專利名稱：存儲(chǔ)單元的形成方法、高耦合率存儲(chǔ)器及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)器及其形成方法，特別是一種具有高耦合率的存儲(chǔ)器及其形成方法。
背景技術(shù)：
隨著與存儲(chǔ)器相關(guān)的工藝技術(shù)的快速進(jìn)展，以及市場(chǎng)對(duì)輕、薄、短、小的產(chǎn)品的需求，使得快閃存儲(chǔ)器被廣泛應(yīng)用，成為目前最主要的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器產(chǎn)品。隨著存儲(chǔ)器尺寸的縮小及集成度的提高，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元的尺寸也相對(duì)應(yīng)的縮小，以致于存儲(chǔ)單元內(nèi)浮置柵和控制柵間能疊合的面積降低，使兩者問(wèn)的耦合率下降。耦合率低會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)器在進(jìn)行擦除動(dòng)作時(shí)，控制柵上必須施加較高的電壓才能運(yùn)作，不僅運(yùn)作效率變差，長(zhǎng)久下來(lái)，也會(huì)影響到存儲(chǔ)器本身的可靠度。另外，現(xiàn)有的存儲(chǔ)器還有嚴(yán)重的寄生晶體管的問(wèn)題。以下，將以圖示進(jìn)一步說(shuō)明現(xiàn)有存儲(chǔ)單元的寄生晶體管現(xiàn)象。
圖1～3是現(xiàn)有非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元各工藝階段的示意圖。在圖1中，位于基板102中的淺溝渠隔離106，可用來(lái)定義存儲(chǔ)單元的有源區(qū)111。另外，在基板102表面有一層墊氧化層103。在淺溝渠隔離106的周圍有一層襯氧化層104。上述的墊氧化層103是作為硬掩模層和基板102間的緩沖層。在圖1中，在移除硬掩模層之后，淺溝渠隔離106的高度會(huì)明顯高于基板102。在之后的工藝中，會(huì)以濕式蝕刻的方式將基板102表面的墊氧化層103移除，同時(shí)亦將淺溝渠隔離106的高度降到接近基板102高度。
在圖2中，在移除墊氧化層103之后，會(huì)在原先墊氧化層103的位置上形成一層穿遂氧化層105。因?yàn)橛脕?lái)移除墊氧化層103的濕式蝕刻具有等向蝕刻性質(zhì)，故淺溝渠隔離106的邊緣也會(huì)被連帶蝕刻而形成凹陷區(qū)域109。
在圖3中，先在基板102上沉積多晶硅層，再對(duì)多晶硅層進(jìn)行微影蝕刻工藝以形成浮置柵108。在基板102上沉積多晶硅層時(shí)，部分的多晶硅材質(zhì)會(huì)填入淺溝渠隔離106的凹陷區(qū)域109之中。因此在定義多晶硅層以形成浮置柵108之后，在凹陷區(qū)域109中容易殘留多晶硅，使得后續(xù)蝕刻工藝的困難度增加。并且因凹陷區(qū)域109容易有穿遂氧化層105變薄與高電場(chǎng)密集之虞，故易造成漏電問(wèn)題而影響快閃存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的運(yùn)作及可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的之一就是提供一種存儲(chǔ)器及其形成方法，此種存儲(chǔ)器的浮置柵與控制柵的重疊面積大，耦合率高，故能提高元件的運(yùn)作效率，以進(jìn)行更快速的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種存儲(chǔ)器及其形成方法，此種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)在工藝中不會(huì)在淺溝渠隔離的邊緣形成凹陷區(qū)域，故能解決漏電問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種存儲(chǔ)器。此存儲(chǔ)器包含多個(gè)存儲(chǔ)單元，其中每一個(gè)存儲(chǔ)單元包含基板、淺溝渠隔離、間隙壁、穿遂氧化層以及浮置柵。淺溝渠隔離位于基板中，用以定義有源區(qū)域。間隙壁位于淺溝渠隔離的側(cè)壁上，且其頂面高于淺溝渠隔離上表面。穿遂氧化層、浮置柵層依序位于有源區(qū)域上。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種存儲(chǔ)器的制造方法。此方法包含形成多個(gè)存儲(chǔ)單元，其中形成每一個(gè)存儲(chǔ)單元的方法包含在基板上形成淺溝渠隔離，以定義有源區(qū)域。在淺溝渠隔離的側(cè)壁上形成間隙壁。之后，蝕刻淺溝渠隔離，使間隙壁高于淺溝渠隔離。最終，于有源區(qū)域上依序形成穿遂氧化層及浮置柵。
由上述可知，因?yàn)殚g隙壁能保護(hù)淺溝渠隔離的邊緣，使其不會(huì)因?yàn)槲g刻而形成凹陷，故不會(huì)造成元件在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。另外，因?yàn)殚g隙壁高于淺溝渠隔離，所以，當(dāng)浮置柵生成于其上時(shí)，會(huì)因?yàn)榇颂厥饨Y(jié)構(gòu)而在間隙壁的上端彎曲成拱形。因此，使得浮置柵能有更大的表面積，浮置柵和控制柵間的重疊面積更大，進(jìn)而提高存儲(chǔ)器的耦合率。高耦合率的存儲(chǔ)器不僅運(yùn)作效率更高，元件本身的可靠度也獲得提升。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，附圖的詳細(xì)說(shuō)明如下圖1～3是現(xiàn)有非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元各工藝階段的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4～8繪示依照本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元各工藝階段的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明102、202基板103、203墊氧化層104、204襯氧化層105、205穿遂氧化層106、206淺溝渠隔離 207淺溝渠108、208浮置柵 109凹陷區(qū)域210間隙壁 111、211有源區(qū)域212柵介電層 214控制柵具體實(shí)施方式
本發(fā)明所述的存儲(chǔ)器，主要為非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，特別是快閃存儲(chǔ)器，故以下敘述將以快閃存儲(chǔ)器為例子說(shuō)明本發(fā)明的特征和概念。
快閃存儲(chǔ)器由許多個(gè)存儲(chǔ)單元所共同組成。存儲(chǔ)單元和存儲(chǔ)單元之間由隔離結(jié)構(gòu)彼此隔離，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，此隔離結(jié)構(gòu)為淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)。因?yàn)椋恳粋€(gè)存儲(chǔ)單元皆是由相同的方式所形成，在此僅就單一存儲(chǔ)單元敘述其結(jié)構(gòu)與形成方式。
圖4繪示在淺溝渠隔離形成的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在圖4中，位于基板202中的淺溝渠隔離206，可用來(lái)定義存儲(chǔ)單元的有源區(qū)域。另外，在基板202表面有一層墊氧化層203，此墊氧化層203可作為硬掩模層和基板202間的緩沖層。在淺溝渠隔離206的周圍有一層襯墊層，如襯氧化層204。在優(yōu)選實(shí)施例中，基板202的材質(zhì)為硅。在形成圖4所示結(jié)構(gòu)的工藝的開(kāi)始，會(huì)先在基板202表面上以高溫氧化的方式生成一層致密的墊氧化層203，再沉積一層氮化硅層于其上，作為后續(xù)蝕刻的硬掩模層。在蝕刻前，先利用微影工藝將圖案自光掩模轉(zhuǎn)移到硬掩模層上。之后，以圖案化的硬掩模層為蝕刻掩模，在基板202上蝕刻出淺溝渠207。再于淺溝渠207的表面形成一層致密的襯氧化層204，最后，再將隔絕材料(如氧化硅)回填入淺溝渠207中，形成淺溝渠隔離206。淺溝渠的蝕刻一般為各向異性蝕刻法。
圖5繪示在淺溝渠隔離的側(cè)壁上形成間隙壁的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在圖5中，先沉積一層間隙壁材料層于基板202之上，然后利用各向異性蝕刻法蝕刻此間隙壁材料層，以在淺溝渠隔離206的側(cè)壁形成間隙壁210。間隙壁材料層的材質(zhì)可為介電層，例如氮化硅或氮氧化硅，而其沉積方法例如為化學(xué)氣相沉積法或高溫爐管沉積法(high temperature oxidation；HTO)?；蛘撸g隙壁材料層可為摻雜多晶硅或其它蝕刻速率低于淺溝渠隔離材料的氧化硅層。如圖5所示，間隙壁210覆蓋于淺溝渠隔離206的側(cè)壁，因此可減少凹陷區(qū)域的產(chǎn)生。
圖6繪示形成穿遂氧化層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在圖6中，會(huì)先移除墊氧化層203，之后，在原先墊氧化層203的位置上形成一層穿遂氧化層205。在移除墊氧化層203的同時(shí)，淺溝渠隔離206的表面高度也會(huì)被降低至與基板202的表面高度接近，以致于間隙壁210的高度明顯高于淺溝渠隔離206，而突出于基板202及淺溝渠隔離206表面。接著，進(jìn)行熱氧化工藝以形成穿遂氧化層205。
在優(yōu)選實(shí)施例中，是以各向同性蝕刻方式移除墊氧化層203及降低淺溝渠隔離206的高度。在更優(yōu)選實(shí)施例中，是以濕式蝕刻法來(lái)移除墊氧化層203及降低淺溝渠隔離206的高度。濕式蝕刻所用的溶液可以為氫氟酸、稀釋后的氫氟酸或是加有緩沖溶液的氫氟酸，通常是視蝕刻速率和品質(zhì)的需要來(lái)選擇。
圖7繪示形成浮置柵的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。浮置柵208的材質(zhì)可為多晶硅、非晶硅、氮化物或其它可儲(chǔ)存電荷的材料層。在此實(shí)施例中，浮置柵208的材質(zhì)為多晶硅。浮置柵208的形成是先全面性沉積一層多晶硅層，再對(duì)此層多晶硅層進(jìn)行微影蝕刻工藝，以形成浮置柵208。
圖8繪示在浮置柵表面形成柵介電層和控制柵的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在一實(shí)施例，先在浮置柵208的表面形成柵介電層212，其材質(zhì)優(yōu)選為二氧化硅/氮化硅/二氧化硅。然后再于基板202上沉積一層多晶硅層，利用微影蝕刻工藝定義多晶硅層以形成控制柵214。
在另一實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元的形成可先依序沉積多晶硅層、柵介電材料層、多晶硅層后，進(jìn)行微影蝕刻工藝以定義出浮置柵208、柵介電層212及控制柵214。
本發(fā)明的實(shí)施方法，是先形成間隙壁210，再降低淺溝渠隔離206的高度。因此在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，間隙壁210的表面高度會(huì)高于淺溝渠隔離206，如此可增加浮置柵208與控制柵214間的接觸面積，進(jìn)而提高最終存儲(chǔ)單元的耦合率。
存儲(chǔ)單元的耦合率用來(lái)描述控制柵214和浮置柵208疊合的程度。耦合率愈高，存儲(chǔ)器運(yùn)作效率愈高，存儲(chǔ)器抹除速度也愈快。一般提高耦合率的方式是藉由減少柵介電層212的厚度來(lái)達(dá)成，但減少柵介電層212的厚度所能提升的效益有限。一般來(lái)說(shuō)，柵介電層212的厚度范圍約為80埃到90埃，而80埃已經(jīng)是柵介電層212的最低極限。
但在本發(fā)明的實(shí)施結(jié)構(gòu)中，間隙壁210則會(huì)高于淺溝渠隔離206，所以當(dāng)浮置柵208生成于間隙壁210上時(shí)，會(huì)因?yàn)榇颂厥饨Y(jié)構(gòu)而在間隙壁210的上端彎曲成拱形。因此，可增加位于間隙壁210上的浮置柵208、柵介電層212和控制柵214的表面積，進(jìn)而在相同的占據(jù)面積下增加浮置柵208和控制柵214間的重疊面積，使存儲(chǔ)器的耦合率獲得提升。
由上述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例可知，應(yīng)用本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)。
(1)本發(fā)明的存儲(chǔ)器因?yàn)橛虚g隙壁能保護(hù)淺溝渠隔離的邊緣，故可改善凹陷區(qū)域的氧化層變薄的問(wèn)題，并且不會(huì)因?yàn)闇\溝渠隔離的凹陷區(qū)域內(nèi)的殘留物質(zhì)，造成元件在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。
(2)本發(fā)明利用間隙壁高于淺溝渠隔離的特殊結(jié)構(gòu)，使得其上的浮置柵、柵介電層和控制柵的表面積增加，提高浮置柵和控制柵間的重疊面積，進(jìn)而使存儲(chǔ)器有更高的耦合率。
(3)本發(fā)明的存儲(chǔ)器因?yàn)槠漶詈下矢?，因此元件具有高的運(yùn)作效率與可靠度。
雖然本發(fā)明已以一優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種形成存儲(chǔ)單元的方法，該方法包括形成一淺溝渠隔離于一基板中，以定義一有源區(qū)域；形成一間隙壁于該淺溝渠隔離的側(cè)壁上；蝕刻該淺溝渠隔離，使該間隙壁高于該淺溝渠隔離；形成一穿遂氧化層于該有源區(qū)域上；以及形成一浮置柵于該穿遂氧化層上。
2.如權(quán)利要求1所述的形成存儲(chǔ)單元的方法，其中形成該間隙壁的方法包括沉積一間隙壁材料層于該基板上；以及各向異性蝕刻該間隙壁材料層，以形成該間隙壁。
3.如權(quán)利要求2所述的形成存儲(chǔ)單元的方法，其中形成該間隙壁材料層的方法為化學(xué)氣相沉積法或高溫爐管沉積法。
4.如權(quán)利要求2所述的形成存儲(chǔ)單元的方法，其中該各向異性蝕刻為干式蝕刻。
5.如權(quán)利要求2所述的形成存儲(chǔ)單元的方法，其中該間隙壁材料層為氮化硅。
6.如權(quán)利要求2所述的形成存儲(chǔ)單元的方法，其中該間隙壁材料層為氮氧化硅。
7.如權(quán)利要求2所述的形成存儲(chǔ)單元的方法，其中該間隙壁材料層為摻雜多晶硅。
8.如權(quán)利要求1所述的形成存儲(chǔ)單元的方法，其中在該形成該浮制柵的步驟之后，更包含形成一柵介電層于該浮置柵表面；以及形成一控制柵于該柵介電層上。
9.一種存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器包含多個(gè)存儲(chǔ)單元，每一該些存儲(chǔ)單元包括一基板；一淺溝渠隔離位于該基板上，以定義一有源區(qū)域；一間隙壁位于該淺溝渠隔離的側(cè)壁，該間隙壁高于該淺溝渠隔離；一穿遂氧化層位于該有源區(qū)域上；以及一浮置柵位于該穿遂氧化層上。
10.如權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，其中該淺溝渠隔離的材質(zhì)為氧化硅。
11.如權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，其中該間隙壁的材質(zhì)為氮化硅。
12.如權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，其中該間隙壁的材質(zhì)為氮氧化硅。
13.如權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，其中該間隙壁的材質(zhì)為摻雜多晶硅。
14.如權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，其中該浮置柵的材質(zhì)為多晶硅、非晶硅或氮化物。
15.如權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器，更包含一柵介電層于該浮置柵表面；以及一控制柵于該柵介電層上。
16.一種形成高耦合率存儲(chǔ)器的方法，包括形成一淺溝渠隔離于一基板中；形成一間隙壁于該淺溝渠隔離的一側(cè)壁上，其中該間隙壁的頂面高于該淺溝渠隔離的表面；形成一穿遂氧化層于該基板上；形成一浮置柵于該穿遂氧化層與該間隙壁上；形成一柵介電層于該浮置柵上；以及形成一控制柵于該柵介電層上。
17.如權(quán)利要求16所述的形成高耦合率存儲(chǔ)器的方法，其中形成該間隙壁的方法包括沉積一間隙壁材料層于該基板上；蝕刻該間隙壁材料層，以形成該間隙壁于該淺溝渠隔離的該側(cè)壁；及降低該淺溝渠隔離的表面高度，使該間隙壁頂面高于該淺溝渠隔離上表面。
18.如權(quán)利要求17所述的形成高耦合率存儲(chǔ)器的方法，其中降低該淺溝渠隔離的表面高度的方法包括進(jìn)行濕式蝕刻法來(lái)移除淺溝渠隔離表面的材質(zhì)。
19.如權(quán)利要求16所述的形成高耦合率存儲(chǔ)器的方法，其中該間隙壁包含氮化物。
20.如權(quán)利要求16所述的形成高耦合率存儲(chǔ)器的方法，其中該間隙壁包含氧化物。
21.如權(quán)利要求16所述的形成高耦合率存儲(chǔ)器的方法，其中形成該淺溝渠隔離的方法包括形成一淺溝渠于該基板中；形成一襯墊層于該淺溝渠的內(nèi)表面；以及填入一隔絕材料層于該溝渠中。
22.一種高耦合率存儲(chǔ)器，包括一基板；一淺溝渠隔離位于該基板中；一間隙壁位于該淺溝渠隔離的一側(cè)壁，該間隙壁的頂面高于該淺溝渠隔離的上表面；一穿遂氧化層位于該基板上；一浮置柵位于該穿遂氧化層與該間隙壁上；一柵介電層于該浮置柵上；以及一控制柵于該柵介電層上。
23.如權(quán)利要求22所述的高耦合率存儲(chǔ)器，更包含一襯墊層位于該淺溝渠隔離的內(nèi)表面。
24.如權(quán)利要求22所述的高耦合率存儲(chǔ)器，其中該間隙壁包含氮化物。
25.如權(quán)利要求22所述的高耦合率存儲(chǔ)器，其中該間隙壁包含氧化物。
26.如權(quán)利要求22所述的高耦合率存儲(chǔ)器，其中該浮置柵為多晶硅、非晶硅或氮化物。
全文摘要
一種存儲(chǔ)器，此存儲(chǔ)器包含多個(gè)存儲(chǔ)單元，這些存儲(chǔ)單元包含基板、淺溝渠隔離、間隙壁、穿遂氧化層以及浮置柵。淺溝渠隔離位于基板中，用以定義有源區(qū)域。間隙壁位于淺溝渠隔離的側(cè)壁上，且其高度高于淺溝渠隔離。穿遂氧化層、浮置柵層依序位于有源區(qū)域上。其中在淺溝渠隔離的側(cè)壁形成間隙壁后，才蝕刻淺溝渠隔離，使間隙壁高于淺溝渠隔離。
文檔編號(hào)H01L29/788GK1933125SQ20051009952
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者鐘志平, 林俊男, 陳中怡, 廖宏魁 申請(qǐng)人:茂德科技股份有限公司