非揮發性存儲器的制造方法
【專利摘要】本發明公開一種非揮發性存儲器的制造方法。在基底上依序形成復合層、第一導體層及第一頂蓋層。在基底中形成沿第一方向延伸的多個元件隔離結構，上述元件隔離結構的表面位于第一頂蓋層與基底之間。對第一頂蓋層、第一導體層、復合層以及基底進行圖案化，以于基底中形成沿第二方向延伸的多個溝槽，其中第一方向與第二方向交錯。在溝槽中形成絕緣層及第二導體層，其中絕緣層環繞而包覆第二導體層。移除第一頂蓋層，并在暴露出的絕緣層的兩側分別形成第二頂蓋層。以第二頂蓋層為掩模，圖案化第一導體層以及復合層，以使第一導體層形成為控制柵極。
【專利說明】
非揮發性存儲器的制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種存儲器元件的制造方法，且特別是涉及一種非揮發性存儲器的制造方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子信息產業的高度發展，存儲器元件的制作為現今半導體產業的重要技術之一。在各種存儲器相關產品中，非揮發性存儲器因具有可進行多次數據的存入、讀取或抹除等動作，且存入的數據在斷電后也不會消失的優點，已成為個人電腦和電子設備所廣泛采用的一種存儲器元件。
[0003]典型的非揮發性存儲器元件可具有堆疊式的柵極(Stacked-Gate)結構，其中包括以摻雜多晶娃制作的浮置柵極(Floating Gate)與控制柵極(ControlGate)。浮置柵極位于控制柵極和基底之間，未與任何電路連接，而控制柵極則與字符線(Word Line)相接，此外還包括穿隧氧化層(Tunneling Oxide)和柵間介電層(Inter-Gate DielectricLayer)分別位于基底和浮置柵極之間以及浮置柵極和控制柵極之間。
[0004]近年來，在存儲器元件的制造技術中，已出現采用包含氮化硅的電荷陷入層取代傳統的多晶硅浮置柵極的設計。此種氮化硅電荷陷入層上下通常各有一層氧化硅，而形成一種包含氧化娃/氮化娃/氧化娃(oxide-nitride-oxide，簡稱0N0)層所構成的堆疊式結構(stacked structure)，具有此種柵極結構的元件可稱為娃/氧化娃/氮化娃/氧化娃/娃(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon，簡稱 S0N0S)存儲器元件。
[0005]隨著科技的日新月異，半導體相關元件的集成度不斷提高，因而各種存儲器元件尺寸也必須進一步縮減，以使操作速度加快。但是，當欲縮減存儲器元件尺寸時，會產生嚴重的短通道效應(short channel effect)、穩定性劣化等問題。為了進一步提升元件的可靠性與穩定性，需要提供能夠改善上述問題的技術方案。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種非揮發性存儲器的制造方法，其能夠避免短通道效應的產生，且可進一步提升存儲器元件的可靠性與穩定性。
[0007]為達上述目的，本發明所提供的非揮發性存儲器的制造方法包括:在基底上依序形成復合層、第一導體層及第一頂蓋層；對第一頂蓋層、第一導體層、復合層以及基底進行圖案化，以于基底中形成多個淺溝槽，上述淺溝槽沿第一方向延伸；在上述淺溝槽中分別形成元件隔離結構，上述元件隔離結構的表面位于第一頂蓋層與基底之間；對第一頂蓋層、第一導體層、復合層以及基底進行圖案化，以于基底中形成多個溝槽，上述溝槽沿第二方向延伸，其中第一方向與第二方向交錯；在上述溝槽中形成絕緣層及第二導體層，其中絕緣層環繞而包覆第二導體層；移除第一頂蓋層，并在暴露出的絕緣層的兩側分別形成第二頂蓋層；以及以第二頂蓋層為掩模，圖案化第一導體層以及復合層，以使第一導體層形成為控制柵極。
[0008]在本發明的一實施例中，上述于溝槽中形成絕緣層及第二導體層的步驟包括:在上述溝槽內壁上形成第一絕緣材料層；形成填滿上述溝槽的第二導體材料層；至少移除上述溝槽中的第二導體材料層的一部分；以及形成第二絕緣材料層，以覆蓋上述第二導體材料層。
[0009]在本發明的一實施例中，上述于暴露出的絕緣層的兩側分別形成第二頂蓋層的步驟包括:在絕緣層及第一導體層上形成頂蓋材料層；移除頂蓋材料層的一部分。
[0010]在本發明的一實施例中，上述方法還包括對基板進行摻雜制作工藝，以形成源極區以及漏極區。
[0011]在本發明的一實施例中，形成上述元件隔離結構的步驟包括:在各個淺溝槽中形成絕緣材料層；對上述絕緣材料層進行平坦化；以及移除一部分的絕緣材料層。
[0012]在本發明的一實施例中，上述復合層包括氧化硅/氮化硅/氧化硅。
[0013]在本發明的一實施例中，上述第一導體層及上述第二導體層的材質包括摻雜多晶娃。
[0014]在本發明的一實施例中，上述第一頂蓋層的材質包括氮化硅。
[0015]在本發明的一實施例中，上述第二頂蓋層的材質包括氮化硅。
[0016]在本發明的一實施例中，上述絕緣層的材質包括氧化硅。
[0017]基于上述，通過本發明所提供的非揮發性存儲器的制造方法，能夠避免存儲器元件產生短通道效應，且可進一步提升半導體元件的可靠性與穩定性。此外，在本發明所提供的制造方法中，通過采用自對準制作工藝(self-aligned process)等而能進一步簡化制造步驟，從而更有效率地進行非揮發性存儲器元件的制造。
[0018]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，并配合所附的附圖作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0019]圖1A至圖1G為本發明的實施例所繪示的非揮發性存儲器的制造方法的流程剖面示意圖；
[0020]圖2A至圖2F為本發明的實施例所繪示的非揮發性存儲器的制造方法的流程的另一剖面示意圖。
[0021]符號說明
[0022]100:基底
[0023]102:復合層
[0024]102a:電荷存儲結構
[0025]104:第一導體層
[0026]104a:控制柵極
[0027]106:第一頂蓋層
[0028]108:溝槽
[0029]110、200:絕緣層
[0030]IlOa:第一絕緣材料層
[0031]IlOb:第二絕緣材料層
[0032]112:第二導體層
[0033]112a:第二導體材料層
[0034]114:第二頂蓋層
[0035]114a:頂蓋材料層
[0036]116:源極區
[0037]118:漏極區
【具體實施方式】
[0038]圖1A至圖1G為依照本發明的實施例所繪示的非揮發性存儲器的制造方法的流程剖面示意圖。應注意，圖1A至圖1G所示的剖面為與存儲單元的位線(bit-line)方向平行(或垂直于存儲單元的字符線(word line)方向)；圖2A至圖2F所示的剖面為與存儲單元的字符線方向平行(或垂直于存儲單元的位線方向)。
[0039]首先，請參照圖1A及圖2A，在基底100上依序形成復合層102、第一導體層104及第一頂蓋層106。基底100例如是硅基底。
[0040]復合層102例如是由底介電層、電荷陷入層與頂介電層所構成的。底介電層的材質例如是氧化硅，其形成方法例如是熱氧化法。電荷陷入層的材質例如是氮化硅，其形成方法例如是化學氣相沉積法。頂介電層的材質例如是氧化硅，其形成方法例如是化學氣相沉積法。當然，底介電層及頂介電層也可以是其他類似的材質。電荷陷入層的材質并不限于氮化硅，也可以是其他能夠使電荷陷入于其中的材質，例如鉭氧化層、鈦酸鍶層、鉿氧化層或摻雜多晶硅等。在本實施例中，復合層102的材質例如是氧化硅/氮化硅/氧化硅復合層。
[0041]第一導體層104的材質例如是摻雜多晶硅，其形成方法例如是利用化學氣相沉積法先形成一層未摻雜多晶硅層后，再進行離子注入步驟以形成之，當然也可以采用臨場注入摻雜的方式而以化學氣相沉積法形成。
[0042]第一頂蓋層106的材質例如是氮化硅，其形成方法例如是化學氣相沉積法。
[0043]接著，對第一頂蓋層106、第一導體層104、復合層102以及基底100進行圖案化，以于基底100中形成多個淺溝槽，且此些淺溝槽沿第一方向(即，與欲形成的存儲單元的位線方向平行的方向)延伸，然后在各個淺溝槽中形成絕緣層200，從而獲得如圖2A所示的結構。絕緣層200的材質例如是氧化硅。上述絕緣層200的形成方法例如是先利用化學氣相沉積法在各個淺溝槽中形成絕緣材料層，接著，通過化學機械研磨對絕緣材料層進行平坦化后，進行回蝕刻以移除一部分的絕緣材料層，而形成絕緣層200，其中，絕緣層200的表面位于第一頂蓋層106與基底100之間，且絕緣層200是作為元件隔離結構。
[0044]接下來，請參照圖1B及圖2B，利用掩模(未圖不)對第一頂蓋層106、第一導體層104、復合層102以及基底100進行圖案化，以于基底100中形成多個溝槽108，此些溝槽108沿第二方向(即，與欲形成的存儲單元的字符線方向平行的方向，其與前述第一方向交錯)延伸。此些溝槽108的底部為位在基底100內，且自第一頂蓋層106的表面起算，上述溝槽108的深度例如是10nm?500nm，且溝槽108的底部與未經圖案化的基底100的表面的距離例如是1nm?lOOnm，但并不限于此。所屬技術領域中具通常知識者應理解，通過移除了一部分的基底100而使溝槽108的底部位在基底100內，可獲得較長的通道長度(channellength)，從而避免短通道效應的發生。
[0045]之后，請參照圖1C及圖2C，先在溝槽108內壁上形成共形的第一絕緣材料層110a，接下來，再在第一絕緣材料層IlOa上形成填滿溝槽108中的剩余部分的第二導體材料層112a。第一絕緣材料層IlOa的材質例如是氧化硅。第二導體材料層112a的材質例如是摻雜多晶硅。第一絕緣材料層IlOa的形成方法例如是化學氣相沉積法，而上述第二導體材料層112a的形成方法例如是利用化學氣相沉積法搭配離子注入步驟來形成，亦可通過臨場注入摻雜的方式搭配化學氣相沉積法來形成。
[0046]然后，請參照圖1D及圖2D，至少移除溝槽108中的第二導體材料層112a的一部分，再形成第二絕緣材料層110b。第二絕緣材料層IlOb覆蓋第二導體材料層112a表面。由此，可在溝槽108中形成絕緣層110及第二導體層112，且由第一絕緣材料層IlOa以及第二絕緣材料層IlOb構成的絕緣層110環繞并包覆第二導體層112。
[0047]上述第二導體層112的材質例如是摻雜多晶硅。此外，上述至少移除溝槽中的第二導體材料層112a的一部分，再形成第二絕緣材料層IlOb的方法例如是先通過化學機械研磨進行平坦化后，進行回蝕刻(etch back)以移除至少一部分的第二導體材料層112a，然后再通過化學氣相沉積法沉積第二絕緣材料層110b，最后再進行一次化學機械研磨。此夕卜，上述第二絕緣材料層IlOb的材質可與第一絕緣材料層IlOa相同，例如是氧化硅。
[0048]接下來，請參照圖1E及圖2E，移除第一頂蓋層106。移除第一頂蓋層106的方法例如是利用如磷酸(H3PO4)等蝕刻液而以濕式蝕刻的方式進行移除。然后，在第一頂蓋層106移除后所暴露出的絕緣層110及第一導體層104上形成頂蓋材料層114a。上述頂蓋材料層114a的材質例如是氮化硅。形成頂蓋材料層114a的方法例如是化學氣相沉積法。
[0049]請參照圖1F及圖2F，移除頂蓋材料層114a的一部分，而于暴露出的絕緣層110的兩側分別形成第二頂蓋層114。移除頂蓋材料層114a的一部分的方法例如是各向異性蝕刻法。
[0050]最后，請參照圖1G，以第二頂蓋層114為掩模，圖案化第一導體層104以及復合層102，而圖案化使用各向異性蝕刻制作工藝，以使第一導體層104形成為控制柵極104a。經上述圖案化的復合層102例如是作為電荷存儲結構102a，第二導體層112例如是作為字符線柵(word line gate)。此外，可更進一步對基板100進行摻雜制作工藝，以形成源極區116以及漏極區118，其116也可為漏極區而118為源極區。
[0051]綜上所述，本發明所提供的非揮發性存儲器的制造方法能夠避免存儲器元件產生短通道效應，且可進一步提升半導體元件的可靠性與穩定性。具體來說，在本發明所提供的制造方法中，
[0052]透過移除一部分基底而形成深度較深的溝槽，而可獲得具有較長通道長度的元件，從而能夠避免短通道效應的發生；此外，通過采用鑲嵌式制作工藝(damasceneprocess)以及自對準制作工藝(self-aligned process)等而能進一步簡化以往必須使用光掩模的制作工藝步驟，從而能夠更有效率地進行如單一存儲胞二元(2bit/cell) SONOS存儲器等元件的制造。
[0053]雖然結合以上實施例公開了本發明，然而其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護范圍應當以附上的權利要求所界定的為準。
【主權項】
1.一種非揮發性存儲器的制造方法，包括: 在一基底上依序形成一復合層、一第一導體層及一第一頂蓋層； 對該第一頂蓋層、該第一導體層、該復合層以及該基底進行圖案化，以于該基底中形成多個淺溝槽，該些淺溝槽沿一第一方向延伸； 在該些淺溝槽中分別形成一元件隔離結構，該元件隔離結構的表面位于該頂蓋層與該基底之間； 對該第一頂蓋層、該第一導體層、該復合層以及該基底進行圖案化，以于該基底中形成多個溝槽，該些溝槽沿一第二方向延伸，其中該第一方向與該第二方向交錯； 在該些溝槽中形成一絕緣層及一第二導體層，其中該絕緣層環繞而包覆該第二導體層； 移除該第一頂蓋層，并在暴露出的該絕緣層的兩側分別形成一第二頂蓋層；以及以該第二頂蓋層為掩模，圖案化該第一導體層以及該復合層，以使該第一導體層形成為控制柵極。2.如權利要求1所述的非揮發性存儲器的制造方法，其中在該些溝槽中形成該絕緣層及該第二導體層的步驟包括: 在該些溝槽內壁上形成一第一絕緣材料層； 形成填滿該些溝槽的一第二導體材料層； 至少移除該些溝槽中的該第二導體材料層的一部分；以及 形成一第二絕緣材料層，以覆蓋該第二導體材料層。3.如權利要求1所述的非揮發性存儲器的制造方法，其中，在暴露出的該絕緣層的兩側分別形成該第二頂蓋層的步驟包括: 在該絕緣層及該第一導體層上形成一頂蓋材料層；以及 移除該頂蓋材料層的一部分。4.如權利要求1所述的非揮發性存儲器的制造方法，還包括:對該基板進行一摻雜制作工藝，以形成源極區以及漏極區。5.如權利要求1所述的非揮發性存儲器的制造方法，其中形成該元件隔離結構的步驟包括: 在各該淺溝槽中形成一絕緣材料層； 對該絕緣材料層進行平坦化；以及 移除一部分的該絕緣材料層。6.如權利要求1所述的非揮發性存儲器的制造方法，其中該復合層的材質包括氧化硅/氮化硅/氧化硅。7.如權利要求1所述的非揮發性存儲器的制造方法，其中該第一導體層及該第二導體層的材質包括摻雜多晶娃。8.如權利要求1所述的非揮發性存儲器的制造方法，其中，該第一頂蓋層的材質包括氮化娃。9.如權利要求1所述的非揮發性存儲器的制造方法，其中，該第二頂蓋層的材質包括氮化娃。10.如權利要求1所述的非揮發性存儲器的制造方法，其中，該絕緣層的材質包括氧化 bO ΠΓΗ
【文檔編號】H01L21/336GK105870066SQ201510031596
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月22日
【發明人】張明豐, 廖宏魁
【申請人】力晶科技股份有限公司