專利名稱：形成具有鑲嵌式浮置柵極的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種形成非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，特別是一種有關(guān)于形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法。
背景技術(shù)：
非揮發(fā)性存儲(chǔ)器例如電氣可抹除可編程只讀存儲(chǔ)器(Electrical ErasableProgrammable Read Only Memory)與快閃存儲(chǔ)器均可電氣抹除并重新寫入數(shù)據(jù)。這些元件即使于電源切斷后仍可儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。同樣地，可抹除可編程邏輯集成電路亦利用非揮發(fā)性存儲(chǔ)器來(lái)執(zhí)行可編程邏輯功能。不過(guò)非揮發(fā)性存儲(chǔ)器與可抹除可編程邏輯集成電路的壽命卻受限于程式數(shù)據(jù)寫入與抹除循環(huán)所產(chǎn)生的相關(guān)應(yīng)力。這些元件的的壽命為數(shù)據(jù)寫入與抹除循環(huán)次數(shù)。
非揮發(fā)性存儲(chǔ)器中重要的部份為場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的浮置柵極，此浮置柵極通常置于一連接源極與漏極的通道區(qū)域上。一控制柵極則置于浮置柵極上，并由一介電層隔離。另一種控制柵極則可由與浮置柵極隔離之鄰近擴(kuò)散區(qū)構(gòu)成。因此浮置柵極系被絕緣介電材料包圍。
臨限電壓系為了開啟晶體管并使源極與漏極導(dǎo)通所需施加于控制柵極的最小電壓，臨限電壓為浮置柵極中電荷數(shù)的函數(shù)。控制柵極作為字元線以使一二維存儲(chǔ)器陣列中被選取之存儲(chǔ)單元可進(jìn)行讀取與寫入的操作。
寫入一存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)需維持控制柵極與源極與漏極于一適當(dāng)電壓以使電荷自襯底穿過(guò)隧道氧化層到達(dá)浮置柵極。若浮置柵極中累積足夠的電子，存儲(chǔ)單元之場(chǎng)效應(yīng)晶體管的通道導(dǎo)電性即改變。通過(guò)量測(cè)存儲(chǔ)單元之導(dǎo)電性，可決定儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)為”1”或”0”。由于浮置柵極系完全被隔離，存儲(chǔ)單元為非揮發(fā)性且將無(wú)限期保存電荷而不需施加任何電源。
非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元亦具可抹除功能。抹除數(shù)據(jù)時(shí)，控制柵極與源極與漏極則維持一適當(dāng)電壓以使得電子穿過(guò)隧道氧化層到達(dá)襯底或襯底的源極區(qū)。此操作逆轉(zhuǎn)寫入操作的效應(yīng)。
可靠度的確保對(duì)于集成電路的發(fā)展與生產(chǎn)而言是一項(xiàng)耗費(fèi)成本、時(shí)間、困難但卻重要的工作。對(duì)于非揮發(fā)性存儲(chǔ)器而言更是如此。非揮發(fā)性存儲(chǔ)器除了需承受一般集成電路元件的失效考驗(yàn)例如封裝失敗、靜電損壞與氧化層失效等，還必須面臨更多可靠度要求。舉例來(lái)說(shuō)，非揮發(fā)性存儲(chǔ)器必須在不斷重復(fù)寫入與抹除操作中仍能長(zhǎng)期有效保存數(shù)據(jù)并維持運(yùn)作正常。
非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的浮置柵極中的電荷漏失常因圍繞在浮置柵極四周的氧化層中的正離子引起。這些正離子傾向與浮置柵極中的電子結(jié)合并導(dǎo)致浮置柵極中的電荷損失且削弱非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保存能力。
非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的浮置柵極中的電荷漏失更常因隧道氧化層的損壞引起。隧道氧化層可能因隧道氧化層形成后的后續(xù)制造工藝而損壞。尤其是蝕刻制造工藝，特別是浮置柵極的蝕刻制造工藝，使得隧道氧化層損壞并失去可靠性。因此由浮置柵極的蝕刻制造工藝所引起的隧道氧化層損壞可能于反復(fù)的寫入與抹除動(dòng)作中更進(jìn)一步造成電荷的損失，因此必須加以解決。此外，當(dāng)隧道氧化層厚度越薄時(shí)，上述問題將越趨嚴(yán)重，且將因隧道氧化層失效造成數(shù)據(jù)保存能力不佳。
因此非常有必要提出一種新穎的形成非揮發(fā)性存儲(chǔ)器方法，使得上述傳統(tǒng)的制造工藝所產(chǎn)生的問題能被解決。這正是本發(fā)明提出的目的。

發(fā)明內(nèi)容依據(jù)本發(fā)明提供實(shí)施例之一目的為提供一種形成具有鑲嵌式浮置柵極與恰于鑲嵌式浮置柵極形成前形成的隧道介電層之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，因此隧道介電層于制造工藝中不會(huì)受損。
依據(jù)本發(fā)明提供實(shí)施例之又一目的為提供一種新穎非揮發(fā)性存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可避免任何由浮置柵極蝕刻制造工藝所引起的元件失效。
依據(jù)本發(fā)明提供實(shí)施例之另一目的為提供一種形成可靠的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的方法，此非揮發(fā)性存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)具有鑲嵌式浮置柵極且浮置柵極的形成不需蝕刻制造工藝。
為了達(dá)成上述之目的，本發(fā)明提出一種形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，該方法至少包含下列步驟。首先提供一襯底，該襯底具有一墊介電層于其上與一第一介電層于該墊介電層上。接著轉(zhuǎn)移一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)圖案進(jìn)入該第一介電層以暴露出該墊介電層。然后形成一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)于該襯底內(nèi)。接著形成一第二介電層于該襯底上。然后回蝕刻該第二介電層與該墊介電層以暴露出該埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)及該第一介電層。接著蝕刻該曝露之埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)以形成溝渠。然后形成淺溝渠隔離于該溝渠。接著轉(zhuǎn)移一浮置柵極圖案至該第一介電層與該第二介電層，并移除該第一介電層以曝露部份該墊介電層。接著移除該曝露之墊介電層以暴露出該襯底。然后形成一隧道氧化層于該襯底暴露出的部份。接著形成一第一導(dǎo)體層于該隧道氧化層與該襯底上。然后平坦化該第一導(dǎo)體層以暴露出該淺溝渠隔離。接著形成一閘間介電層該第一導(dǎo)體層與該淺溝渠隔離上。最后形成一第二導(dǎo)體層于該閘間介電層上。
上述有關(guān)發(fā)明的簡(jiǎn)單說(shuō)明及以下的詳細(xì)說(shuō)明僅為范例并非限制。其他不脫離本發(fā)明之精神的等效改變或修飾均應(yīng)包含在的本發(fā)明的專利范圍之內(nèi)。

為了能讓本發(fā)明上述之其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下圖1A顯示一具有一墊介電層、一介電層于其上之襯底；圖1B顯示顯示介電層接著被蝕刻以暴露出墊介電層并形成埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)于襯底的結(jié)果；圖1C顯示介電層形成于襯底上接著回蝕刻以暴露出埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)的結(jié)果；圖1D顯示蝕刻曝露之埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)以形成溝渠的結(jié)果；圖1E顯示以氧化物層填入溝渠以形成淺溝渠隔離于襯底內(nèi)并對(duì)淺溝渠隔離氧化物層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨平坦化以暴露出介電層的結(jié)果；圖1F顯示蝕刻介電層以形成一浮置柵極圖案的結(jié)果；圖1G顯示移除介電層及墊介電層以暴露出襯底的結(jié)果；圖1H顯示依序形成隧道介電層與導(dǎo)體層于曝露之襯底上接著以化學(xué)機(jī)械研磨法平坦化以暴露出介電層與淺溝渠隔離的結(jié)果；及圖1I顯示依序一閘間介電層與一導(dǎo)體層形成于圖1H所示之結(jié)構(gòu)的結(jié)果。
具體實(shí)施方式在此必須說(shuō)明的是以下描述之制造工藝步驟及結(jié)構(gòu)并不包含完整之制造工藝。本發(fā)明可以藉各種集成電路制造工藝技術(shù)來(lái)實(shí)施，在此僅提及了解本發(fā)明所需之制造工藝技術(shù)。
以下將根據(jù)本發(fā)明所附圖示做詳細(xì)的說(shuō)明，請(qǐng)注意圖示均為簡(jiǎn)單的形式且未依照比例描繪，而尺寸均被夸大以利于了解本發(fā)明。
本發(fā)明之形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法詳述于下。參考圖1A所示，顯示一具有一墊介電層104、一介電層106于其上之襯底100。襯底100包含一具有<100>晶格方向之硅襯底，但不限于硅襯底。墊介電層104首先形成襯底100上。墊介電層104可以傳統(tǒng)氧化法形成。介電層106包含一氮化硅層，沉積形成于墊介電層104上。參考圖1B所示，顯示介電層106接著被以光刻與蝕刻制造工藝蝕刻以暴露出墊介電層104。最后，埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)102被以光刻、蝕刻、離子布植與快速熱退火(Rapid Thermal Processing)制造工藝形成于襯底100內(nèi)。
參考圖1C所示，顯示一包含二氧化硅層之介電層110形成于圖1B中所示結(jié)構(gòu)上，接著以傳統(tǒng)蝕刻方法回蝕刻介電層110與墊介電層104以暴露出埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)102。參考圖1D所示，顯示蝕刻曝露之埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)102以形成溝渠。參考圖1E所示，顯示以氧化物層填入溝渠以形成淺溝渠隔離112于襯底100內(nèi)，并對(duì)淺溝渠隔離氧化物層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨平坦化以暴露出介電層106及介電層110。此氧化物層包含一高密度電漿氧化層(High Density Plasma)。
參考圖1F所示，顯示介電層106及110經(jīng)光刻與蝕刻制造工藝蝕刻，以形成一浮置柵極圖案。此浮置柵極圖案的形成系先形成一光阻層于淺溝渠隔離112、介電層106及介電層110上，接著經(jīng)光刻制造工藝轉(zhuǎn)移浮置柵極圖案至該光阻層，然后再蝕刻淺溝渠隔離112、介電層106及介電層110形成一浮置柵極圖案。
參考圖1G所示，顯示介電層106及墊介電層104被移除以暴露出襯底100的結(jié)果。接著參考圖1H所示，顯示一隧道介電層105于移除墊介電層104后形成于曝露之襯底100，且一包含多晶硅層之導(dǎo)體層116接著形成于隧道介電層105上并以化學(xué)機(jī)械研磨法平坦化以暴露出介電層110與淺溝渠隔離112的結(jié)果。
參考圖1I所示，顯示一閘間介電層118形成于圖1H所示之結(jié)構(gòu)及接著形成一導(dǎo)體層120于閘間介電層118上的結(jié)果。閘間介電層118包含一氧化物-氮化物-氧化物層(Oxide-Nitride-Oxide)。而此導(dǎo)體層120包含多晶硅層。
本發(fā)明提供之形成具有鑲嵌式浮置柵極非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法系于鑲嵌式浮置柵極形成前先形成隧道介電層，因此隧道介電層于制造工藝中不會(huì)受損，可避免任何由浮置柵極蝕刻制造工藝所引起的元件失效。
上述有關(guān)發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明僅為范例并非限制。其他不脫離本發(fā)明之精神的等效改變或修飾均應(yīng)包含在的本發(fā)明的專利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，該方法至少包含下列步驟提供一襯底，該襯底具有一墊介電層于其上與一第一介電層于該墊介電層上；轉(zhuǎn)移一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)圖案進(jìn)入該第一介電層以暴露出該墊介電層；形成一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)于該襯底內(nèi)；形成一第二介電層于該襯底上；回蝕刻該第二介電層與該墊介電層以暴露出該埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)及該第一介電層；蝕刻該曝露之埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)以形成溝渠；形成淺溝渠隔離于該溝渠；轉(zhuǎn)移一浮置柵極圖案至該第一介電層與該第二介電層；移除該第一介電層以曝露部份該墊介電層；移除該曝露之墊介電層以暴露出該襯底；形成一隧道氧化層于該襯底暴露出的部份；形成一第一導(dǎo)體層于該隧道氧化層與該襯底上；平坦化該第一導(dǎo)體層以暴露出該淺溝渠隔離；形成一閘間介電層該第一導(dǎo)體層與該淺溝渠隔離上；及形成一第二導(dǎo)體層于該閘間介電層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)體層包含一多晶硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，所述第一介電層包含一氮化硅層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，所述第二介電層包含一二氧化硅層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，所述埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)系以離子布植與熱退火制造工藝形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，所述淺溝渠隔離系通過(guò)填入一高密度電漿氧化層于該溝渠中形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)體層系以化學(xué)機(jī)械研磨法平坦化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)體層與該第二導(dǎo)體層包含一多晶硅層。
9.一種形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，該方法至少包含下列步驟提供一襯底，該襯底具有一墊介電層于其上與一第一介電層于該墊介電層上；轉(zhuǎn)移一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)圖案進(jìn)入該第一介電層以暴露出該墊介電層；形成一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)于該襯底內(nèi)；形成一第二介電層于該襯底上；回蝕刻該第二介電層與該墊介電層以暴露出該埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)及該第一介電層；蝕刻該曝露之埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)以形成溝渠；形成一氧化物層于該溝渠中與該襯底上；平坦化該氧化物層以暴露出該第一介電層與該第二介電層；轉(zhuǎn)移一浮置柵極圖案至該第一介電層與該第二介電層；移除該第一介電層以曝露部份該墊介電層；移除該曝露之墊介電層以暴露出該襯底；形成一隧道氧化層于該襯底暴露出的部份；形成一第一導(dǎo)體層于該隧道氧化層與該襯底上；平坦化該第一導(dǎo)體層以暴露出該淺溝渠隔離；形成一閘間介電層該第一導(dǎo)體層與該淺溝渠隔離上；及形成一第二導(dǎo)體層于該閘間介電層上。
10.一種形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，該方法至少包含下列步驟提供一硅襯底，該硅襯底具有一墊介電層于其上與一第一介電層于該墊介電層上；轉(zhuǎn)移一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)圖案進(jìn)入該第一介電層以暴露出該墊介電層；以離子布植與快速熱退火制造工藝形成一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)于該硅襯底內(nèi)；形成一第二介電層于該硅襯底上；回蝕刻該第二介電層與該墊介電層以暴露出該埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)及該第一介電層；蝕刻該曝露之埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)以形成溝渠；形成一氧化物層于該溝渠中與該硅襯底上；平坦化該氧化物層以暴露出該第一介電層與該第二介電層；轉(zhuǎn)移一浮置柵極圖案至該第一介電層與該第二介電層；移除該第一介電層以曝露部份該墊介電層；移除該曝露之墊介電層以暴露出該硅襯底；形成一隧道氧化層于該硅襯底暴露出的部份；形成一第一導(dǎo)體層于該隧道氧化層與該硅襯底上；平坦化該第一導(dǎo)體層以暴露出該淺溝渠隔離；形成一氧化物-氮化物-氧化物層該第一導(dǎo)體層與該淺溝渠隔離上；及形成一第二導(dǎo)體層于該氧化物-氮化物-氧化物層上。
全文摘要
本發(fā)明揭露了一種形成具有鑲嵌式浮置柵極之非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法。包括提供一襯底，該襯底具有一墊介電層于其上與一第一介電層于該墊介電層上。接著轉(zhuǎn)移一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)圖案進(jìn)入該第一介電層以暴露出該墊介電層。然后形成一埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)于該襯底內(nèi)。接著形成一第二介電層于該襯底上。然后回蝕刻該第二介電層與該墊介電層以暴露出該埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)及該第一介電層。接著蝕刻該曝露之埋藏?cái)U(kuò)散區(qū)以形成溝渠。然后形成淺溝渠隔離于該溝渠。接著轉(zhuǎn)移一浮置柵極圖案至該第一介電層與該第二介電層，并移除該第一介電層以曝露部分該墊介電層。接著移除該曝露之墊介電層以暴露出該襯底。然后形成一隧道氧化層于該襯底暴露出的部分。接著形成一第一導(dǎo)體層于該隧道氧化層與該襯底上。然后平坦化該第一導(dǎo)體層以暴露出該淺溝渠隔離。接著形成一閘間介電層該第一導(dǎo)體層與該淺溝渠隔離上。最后形成一第二導(dǎo)體層于該閘間介電層上。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1979809SQ200510128880
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者吳俊沛, 鐘維民, 陳輝煌 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司