TWI833404B - 記憶體結構的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本揭露提供一種記憶體結構的形成方法，包括：提供基底，基底中具有多個隔離結構，隔離結構包括突出於基底上的多個第一突出部；以多個第二突出部取代這些第一突出部，以在第二突出部之間定義出多個浮置閘極預定區，其中包括： 在第一突出部之間及基底上方，形成填充絕緣材料；以及對填充絕緣材料及第一突出部執行圖案化製程，以形成定義出上述浮置閘極預定區的第二突出部；以及於浮置閘極預定區中形成多個浮置閘極。
Description
本揭露是關於一種記憶體結構的形成方法，特別是關於一種具有浮置閘極的記憶體結構。
記憶體裝置用於各種不同的電子應用，例如，個人電腦、手機、數位相機和其他電子設備。記憶體裝置的製造通常藉由在半導體基底上沉積絕緣或介電層、導電層和半導體層的材料，並且使用微影和蝕刻技術將各種材料層圖案化，以形成電路組件以及元件於半導體基底上。
半導體工業藉由持續微縮最小部件的尺寸，使得更多組件整合至指定的區域中，以持續改善各種電子組件的積集度。然而部件尺寸的微縮，增加了控制部件的關鍵尺寸一致性（critical dimension unity, CDU）的困難。因此，仍需要針對部件尺寸的微縮的形成方法進行改良，以製造出符合產品需求的記憶體裝置。
根據本揭露的一些實施例，提供一種記憶體結構的形成方法，包括：提供基底，上述基底中具有多個隔離結構，上述隔離結構包括突出於基底上的多個第一突出部；以多個第二突出部取代這些第一突出部，以在第二突出部之間定義出多個浮置閘極預定區，其中包括：在第一突出部之間及基底上方，形成填充絕緣材料；以及對填充絕緣材料及第一突出部執行圖案化製程，以形成定義出浮置閘極預定區的第二突出部；以及於浮置閘極預定區中形成多個浮置閘極。
本揭露實施例所提供的記憶體結構的形成方法中，利用獨立的圖案化製程來定義浮置閘極預定區，可以減少相關製程對於關鍵尺寸的影響，不但可以增加浮置閘極的CDU，還可以避免圖案化製程對主動區的損壞，進而增加記憶體裝置的穩定性。
以下說明本揭露實施例之記憶體結構的形成方法。然而，應能理解本揭露實施例提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅用於說明以特定方法製作及使用本發明，而並非用以侷限本發明的範圍。再者，在本揭露實施例之圖式及說明內容中係使用相同的標號來表示相同或相似的部件。
此外，本揭露提供了許多的實施例或範例，用於實施所提供的標的物之不同元件。各元件和其配置的具體範例描述如下，以簡化本發明實施例之說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。例如，敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例，也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間，使得它們不直接接觸的實施例。
在現有技術中，浮置閘極的關鍵尺寸（CD）是由隔離結構的突出部所定義，且受到許多道相關製程的影響，例如對主動區的圖案化、回拉製程（pull back）、氧氣退火、原子層沉積（atomic layer deposition, ALD）氧化物等，因而使得浮置閘極的CDU難以控制。為解決上述問題，本揭露實施例所提供的記憶體結構的形成方法中，利用獨立的圖案化製程來定義浮置閘極預定區，可以減少相關製程對於關鍵尺寸的影響，不但可以增加浮置閘極的CDU，還可以避免圖案化製程對主動區的損壞，進而增加記憶體裝置的穩定性。
第1-8圖是根據本發明的一些實施例，繪示出形成記憶體結構在不同階段的剖面示意圖。參照第1圖，記憶體結構100包含基底102以及位於基底102中且突出於基底102的隔離結構104。在一些實施例中，基底102為半導體基底。基底102可以是元素半導體基底，例如矽基底、或鍺基底；或化合物半導體基底，例如碳化矽基底、或砷化鎵基底。在一些實施例中，半導體基底102可以是絕緣體上的半導體（SOI）基底。
隔離結構104具有位於基底102中的基部104a以及突出於基底102的突出部104b。隔離結構104用於在基底中隔離出多個記憶體的主動區。隔離結構104可由各種合適的絕緣材料所形成。在一些實施例中，基部104a的材料為氧化矽，例如旋塗玻璃（spin-on glass, SOG）、高密度電漿（high density plasma, HDP）氧化矽、高深寬比製程（high aspect ratio process, HARP）形成之氧化矽，例如，摻雜氧化矽例如，磷矽玻璃（phosphosilicate glass, PSG）、硼磷矽玻璃（borophosphosilicate glass, BPSG）等，以形成高深寬比的隔離結構。可以通過合適的沉積技術，例如化學氣相沉積（CVD）為高密度電漿化學氣相沉積（HDPCVD）或HARP形成隔離結構104的基部104a。在一些實施例中，基部104a的深度H1範圍在約200奈米至約400奈米，底表面的寬度W1範圍在約10奈米至約50奈米，頂表面的寬度W2範圍在約10奈米至約50奈米。在一些實施例中，基部104a的深寬比（aspect ratio）範圍在約1至20，例如為1至3。在一些實施例中，可以通過使用流動式化學氣相沉積（flowable CVD, FCVD）以形成具有高深寬比的隔離結構104。例如，首先以較高流動性的絕緣材料填入高深寬比的凹槽，接著形成絕緣效果更好的絕緣材料在較高流動性的絕緣材料上。因此，隔離結構104的基部104a與突出部104b可具有不同的材料成分。在一些實施例中，基部104a的材料為摻雜氧化矽例如PSG、BPSG，突出部104b的材料為未摻雜的氧化矽。可以通過合適的沉積技術，例如CVD、ALD等形成突出部104b。在其他實施例中，突出部104b的材料也可以相同或類似於隔離結構104的基部104a的材料。在一些實施例中，在形成隔離結構104之前，可以在高深寬比的凹槽中形成襯層(未示出)。配置襯層可以修補因蝕刻製程所造成半導體基底102之暴露表面上的晶格缺陷。襯層包括絕緣材料，例如氧化物。在一些實施例中，襯層包括氧化矽(SiO
2)。在一些實施例中，可以使用臨場蒸氣產生法(in-situ steam generation, ISSG)，氧化半導體基底102的一部分來形成襯層。在其他實施例中，使用CVD製程及/或ALD製程形成襯層。
接著，利用獨立的圖案化步驟，以第二突出部104c取代第一突出部104b（參照第2-6圖），以定義出浮置閘極預定區110R（參照第4圖）。詳細說明如下。
參照第2圖，首先在第一突出部104b之間及基底102上方形成填充絕緣材料106。在一些實施例中，填充絕緣材料106包括氧化物，例如SiO
2、氮化物、或其組合。在一些實施例中，可以通過合適的沉積製程，例如熱氧化、CVD、ALD等來形成填充絕緣材料106。在一些實施例中，填充絕緣材料106包括與第一突出部104b相同的材料，因此兩者之間可以沒有明顯的界面（如第2-4圖中的虛線）。
接著，對填充絕緣材料106及/或第一突出部104b執行平坦化製程，以形成平整表面，利於後續的圖案化製程。如第3圖所示，在一些實施例中，在平坦化製程之後，第一突出部104b仍被填充絕緣材料106所覆蓋。在另一些實施例中，在平坦化製程之後，露出第一突出部104b的頂表面（未示出）。在一些實施例中，平坦化製程是化學機械研磨（chemical mechanical polish, CMP）製程。
接著，對填充絕緣材料106及第一突出部104b執行圖案化製程，以定義出浮置閘極預定區110R，如第4-6圖所示。
詳細來說，參照第4圖，在填充絕緣材料106及/或第一突出部104b的平整表面上，形成圖案化遮罩層108。在一些實施例中，圖案化遮罩層108的位置對應於隔離結構104的基部104a的位置。
接著，以圖案化遮罩層108作為蝕刻罩幕對填充絕緣材料106及/或第一突出部104b執行第一蝕刻製程，如第5圖所示。值得注意的是，在第一蝕刻製程之後，剩餘的填充絕緣材料106及/或第一突出部104b構成毯覆地覆蓋半導體基底102的相連的多個第二突出部104c’，如此可以避免第一蝕刻製程對基底102的損壞。第二突出部104c之間的凹槽的位置對應於浮置閘極預定區110R的位置。第一蝕刻製程可為乾蝕刻製程、濕蝕刻製程、或其組合。在一些實施例中，第一蝕刻製程為乾蝕刻製程，例如反應式離子蝕刻（reactive ion etching, RIE）。可以控制蝕刻製程的參數（例如，時間），調整浮置閘極預定區110R中填充絕緣材料106及/或第一突出部104b的厚度H2。在一些實施例中，乾蝕刻製程為反應式離子蝕刻（reactive ion etching, RIE）。在第一蝕刻製程後，可以形成具有梯形結構的第二突出部104c。在一些實施例中，濕蝕刻製程使用氫氟酸、熱磷酸、或其組合。
接著，對位於浮置閘極預定區110R的填充絕緣材料106及/或第一突出部104b執行第二蝕刻製程，以露出位於浮置閘極預定區110R的基底102的頂表面，形成多個分開的第二突出部104c，如第6圖所示。在一實施例中，第二蝕刻製程使用濕蝕刻製程，可以避免乾蝕刻製程對基底102的損壞。濕蝕刻製程可以使用氫氟酸作為蝕刻劑。在一實施例中，第二突出部104c的底表面寬度W3可小於基部104a的頂表面寬度W2，如此可以提供較寬的浮置閘極預定區110R，進而提升浮置閘極的電性表現。
接著，在浮置閘極預定區110R的基底102的頂表面上形成穿隧介電層112。穿隧介電層112的材料可包括：氧化物，例如氧化矽；氮化物例如氮氧化矽、氮化矽；或其他合適的介電材料。在一些實施例中，穿隧介電層112的厚度範圍在約2 nm至10 nm，寬度W4範圍在約30 nm至60 nm。可以通過合適的沉積製程形成穿隧介電層112，例如熱氧化、CVD、ALD等。可以在形成穿隧介電層112之前，對浮置閘極預定區110R的基底102的頂表面執行預清潔（pre-clean）製程，以去除基底102頂表面上的雜質，利於後續形成良好品質的穿隧介電層112。在一些實施例中，使用稀釋氫氟酸（diluted hydrogen fluoride, DHF）對基底102頂表面進行預清潔，但本發明不限於此。在一些實施例中，可以同時執行第二蝕刻製程及預清潔製程，以減少製程時間。
接著形成浮置閘極110，如第7圖所示。形成浮置閘極110的步驟包括：（1）在浮置閘極預定區110R的穿隧介電層112上方、第二突出部104c上方沉積浮置閘極材料；（2）對浮置閘極材料執行平坦化製程，直到露出第二突出部104c的頂表面，留下第二突出部104c之間的浮置閘極材料作為浮置閘極110。
在一些實施例中，浮置閘極110具有倒梯形結構，可以提供穩定的電性表現，並且減少浮置閘極110的電阻。此外，在一些實施例中，浮置閘極110完全覆蓋穿隧介電層112，使電流能穩定地注入或流出浮置閘極110，提供穩定的電性表現。再者，在一些實施例中，浮置閘極110包覆穿隧介電層112的側壁，使電流能更穩定地注入或流出浮置閘極110，提升浮置閘極110的品質。在一些實施例中，由於第二突出部104c的底表面寬度W3小於基部104a的頂表面寬度W2，浮置閘極110的底表面部分覆蓋基部104a的頂表面，能夠增加浮置閘極110的電性表現。在一些實施例中，浮置閘極110的材料包括半導體材料材料，例如經摻雜的多晶矽、未經摻雜的多晶矽、或其組合。在一些實施例中，浮置閘極110的厚度H3範圍在約50 nm至100 nm，頂表面的寬度W5範圍在約40 nm至70 nm，但本發明不以此為限。可以通過合適的沉積製程形成浮置閘極110，例如CVD。
本揭露的記憶體結構的形成方法可以根據浮置閘極的設計需求，在具有隔離結構的基底上，形成具有小尺度且高關鍵尺寸一致性的浮置閘極。根據本揭露所提供的實施例，記憶體結構的形成方法包括：（1）提供具有第一突出部的隔離結構的基底；（2）以第二突出部取代第一突出部；及（3）在第二突出部之間形成浮置閘極。透過在第二突出部取代第一突出部之後再形成浮置閘極，可以增加浮置閘極的CDU，進而提升記憶體結構的效能。此外，透過在第二突出部的製程期間使用兩道蝕刻製程，可以避免對基底的損壞，進而增加記憶體結構的可靠性和製造良率。
之後可以進行額外的製程以完成記憶體的製作。例如，在第7圖之後，可以在浮置閘極110的上方形成閘極間介電層114，並在閘極間介電層114上方形成控制閘極116，如第8圖所示。在一些實施例中，閘極間介電層114是由氧化矽/氮化矽/氧化矽所構成的複合層結構，但本揭露不以此為限。在一些實施例中，控制閘極116的材料包括經摻雜的多晶矽、未經摻雜的多晶矽、或其組合。第8圖的記憶體結構100為示例，且不意圖將本揭露作出除了請求項中明確記載範圍之外的限制。
雖然已詳述本發明的一些實施例及其優點，應能理解的是，在不背離如本發明之保護範圍所定義的發明之精神與範圍下，可作各種更動、取代與潤飾。例如，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應能輕易理解在不背離本發明的範圍內可改變此述的許多部件、功能、製程與材料。
100:記憶體結構
102:基底
104:隔離結構
104a:下部
104b:第一突出部
104c:第二突出部
106:填充絕緣材料
108:圖案化遮罩層
110:浮置閘極
110R:浮置閘極預定區
112:穿隧介電層
114:閘極間介電層
116:控制閘極
W1, W2, W3, W4, W5:寬度
H1:深度
H2, H3:厚度
第1、2、3、4、5、6、7和8圖是根據本揭露實施例，繪示出製造具有隔離結構及浮置閘極的記憶體結構的過程中各個階段的剖面圖。
100:記憶體結構
102:基底
104a:下部
104b:突出部
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108:圖案化遮罩層
110R:浮置閘極預定區
Claims (15)
- 一種記憶體結構的形成方法，包括：提供一基底，該基底中具有多個隔離結構，該些隔離結構包括突出於該基底上的多個第一突出部以及位於該些第一突出部下方的多個基部；以多個第二突出部取代該些第一突出部，以在該些第二突出部之間定義出多個浮置閘極預定區，其中包括：在該些第一突出部之間及該基底上方，形成一填充絕緣材料；以及對該填充絕緣材料及該些第一突出部執行一圖案化製程，以形成定義出該些浮置閘極預定區的該些第二突出部，其中該圖案化製程包括在該填充絕緣材料上，形成一圖案化遮罩層，及以該圖案化遮罩層作為蝕刻罩幕對該填充絕緣材料及/或該些第一突出部執行一第一蝕刻製程；以及於該些浮置閘極預定區中形成多個浮置閘極。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，其中該些隔離結構具有大於1的深寬比。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，其中該填充絕緣材料包含與該些第一突出部相同的材料。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，更包括：在該圖案化製程之前，對該填充絕緣材料及/或該些第一突出部執行一化學機械研磨製程。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，其中該圖案化遮罩層的位置對應於該些隔離結構的位置，且在該第一蝕刻製程後該填充絕緣材料仍覆蓋該基底的頂表面，其中該第一蝕刻製程包括一乾蝕刻製程、一濕蝕刻製程、或其組合。
- 如請求項5之記憶體結構的形成方法，其中該圖案化製程更包括：對位於該些浮置閘極預定區的該填充絕緣材料及/或該些第一突出部執行一第二蝕刻製程，露出該基底的頂表面，以形成該些第二突出部。
- 如請求項6之記憶體結構的形成方法，其中該第一蝕刻製程使用乾蝕刻製程，且該第二蝕刻製程使用濕蝕刻製程。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，在該圖案化製程之後，該填充絕緣材料具有梯形結構。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，更包括：在該圖案化製程之後，在位於該些浮置閘極預定區的該基底的頂表面上方，形成多個穿隧介電層。
- 如請求項9之記憶體結構的形成方法，其中該些浮置閘極完全覆蓋該些穿隧介電層。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，其中該些浮置閘極具有倒梯形的形狀。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，其中該些浮置閘極的底表面寬度大於該些隔離結構之間的該基底的頂表面寬 度。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，其中該些第二突出部的底表面的寬度小於該些基部的頂表面的寬度。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，其中該些第二突出部的頂表面的寬度小於該些基部的頂表面的寬度。
- 如請求項1之記憶體結構的形成方法，其中該圖案化遮罩層的寬度小於各該第一突出部的頂表面的寬度。
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