專利名稱：浮置柵極與非揮發(fā)性存儲器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲器的制造方法，特別是涉及一種浮置柵極與非揮發(fā) 性存儲器的制造方法。
背景技術(shù)：
在各種非揮發(fā)性存儲器產(chǎn)品中，具有可進(jìn)行多次數(shù)據(jù)的存入、讀取、抹 除等動作，且存入的數(shù)據(jù)在斷電后也不會消失之優(yōu)點(diǎn)的可電抹除且可程序化只讀存儲器(EEPROM)，已成為個(gè)人計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備所廣泛采用的一種存 儲器元件。典型的可電抹除且可程序只讀存儲器以摻雜的多晶硅(doped polysilicon) 制作浮置柵極(floating gate)與控制柵極(control gate)。為了避免典型的可電抹 除且可程序只讀存儲器在抹除操作時(shí)，因過度抹除/寫入現(xiàn)象太過嚴(yán)重，而導(dǎo) 致數(shù)據(jù)誤判的問題，許多可電抹除且可程序只讀存儲器會采用下述分離柵極 (split gate)的i殳計(jì)。圖1所示為現(xiàn)有分離柵極式存儲器的結(jié)構(gòu)的截面圖。其設(shè)置在基底100 上，包括浮置柵極102、控制柵極108與源/漏極區(qū)110a、 110b。其中，浮置 柵極102與控制柵極108之間以氧化層104與絕緣層106隔離，源/漏極區(qū) 110a、 110b分別形成在控制柵極108與浮置柵極102的側(cè)邊。上述分離柵極式存儲器的控制柵極104有一部分位于浮置柵極102上 方，尚有一部分位于基底100上方，且與基底IOO之間以門介電層106相隔。 即使過度抹除現(xiàn)象太過嚴(yán)重，而使浮置柵極102下方通道在控制柵極104未 施加電壓的狀態(tài)下即持續(xù)打開時(shí)，控制柵極104下方的通道仍能保持關(guān)閉狀 態(tài)，使得源/漏極區(qū)110a、 110b無法導(dǎo)通，而能防止數(shù)據(jù)的誤判。然而，上述分離柵極式存儲器在工藝控制上需要多道的光刻蝕刻工藝， 且對于浮置柵極102與控制柵極108之間的對準(zhǔn)精確度(alignment accuracy) 要求高，在工藝上的控制并不容易。若是浮置柵極102與控制柵極108之間 的對準(zhǔn)產(chǎn)生誤差，將導(dǎo)致通道長度L,縮短，如此一來，同樣會發(fā)生過度抹 除的問題，導(dǎo)致存儲器的可靠度下降。再者，由于此種分離柵極結(jié)構(gòu)需要較大的存儲器尺寸，也不符合目前對于元件高集成度(integrity)的要求。因此，如何在兼顧元伴集成度的情形下，以較筒單而容易控制的制造方 法來形成可靠度高的分離柵極式存儲器，是目前產(chǎn)業(yè)上亟待解決的問題。發(fā)明內(nèi)容鑒于此，本發(fā)明的目的就是提供一種浮置柵極的制造方法，其工藝簡單 且容易控制。本發(fā)明的另一目的就是提供一種非揮發(fā)性存儲器的制造方法，可以形成 可靠度高的非揮發(fā)性存儲器。本發(fā)明提出一種浮置柵極的制造方法，先提供基底，基底中已形成有隔 離結(jié)構(gòu)，且隔離結(jié)構(gòu)的頂面高于基底頂面，繼而在基底上形成掩模層，覆蓋 住隔離結(jié)構(gòu)。之后，在基底與掩模層中形成溝槽。接著，在溝槽中填入導(dǎo)體 層，導(dǎo)體層的頂面低于隔離結(jié)構(gòu)頂面、高于基底頂面，且導(dǎo)體層表面具有一 個(gè)凹陷。進(jìn)而在導(dǎo)體層上的溝槽側(cè)壁形成間隙壁，再以間隙壁為掩模，移除 部分導(dǎo)體層，在溝槽側(cè)壁形成浮置柵極。上述浮置柵極的制造方法中，導(dǎo)體層頂部接近溝槽兩側(cè)壁分別具有尖角 狀構(gòu)造。上述浮置柵極的制造方法中，導(dǎo)體層的形成方法例如是先在基底上形成 導(dǎo)體材料層，繼而回蝕刻導(dǎo)體材料層以形成之。而回蝕刻導(dǎo)體材料層的步驟 還包括先以掩模層為蝕刻終止層，回蝕刻導(dǎo)體材料層，然后再以隔離結(jié)構(gòu)為 蝕刻終止層，回蝕刻導(dǎo)體材料層。上述浮置柵極的制造方法中，間隙壁的形成方法包括在基底上形成間隙 壁材料層，并且移除部分間隙壁材料層，以在導(dǎo)體層上的溝槽側(cè)壁形成間隙 壁。上述浮置柵極的制造方法中，導(dǎo)體層的材料包括摻雜多晶硅。 上述浮置柵極的制造方法中，還可以在形成溝槽之后、形成導(dǎo)體層之前，在溝槽內(nèi)壁形成穿隧介電層。本發(fā)明提出 一種非揮發(fā)性存儲器的制造方法，此方法例如是先提供基底，基底中已形成有多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)，這些隔離結(jié)構(gòu)定義出多個(gè)有源區(qū)，且這
些隔離結(jié)構(gòu)的頂面高于有源區(qū)的基底頂面。在基底上形成掩模層，覆蓋住這 些隔離結(jié)構(gòu)，并在基底與掩模層中形成多個(gè)溝槽。之后，在基底上形成一層 共形的第一導(dǎo)體層，填滿各溝槽。繼而，回蝕刻此第一導(dǎo)體層，使第一導(dǎo)體 層的頂面低千隔離結(jié)構(gòu)頂面、高千基底頂面，且在各溝槽中的第一導(dǎo)體層表 面形成一個(gè)凹陷。然后，在第一導(dǎo)體層上的溝槽側(cè)壁形成間隙壁，再以此間 隙壁為掩模，移除部分導(dǎo)體層，在溝槽側(cè)壁形成浮置柵極。接著，移除掩模 層，在各溝槽外側(cè)的基底上形成控制柵極。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，導(dǎo)體層頂部接近溝槽兩側(cè)壁分別具 有尖角狀構(gòu)造。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，控制柵極的頂面高于浮置柵極的頂面上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，回蝕刻第一導(dǎo)體層的步驟還包括先 以掩模層為蝕刻終止層，回蝕刻第一導(dǎo)體層，之后以隔離結(jié)構(gòu)為蝕刻終止層， 回蝕刻第一導(dǎo)體層。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，間隙壁的形成方法包括在基底上形 成間隙壁材料層，然后移除部分間隙壁材料層，以在溝槽側(cè)壁形成間隙壁。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，導(dǎo)體層的材料包括摻雜多晶硅。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，還包括在形成浮置柵極之后，在各 溝槽底部的基底中形成源極區(qū)。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，還包括在形成源極區(qū)之后，在各溝 槽中形成第二導(dǎo)體層，第二導(dǎo)體層覆蓋住隔離結(jié)構(gòu)，且與源極區(qū)電連接。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，還包括在形成浮置柵極之后、形成 源極區(qū)之前，在各溝槽中形成介電層，覆蓋住浮置柵極。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，還包括在形成介電層的步驟之后、 形成源極區(qū)之前，在介電層上形成保護(hù)層。其中，保護(hù)層的材料例如是未摻 雜多晶硅。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，還包括在形成溝槽之后、形成第一 導(dǎo)體層之前，在各溝槽內(nèi)壁形成穿隧介電層。上述非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，還包括在形成控制柵極之后，在控 制柵極未與溝槽相鄰側(cè)的基底中形成漏極區(qū)。本發(fā)明提出的浮置柵極與非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其工藝較為簡單
且易于控制，且由于浮置柵極是位于溝槽中，還能夠提高元件的集成度。此 外，由于浮置柵極頂部具有尖角狀結(jié)構(gòu)，更有利于電荷的穿隧，使得存儲器可以在低壓下便達(dá)到完全抹除的功效，而提高存儲器的效能(performance)。為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下丈特舉實(shí) 施例，并結(jié)合附圖作詳細(xì)說明。


圖l是展示現(xiàn)有分離柵極式存儲器的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2A至圖2C是展示本發(fā)明實(shí)施例的非揮發(fā)性存儲器的制造流程的上視圖。圖3A至圖3F是沿著圖2A的I-I，線剖取的制造流程截面圖。圖4A至圖4E是沿著圖2A的n-n，線剖取的制造流程截面圖。簡單符號說明100、 200:基底102、 220，浮置4冊才及104:氧4匕層106:絕緣層108、 250:控制4冊才及110a、 235:源極區(qū)110b、 255:漏極區(qū)205:隔離結(jié)構(gòu)208:有源區(qū)211:墊層213:掩模層215:溝槽218:穿隧介電層220、 240:導(dǎo)體層221:凹陷223:尖角狀構(gòu)造225:間隙壁228、 245:介電層232: 4呆護(hù)層具體實(shí)施方式
圖2A至圖2C是展示本發(fā)明實(shí)施例的非揮發(fā)性存儲器的制造流程的上 視圖。圖3A至圖3F是沿著圖2A之I-I，線剖取的制造流程的截面圖。圖4A 至圖4E是沿著圖2A之II-n，線剖取的制造流程的截面圖。請參照圖2A、圖3A與圖4A,此方法先提供基底200,基底200例如 是硅基底?；?00上已形成有多數(shù)個(gè)隔離結(jié)構(gòu)205，這些隔離結(jié)構(gòu)205定 義出有源區(qū)208。隔離結(jié)構(gòu)205例如是淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)或是場氧化層。這些 隔離結(jié)構(gòu)205的頂面高于有源區(qū)208的基底200頂面?；?00上還可以是 設(shè)置有一層墊層211,此墊層例如是在隔離結(jié)構(gòu)205的制造過程中所形成的。然后，請繼續(xù)參照圖2A、圖3A與圖4A，在基底200上形成一層掩模 層213，覆蓋住這些隔離結(jié)構(gòu)205。掩模層213的材料例如是氮化硅、碳化 硅或碳氮化硅，其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。在實(shí)施例中，掩模層213 的厚度例如是3600埃。然后，在基底200與掩模層213中形成多個(gè)溝槽215。 溝槽215的形成方法例如是利用光刻蝕刻的方式，移除部分掩模層213與部 分基底200，移除的方法例如是干式蝕刻法。此時(shí)，隔離結(jié)構(gòu)205上方的部 分掩模層也會一并被移除，如圖4A所示。然后，請參照圖2A、圖3B與圖4B,在溝槽215內(nèi)壁形成一層穿隧介 電層218。穿隧介電層218的材料例如是氧化硅，其形成方法例如是高溫?zé)?氧化法，當(dāng)然，后續(xù)可以再進(jìn)行快速熱回火以改善氧化硅的品質(zhì)。接著，在溝槽215中填入一層導(dǎo)體層220，導(dǎo)體層220的頂面低于隔離 結(jié)構(gòu)205頂面、高于基底200頂面，且導(dǎo)體層220表面具有凹陷221。這層 導(dǎo)體層220的形成方法例如是先在基底200上形成共形的導(dǎo)體材料層(未展 示)，填滿溝槽215并覆蓋住掩模層213。導(dǎo)體材料層的材料例如是摻雜多 晶硅，其形成方法例如是采用臨場注入摻雜的方式以化學(xué)氣相沉積法形成 之。然后，先以掩模層213為蝕刻終止層，回蝕刻這層導(dǎo)體材料層，接著， 以隔離結(jié)構(gòu)205為蝕刻終止層，回蝕刻這層導(dǎo)體材料層，繼而，再進(jìn)行回蝕 刻 一段適當(dāng)時(shí)間。如此，就形成了頂面低于隔離結(jié)構(gòu)205頂面、高于基底200 頂面的導(dǎo)體層220。導(dǎo)體層220的表面會形成有一個(gè)凹陷221,此凹陷221使得導(dǎo)體層220
頂部接近溝槽215兩側(cè)壁分別具有尖角狀構(gòu)造223。此外，由于導(dǎo)體層220 的頂面低于隔離結(jié)構(gòu)205頂面，因此，隔離結(jié)構(gòu)205上方并不會形成導(dǎo)體層 220 (如圖4B所示)，導(dǎo)體層220呈區(qū)塊狀分布在有源區(qū)208的基底200上 (如圖2A所示)。繼而，請參照圖2B、圖3C與圖4C，在導(dǎo)體層220上的溝槽215兩側(cè) 壁形成間隙壁225。間隙壁225的形成方法例如是在基底200上形成層間隙 壁材料層(未展示)，然后移除部分間隙壁材料層以形成之。間隙壁材料層 的材料例如是氧化硅等介電材料，與下方的導(dǎo)體層220具有不同的蝕刻選擇 比。移除部分間隙壁材料層的方法例如是各向異性蝕刻如反應(yīng)性離子蝕刻 法。之后，以此間隙壁225為掩模，移除部分導(dǎo)體層220，在溝槽215兩側(cè) 壁形成浮置柵極220'。移除部分導(dǎo)體層220的方法例如是干式蝕刻法。由于 移除的部分導(dǎo)體層220位于溝槽215中央，因此，所形成的浮置柵極220' (即留下的導(dǎo)體層220)便會保留有尖角狀構(gòu)造223。接著，請參照圖3D與圖4D,在基底200上形成一層介電層228，覆蓋 住浮置柵極220'。介電層228的材料例如是氧化硅，其形成方法例如是先進(jìn) 行高溫?zé)嵫趸练e法，再進(jìn)行快速熱回火。當(dāng)然，介電層228也可以是由多 層介電材料所形成的復(fù)合介電層，如氧化硅-氮化硅-氧化硅。然后，在基底 200上形成一層保護(hù)層232，用來保護(hù)介電層228的品質(zhì)。保護(hù)層232的材 料例如是未摻雜多晶硅，其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。繼而，請參照圖3E與圖4E,移除部分保護(hù)層232,留下位于溝槽215 側(cè)壁的保護(hù)層232。移除的方法例如是干式蝕刻法，將掩模層213上的保護(hù) 層232移除。接下來，在溝槽215底部的基底200中形成源極區(qū)235。源極 區(qū)235例如是具有磷、砷等N型摻雜的摻雜區(qū)，其形成方法例如是離子注入 法。之后，移除溝槽215底部的介電層228與穿隧介電層218，而棵露出溝 槽215底部的基底200。移除介電層228與穿隧介電層218的方法例如是濕 式蝕刻法，其例如是以氬氟酸為蝕刻劑。爾后，在溝槽215中填入導(dǎo)體層240,覆蓋住隔離結(jié)構(gòu)205。導(dǎo)體層240 的形成方法例如是在基底200上形成一層共形的導(dǎo)體材料層(未展示)，填 滿溝槽240并覆蓋住掩模層213。然后以掩模層213為蝕刻終止層，回蝕刻 導(dǎo)體材料層以形成導(dǎo)體層240。導(dǎo)體層240與源極區(qū)235導(dǎo)通，導(dǎo)體層240
是作為源^l線用。之后，請參照圖2C與圖3F,移除掩模層213,在溝槽215外側(cè)的基底 200上形成控制柵極250,并且在控制柵極250未與溝槽215相鄰側(cè)的基底 200中形成漏極區(qū)255。當(dāng)然，穿隧介電層218與控制柵極250之間還可以 形成介電層245。且在形成漏極區(qū)255之后，還可以形成一條位線(未展示)， 與漏極區(qū)255電連接?？刂茤艠O250、漏極區(qū)255、位線及完成此非揮發(fā)性 存儲器的后續(xù)工藝應(yīng)為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所周知，在此不再贅述。在上述實(shí)施例的非揮發(fā)性存儲器的制造方法中，無須利用光刻蝕刻工藝 來進(jìn)行浮置柵極220，與控制柵極250之間的對準(zhǔn)，且浮置柵極220，是以自對 準(zhǔn)的方式形成的，大幅地降低工藝的困難度，使得存儲器的工藝可以獲得良 好的控制，而不會有對準(zhǔn)誤差等問題。此外，由于非揮發(fā)性存儲器的浮置柵極220，是由導(dǎo)體層220而形成的， 因此，浮置4冊極220，會保留有導(dǎo)體層220頂部靠近溝槽215側(cè)壁的尖角狀結(jié) 構(gòu)223，這么一來，將可以使得電荷更容易穿隧至控制柵極250,而抹除存 儲器中所儲存的電荷，使存儲器便能夠在低電壓下達(dá)到充分抹除的功效。再者，由于浮置柵極220，形成在基底200中，因此，可以避免過度抹除 的問題，而提高存儲器的可靠度。對于元件的集成度來說，可以更進(jìn)一步縮 小存儲器的尺寸，有利于元件的微縮。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可對其進(jìn)行些許的更動 與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種浮置柵極的制造方法，包括提供基底，該基底中已形成有隔離結(jié)構(gòu)，且該隔離結(jié)構(gòu)的頂面高于該基底頂面；在該基底上形成掩模層，覆蓋住該隔離結(jié)構(gòu)；在該基底與該掩模層中形成溝槽；在該溝槽中形成導(dǎo)體層，該導(dǎo)體層的頂面低于該隔離結(jié)構(gòu)頂面、高于該基底頂面，且該導(dǎo)體層表面具有凹陷；在該導(dǎo)體層上的該溝槽側(cè)壁形成間隙壁；并且以該間隙壁為掩模，移除部分該導(dǎo)體層，在該溝槽側(cè)壁形成浮置柵極。
10、 如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中該控制柵極 的頂面高于該浮置柵極的頂面。
11、 如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中回蝕刻該第 一導(dǎo)體層的步驟還包括以該掩模層為蝕刻終止層，回蝕刻該第一導(dǎo)體層；并且 以該隔離結(jié)構(gòu)為蝕刻終止層，回蝕刻該第一導(dǎo)體層。
12、 如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中該間隙壁的 形成方法包括在該基底上形成間隙壁材料層；并且移除部分該間隙壁材料層，以在該溝槽側(cè)壁形成該間隙壁。
13、 如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中該導(dǎo)體層的 材料包括摻雜多晶硅。
14、 如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括在形成該 浮置柵極之后，在各該溝槽底部的該基底中形成源極區(qū)。
15、 如權(quán)利要求14所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括在形成 該源極區(qū)之后，在各該溝槽中形成第二導(dǎo)體層，該第二導(dǎo)體層覆蓋住該隔離 結(jié)構(gòu)，且與該源極區(qū)電連接。
16、 如權(quán)利要求15所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括在形成 該浮置柵極之后、形成該源極區(qū)之前，在各該溝槽中形成介電層，覆蓋住該 浮置柵極。
17、 如權(quán)利要求16所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括在形成 該介電層的步驟之后、形成該源極區(qū)之前，在該介電層上形成保護(hù)層。
18、 如權(quán)利要求17所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，其中該保護(hù)層 的材料包括未摻雜多晶硅。
19、 如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括在形成該 溝槽之后、形成該第一導(dǎo)體層之前，在各該溝槽內(nèi)壁形成穿隧介電層。
20、 如權(quán)利要求8所述的非揮發(fā)性存儲器的制造方法，還包括在形成該 控制柵極之后，在該控制柵極未與該溝槽相鄰側(cè)的該基底中形成漏極區(qū)。
全文摘要
一種浮置柵極的制造方法，先提供基底，基底中已形成有隔離結(jié)構(gòu)，且隔離結(jié)構(gòu)的頂面高于基底頂面，繼而在基底上形成掩模層，覆蓋住隔離結(jié)構(gòu)。之后，在基底與掩模層中形成溝槽，并在溝槽內(nèi)壁形成穿隧介電層。接著，在溝槽中填入導(dǎo)體層，導(dǎo)體層的頂面低于隔離結(jié)構(gòu)頂面、高于基底頂面，且導(dǎo)體層表面具有一個(gè)凹陷。進(jìn)而在導(dǎo)體層上的溝槽側(cè)壁形成間隙壁，再以間隙壁為掩模，移除部分導(dǎo)體層，在溝槽側(cè)壁形成浮置柵極。
文檔編號H01L21/70GK101118852SQ20061010841
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者姚永中, 王心德 申請人:力晶半導(dǎo)體股份有限公司