _一，〜外·”·· ·_·« . ._---- - --—— - --- _____________ 丨· 丨 _ 丨 μ *·— 五、發明説明（1 ) 方法，可以提供高密度且同時具有高耦合率的快閃記憶 體，以節省製造成本，並提高讀寫速度。 爲達成上述之目的，本發明提出一種快閃記憶胞的製 造方法，於所提供之基底上形成一淺溝渠隔離及一主動 區，並進行平坦化製程以得到一平坦表面。位於主動區之 基底上依序形成有一層穿隧氧化層、一層多晶矽層與一層 氮化矽層。然後，去除氮化矽層，於多晶矽層上形成多晶 矽間隙壁，去除部份淺溝渠隔離，以暴露部份的多晶矽層， 接著，形成一層共形介電層，之後，於介電層上形成一層 具圖案化的多晶矽層。 由於應用淺溝渠隔離技術，因此所製作出的記憶胞具 有最小尺寸，可使得快閃記憶體的分佈具有最高之密度。 並且，透過間隙壁以增加懸j翠閘與控制閫間之重疊面積， 進而提高耦合率，加強快閃記憶體讀寫動作的速度。 由於本發明在定義主動區時，同時定義多晶矽層，比 習知少一個定義步驟，可節省製造成本。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵.、和優點能更明 1易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖爲根據本發明之一較佳實施例，一種NAND結 構之快閃記憶胞的上視示意圖； 第2A圖到第2H圖是根據本發明之一較佳實施例，一 種NAND結構之快閃記憶胞的製造方法於第1圖中I - I線 4 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS )八7巧「( 210Χ2^ΐ(Π ” (許先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 訂 經满部中央標卑局只工消费合作社印¾ 490860 3896twf.doc/006 Λ7 H7 五、發明説明（彡） 方向剖面示意圖；以及 第3圖是根據本發明之一較佳實施例，一種快閃記憶 胞沿第1圖中Π - Π線方向剖面示意圖。 1〇〇：基底 104、104a、104b、116 :多晶砍層 102、102a :穿隧氧化層 106、106a :氮化矽層 107 :襯氧化層 108 :淺溝渠 109 :主動區 110 :氧化矽層 111 :淺溝渠隔離 112 :多晶矽材質 ^ 112a :多晶矽間隙壁 114 :介電層 實方毎例 第1圖爲根據本發明之一較佳實施例，一種NAND結 構之快閃記憶胞的上視示意圖。 請參照第2A圖，提供一半導體基底100，於基底上形 成一層穿隧氧化層(Tunnel Oxide Layer)L02，例如使用熱氧 化法，於穿隧氧化層102上形成一層灸晶矽層104，例如 使用化學氣相沉積法，再於多晶矽層104上形成一層氮化 矽（Sl3N4)層106，例如使用化學氣相沉積法。 請參照第2B圖，接著，定義氮化矽（Si3N4)層106、多 5 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) ( 210X 297^^·) '…一 I I— i II .、 — I t -- .^m j.c1"I - - 111 - - I -11-- 一 V 1-- - - - - - - I - - (邻先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 490860 3 896twf.doc/006 經M部中央標牮局只工消於合作社印奴 A 7 B7 五、發明説明（7 ) 晶矽層104、穿隧氧化層102與基底100以例如傳統之微 影蝕刻技術形成淺溝渠丨⑽，並同時定義出主動區1〇9。 使主動區109由上往下分別爲每化砂層l〇6a、多晶砂層 104a、穿隧氧化層L02a與基底1〇〇。本發明的優點即在於 使用一個光罩來定義出此主動區109時，多晶砂層l〇4a的 圖案也同時被定義出，與習知先以一光罩定義出主動區， 再以另一光罩定義多晶矽層相比，節省了一道光罩的成本 並縮短製程之時間。 請參照第2C圖，於淺溝渠108所暴露出之基底1〇〇、 穿隧氧化層102a與多晶矽層' 104a上形成一層襯氧化層 (L.ineT Oxide丄ayer)107，以增進淺溝渠108表面與後續將 於其中嫫入之氧化矽材質間的附著力。 請參照第2D圖，於淺溝渠108中形成一層氧化矽層 110,氧化矽層110與襯氧化層107共同組成淺溝渠隔離 ，例如先於淺溝渠108中與氮化矽層106a上先形成一 層氧化矽材質，接著進行平坦化製程，例如以氮化矽層1〇6a 爲蝕刻終點，進行化學機械硏磨法，以彳景到由主動區1〇9 之氮化矽層106a及淺溝渠隔離111所構成的一平坦的表 面。 請參照第2E圖，去除氮化砂層106a，例如__式鈾刻 诖’以暴露出多晶矽層104a。再於多晶砍層L〇4a與氧化 矽層110上形成一層共形之多晶矽材質112，例如使用化 學氣相沉積法。 S靑參照第2F圖，再進行回蝕(Etch 以去除部份多 (¾先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) -裝. 、11 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS )八4况彳Μ 210X 297公公） 經溁部中央標準局於工消f合作社印¾ 490860 3896tWfd〇C/〇06 Λ7 __1Π — ___ 五、發明説明（Γ ) 晶矽材質112，於多晶矽層104a上形成一層多晶矽間隙壁 112a，例如使用非等向性蝕刻。而此多晶矽間隙壁11M和 多晶矽層104a即用以當作快閃記憶胞之I饽閘，透過多 晶矽間隙壁可以增加懸浮閘與後續將於懸浮閘上所 形成控制閘間之重疊面積，而使快閃記憶體結構耦合率提 高。 於習知不同之處即在於本發明使用多晶矽間」辕壁11% 來增加懸浮閘與控制閘間之重疊面積，可提高快閃記憶體 結槙耦合率。 請參照第2G圖，去除部份氧化矽匮110與部份亂氣 化層107，例如以乾蝕刻或濕蝕刻，直至穿隧氧化層1卫办 上方一特#高度，使更多部份的多晶矽層l〇4a暴露出’ 可藉此而再度提高饽嗎辫後續將於懸浮閘上所形成5制 閘間之重疊面積。 請參照第2H圖，於氧化矽層110、多晶矽間隙壁112a 與多晶矽層l〇4a上形成一層共形的介電層114，例如使用 化學氣相沉積法形成一層共形的氧化物/氮化物/氣化物 (〇xide/Nitride/〇xLde ; QNO)的Η層結構。 於介電層114上形成一層多磊矽材質，例如使用化學 氣相沉積法，再定義此多晶矽材質，以形成一曙J®案化之 多晶矽層116，並往下定義介電層114及多是矽層10如， 以形成多晶矽層l〇4b。依照本方法則可以完成如第1圖和 第3圖所示之結構。 然後，進行·魏II子步麗以形成源極蓋與级殛區（圖中 Λ 7 本紙張尺度適用中國國家梂率（CNS^^&彳Μ 2丨1 ’ -- ---；-----II (讀先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 訂 線 ¾¾-邮中失嘌:ΐ·-^κχ.Α 泞合汴f-L*pw 490860 3 896tvvf.doc/006 Λ7 B7 一_ . 1 --------------——-- 一 _ - 1 ―1 — 五、發明説明（6 ) 未顯示）。再進行後續的製程以完成快閃記憶胞之製造。 然而，由於後續製程爲習知技藝者所熟知故此處不另贅 述。 綜上所述，本發明所提出之此種快閃記憶胞的製造方 法，其具有下列優點： 1) 應用淺溝渠隔離技術所製作出的記憶胞具有最小 g寸，可使得快閃記憶體的分佈具有最高之密度。並且， 透過多晶矽間」镜壁可以增加懸浮閘與控制閘間之重疊面 積，使得快閃記憶體可在維持高密度的前提下，懸浮閘與 控制閘周之間又同時擁有高重疊面積，得以提高耦合率， 加強快閃記憶體讀寫動作的速度。 2) 本發明使用一個光置來定義出主動區時，多晶矽 層的圖案也同時被定義出，與習知先以一光置定義出主動 區，再以另一光罩定義多晶矽層相比，節省了一道光罩的 成本並縮短製程之時間。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 8 (¾先閱讀背而之注意事項/}-填寫本頁) 裝· 本紙張尺度適用中國國家摞涞（（：奶）八4坭枱（210/ 297公处）

Claims (1)

1. 490860 A8 3 896Uvf.doc/006 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1.一種快閃記憶胞的製造方法，該方法至少包括： 提供一基底，該基底包括一淺溝渠隔離及一主動區， 二者共同形成一平坦的表面，該主動區由一穿隧氧化層、 一第一多晶砂層、一氮化砂層所構成； 去除該氮化矽層； 於該第一多晶矽層上形成一多晶矽間隙壁； 去除部份該淺溝渠隔離，以暴露出部份該第一多晶 砍層； 於該淺溝渠隔離、該第一多晶矽層與該多晶矽間隙 壁上形成一共形的介電層； 於該介電層上形成一具圖案化之第二多晶矽層；以 及 定義部份該介電凰部份該第一多晶矽層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中去除部份該淺溝渠隔離之方法包括乾蝕刻或濕蝕 刻其中之一。 3. 如申請專利範圍第1項所述之快閃記J意胞的製造方 法，其中形成該介電層之方法包括化學_氣粗沉積法。 4. 如申請專利範圍第1項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中該介電層包括氧化物/氣化物/氧化牧L三層結構。 5. 如申請專利範圍第1項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中該第二多晶矽層係以化璺氣相沉積法與微影蝕刻 法形成。 6. 如申請專利範圍第1項所述之快卩4記憶胞的製造方 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   490860 3896twfl .doc/002 Qg ；' 第87 12 16 10號專利範圍修正頁 D8 ^ 修正日期89/5/11 六、申請專利範圍 法，其中形成該多晶矽間隙壁的方法包括： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於該淺溝渠隔離及該第一多晶矽層上形成一共形多晶 矽材質；以及 去除部份該共形多晶矽材質。 7. 如申請專利範圍第6項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中形成該共形多晶矽材質的方法包括化學氣相沉積 法。 8. 如申請專利範圍第6項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中去除部份該共形多晶矽材質的方法包括非等向性 蝕刻。 9. 一種快閃記憶胞的製造方法，該方法至少包括： 提供一基底，該基底上具有一主動區； 於該主動區h形成一穿隧氧化層； 於該穿隧氧化層上形成一第一多晶矽層； 於該第一多晶矽層上形成一氮化矽層； 定義該氮化矽層、該第一多晶矽層、該复隧氧化層與 該蔓底，以形成一淺溝渠，暴露出部份養基底； 於該淺溝渠中形成一淺溝渠隔離； 去除該氮化矽層； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於該第一多晶矽層上形成一多晶矽間隙壁； 去除部份該淺溝渠隔離，以暴露部份該第一多晶矽 層； 於該基底、該第一多晶矽層與該多晶矽間隙壁上形成 一共形的介電層； 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 490860 3 896twf 1，d( c/〇〇2 A8 B8 C8 ne 六、申請專利範圍 方亥介電層上形成一*具圖案化之弟一*多晶砂層；以及 定義部份該介電層與部份該第一多晶砂層。 10·如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶胞的製造方 法’其中該穿隧氧化層的形成方法包括熱氧化法。 11·如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中定義該氮化矽層、該第一多晶矽層、該穿隧氧化 層與該基底的方法包括傳統之微影蝕刻法。 12. 如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中形成該淺溝渠隔離的方法包括化學氣相沉積法。 13. 如申請專利範圍第9項所滩之快閃記憶胞的製造方 法，其中形成該淺溝渠隔灕之方法包栝以該氮化矽層當終 止層，進行化學機械硏磨。 14. 如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中去除部份該淺溝渠隔離之方法包括乾蝕刻或濕蝕 刻其中之一。 15. 如申請專_利範圍第9項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中形成該介電層之方法包栝化學氣相沉積法。 16·如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中該介電廣包括氧化物/氮化物/氧化物三層結構。 Π.如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶胞的製造方 法，其中該第二多晶矽層係以化學氣相沉積法與微影蝕刻 法。 18.如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶胞的製造方 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂--------•、線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經齋部智慧財產局員工消費合作社印製 490860 ABCD 3 896tvvf.doc/006 六、申請專利範圍 法，其中形成該多晶矽間隙壁的方法包括： 於該第一多晶矽層及淺溝渠隔離上形成一共形多晶砂 材質；以及 去除部份該共形多晶'砂材質。 19. 如申請專利範圍第18項所述之快閃記憶胞的製造 方法，其中形成該共形多晶矽材質的方法包括化學氣相沉 積法。 20. 如申請專利_圍第18項所沭之快閃記憶胞的製造 方法，其中去除部份該共形多晶矽材質的方法包括非等向 性蝕刻。 (請先閱讀背面之注意事 4 •項再填· 裝— 寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠）