專利名稱：非易失性存儲器及其制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體元件及其制造工藝，且特別是涉及一種浮置柵極結構、非 易失性存儲器結構以及制造非易失性存儲器的制造工藝。
背景技術：
由于非易失性存儲元件具有小尺寸、高操 作速度以及在不提供電源時能夠保存數 據的能力，因此非易失性存儲元件被廣泛地應用于儲存數據的各種電子產品中。大部分現 有的非易失性元件是使用浮置柵極來儲存數據，且當工藝線寬為40納米或更大時，浮置柵 極會具有矩形剖面。然而，如在下文中將解釋，當以現有的光光刻極限將線寬縮小至約30 納米或是在未來能夠得到更小的線寬時，則必須改變浮置柵極的剖面形狀。圖IA至圖IC繪示為已知非易失性存儲器的浮置柵極在元件線寬越來越小時的剖 面形狀的演化。請參照圖IA至圖1C，為了形成存儲器，在基底100上形成隧穿層110與多晶硅層 (未繪示)，接著以掩模層(未繪示)為掩模，蝕刻多晶硅層、隧穿層110以及基底100以形 成浮置柵極120與溝槽128。在以絕緣層填滿溝槽128以形成隔離結構130后，在浮置柵極 120上形成層間介電層140與字線150。在此非易失性存儲器中，字線150必需延伸于浮置柵極120之間，以將柵極-浮 置柵極電容控制成大于浮置柵極-基底電容且由此得到用以正常操作存儲器的充分柵耦 合率(GCR)。由于層間介電層140的厚度通常厚達約12納米，因此當線寬縮小至接近或小 于層間介電層140的兩倍厚度時，為了利于在兩個浮置柵極120之間填滿層間介電層140， 則必需使浮置柵極120的側壁傾斜。如圖IB至圖IC所示，當工藝線寬越小時，則浮置柵極 120的側壁的傾斜角越大。然而，由于用以定義浮置柵極120的掩模層圖案的寬度與浮置柵極120的底部寬 度相同，因此難以控制用以形成浮置柵極120的傾斜側壁的蝕刻工藝，且當傾斜角越大時， 越難控制上述工藝。
發明內容
因此，本發明提供一種非易失性存儲器的浮置柵極結構。本發明另提供一種包括本發明的浮置柵極結構的非易失性存儲器。本發明又提供一種非易失性存儲器的制造工藝。本發明的浮置柵極結構包括導體間隙壁，導體間隙壁配置在突出于基底的隔離結 構的側壁上且與基底絕緣。在一實施例中，導體間隙壁通過隧穿層與基底絕緣。在一實施例中，非易失性存儲器具有小于30納米的關鍵尺寸。本發明的非易失性存儲器包括基底、多個第一隔離結構、多個浮置柵極以及隧穿 層。第一隔離結構配置在基底中且突出于基底。浮置柵極為位于突出于基底的第一隔離結構的側壁上的第一導體間隙壁。隧穿層位于每一浮置柵極與基底之間。 在一實施例中，上述的非易失性存儲器還包括多個第二隔離結構。第二隔離結構 的高度低于第一隔離結構的高度，其中浮置柵極在列方向與行方向上排列，每一第一與第 二隔離結構在行方向上延伸，第一隔離結構與第二隔離結構在列方向上交替排列，以及每 一第二隔離結構位于兩行浮置柵極之間，其中兩行浮置柵極分別位于兩相鄰的第一隔離結 構的兩相對側壁上。在一實施例中，上述的非易失性存儲器還包括一列選擇柵極，一列選擇柵極為位 于第一隔離結構的側壁上的第二導體間隙壁。在一實施例中，上述的非易失性存儲器具有小于30納米的關鍵尺寸。在一些實施例中，上述的浮置柵極在列方向與行方向上排列，且每一第一隔離結 構在行方向上延伸，且上述的非易失性存儲器還包括多個字線與柵間介電層，其中每一字 線配置在一列浮置柵極上，柵間介電層配置在每一浮置柵極與在浮置柵極上的字線之間。在具有柵間介電層與字線的一實施例中，上述的非易失性存儲器還包括多個第二 隔離結構，第二隔離結構的高度低于第一隔離結構的高度且第二隔離結構在行方向上延 伸，其中第一隔離結構與第二隔離結構在列方向上交替排列，每一第二隔離結構位于兩行 浮置柵極之間，其中兩行浮置柵極分別位于兩相鄰的第一隔離結構的兩相對側壁上，以及 每一第一與第二隔離結構的寬度等于或小于在浮置柵極上的柵間介電層的二倍厚度。在具有柵間介電層與字線的一實施例中，上述的非易失性存儲器還包括一列選擇 柵極與選擇線。一列選擇柵極為位于突出于基底的第一隔離結構的側壁上的第二導體間隙 壁。選擇線配置在一列選擇柵極上且接觸一列選擇柵極。本發明的非易失性存儲器的制造工藝如下。在基底中形成突出于基底的多個第一 隔離結構、在基底上形成隧穿層以及接著形成多個浮置柵極，其中浮置柵極為在突出于基 底的第一隔離結構的側壁上的第一導體間隙壁。在一實施例中，上述的制造工藝還包括在形成第一隔離結構的步驟中，形成高度 低于第一隔離結構的多個第二隔離結構。浮置柵極在列方向與行方向上排列。每一第一與 第二隔離結構在行方向上延伸。第一隔離結構與第二隔離結構在列方向上交替排列。每一 第二隔離結構位于兩行浮置柵極之間，其中兩行浮置柵極分別位于兩相鄰的第一隔離結構 的兩相對側壁上。可以下列步驟形成第一與第二隔離結構。以圖案化掩模層為蝕刻掩模，在基底中 形成多個溝槽，其中圖案化掩模層中具有對應于溝槽的間隙。以多個絕緣層填滿溝槽與間 隙。使部分絕緣層凹陷，因此凹陷的絕緣層與未凹陷的絕緣層交替排列。移除圖案化掩模 層，使未凹陷的絕緣層形成第一隔離結構且凹陷的絕緣層形成第二隔離結構。在一實施例中，上述的制造工藝還包括在形成浮置柵極的步驟中，在第一隔離結 構的側壁上形成一列選擇柵極，其中一列選擇柵極為第二導體間隙壁。在一實施例中，上述的非易失性存儲器具有小于30納米的關鍵尺寸。在一實施例中，以下列步驟形成上述的浮置柵極。在突出于基底的第一隔離結構 的側壁上形成多個導體間隙壁柱，且接著圖案化導體間隙壁柱。在浮置柵極在列方向與行 方向上排列且每一第一隔離結構在行方向上延伸的實例中，上述的制造工藝還包括在形 成導體間隙壁柱之后且在圖案化導體間隙壁柱之前，在基底上形成柵間介電層，以及在柵間介電層上形成在列方向上延伸的多個字線，其中沿著字線圖案化導體間隙壁柱，使每一 字線配置在一列浮置柵極上。在形成柵間介電層與字線的實施例中，上述的工藝還包括在形成第一隔離結構的 步驟中，形成高度低于第一隔離結構且在行方向上延伸的多個第二隔離結構。第一隔離結 構與第二隔離結構在列方向上交替排列。每一第二隔離結構位于兩行浮置柵極之間，其中 兩行浮置柵極分別位于兩相鄰的第一隔離結構的兩相對側壁上。每一第一與第二隔離結構 的寬度等于或小于在浮置柵極上的柵間介電層的二倍厚度。在形成柵間介電層與字線的實施例中，制造工藝還包括下列步驟。在圖案化導體 間隙壁柱的步驟中，在突出于基底的第一隔離結構的側壁上形成一列選擇柵極，其中一列 選擇柵極為第二導體間隙壁。在形成柵間介電層的步驟之后且在形成字線的步驟之前，移 除位于部分導體間隙壁柱上的部分柵間介電層，以至少暴露每一所述的部分導體間隙壁柱 的一部分，其中所述的部分導體間隙壁柱預定形成一列選擇柵極。在形成字線的步驟中，形 成位于所述的部分導體間隙壁柱上且與其接觸的選擇線。在此步驟中，亦沿著選擇線圖案 化導體間隙壁柱，以同時形成一列選擇柵極與浮置柵極。
在本發明中，由于為導體間隙壁的浮置柵極的頂表面為傾斜的，所以導體間隙壁 的面向字線的頂表面的面積總是會大于其面向基底的底表面的面積。因此，即使當柵間介 電層填滿兩相對浮置柵極的側壁之間的間隙，也能夠得到用以正常操作存儲器的充分柵耦 合率。因此，不需要像在已知非易失性存儲器工藝中形成傾斜的浮置柵極，且因此不會遭遇 到難以控制浮置柵極的蝕刻工藝的問題，就能夠將介于兩相對浮置柵極之間的隔離結構的 寬度縮小至等于或小于柵間介電層的兩倍厚度。為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式 作詳細說明如下。
圖IA至圖IC繪示為已知非易失性存儲器的浮置柵極在元件線寬越來越小時的剖 面形狀的演化。圖2至圖8為根據本發明的實施例的一種非易失性存儲器的制造工藝，其中圖2 為俯視圖及沿A-A’線的剖面圖，圖3為俯視圖及沿A-A’線的剖面圖，圖4為沿A-A’線的 剖面圖，圖5為俯視圖及沿A-A’線的剖面圖，圖6為沿A-A’線的剖面圖，圖7為俯視圖及 沿B-B’線的剖面圖，圖8為俯視圖、沿A-A’線的剖面圖以及沿B-B’線的剖面圖，且圖8亦 為根據本發明的實施例的一種浮置柵極結構與一種非易失性存儲器。附圖標記說明100 基底110:隧穿層120 浮置柵極128 溝槽130:隔離結構140:層間介電層150 字線
200 基底202:圖案化掩模層
203 間隙204 溝槽206 絕緣層206a 絕緣層、第一隔離結構206b 絕緣層、第二隔離結構208 圖案化光致抗蝕劑層210 隧穿層212 導體間隙壁柱212，部分212a:浮置柵極212b 選擇柵極214:柵間介電層216 圖案化光致抗蝕劑層220a 字線220b 選擇線
具體實施例方式圖2至圖8為根據本發明的實施例的一種非易失性存儲器的制造工藝，其中圖2 為俯視圖及沿A-A’線的剖面圖，圖3為俯視圖及沿A-A’線的剖面圖，圖4為沿A-A’線的 剖面圖，圖5為俯視圖及沿A-A’線的剖面圖，圖6為沿A-A’線的剖面圖，圖7為俯視圖及 沿B-B’線的剖面圖，圖8為俯視圖、沿A-A’線的剖面圖以及沿B-B’線的剖面圖，且圖8亦 為根據本發明的實施例的一種浮置柵極結構與一種非易失性存儲器。請參照圖2，在半導體基底200上形成圖案化掩模層202，圖案化掩模層202中具 有用以定義隔離溝槽的間隙203。半導體基底200例如是單晶硅晶片。接著，以圖案化掩模 層202為掩模，蝕刻基底200以在基底200中形成溝槽204，且以諸如氧化硅的絕緣材料填 滿溝槽204與間隙203，以形成多個絕緣層206。形成絕緣層206的方法包括在基底200上 形成填滿溝槽204與間隙203的絕緣材料層，且接著移除溝槽204與間隙203外的絕緣材 料。請參照圖3，在基底200上形成圖案化光致抗蝕劑層208，以覆蓋部分絕緣層206， 且接著以圖案化光致抗蝕劑層208為掩模，通過蝕刻使暴露的絕緣層206b凹陷。圖案化光 致抗蝕劑層208的形成方式使得未凹陷的絕緣層206a與凹陷的絕緣層206b交替排列。此 處，在形成浮置柵極與在未凹陷的絕緣層206a的側壁上形成為導體間隙壁的選擇柵極的 后續步驟中，絕緣層206b的凹陷使得導體間隙壁不會形成在凹陷的絕緣層206b的側壁上。請參照圖4，移除光致抗蝕劑層208與圖案化掩模層202，使得未凹陷的絕緣層 206a形成突出于基底200的第一隔離結構，且凹陷的絕緣層206b形成高度低于第一隔離結 構206a的第二隔離結構。接著在暴露的基底200表面上形成隧穿層210。隧穿層210可以 是氧化層，在電容電壓測量中，隧穿層210通常具有6-9納米的厚度，優選為約8納米。
請參照圖5，在第一隔離結構206a的側壁上形成多個導體間隙壁柱212。導體間 隙壁柱212的形成方法例如是在基底200上沉積共形導體層(未繪示)且進行各向異性蝕 刻以移除在第一與第二隔離結構206a、206b上的部分共形導體層。
請參照圖6，在基底200上形成諸如氧氮氧(ONO)復合層的柵間介電層214，以覆 蓋導體間隙壁柱212。當柵間介電層214為氧氮氧復合層時，在電容電壓測量中，柵間介電 層214的厚度可能在9-15納米的范圍內，且通常為約12納米。請參照圖7，在基底200上形成圖案化光致抗蝕劑層216，且暴露在導體間隙壁柱 212的部分212’上的柵間介電層214，其中導體間隙壁柱212的部分212’預定形成選擇柵 極。接著，以光致抗蝕劑層216為掩模，通過各向異性蝕刻218移除在導體間隙壁柱212的 部分212’上的部分柵間介電層214，如此一來至少暴露每一部分212’的一部分，以連結稍 后所形成的選擇線。其中由A-A’線所得的剖面圖與圖6相同。請參照圖8，移除光致抗蝕劑層216。通過一般的膜沉積、光刻以及各向異性蝕刻 在基底200上形成多個字線220a與選擇線220b，且各向異性蝕刻持續進行至將導體間隙壁 柱212圖案化成多個浮置柵極212a與多個選擇柵極212b為止。每一字線220a配置在一 列浮置柵極212a上且通過柵間介電層214與一列浮置柵極212a分離，選擇線220b配置在 一列選擇柵極212b上且與一列選擇柵極212b接觸以電性連結。此后，例如是使用任何已知工藝形成埋入式源極線、分離的漏極區以及位線。由于 所屬領域的技術人員都熟知此工藝步驟，因此在此不詳述說明。請參照圖8，由于為導體間隙壁的浮置柵極212a的頂表面為傾斜的，因此面向字 線220a的頂表面的面積總是會大于其面向基底200的底表面的面積。因此，即使當柵間介 電層214填滿兩相對浮置柵極212a的側壁之間的間隙，也能夠得到用以正常操作存儲器的 充分柵耦合率。因此，不需要像在已知非易失性存儲器制造工藝中形成傾斜的浮置柵極，且 因此不會遭遇到難以控制浮置柵極的蝕刻工藝的問題，就能夠將介于兩相對浮置柵極212a 之間的第二隔離結構206b的寬度縮小至等于或小于柵間介電層214的兩倍厚度，其中介于 兩相對浮置柵極212a之間的第二隔離結構206b的寬度通常等于突出于基底200的第一隔 離結構206a的寬度。雖然本發明已以實施例披露如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域 中的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保 護范圍當視所附的權利要求所界定為準。
權利要求
一種非易失性存儲器的浮置柵極結構，包括導體間隙壁，所述導體間隙壁配置在突出于基底的隔離結構的側壁上且與所述基底絕緣。
2.如權利要求1所述的非易失性存儲器的浮置柵極結構，其中所述導體間隙壁通過隧 穿層與所述基底絕緣。
3.如權利要求1所述的非易失性存儲器的浮置柵極結構，其中所述非易失性存儲器具 有小于30納米的關鍵尺寸。
4.一種非易失性存儲器，包括 基底；多個第一隔離結構，配置在所述基底中且突出于所述基底；多個浮置柵極，其為位于所述第一隔離結構的側壁上的第一導體間隙壁，其中所述第 一隔離結構突出于所述基底；以及隧穿層，位于每一浮置柵極與所述基底之間。
5.如權利要求4所述的非易失性存儲器，還包括多個第二隔離結構，所述第二隔離結 構的高度低于所述第一隔離結構的高度，其中所述浮置柵極在列方向與行方向上排列， 每一所述第一與第二隔離結構在所述行方向上延伸， 所述第一隔離結構與所述第二隔離結構在所述列方向上交替排列，以及 每一第二隔離結構位于兩行浮置柵極之間，其中所述兩行浮置柵極分別位于兩相鄰的 第一隔離結構的兩相對側壁上。
6.如權利要求4所述的非易失性存儲器，還包括一列選擇柵極，所述一列選擇柵極為 位于所述第一隔離結構的所述側壁上的第二導體間隙壁。
7.如權利要求4所述的非易失性存儲器，其中所述非易失性存儲器具有小于30納米的 關鍵尺寸。
8.如權利要求4所述的非易失性存儲器，其中所述浮置柵極在列方向與行方向上排 列，且每一所述第一隔離結構在所述行方向上延伸，還包括多個字線，每一字線配置在一列浮置柵極上；以及柵間介電層，配置在每一浮置柵極與在所述浮置柵極上的所述字線之間。
9.如權利要求8所述的非易失性存儲器，還包括多個第二隔離結構，所述第二隔離結 構的高度低于所述第一隔離結構的高度且所述第二隔離結構在所述行方向上延伸，其中所述第一隔離結構與所述第二隔離結構在所述列方向上交替排列， 每一第二隔離結構位于兩行浮置柵極之間，其中所述兩行浮置柵極分別位于兩相鄰的 第一隔離結構的兩相對側壁上，以及每一所述第一與第二隔離結構的寬度等于或小于在所述浮置柵極上的所述柵間介電 層的二倍厚度。
10.如權利要求8所述的非易失性存儲器，還包括一列選擇柵極，其為位于所述第一隔離結構的所述側壁上的第二導體間隙壁，其中所 述第一隔離結構突出于所述基底；以及選擇線，配置在所述一列選擇柵極上且接觸所述一列選擇柵極。
11.一種非易失性存儲器的制造工藝，包括形成多個第一隔離結構，所述第一隔離結構配置在所述基底中且突出于所述基底； 在所述基底上形成隧穿層；以及形成多個浮置柵極，所述多個浮置柵極為在所述第一隔離結構的側壁上的第一導體間 隙壁，其中所述第一隔離結構突出于所述基底。
12.如權利要求11所述的非易失性存儲器的制造工藝，還包括在形成所述第一隔離 結構的步驟中，形成高度低于所述第一隔離結構的多個第二隔離結構，其中所述浮置柵極在列方向與行方向上排列， 每一所述第一與第二隔離結構在所述行方向上延伸， 所述第一隔離結構與所述第二隔離結構在所述列方向上交替排列，以及 每一第二隔離結構位于兩行浮置柵極之間，其中所述兩行浮置柵極分別位于兩相鄰的 第一隔離結構的兩相對側壁上。
13.如權利要求12所述的非易失性存儲器的制造工藝，其中形成所述第一與所述第二 隔離結構的所述步驟包括以圖案化掩模層為蝕刻掩模，在所述基底中形成多個溝槽，其中所述圖案化掩模層中 具有對應于所述溝槽的間隙；以多個絕緣層填滿所述溝槽與所述間隙；使部分所述絕緣層凹陷，因此凹陷的絕緣層與未凹陷的絕緣層交替排列；以及 移除所述圖案化掩模層，使所述未凹陷的絕緣層形成所述第一隔離結構且所述凹陷的 絕緣層形成所述第二隔離結構。
14.如權利要求11所述的非易失性存儲器的制造工藝，還包括在形成所述浮置柵極的所述步驟中，在所述第一隔離結構的所述側壁上形成一列選擇 柵極，其中所述一列選擇柵極為第二導體間隙壁。
15.如權利要求11所述的非易失性存儲器的制造工藝，其中所述非易失性存儲器具有 小于30納米的關鍵尺寸。
16.如權利要求11所述的非易失性存儲器的制造工藝，其中形成所述浮置柵極的步驟 包括在所述第一隔離結構的所述側壁上形成多個導體間隙壁柱，其中所述第一隔離結構突 出于所述基底；以及圖案化所述導體間隙壁柱。
17.如權利要求16所述的非易失性存儲器的制造工藝，其中所述浮置柵極在列方向與 行方向上排列，且每一所述第一隔離結構在所述行方向上延伸，還包括在形成所述導體間隙壁柱之后且在圖案化所述導體間隙壁柱之前，在所述基底上形成 柵間介電層；以及在所述柵間介電層上形成在所述列方向上延伸的多個字線，其中沿著所述字線圖案化所述導體間隙壁柱，使每一字線配置在一列浮置柵極上。
18.如權利要求17所述的非易失性存儲器的制造工藝，還包括在形成所述第一隔離 結構的所述步驟中，形成高度低于所述第一隔離結構且在所述行方向上延伸的多個第二隔 離結構，其中所述第一隔離結構與所述第二隔離結構在所述列方向上交替排列，每一第二隔離結構位于兩行浮置柵極之間，其中所述兩行浮置柵極分別位于兩相鄰的 第一隔離結構的兩相對側壁上，以及每一所述第一與第二隔離結構的寬度等于或小于在所述浮置柵極上的所述柵間介電層的二倍厚度。
19.如權利要求17所述的非易失性存儲器的制造工藝，還包括 在圖案化所述導體間隙壁柱的所述步驟中，在突出于所述基底的所述第一隔離結構的 所述側壁上形成一列選擇柵極，其中所述一列選擇柵極為第二導體間隙壁；在形成所述柵間介電層的所述步驟之后且在形成所述字線的所述步驟之前，移除位于 部分所述導體間隙壁柱上的部分所述柵間介電層，以至少暴露每一所述部分導體間隙壁柱 的一部分，其中所述部分導體間隙壁柱預定形成一列選擇柵極；以及在形成所述字線的所述步驟中，形成位于所述部分導體間隙壁柱上且與所述部分導體 間隙壁柱接觸的選擇線，其中亦沿著所述選擇線圖案化所述導體間隙壁柱，以同時形成所述一列選擇柵極與所 述浮置柵極。
全文摘要
一種非易失性存儲器及其制造工藝，該非易失性存儲器包括基底、隔離結構、浮置柵極以及隧穿層。隔離結構配置在基底中且突出于基底，浮置柵極為位在突出于基底的隔離結構的側壁上的導體間隙壁，以及隧穿層位在每一浮置柵極與基底之間。另，也敘述一種非易失性存儲器的制造工藝，包括在基底中形成突出于基底的隔離結構、在基底上形成隧穿層以及接著形成浮置柵極，其中浮置柵極為形成在突出于基底的隔離結構的側壁上的導體間隙壁。
文檔編號H01L29/423GK101859777SQ20091017405
公開日2010年10月13日 申請日期2009年10月20日 優先權日2009年4月3日
發明者白田理一郎 申請人:力晶半導體股份有限公司