TWI797467B - 非揮發性記憶體結構及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種非揮發性記憶體結構包括:基底以及基底上的一穿隧介電層。位於基底的陣列區域中且彼此相距設置的多個閘極結構,各閘極結構包含浮置閘極以及位於浮置閘極上方的控制閘極。位於穿隧介電層的上方並覆蓋閘極結構的第一介電層,此第一介電層形成於基底上方並覆蓋穿隧介電層的頂面以及覆蓋各閘極結構的側面和頂面上,其中在相鄰閘極結構的側面上的第一介電層之間的空間係填滿空氣隙。多個絕緣塊體以及第二介電層,其中絕緣塊體位於第一介電層上且分別對應各閘極結構,第二介電層位於絕緣塊體上並覆蓋絕緣塊體和空氣隙。
Description
本發明係有關於一種非揮發性記憶體結構及其製造方法,且特別係有關於一種具有一致高度的氣隙的非揮發性記憶體結構及其製造方法。
在非揮發性記憶體中,依據記憶體內的資料能否在使用電腦時隨時改寫,可分為二大類產品,分別為唯讀記憶體(read-only memory,ROM)與快閃記憶體(flash memory)。其中快閃記憶體因成本較低,而逐漸成為非揮發性記憶體的主流技術。
一般而言,一個快閃記憶體包含兩個閘極,第一個閘極為儲存資料的浮置閘極,而第二個閘極為進行資料的輸入和輸出的控制閘極。浮置閘極係位於控制閘極之下方且為「漂浮」的狀態。所謂漂浮係指以絕緣材料環繞且隔離浮置閘極以防止電荷流失。控制閘極係連接至字元線以控制裝置。快閃記憶體的優點之一為可以區塊-區塊抹除資料(block-by-block erasing)。快閃記憶體廣泛地用於企業伺服器、儲存和網路科技,以及廣泛的消費電子產品,
例如隨身碟快閃驅動裝置、行動電話、數位相機、平板電腦、筆記型電腦的個人電腦插和嵌入式控制器等等。
於現有非揮發性記憶體中,位於相鄰控制閘極之間的空氣隙在高度上和輪廓上並不均勻,而影響了記憶體電性表現的穩定度。再者,於現有非揮發性記憶體中,空氣隙的高度低於控制閘極,因此沉積於控制閘極上方的介電層(例如氧化層)也會填入相鄰控制閘極之間。換言之,相鄰控制閘極之間除了空氣隙也會存在有介電層(例如氧化層),而產生漏電流的問題,使記憶體的電性表現及可靠度下降。
因此,雖然現存的非揮發性記憶體的形成方法已足夠應付它們原先預定的用途,但它們仍未在各個方面皆徹底的符合要求,因此非揮發性記憶體的技術目前仍有需克服的問題。
本發明的一些實施例係揭示一種非揮發性記憶體結構,包括:一基底以及位於基底上的一穿隧介電層,其中基底包含一陣列區域。位於基底上方和陣列區域中的複數個閘極結構,且此些閘極結構係彼此相距設置,各個閘極結構包含位於穿隧介電層上的一浮置閘極,以及位於浮置閘極上方的一控制閘極。位於基底的上方並覆蓋穿隧介電層的頂面以及覆蓋閘極結構的側面和頂面的第一介電層,其中在相鄰閘極結構的側面上的第一介電層之間的空間係填滿空氣隙。複數個絕緣塊體,其位於第一介電層上且分別對應
於各個閘極結構。位於絕緣塊體上的第二介電層,第二介電層並覆蓋絕緣塊體和空氣隙。
本發明的一些實施例係揭示一種非揮發性記憶體結構的製造方法,包括:提供一基底以及形成一穿隧介電層於基底上,其中基底包含一第一區域和一第二區域。形成複數個第一堆疊結構和複數個第二堆疊結構於穿隧介電層上,且此些堆疊結構係彼此相距設置,其中第一堆疊結構和第二堆疊結構分別位於第一區域和第二區域中。於基底的上方形成一第一介電層,且第一介電層覆蓋穿隧介電層的頂面以及覆蓋第一堆疊結構和第二堆疊結構的頂面和側面。於第一介電層上形成複數個絕緣塊體,且此些絕緣塊體分別對應於第一堆疊結構的頂面和第二堆疊結構的頂面。於第一堆疊結構和第二堆疊結構上方形成一第二介電層,並形成空氣隙。第二介電層覆蓋此些絕緣塊體以及此些空氣隙,其中相鄰的第一堆疊結構的側面上的第一介電層之間係填滿空氣隙。
10:基底
12:穿隧介電層
14:閘極結構
141:浮置閘極
142:閘極間介電層
144:多晶矽閘極
144a、145a、182a、191a、211a、214a、291a:頂面
145:金屬閘極
16、23:介電層
161、211、311:第一部份
162、212s、212b、312s、312b:第二部份
162s、211s、311s:側面
163、213、313:第三部份
164、214、314:第四部份
171:第一溝槽
1710、2710:凹陷部
172:第二溝槽
18、182:氧化層
19、191、29、291:流動性材料
21、31:絕緣材料層
211’、214’:絕緣塊體(第一絕緣層)
311’、314’:第二絕緣層
23b:底面
25、35:空氣隙
25a:頂端
A1:第一區域
A2:第二區域
CG:控制閘極
D1、D2、D3:方向
H1、H2:高度
IL1、IL2:絕緣塊體
S1、S2:堆疊結構
TS0、TS1、TS2:厚度
W1、WAir:寬度
第1A-1I圖是根據本揭露的一些實施例之製造非揮發性記憶體結構的不同中間階段所對應的剖面示意圖。
第2A-2F圖是根據本發明的另一實施例之製造非揮發性記憶體結構的不同中間階段所對應的剖面示意圖,其示出接續於第1G圖步驟後的另一製造流程。
參照本發明實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而,本發明亦可以各種不同的形式體現,而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之元件標號表示相同或相似之元件,以下段落將不再一一贅述。
實施例提出的非揮發性記憶體結構可以是不同種類之非揮發性記憶體結構,其中包含浮置閘極的記憶體結構皆可應用本揭露之實施例。一個非揮發性記憶體結構可包含多個堆疊結構。於示例中,在基底的第一區域(例如陣列區域,或稱主動區域)和第二區域(例如週邊區域)中設置有複數個第一堆疊結構和複數個第二堆疊結構,且一介電層覆蓋前述堆疊結構的頂面和側面。各個堆疊結構至少包含基底上方的浮置閘極、控制閘極以及位於浮置閘極和控制閘極之間的閘極間介電層,其中在相鄰第一堆疊結構的側面上的介電層之間係具有高度一致的空氣隙。根據本揭露的一些實施例,這些空氣隙填滿了相鄰的第一堆疊結構的側面上的該第一介電層之間的空間。前述空氣隙具有足夠寬度可暴露出覆蓋於第一堆疊結構之側面上的所有介電層,其製造方法和製得結構之細節將敘述於後。為簡化敘述,實施例所配合之圖式係繪製三個第一堆疊結構和一個第二堆疊結構於基底上方以及延伸於該些第一堆疊結構之間的空氣隙,以做非揮發性記憶體結構之示例說明。
第1A-1I圖是根據本揭露的一些實施例之製造非揮
發性記憶體結構的不同中間階段所對應的剖面示意圖。請參照第1A圖,提供基底10,且於基底10上形成一穿隧介電層(tunnel dielectric layer)12。一些實施例中,基底10包含一第一區域(例如陣列區域)A1和一第二區域(例如週邊區域)A2。基底10的材料可包含矽、砷化鎵、氮化鎵、矽化鍺、絕緣層上覆矽(silicon on insulator,SOI)、其他合適之材料或前述之組合。一些實施例中,穿隧介電層12的材料例如是氧化矽或高介電常數材料(介電常數例如是大於4)。高介電常數材料例如可包括氧化鉿、氧化鉿矽、氧化鉿鋁或氧化鉿鉭。在一實施例中,穿隧介電層12的厚度範圍可為約3nm至約10nm。
再參照第1A圖,形成複數個堆疊結構於穿隧介電層12上,例如形成堆疊結構S1和堆疊結構S2分別位於第一區域A1和第二區域A2中,且前述堆疊結構係在方向D1(如X方向)上彼此相距的設置。再者,各個堆疊結構包含兩種或兩種以上的材料層在方向D2(如Z方向)上垂直堆疊,且在方向D3(如Y方向)上延伸。
在一實施例中,堆疊結構S1為位於陣列區域中的複數個閘極結構14,各個閘極結構包含一浮置閘極141、一閘極間介電層142以及一控制閘極CG,其中浮置閘極141位於穿隧介電層12上,控制閘極CG位於浮置閘極141上方,閘極間介電層142位於浮置閘極141和控制閘極CG之間。
在一些實施例中,浮置閘極141包含多晶矽。在一實施例中,閘極間介電層142可為單層結構或多層結構,且閘極間介
電層142的材料可包括氧化矽、氮化矽或其組合。舉例而言,閘極間介電層142可為氧化矽/氮化矽/氧化矽的結構(ONO結構),或者NONON結構。再者,控制閘極CG可以是單層或多層結構。於一些實施例中,控制閘極CG的材料包含多晶矽、金屬、金屬矽化物或其他導體材料。舉例而言,金屬可包括鈦、鉭、鎢、鋁或鋯。金屬矽化物可包括矽化鎳、矽化鈦、矽化鎢或矽化鈷。在此示例中,控制閘極CG包含一多晶矽閘極144以及一金屬閘極145位於多晶矽閘極144上,金屬閘極145例如包含金屬矽化物,例如矽化鈷。另外,在此示例中,堆疊結構S2包含與堆疊結構S1相同的材料層堆疊,在此不再重複贅述。
參照第1B圖,於基底10的上方形成一介電層16,且介電層16覆蓋穿隧介電層12的頂面並覆蓋堆疊結構S1和堆疊結構S2的頂面和側面。在此示例中,介電層16包括位於堆疊結構S1之頂面(例如金屬閘極145的頂面145a)的第一部份161、位於相鄰堆疊結構S1之間的第二部份162、位於相鄰堆疊結構S2之間的第三部份163以及位於堆疊結構S2之頂面的第四部份164。其中,第二部份162和第三部份163係分別如襯層(liner)般形成於相鄰堆疊結構S1之間以及相鄰堆疊結構S2之間。如第1B圖所示,第二部份162覆蓋浮置閘極141的側面、閘極間介電層142的側面以及控制閘極CG(例如包括多晶矽閘極144和金屬閘極145)的側面。再者,於一實施例中,介電層16為一氮化層,例如氮化矽。
如第1B圖所示,在形成該介電層16後,在相鄰的堆
疊結構S1之間具有第一溝槽171,在相鄰的堆疊結構S1與堆疊結構S2之間具有第二溝槽172。於一示例中,堆疊結構S1位於基底10的陣列區域(即前述之第一區域A1),堆疊結構S2位於基底10的週邊區域(即前述之第二區域A2)。相較於堆疊結構S2,堆疊結構S1係更密集的設置,而陣列區域中的堆疊結構S1與週邊區域中的堆疊結構S2之間則具有較寬的間距,因此,第二溝槽172在方向D1上的寬度大於第一溝槽171在方向D1上的寬度。
接著,形成複數個絕緣塊體(如第1H圖中所示之絕緣塊體211’及214’)於介電層16上,且此些絕緣塊體分別對應於堆疊結構S1和堆疊結構S2的頂面。以下係以第1C-1H圖說明本揭露一實施例之一種絕緣塊體的製法所對應的剖面示意圖。
參照第1C圖,形成一氧化層18於介電層16上。例如,以非等向性(non-conformal)沉積方式於介電層16上沉積氧化層18。由於堆疊結構S1相較於堆疊結構S2係更密集的設置,第一溝槽171的寬度較小,第二溝槽172的寬度較大,因此在沉積後,氧化層18未填入第一溝槽171(即,位於第一溝槽171的上方),但是可填滿較大的第二溝槽172。
參照第1D圖,接著,移除部分的氧化層18,以暴露出介電層16和第一溝槽171,而留下的氧化層的部分182則填滿第二溝槽172。具體而言,例如是以化學機械研磨法(CMP)移除部分的氧化層18,且移除後係暴露出第一溝槽171及覆蓋堆疊結構S1的介電層16,而第二溝槽172中留下的氧化層的部分182的頂面182a
係與鄰接之介電層16的第四部份164的頂面(位於堆疊結構S2上方)大抵共平面。此示例中,在移除部分的氧化層18時,介電層16可作為研磨停止層。
參照第1E圖,接著,沉積一流動性材料19於介電層16之上以及留下的氧化層的部分182之上,其中流動性材料19填滿第一溝槽171。流動性材料19例如是一種包含碳和氧且具有可流動性質的材料。在一些實施例中,流動性材料19包含有機介電層(organic dielectric layer,ODL)、旋塗碳、光阻層、底部抗反射塗層(bottom anti-reflective coating,BARC)、深紫外光吸收層(deep UV light absorbing oxide,DUO)、或其他合適的材料。在此示例中,流動性材料19為有機介電層。
參照第1F圖,接著,移除部分的流動性材料19,以暴露出介電層16以及留下的氧化層的部分182,而使對應於第一溝槽171處的流動性材料下凹(recessed)。如第1F圖所示,移除部分的流動性材料19之後,係在第一溝槽中171中留下的流動性材料191的上方形成凹陷部(recessed portion)1710。在此例中,此些凹陷部1710係暴露出覆蓋堆疊結構S1的側面的介電層16的至少一部分。
再者,根據本揭露,流動性材料19下凹的深度(即凹陷部1710在方向D2上的高度)不宜過深,以避免使後續沉積絕緣材料層時將凹陷部1710封閉住。流動性材料19下凹的深度亦不宜過淺,以避免後續在堆疊結構上方沉積的絕緣材料層與在凹陷部中沉
積的絕緣材料層的厚度差過小。若前述厚度差過小,則在去除第一溝槽中所填入材料層的製程後,在堆疊結構上方將無法留下具有足夠厚度的絕緣塊體,進而影響最終形成的空氣隙的高度。至於流動性材料19下凹的深度的數值,則視實際應用時溝槽的尺寸(包含深度和寬度)而可進行適當調整。
在一些實施例中,移除部分的流動性材料19之後,在第一溝槽171中留下的流動性材料191的頂面191a係低於堆疊結構S1的頂面。例如第1F圖所示,在此例中,在第一溝槽171中留下的流動性材料191的頂面191a係低於堆疊結構S1中的金屬閘極145的頂面145a,但不低於堆疊結構S1中的多晶矽閘極144的頂面144a。但本揭露對於流動性材料19下凹後在第一溝槽171中留下的流動性材料191的頂面並不限制於前述的所在位置。
參照第1G圖,接著,形成一絕緣材料層21於介電層16、留下的氧化層的部份182以及留下的流動性材料191之上。以等向性沉積(conformal)方式於介電層16上沉積一絕緣材料層21。在此示例中,絕緣材料層21包括位於堆疊結構S1之頂面(例如金屬閘極145的頂面145a)上的第一部份211、沉積於凹陷部1710之側壁上和底面上的第二部份212s和212b、位於留下的氧化層182上的第三部份213以及位於堆疊結構S2之頂面上的第四部份214。另外,絕緣材料層21例如為一氧化層。
再者,由於堆疊結構S1更密集的設置,第一溝槽171的寬度較小,因此絕緣材料層21沉積於凹陷部1710之側壁和底面上
的第二部份212s和212b的厚度係小於沉積於堆疊結構S1之頂面上的厚度。亦即,絕緣材料層21的第一部份211(在方向D2上)的厚度TS0大於第二部份212b(在方向D2上)的厚度TS1。
參照第1H圖,接著,移除第一溝槽171處的絕緣材料層和流動性材料。具體而言,移除絕緣材料層21的部分(例如此示例中係移除沉積於凹陷部1710之側壁上和底面上的第二部份212s和212b),並且移除對應於第一溝槽171處的留下的流動性材料191,而暴露出第一溝槽171,並形成多個絕緣塊體211’和214’分別對應於堆疊結構S1和第二堆疊結構的上方S2,如第1H圖所示。
在一些實施例中,係以乾式蝕刻方式進行絕緣材料層和流動性材料191的移除。值得一提的是,如第1G圖所示之沉積絕緣材料層21的第一部份211的厚度TS0甚大於第二部份212b的厚度TS1,因此不需要使用光罩,而是通過自對準(self-aligned)蝕刻步驟即可移除流動性材料191。如第1H圖所示,蝕刻後所形成的絕緣塊體211’和214’的厚度TS2係小於蝕刻前沉積的第一部份211的厚度TS0,但是可以增加堆疊結構上方的高度,有助於增加後續形成之空氣隙的高度。
再者,如第1H圖所示,進行自對準蝕刻步驟後,各個絕緣塊體211’的側面211s係與第一介電層的側面大致上齊平。如第1H圖所示之示例,各個絕緣塊體211’的側面211s係與位於相鄰堆疊結構S1之間的第一介電層之第二部份162的側面162s大致上齊平。
參照第11圖,接著,形成一介電層23於絕緣塊體211’(對應於堆疊結構S1)和絕緣塊體214’(對應於堆疊結構S2)上方,並形成空氣隙25,且介電層23覆蓋空氣隙25以及絕緣塊體211’和214’。具體而言,在形成介電層23後,介電層23的底面23b係與第一溝槽171以及堆疊結構S1上方的絕緣塊體211’之間的空間形成空氣隙25。
根據本揭露一些實施例,所形成的空氣隙25至少填滿相鄰的堆疊結構S1之側面上的第一介電層(例如第二部份162)之間的空間。換言之,相鄰的堆疊結構S1之間在方向D1上僅有介電層16和空氣隙25的存在,而沒有介電層23存在。
根據本揭露,介電層23的材料和介電層16的材料不同。於此示例中,介電層23為一氧化層,介電層16為一氮化層。再者,於一些實施例中,介電層23的材料和絕緣材料層21/絕緣塊體211’、214’的材料相同,例如包含相同的氧化物。
如第11圖所示之結構,由於設置了絕緣塊體211’和214’,使得相鄰的堆疊結構S1之間的第一溝槽171可在方向D2上延伸,而增加了後續沉積的介電層23與基底10之間的距離,進而增加相鄰的堆疊結構S1之間的空氣隙25(在方向D2上)的高度。因此,在一些實施例中,所形成的空氣隙25除了填滿相鄰的堆疊結構S1之側面上的第一介電層(例如第二部份162)之間的空間,更填滿相鄰絕緣塊體211’(對應於堆疊結構S1的上方)之間的空間。換言之,相鄰的堆疊結構S1之間以及相鄰的絕緣塊體211’之間在方向D1上
僅有介電層16和空氣隙25的存在,而沒有介電層23存在。
如第1I圖所示,D1堆疊結構S1的側面上的第一介電層(例如第二部份162)之間的空間在方向D1上的寬度W1,係與空氣隙在25方向D1上的寬度WAir相等。
再者,如第1I圖所示,在一示例中,空氣隙25至少暴露出位於各個堆疊結構S1的控制閘極CG之所有側面上的介電層(例如第二部份162)的部分。在此示例中,在方向D2上延伸的空氣隙25亦直接接觸絕緣塊體211’的側面,使得相鄰的絕緣塊體211’之間在方向D1上僅有介電層16和空氣隙25的存在,而沒有介電層23存在。
再者,在一些實施例中,在方向D2上延伸的空氣隙25,其頂端25a係高於絕緣塊體211’的頂面211a。
另外,介電層23可透過一般沉積方式、或是其他合適的沉積方式進行沉積。於一些示例中,在第一區域A1(例如陣列區域)中的堆疊結構S1係較緊密的設置而具有狹窄的第一溝槽171,因此介電層23不易填入第一溝槽171中。
於一些其它示例中,可選用四乙氧基矽烷(TEOS)材料,並通過選擇性方式沉積。例如,通過化學氣相沉積方式在次常壓(sub-atmospheric pressure,SA)下進行TEOS沉積,以形成介電層23。TEOS次常壓製程在不同的材料上具有不同的沉積速率,例如在氧化層上的沉積速率較快,在氮化層上的沉積速率較慢,其沉積速率比例如是約2:1。在此示例中,絕緣塊體211’例如是氧化
層,在堆疊結構S1側面上的介電層16例如是氮化層,且介電層23不易填入狹窄的第一溝槽171中,因此在沉積介電層23後,所形成的空氣隙25,如第1I圖所示,其頂端25a係高過絕緣塊體211’的頂面211a。
於一些實施例中,介電層23在絕緣塊體211’上的沉積速率和在介電層16上的沉積速率的比值例如是在約1.5至約2.5的範圍之間,例如約2。
根據上述實施例,通過絕緣塊體211’和214’的設置(第1H圖),使得相鄰的堆疊結構S1之間的第一溝槽171可在方向D2上延伸,以增加後續沉積的介電層23到基底10之間的距離(第1I圖),進而增加相鄰的堆疊結構S1之間的空氣隙25(在方向D2上)的高度。再者,藉由在各個第一溝槽中對流動性材料191進行深度一致的下凹步驟,可於後續形成厚度一致的絕緣塊體211’和214’,進而控制後續形成的空氣隙25的高度及其輪廓的一致性,進而改善非揮發性記憶體結構的穩定度。在一些實施例中,空氣隙25在方向D2(例如Z方向)上具有相同的高度。
第2A-2F圖是根據本發明的另一實施例之製造非揮發性記憶體結構的不同中間階段所對應的剖面示意圖,其示出接續於第1G圖步驟後的另一製造流程。第2A-2F圖中與第1A-1I圖中相同或相似的元件係沿用相同或相似的標號,以利清楚說明。
第2A圖的形成步驟與構型則與第1H圖的形成步驟與構型相同,為了簡化說明,在此不再詳述。並且,在此示例中,
依前述製法分別在堆疊結構S1、S2上方所形成的絕緣塊體211’、214’於以下說明時係稱為第一絕緣層211’、214’。
接著,參照第2B圖,在一實施例中,再沉積另一流動性材料29於第一絕緣層211’、214’之上。流動性材料29可以與流動性材料19具有相同材料,其沉積方式和材料如前述流動性材料19,在此不重複敘述。
接著,參照第2C圖,在一實施例中,移除部分的流動性材料29,以暴露出第一絕緣層211’、214’以及留下的氧化層的部分182,而使對應於第一溝槽171處的流動性材料29下凹。如第2C圖所示,移除部分的流動性材料29之後,係在第一溝槽中171中留下的流動性材料291的上方形成凹陷部2710。
在一些實施例中,移除部分的流動性材料29之後,在第一溝槽171中留下的流動性材料291的頂面291a係低於第一絕緣層211’、214’的頂面211a、214a。如第2C圖所示,流動性材料29下凹的深度例如是(但不限制是)可暴露出第一絕緣層211’以及214’的側面。
接著,參照第2D圖,在一實施例中,形成另一絕緣材料層31於第一絕緣層211’、214’、留下的氧化層的部份182以及留下的流動性材料291的上方。在此示例中,係以等向性沉積方式沉積絕緣材料層31。絕緣材料層31例如為一氧化層。另外,絕緣材料層31可以與絕緣材料層21具有相同或不同的材料;且絕緣材料層31可以與絕緣材料層21具有相同或不同的厚度,視實際應用條件而
定。
如第2D圖所示,在一示例中,絕緣材料層31包括位於第一絕緣層211’之頂面上的第一部份311、沉積於凹陷部2710之側壁上和底面上的第二部份312s和312b、位於留下的氧化層182上方的第三部份313以及位於第一絕緣層214’之頂面上的第四部份314。
接著,參照第2E圖,在一實施例中,移除第一溝槽171處的絕緣材料層和流動性材料。具體而言,移除絕緣材料層31的第二部份312s和312b(位於凹陷部2710之側壁上和底面上),並且移除對應於第一溝槽171處的留下的流動性材料291,以暴露出第一溝槽171,並分別形成第二絕緣層311’和314’於第一絕緣層211’和214’的上方。如第2E圖所示,對應於堆疊結構S1上方的第一絕緣層211’和第二絕緣層311’係構成絕緣塊體IL1;而對應於第一堆疊結構S2上方的第一絕緣層214’和第二絕緣層314’係構成絕緣塊體IL2。至此步驟,係在堆疊結構的上方建構出含有兩層絕緣層的絕緣塊體。
同樣的,不需要使用光罩就能移除第一溝槽171處的絕緣材料層和流動性材料291。例如,以自對準蝕刻進行移除,移除後各個絕緣塊體的側面係與介電層16的側面大致上齊平。如第2E圖所示,絕緣塊體IL1包含的第一絕緣層211’的側面211s和第二絕緣層311’的側面311s係與介電層16的側面162s大致上齊平。
之後,參照第2F圖,在一實施例中,形成介電層23
於第二絕緣層311’(對應於堆疊結構S1)和第二絕緣層314’(對應於堆疊結構S2)上方,並形成空氣隙35。介電層23可透過一般沉積方式、或是其他合適的沉積方式進行沉積。例如,可使用次常壓(SA)選擇性沉積方式而形成介電層23,其內容說明如上,在此不再重述。
在一些實施例中,在方向D2上延伸的各個空氣隙35係直接接觸各個絕緣塊體之第一絕緣層211’及第二絕緣層311’的側面。如第2F圖所示,根據本揭露一些實施例,所形成的空氣隙35除了填滿相鄰的堆疊結構S1側面上的第一介電層(例如第二部份162)之間的空間,以及填滿相鄰第一絕緣層211’(對應於堆疊結構S1的上方)之間的空間,更填滿相鄰第二絕緣層311’(對應於堆疊結構S1的上方)之間的空間。換言之,相鄰的堆疊結構S1之間、相鄰的第一絕緣層211’之間以及相鄰的第二絕緣層311’之間在方向D1上僅有介電層16和空氣隙25的存在,而沒有介電層23存在。
依照上述實施例如第2A~2E圖所示,可以製作出含有多層結構的絕緣塊體(例如第2E圖所示之絕緣塊體IL1和IL2),其中各個絕緣塊體包含多個在方向D2上垂直堆疊的絕緣層。再者,可視實際製程之需求,重複進行如第2A-2E之步驟,以製作出含有三層甚至更多層絕緣材料層的絕緣塊體。
再者,比較第1I圖的空氣隙25和第2F圖的空氣隙35,空氣隙35在方向D2上的高度H2係大於空氣隙25在方向D2上的高度H1(H2>H1)。因此,絕緣塊體的厚度越厚、或是所包含的絕緣層數目越多,越提高了空氣隙在方向D2上的高度。
綜合上述,根據本揭露一些實施例提出的非揮發性記憶體結構和製造方法具有許多優點。例如,可通過簡易且不會增加額外製造成本的方式設置單層或多層結構的絕緣塊體,而增加後續在堆疊結構(例如字元線閘極結構)之間所形成的空氣隙25/35的高度,絕緣塊體的厚度和/或所包含的絕緣層數目係視欲形成的空氣隙的高度而定。實施例並藉由在堆疊結構之間的溝槽(例如第一溝槽)中填充的流動性材料進行深度均勻一致的下凹步驟,而於後續形成厚度均勻一致的絕緣塊體,進而控制各個空氣隙25/35在高度和輪廓上的一致性,進而改善非揮發性記憶體結構的穩定度。再者,根據實施例的製造方法,其可以透過自對準蝕刻方式,不需要使用光罩,就能完全移除位於第一溝槽中的流動性材料,以在沉積介電層23後形成足夠寬的空氣隙25/35,使相鄰的堆疊結構(例如字元線閘極結構)之間僅有介電層16(例如氮化層)和空氣隙25/35的存在,而沒有介電層23(例如氧化層)的存在,甚至相鄰的的絕緣塊體之間也只有空氣隙25/35而沒有介電層23的存在,因而提升相鄰的堆疊結構(例如字元線閘極結構)之間的電性隔離程度,降低漏電流以及減少耦合電容,使非揮發性記憶體結構具有穩定的電性表現,進而提高最終產品的良率及可靠度。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作任意之更動與潤飾,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為準。
10:基底
12:穿隧介電層
14:閘極結構
141:浮置閘極
142:閘極間介電層
144:多晶矽閘極
145:金屬閘極
16、23:介電層
161:第一部份
162:第二部份
162s、211s:側面
163:第三部份
164:第四部份
182:氧化層
211’、214’:絕緣塊體
211a:頂面
23b:底面
25:空氣隙
25a:頂端
A1
:第一區域
A2
:第二區域
CG:控制閘極
D1、D2、D3:方向
H1:高度
W1、WAir
:寬度
Claims (14)
- 一種非揮發性記憶體結構,包括:一基底,包含一陣列區域和一週邊區域;一穿隧介電層,位於該基底上;複數個閘極結構,位於該基底的上方和該陣列區域中,且該些閘極結構係彼此相距,前述各個閘極結構包含位於該穿隧介電層上的一浮置閘極以及位於該浮置閘極上方的一控制閘極;一堆疊結構,位於該基底的上方和該週邊區域中,且該堆疊結構鄰近該陣列區域,其中該些閘極結構中最接近該週邊區域的該閘極結構與該堆疊結構之間的距離係大於兩相鄰的該些閘極結構之間的距離;一第一介電層,位於該基底的上方並覆蓋該穿隧介電層的頂面,該第一介電層並覆蓋前述各個閘極結構的側面和頂面,其中在相鄰的該些閘極結構的該些側面上的該第一介電層之間的空間係填滿空氣隙;複數個絕緣塊體,位於該第一介電層上且分別對應於該些閘極結構;以及一第二介電層,位於該些絕緣塊體上並覆蓋該些絕緣塊體和該些空氣隙。
- 如請求項1所述之非揮發性記憶體結構,其中該些空氣隙的頂端係高於該些絕緣塊體的頂面。
- 如請求項1所述之非揮發性記憶體結構,其中該些 空氣隙至少暴露出位於前述各個閘極結構的該控制閘極之所有側面上的該第一介電層的部分。
- 如請求項1所述之非揮發性記憶體結構,其中該些空氣隙更直接接觸該些絕緣塊體的側面。
- 如請求項1所述之非揮發性記憶體結構,其中該些空氣隙在垂直於該基底的方向上具有相同的高度。
- 如請求項1所述之非揮發性記憶體結構,其中前述各個絕緣塊體以及前述各個閘極結構的該控制閘極係以該第一介電層相隔開來。
- 如請求項1所述之非揮發性記憶體結構,其中前述各個絕緣塊體的側面係與該第一介電層的側面齊平。
- 如請求項1所述之非揮發性記憶體結構,其中前述各個閘極結構中,該控制閘極包含一多晶矽閘極以及一金屬閘極位於該多晶矽閘極上,其中前述各個絕緣塊體與前述各個閘極結構的該金屬閘極係以該第一介電層相隔開來。
- 一種非揮發性記憶體結構的製造方法,包括:提供一基底,該基底包含一第一區域和一第二區域;形成一穿隧介電層於該基底上;形成複數個第一堆疊結構和複數個第二堆疊結構彼此相距地位於該穿隧介電層上,且該些第一堆疊結構和該些第二堆疊結構分別位於該第一區域和該第二區域中; 形成一第一介電層於該基底的上方並覆蓋該穿隧介電層的頂面以及覆蓋該些第一堆疊結構和該些第二堆疊結構的頂面和側面,其中在形成該第一介電層後,在該些第一堆疊結構之間具有第一溝槽,在相鄰的第一堆疊結構與第二堆疊結構之間具有一第二溝槽,其中該第二溝槽在第一方向上的寬度大於前述各個第一溝槽在該第一方向上的寬度;形成複數個絕緣塊體位於該第一介電層上,且該些絕緣塊體分別對應於該些第一堆疊結構和該些第二堆疊結構的該些頂面;以及形成一第二介電層於該些第一堆疊結構和該些第二堆疊結構上方,並形成空氣隙,且該第二介電層覆蓋該些絕緣塊體以及該些空氣隙,其中該些空氣隙係填滿相鄰的該些第一堆疊結構的該些側面上的該第一介電層之間的空間。
- 如請求項9所述之非揮發性記憶體結構的製造方法,其中該些空氣隙更填滿對應於相鄰的該些第一堆疊結構上的該些絕緣塊體之間的空間,該些空氣隙的頂端係高於該些絕緣塊體的頂面。
- 如請求項9所述之非揮發性記憶體結構的製造方法,其中在形成該第一介電層之後和形成該些絕緣塊體之前,更包括:沉積一氧化層於該第一介電層上,其中該氧化層位於該些第一溝槽上方但填滿該第二溝槽; 移除部分的該氧化層以暴露出該第一介電層和該些第一溝槽,留下的該氧化層填滿該第二溝槽;沉積一流動性材料於該第一介電層以及留下的該氧化層上,該流動性材料填滿該些第一溝槽;以及移除部分的該流動性材料,以使對應於該些第一溝槽處的該流動性材料下凹。
- 如請求項11所述之非揮發性記憶體結構的製造方法,其中移除部分的該流動性材料後,係在該些第一溝槽中留下的該流動性材料的上方形成凹陷部,其中該些凹陷部係暴露出覆蓋該些第一堆疊結構的側面的該第一介電層的至少一部分,在該些第一溝槽中留下的該流動性材料的頂面係低於該些第一堆疊結構的頂面。
- 如請求項11所述之非揮發性記憶體結構的製造方法,其中前述各個第一堆疊結構包含位於該穿隧介電層上的一浮置閘極以及位於該浮置閘極上方的一控制閘極,且該控制閘極包含一多晶矽閘極以及一金屬閘極位於該多晶矽閘極上,而在移除部分的該流動性材料後,在該些第一溝槽中留下的該流動性材料的頂面係不低於該些第一堆疊結構的該些多晶矽閘極的頂面。
- 如請求項11所述之非揮發性記憶體結構的製造方法,在移除部分的該流動性材料後,更包括:形成一絕緣材料層於該第一介電層、留下的該氧化層以及留下的該流動性材料上; 移除對應於該些第一溝槽處的該絕緣材料層的部分以及留下的該流動性材料,而暴露出該些第一溝槽以及形成該些絕緣塊體對應於該些第一堆疊結構和該些第二堆疊結構的上方;以及沉積該第二介電層。
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