用于非易失性存儲(chǔ)器陣列的自對(duì)準(zhǔn)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種用于非易失性存儲(chǔ)器陣列的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)具有半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有多個(gè)基本上平行的間隔開的有源區(qū)。疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)在有源區(qū)上方形成，并且每一個(gè)包括：在每個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)之間的在垂直于第一方向的第二方向上的第一絕緣材料，在所述有源區(qū)上方的第二絕緣材料，在所述第二絕緣材料上方的電荷維持柵極，在所述電荷維持柵極上方的第三絕緣材料，在所述第三絕緣材料上方的控制柵極的第一部分，所述控制柵極的第二部分在所述控制柵極的所述第一部分的頂部表面上方以及在與之相鄰并沿所述第二方向延伸的所述第一絕緣材料的頂部表面上方，并且第四絕緣材料在所述控制柵極的所述第二部分上方。
【專利說(shuō)明】用于非易失性存儲(chǔ)器陣列的自對(duì)準(zhǔn)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可用于非易失性存儲(chǔ)器陣列的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)中具有用于在其上儲(chǔ)存電荷的浮柵或電荷俘獲層的非易失性存儲(chǔ)器單元在本領(lǐng)域中是熟知的。參見圖1，其中示出了現(xiàn)有技術(shù)的非易失性存儲(chǔ)器單元10的剖視圖。存儲(chǔ)器單元10包括第一導(dǎo)電型(諸如P型)的單晶襯底12。在襯底12的表面處或附近為第二導(dǎo)電型(諸如N型)的第一區(qū)域14。與第一區(qū)域14間隔開的是也具有第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域16。在第一區(qū)域14與第二區(qū)域16之間為溝道區(qū)18。由多晶硅制成的字線20設(shè)置在溝道區(qū)18的第一部分上方。字線20通過(guò)絕緣層22 (諸如(二)氧化硅)與溝道區(qū)18間隔開。緊鄰字線20并與之間隔開的是浮柵24，其也由多晶硅制成，并設(shè)置在溝道區(qū)18的另一部分的上方。浮柵24通過(guò)通常也為(二)氧化硅的另一絕緣層30與溝道區(qū)18分開。也由多晶硅制成的耦合柵極26設(shè)置在浮柵24上方并通過(guò)另一絕緣層32與之絕緣。在浮柵24的另一側(cè)上并與之間隔開的是也由多晶硅制成的擦除柵極28。擦除柵極28設(shè)置在第二區(qū)域16的上方并與之絕緣。擦除柵極28與耦合柵極26相鄰并與之間隔開。擦除柵極28可略微突出在浮柵24之外。在存儲(chǔ)器單元10的運(yùn)行中，儲(chǔ)存在浮柵24上的電荷控制第一區(qū)域14與第二區(qū)域16之間的電流的流動(dòng)。如果浮柵24在其上帶負(fù)電，則對(duì)存儲(chǔ)器單元進(jìn)行編程。如果浮柵24在其上帶正電，則對(duì)存儲(chǔ)器單元進(jìn)行擦除。存儲(chǔ)器單元10在USP 7，868，375中被完整地公開，該USP 7，868，375的公開內(nèi)容全文以引用方式并入本文。
[0003]絕緣層30、浮柵24、另一絕緣層32和耦合柵極26形成疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)。疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)可用在許多非易失性存儲(chǔ)器單元中:這些包括NAND型非易失性存儲(chǔ)器，其包括一串串聯(lián)連接的選擇晶體管和疊層?xùn)啪w管；N0R型非易失性存儲(chǔ)器，其包括串聯(lián)連接的選擇晶體管和疊層?xùn)啪w管(2-T單元)；N0R型非易失性存儲(chǔ)器，其包括與疊層?xùn)畔噜徳O(shè)置的選擇柵極(分裂柵極單元);以及最后為NOR型非易失性存儲(chǔ)器，其包括單個(gè)疊層?xùn)啪w管(1-T單元)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為用于非易失性存儲(chǔ)器陣列的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體襯底具有多個(gè)基本上平行的間隔開的有源區(qū)，其中每個(gè)有源區(qū)具有在第一方向上的軸。多個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)位于襯底上，其中每個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)在有源區(qū)上方，在每個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)之間具有在垂直于第一方向的第二方向上的第一絕緣材料。每個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)包含在有源區(qū)上方的第二絕緣材料，在第二絕緣材料上方的電荷維持柵極，在電荷維持柵極上方的第三絕緣材料，以及在第三絕緣材料上方的控制柵極的第一部分?？刂茤艠O的第二部分在控制柵極的第一部分的頂部表面上方以及在與之相鄰沿第二方向延伸的第一絕緣材料的頂部表面上方。第四絕緣材料在控制柵極的第二部分上方。
[0005]本發(fā)明還涉及制作前述結(jié)構(gòu)的方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是具有疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的非易失性存儲(chǔ)器單元的剖視圖。
[0007]圖2A是沿著圖2C中的線A-A截取的剖視圖，示出了在制作本發(fā)明的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法中的第一步驟；圖2B是沿著圖2C中的線B-B截取的剖視圖，示出了在制作本發(fā)明的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法中的第一步驟；而圖2C是使用本發(fā)明方法的第一步驟在半導(dǎo)體襯底上形成的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0008]圖3A是沿著圖3C中的線A-A截取的剖視圖，示出了在制作本發(fā)明的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法中的接下來(lái)的步驟；圖3B是沿著圖3C中的線B-B截取的剖視圖，示出了在制作本發(fā)明的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的本發(fā)明方法中的接下來(lái)的步驟；而圖3C是在圖2中所示的步驟之后使用本發(fā)明的方法在半導(dǎo)體襯底上形成的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0009]圖4A和圖4B是沿著圖3C的線A-A和B-B截取的剖視圖，示出了在形成本發(fā)明的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)中的接下來(lái)的步驟。
[0010]圖5A和圖5B-1或圖5B-2是沿著圖3C的線A-A和B-B截取的剖視圖，示出了在形成本發(fā)明的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)中的接下來(lái)的步驟。
[0011]圖6A和圖6B是沿著圖3C的線A-A和B-B截取的剖視圖，示出了在形成本發(fā)明的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)中的接下來(lái)的步驟。
[0012]圖7A和圖7B是沿著圖7C的線A-A和B-B截取的互相垂直的剖視圖，示出了在形成本發(fā)明的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)中的最終步驟。

【具體實(shí)施方式】
[0013]參見圖2C，其中示出了根據(jù)本發(fā)明方法中的第一步驟加工的半導(dǎo)體襯底12的俯視圖。圖2A是沿著線A-A截取的剖視圖，而圖2B是沿著線B-B截取的剖視圖，線B-B通常垂直于圖2C的線A-A。由于本發(fā)明的方法將產(chǎn)生具有類似于圖1中所示單元10的部件的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，因此相似的部件將用相似的編號(hào)來(lái)指定。
[0014]半導(dǎo)體襯底12通常為P導(dǎo)電型。在半導(dǎo)體襯底12上形成厚度為約80-120埃的第一二氧化硅層30。這可以通過(guò)熱氧化或沉積來(lái)實(shí)現(xiàn)。在第一二氧化硅層30上形成厚度約為200-500埃的第一多晶硅層24。這可以通過(guò)沉積來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一多晶硅層24充當(dāng)電荷維持層。第一多晶硅層24將最終充當(dāng)浮柵。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是，多晶硅層24可被作為電荷維持層的電荷捕獲材料(諸如氮化娃)層替代。
[0015]在第一多晶硅層24上形成厚度為約100-200埃的第一復(fù)合絕緣材料層32。復(fù)合絕緣材料層32可以為二氧化硅、氮化硅和二氧化硅?；蛘?，復(fù)合絕緣材料層32可以為任何絕緣材料，包括但不限于二氧化硅和/或氮化硅。復(fù)合絕緣材料層32可通過(guò)沉積而形成，或通過(guò)沉積和氧化的組合而形成。
[0016]在復(fù)合絕緣材料32上形成厚度為約200-400埃的第二多晶硅層26a。第二多晶硅層26a最終形成控制柵極26的第一部分。第二多晶硅層26a可通過(guò)沉積而形成。第二多晶娃層26a具有頂部表面50。
[0017]在第二多晶硅層26a的頂部表面50上形成另一絕緣材料層40 (諸如二氧化硅)。絕緣材料40具有約100-400埃的厚度并可通過(guò)沉積而形成。
[0018]然后在絕緣材料層40上形成氮化硅層42。如將看出的那樣，氮化硅層42為犧牲層。其可以具有約500-1000埃的厚度并可以通過(guò)沉積而形成。由于其為犧牲層，因此也可以由(一種或多種)其他材料制成。所得的結(jié)構(gòu)在圖2A和2B中示出。
[0019]使圖2A和2B中所示的結(jié)構(gòu)經(jīng)受蝕刻步驟，在該步驟中將多個(gè)基本上平行的、間隔開的區(qū)域蝕刻進(jìn)結(jié)構(gòu)中并蝕刻進(jìn)半導(dǎo)體襯底12中，如圖3C中所示。然后將蝕刻后的區(qū)域用諸如二氧化硅的絕緣材料40填充。因此，圖2A和2B中所示的材料的堆疊設(shè)置在未被蝕刻并形成有源區(qū)且沿箭頭I所示的方向延伸的半導(dǎo)體襯底12中的每個(gè)區(qū)域上方。襯底12中的有源區(qū)通過(guò)填充有二氧化硅40的半導(dǎo)體襯底12中的溝槽彼此隔開。相鄰的有源區(qū)沿箭頭2所示的方向通過(guò)有源區(qū)之間的襯底12中的溝槽中的二氧化硅40彼此分開。此外，延伸到半導(dǎo)體襯底12的表面之上，材料的堆疊(圖2A和2B中所示)也沿2的方向通過(guò)填充有二氧化硅40的溝槽彼此分開。
[0020]通過(guò)在襯底12的有源區(qū)上方的結(jié)構(gòu)之間的溝槽中沉積二氧化硅40，一些二氧化硅40可沉積在氮化硅42的頂部表面上。然后執(zhí)行平坦化步驟。這可以例如通過(guò)使用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且將二氧化硅40移除直到溝槽中的二氧化硅40的頂部表面與氮化硅42的頂部表面在同一水平上。所得的結(jié)構(gòu)在圖3A和3B中示出。
[0021]然后移除氮化硅層42，從而得到圖4A和4B中所示的結(jié)構(gòu)。氮化硅42可通過(guò)濕法蝕刻移除。
[0022]然后使圖4A和4B中所示的結(jié)構(gòu)經(jīng)受回蝕步驟，其中將控制柵極26a的第一部分的頂部表面50上方以及在相鄰的隔離溝槽上方的二氧化硅材料40移除。回蝕步驟可通過(guò)各向異性蝕刻工藝(諸如RIE蝕刻工藝)實(shí)現(xiàn)。回蝕持續(xù)直到暴露出多晶硅26a的頂部表面50，即，移除控制柵極26a的頂部表面50上的所有或基本上所有二氧化硅40。所得的結(jié)構(gòu)在圖5A和5B-1中示出。由于最初在溝槽區(qū)域上方的二氧化硅40的“高度”高于控制柵極26a上方，因此剛剛暴露出控制柵極26a的頂部表面50后，在溝槽上方的二氧化硅40的高度仍將高于在控制柵極26a上方的高度。然而，如果需要，可繼續(xù)進(jìn)行僅對(duì)二氧化硅40具有選擇性的RIE蝕刻工藝。在此情況下，形成控制柵極26a的多晶硅26a將保持不受蝕亥IJ，而在隔離區(qū)或溝槽上方的二氧化硅40將繼續(xù)被蝕刻。該蝕刻工藝可持續(xù)直到在溝槽上方的二氧化硅40的頂部表面基本上與多晶硅26a的頂部表面50共平面。所得的結(jié)構(gòu)在圖5B-2中示出。為了便于討論，應(yīng)當(dāng)假定，形成了在圖5B-2中所示的結(jié)構(gòu)。
[0023]然后在圖5B-2的結(jié)構(gòu)上形成第二多晶硅層26b。這可以通過(guò)沉積而形成到約400-1000埃的厚度。然后在第二多晶硅層26b上形成另一復(fù)合材料層52。第二復(fù)合材料層52可以為氮化硅-二氧化硅和氮化硅(NON)。第二復(fù)合材料層52可通過(guò)沉積而形成，從而形成約1000-2000埃的厚度。所得的結(jié)構(gòu)在圖6A和6B中示出。
[0024]然后使圖6A和6B中所示的結(jié)構(gòu)經(jīng)受箭頭2所示方向上的蝕刻，直到到達(dá)第一二氧化硅層30。因此，形成獨(dú)立式、間隔開的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，而每個(gè)柵極結(jié)構(gòu)沿箭頭2所示的方向通過(guò)第二多晶硅26b連接。所得的結(jié)構(gòu)在圖7A和7B中示出，這兩幅圖分別為沿著圖7C中所示的本發(fā)明結(jié)構(gòu)的俯視圖的線A-A和B-B截取的互相垂直的剖視圖。
[0025]通過(guò)以上內(nèi)容，可以看出，通過(guò)本發(fā)明的方法在半導(dǎo)體襯底上形成了平坦化的、自對(duì)準(zhǔn)的、相連的多個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于非易失性存儲(chǔ)器陣列的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，包括: 具有多個(gè)基本上平行的間隔開的有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底，其中每個(gè)有源區(qū)具有在第一方向上的軸； 多個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，每個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)在有源區(qū)上方，在每個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)之間具有在垂直于所述第一方向的第二方向上的第一絕緣材料；每個(gè)疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)包括: 在所述有源區(qū)上方的第二絕緣材料； 在所述第二絕緣材料上方的電荷維持柵極； 在所述電荷維持柵極上方的第三絕緣材料； 在所述第三絕緣材料上方的控制柵極的第一部分； 在所述控制柵極的所述第一部分的頂部表面上方以及在與之相鄰沿所述第二方向延伸的所述第一絕緣材料的頂部表面上方的所述控制柵極的第二部分；以及在所述控制柵極的所述第二部分上方的第四絕緣材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，還包括: 在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)隔離區(qū)，其中每個(gè)隔離區(qū)在一對(duì)有源區(qū)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述第一絕緣材料為氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述第二絕緣材料為二氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述電荷維持柵極為浮柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述浮柵由多晶硅制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述電荷維持柵極為電荷俘獲層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述電荷俘獲層為氮化硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述第三絕緣材料為二氧化硅、氮化硅和二氧化硅的復(fù)合絕緣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述控制柵極的所述第一部分為多晶硅并具有基本上和與之相鄰的所述第一絕緣材料的所述頂部表面共平面的頂部表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述控制柵極的所述第二部分為多晶硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中所述第四絕緣材料為氮化硅、二氧化硅和氮化娃的復(fù)合絕緣層。
13.一種形成用于非易失性存儲(chǔ)器陣列的多個(gè)相連的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括: 通過(guò)以下方式形成疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu): 在半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣層； 在所述第一絕緣層上形成電荷維持層； 在所述電荷維持層上方形成第二絕緣層； 在所述第二絕緣層上方形成第一多晶娃層，其中所述第一多晶娃層具有第一頂部表面； 在所述第一多晶硅層的所述第一頂部表面上方用第三絕緣材料形成第三絕緣層； 在所述第三絕緣層上方形成第一犧牲層，其中所述第一犧牲層具有第二頂部表面； 在多個(gè)間隔開的基本上平行的區(qū)域中，以從所述第二頂部表面向下進(jìn)入所述半導(dǎo)體襯底中的方式來(lái)蝕刻所述疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，其中每個(gè)區(qū)域沿第一方向延伸； 用所述第三絕緣材料填充蝕刻后的間隔開的區(qū)域，從而在所述半導(dǎo)體襯底中在相鄰的有源區(qū)之間，以及在相鄰的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)之間形成隔離區(qū)； 使所述第三絕緣材料平坦化以使得在所述蝕刻后的間隔開的區(qū)域上方的所述第三絕緣材料的所述頂部表面基本上與所述第二頂部表面共平面； 移除所述第一犧牲層； 蝕刻所述第三絕緣材料以使得所述第一多晶硅層的所述第一頂部表面基本上清除了任何第三絕緣材料； 在所述第一多晶硅層上方以及在所述蝕刻后的間隔開的區(qū)域上方的所述第三絕緣材料上方形成第二多晶硅層，連接所述多個(gè)間隔開的疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)； 在所述第二多晶硅層上方形成第四絕緣材料；以及 在基本上垂直于所述第一方向的第二方向上蝕刻所得的結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一絕緣材料和所述第三絕緣材料相同。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第三絕緣材料為二氧化硅。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一犧牲層為氮化硅。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電荷維持層為多晶硅。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電荷維持層為電荷俘獲層。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中使所述第三絕緣材料平坦化的所述步驟為CMP工藝。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中蝕刻所述第三絕緣層的所述步驟將疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)之間的所述第三絕緣材料蝕刻成基本上與所述第一多晶硅層的所述頂部表面共平面。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中蝕刻所述第三絕緣層的所述步驟將疊層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)之間的所述第三絕緣材料蝕刻成在所述第一多晶硅層的所述頂部表面之上。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK104246985SQ201380022225
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月7日
【發(fā)明者】托倫 W., 劉 X., 梅茨格爾-布呂克爾 G., 杜 N., 維格 S., 米里迪 N., 蘇 C., 伯納迪 C., 奎瓦斯 L., 居約 F., 陳 Y., 奧馬尼 H., 塔達(dá)約尼 M. 申請(qǐng)人:硅存儲(chǔ)技術(shù)公司