TW200818514A - Non-volatile memory with isolation structure and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

200818514 21558twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種半導體結構及其製造方法，且特 別是有關於-種具有隔離結構的非揮發性記憶體及其 方法。 【先前技術】 記憶體，顧名思義便是用以儲存資料或數據的半 元件。當電腦微處理器之功能越來越強，軟體所進行之程 式與運异越來越龐大時，記憶體之需求也就越來越高 了製造容量大且便宜的記憶體以滿足這種需求_勢，^ =體：件之技術與製程’已成為半導體科技持續往： 積集度挑喊之驅動力。 以非揮發性記憶體為例，當元件的尺寸越來越小，度 於微影製程的複雜度也會提高。不論是光罩的製作 前的對準(alignment)、光阻圖案的顯影等等 ::時往會造成製造成本的大幅提高，並且拉:整個製 為了避免上述問題的發生’採用自行對準的 少光罩的使用，就成為製作記憶體的另一種選擇。/ 然而’-㈣應記«元件的設計，在記憶胞 便會較密集。而為了使自行對準的钱刻製 私中具有較大的|虫刻裕度，隔離結構又必須具備一定的古 f °如此—來，會使得後續卿成之橫跨_結構的字= 線，因為隔離結構與基底的高度落差，而產生均勻戶 5 200818514 21558twf.doc/n (uniformity)不佳的情形。尤其是在記憶胞陣列的周邊，字 元線的線寬甚至會與陣列中央之字元線的線寬相差至12% 左右。此外，隔離結構的側壁還可能會產生字元線之導體材 料的殘留物，導致相鄰字元線之間會有短路的現象。這些情 形都會造成元件的電性表現不穩定，影響產品的良率。 【發明内容】 有鑑於此，依照本發明提供實施例之目的就是在提供 二種具f隔離結構的非揮發性記憶體，其源極線外側的隔 離結構高度較低，且字元線的圖案均勻度較佳。 依照本發明提供實施例之另一目的是提供一種非 ==製造方法’可以增加字元編刻裕度與钕刻 後的均勻度，進而改善元件的電性表現。 洋置閘極的頂部低於凸出部頂面。源極 本發明提出-種具有隔離結構的非揮發性記憶體 括基底、隔離結構、開口、浮置閘極、源極線*字元線。 _結構平行設置於基底中，並且相鄰二隔離結構定^出 立主動區1其中，隔離結構具有凸出部與凹陷部，且 :的頂面高於凹陷部的頂面，凹陷部的頂面約高於 底的頂面。開㈣置於主動區之基底中，開π為相鄰二 離結構之凸出部所包夾。浮置閘極設置於開口 :隔 之其ιέ u 線設置於開口底邱 之基底上，並且橫跨隔離結構之凸出部。 之凹陷部 上述具有隔離結構的非揮發性記憶體中，凸出部與 之基底上，約略平行於源極線並 凹 21558twf.doc/n 200818514 陷部分別具有一平坦的表面。 上述具有隔離結構的非揮發性 頂部而浮置f_T二=的 I、有隔騎構的非揮發 以自行對準的方式所形成的。=體中e置間極是 上述具有隔離結構的非揮發性記憶 材質包括摻雜多晶矽。隔離a α '甲’極的 線的材質包括摻雜多晶Γ、，、。構的材質包括叫 序垂非揮發性記憶體中，開口側壁依 :金直層宜有牙隨介電層、浮置間極、層間介電層與源極 供-= = 記憶體的製造方法，包括提 t 些隔離結構的頂面高於基底頂面。 之側辟區之基底中形成多個開口。繼而於各開口 線，源極綠抑社二 、、開口底部之基底上形成源極 除源極❹Μ ι *置閘極並且橫跨這些隔離結構。繼而移 基底上形財元線。#射來’於雜線外側之 構而發性記憶體的製造方法中，移除部分隔離結 ΐ匕:阻=;外側之部分隔離結構。而後以圖 案化先阻層絲幕，移除部分_結構，㈣ 200818514 21558twf.doc/n 之後再移除圖案化光阻層。 上述非揮發性記憶體的製造方法中，移除部分隔離結 構的方法包括乾式敍刻法。 上述非揮發性記憶體的製造方法中，更包括以自行對 準的方式形成浮置閘極。 上述非揮發性記憶體的製造方法中，凹陷部的頂面約 高於等於基底之頂面。 、 上述非揮發性記憶體的製造方法中，開口的形成方法 包括於基底上形成罩幕層，覆蓋住隔離結構。移除主動區 上以及隔離結構上之部分罩幕層，而後以罩幕層為 移除部分基底，而形成開口。 上述非揮發性記憶體的製造方法中，這些隔離結構的 形成方法包括高密度電漿化學氣相沈積法。 上述非揮發性記憶體的製造方法中，更包括於形成這 =口=後於開π内依序形成一魏介電層、浮置閉極以 ^ ^電層；於開口底部之基底中形成，極區；移除 ^述非揮發性記憶體的製造方法中，源極線電性連接 二其^卩之層間介電層以及穿遂介電層，以露出開口底部 “，以及於開口底部之基底上形成源極線 源極區 這些隔離結構的 雜多晶矽。源極 字元線約略平行 上述非揮發性記憶體的製造方法中 雜i:r_括. 上述非揮發性記憶體的製造方法中 200818514 21558twf.doc/n 源極線，並且橫跨隔離結構之凹陷部。 上述非揮發性記憶體，移除了源極線外側的部分隔離 結構，降低隔離結構與基底的高度差，使得後續形成的字 元線，蝕刻裕度大增，進而得以形成均勻度較佳的字元線。 不但能夠改善元件的電性穩定性，也有助於提高製程良率。 【實施方式】 圖1是繪示本發明一實施例之一種具有隔離結構的非 揮發性記憶體的立體結構剖面圖。 請參照圖1，本實施例提出的具有隔離結構的非揮發 性記憶體，至少含有基底1〇〇、隔離結構11〇、浮置閘極 120、源極線130與字元線140。 基底100例如是矽基底。隔離結構110呈條狀設置於 基底100中，往X方向延伸，並且定義出主動區1〇5。隔 離結構110具有交替配置的凸出部113與凹陷部115。凸 出部113與凹陷部115具有平坦的頂面，且凸出部113的 頂面高於凹陷部115的頂面，凹陷部115的頂面約高於等 於基底100的頂面。隔離結構11〇的材質例如是氧化矽 絕緣材料。 主動區105之基底1〇〇中設置有開口 1〇8，開口⑺8 為前後二隔離結構110之凸出部113所包夹。浮置問極12〇 設置於開π 108的側壁。浮置閘極12〇的頂部具有角狀於 構，且其頂部低於隔離結構11〇之凸出部ιΐ3頂面，而： 隔離結構110所分隔，呈塊狀分佈於開口 1⑽之中。广置 閘極120的材質例如是摻雜多晶石夕。浮置閘極12〇與^口 200818514 21558t\vf.doc/n 108侧壁例如是設置有一層穿隧介電層118。穿隧介電芦 118的材質例如是氧化矽。 i曰 開口 108底部之基底1〇〇中設置有源極區125。源極 區125例如是含有磷、砷等N型摻質之摻雜區。 源極線130呈條狀設置基底刚上，橫跨隔離結構ιι〇 之凸出部113，往Y方向延伸，並且與源極區125電性連 接。源極線130的材質例如是摻雜多晶矽。源極線13〇與 #置閘極12G之間設置有—層層間介電層128。層間介^ I 128的材質例如氧化;^ ’或;^氧化♦氮化⑪/氧化秒等 複合介電材料。源極線13〇上方還可以設置有一層保護層 ，其材質例如是氧化矽。 S 曰 字元線140設置於源極線13〇外側之基底丨⑻上，約 略平行於源極線130 ,並且橫跨隔離結構11〇而設置。字 元線140係對稱地設置於源極線丨3〇之二 說明，圖i省略其中一侧字元線14〇未緣示。字元線14〇 ，基底100之間例如是設置有介電層m，其材質例如是 〔 氧化石夕專絕緣材料，用來隔絕字元線140與基底1⑻。 +由於隔離結構U0的凹陷部115與基底100之間的高 度落差小，因此，橫跨設置於其上方的字元線14〇，不會 產生均勻度不佳的問題。也就是說，即使是在記憶胞陣列 的周邊，字元線140的線寬仍可約略維持與記憶胞陣列中 央之子元線140相同的線寬。從而，可以保持記憶體元件 的電性％、定，並增加產品的良率。 以下說明本發明一實施例之非揮發性記憶體的製造方 200818514 21558twf.doc/n 法，圖2A至圖2D是繪示此非揮發性記憶體的製造流程立 體剖面圖。 請參照圖2A，此方法係先提供基底2〇〇，基底2〇〇例 如疋石夕基底。基底200上已形成有多數個隔離結構21〇， 這些隔離結構210定義出主動區205，往X方向延伸。隔 離結構210例如是淺溝渠隔離結構或是場氧化層，其材質 例如是氧化矽，其形成方法例如是高密度電漿化學氣相沈 積法。這些隔離結構210的頂面高於主動區2〇5之基底2〇〇 Γ 頂面。在一實施例中，隔離結構210的頂面例如是高於主 動區205之基底200頂面約11〇〇埃。基底2〇〇上還可以是 設置有一層墊層211，此墊層例如是在隔離結構21〇的製 造過程中所形成的。墊層211的材質例如是氧化石夕，其形 成方法例如是化學氣相沈積法。 然後，請繼續參照圖2A，於基底200上形成一層罩幕 層213,覆蓋住這些隔離結構210。罩幕層213的材質例如 是氮化矽、碳化矽或碳氮化矽，其形成方法例如是化學氣 I 相沈積法。在一實施例中，罩幕層213的厚度例如是3600 i 埃。之後再移除主動區205上之部分罩幕層213與部分基 底200而形成開口 208。此時，隔離結構210上方的部分 罩幕層213也會一併被移除。在一實施例中，所形成的開 口 2〇8深度（開口 208底部與基底200頂面的距離）例如 是2000埃。 然後，請參照圖2A、圖2B與圖2C，於開口 208内 壁形成一層穿隧介電層218。穿隧介電層218的材質例如 11 200818514 r —r - 21558twf.doc/n 疋氧化石夕其形成方法例如是南溫熱氧化法，當然，後續 可以再進行快速熱回火以改善氧化石夕的品質。 接著，於開口 208的侧壁形成浮置閘極220，浮置閘 極220的頂部低於隔離結構210頂面並且高於基底200頂 面，浮置閘極220的頂部例如是具有一角狀結構。 浮置閘極220的形成方法例如是先於開口 208中填入 一層導體層（未繪示），導體層的頂面具有凹陷並且低於 ( 隔離結構210頂面、高於基底200頂面。導體層的材質例 ' 如疋摻雜多晶矽，其形成方法例如是採用臨場植入摻質的 方式以化學氣相沈積法形成之。然後於開口 208側壁形成 間隙壁223 ’利用自行對準的方式，以間隙壁223為罩幕， 移除部分導體層，即形成浮置閘極22〇。移除部分導體層 的方法包括乾式飿刻法。 由於導體層的頂面低於隔離結構215，因此，後續形 成的浮置閘極220可以藉由隔離結構215的分隔來形成區 塊狀的浮置閘極220，而無須透過微影技術來形成之。 I 繼而’请參照圖2B ’於基底200上形成一層層間介電 層228,覆蓋住浮置閘極220。層間介電層228的材質例如 是氧化石夕’其形成方法例如是先進行高溫熱氧化沈積法， 再進行快速熱回火。當然，層間介電層228也可以是由多 層介電材料所形成的複合介電層，如氧化矽-氮化秒_氧化 石夕。 然後，於開口 208底部之基底200中形成源極區235。 源極區235例如是具有磷、砷等N型摻質之摻雜區，其妒 12 2l558twf.doc/n 200818514 成方法例如是離子植入法。之後，移除開口 208底部之層 間介電層228與穿隧介電層218，而裸露出開口 208底部 之基底200。移除層間介電層228與穿隧介電層218的方 法例如疋濕式敍刻法，其例如是以氫氟酸為韻刻劑。 爾後，於開口 208中形成源極線240，源極線240橫 ，隔離結構210，往γ方向延伸。源極線24〇的材質例如 是摻雜多晶矽、金屬、金屬矽化物等導體材料，其形成方 法例如化學氣相沈積法。而後於源極線24〇上形成一層保 護層245 ’保護層245的材質為氧化石夕等介電材料，其形 成方法例如是辨氣相沈積法或絲化法。之後，移除罩 幕層213，裸露出隔離結構21〇與主動區2〇5之基底2⑽。 當然’若基底200上形成有塾層211，即係裸露出整層211。 接著，請參照圖2C’移除源極線外側之部分隔離 結構210 ’而於隔離結構21〇中形成凹陷部217，凹陷部 217的底部約高於等於基底2〇〇頂面。在一實施例中，凹 陷部217底部例如是高於基底2〇〇頂面約2〇〇〜埃。 移除部分隔離結構200而形成凹陷部217的方法例如 是先於基底200上形成—層圖案化光阻未繪示），裸 露出源極線240兩外側之部分隔離結構21〇。然後以圖案 ^且層，幕’利用乾纽刻法移除部分隔 210 ’而形成凹陷部217。繼而再移除圖案化光阻層。 接下來’清參照圖2D，於源極線24〇夕卜側之基底· 上形i Γ。字元線250約略平行於源極線240，並 且橫跨隔離結構2H)’特別是橫跨過隔離結構=之凹陷 13 200818514 21558twf.doc/n 部217。字元線250的形成方法例如是先於基底2〇〇上形 成一層導體層（未繪示），覆蓋住保護層245與隔離結構 210。然後，移除保護層245上之導體層。之後再於源極線 240側壁形成絕緣間隙壁253,並以此絕緣間隙壁253為罩 幕，移除裸露之導體層，而形成字元線250。

由於源極線240外側之隔離結構21〇已經被移除了一 部份，凹陷部217與基底200之間的高度落差縮小，因此， 在形成字元線250的過程中，能夠改善蝕刻速率不均的問 題，進而得以提高字元線250的均勻度。即使是在記憶胞 陣列周邊的字元線250,其與陣列中央的字元線25〇相比， 兩者線寬相差小於2%。字元線250的均勻度提高，連帶 地會增加元件的電性表現。 此外，因為源極線240外側之隔離結構21〇的高度降 低，所以，在蝕刻導體層形成字元線250之時，不會二隔 離結構21G的側壁留下導體層的殘留物，而免除相i字元 線25^產生短路的機會，有助於提昇產品的良率。

伯叮、^所述’本發明制厚度高低交替的隔離結構，不 -可以稭此形成自行對準式的浮置雜 線的圖案均勻度，增進元件的電性表現。0叫同子凡 ί之保相㈣倾社巾料__界定者為 14 200818514 21558twf.doc/n 【圖式簡單說明】 圖1是繪示本發明一實施例之一種非揮發性記憶體的 立體結構剖面圖。 圖2A至圖2D是繪示本發明一實施例之一種非揮發性 記憶體的製造流程立體剖面圖。 【主要元件符號說明】 100、200 :基底 105、205 ··主動區 110、210 :隔離結構 108、208 :開口 111 :介電層 113 :凸出部 115 :凹陷部 118、218 :穿隧介電層 120、220 :浮置閘極 128、228 :層間介電層 125、235 :源極區 130、240 :源極線 135、245 :保護層 140、250 :字元線 211 :墊層 217 :凹陷部 223 :間隙壁 253 :絕緣間隙壁 15

Claims (1)

1. 200818514 21558twf.doc/n 十、申請專利範圍： 1· 一種具有隔離結構的非揮發性記憶體，包括： 一基底； 複數個隔離結構，平行設置於該基底中，並且相鄰二 隔離結構定義出一主動區，其中該隔離結構具有一凸出部 與一凹陷部，且該凸出部的頂面高於該凹陷部的頂面，該 凹陷部的頂面約高於等於該基底的頂面； 一開口，設置於該主動區之該基底中，且為相鄰二隔 離結構之該凸出部包夾； 一洋置閘極，設置於該開口中之側壁，該浮置閘極 頂部低於該凸出部頂面； ^ -源極線’設置於該開口底部之該基底上，並且 該隔離結構之該凸出部；以及 /、 —二字元線、’設置於_極線外侧之該基底上，約 仃於该源極線並且橫跨該隔離結構之該凹陷部。 發性2記:構的非揮 平垣的 表面 發性記 法，4二:請2範圍*1項所述之浮置_4 發性記憶體’其中該浮置間極是以自3==的非 21558twf.doc/n 200818514 的0 6·如申請專利範圍第i項所述之具有隔離社 發性記憶體，更包括一源極區，設置於該開q底λ的非揮 底中，該源極線電性連接該源極區。 氏部之該基 7·如申請專利範圍第1項所述之具有隔離社 發性記憶體，其中該浮置閘極的材質包括推雜多 1石的非揮 8·如申請專利範圍第丨項所述之具有=石夕。 發性記憶體，其中該隔離結構的材質包括氧化石;的非揮 9.如申請專利範圍第1所述之具有隔離結構 毛性記憶體，其中該源極線的材質包括摻雜多晶矽。揮 非乂〇\如申請專利刪1項所述之具有二結構的 人性把憶體，其中該開口側壁依序垂直層疊有—穿 ”電層、該浮置_、—層間介電層與該源極線。 U* 一種非揮發性記憶體的製造方法，包括： 二該基底上已形成有多個隔離結構，相鄰 基底:面主動區’該些隔離結構的頂面高於該 於各該主動區之該基底中形成多個開口； 於各該開口之側壁形成一浮置間極，料 "低於該隔離結構頂面，但高於該基底頂^ ^、頂 技吟^该開口底部之該基底上形成—源極線，該源極綠柳 磺浮置閘極並且橫跨該些隔離結構，·、 ’、、、、郇 移除該源極線外側之部分該隔離結構， ·以及 於該源極線外側之該基底上形成一字元線。 17 2l558twf.doc/n 200818514 12. 戈口1f屿專利範圍第1〗項所述之 ，造方法’其中移除部分該隔離結構 ;=11 方法包括： 取凹心部的 於該基底上形成—圖案化光阻層，裸 外側之部分該隔離結構； 出^源極線兩 而 以該圖案化光阻層為罩幕，移 形成該凹陷部；以及 離、、，口構， 移除該圖案化光阻層。 的制i方^ t專利耗圍第12項所述之非揮發性記拎體 方法’其中移除部分該隔離結構的方法包括乾： H.如申請專利範圍第n項所述之非 rm括?行對準的方式形成該浮置‘ 的制-告方法，二利视圍第12項所述之非揮發性記憶體 面以八該凹陷部之頂面約高於等於該基底之頂 16.如申請專利範_u 的製造方法，其中該開口的形成方法包括：軍W匕體 於A基底场成—罩幕層，覆蓋住該些隔離結構； 移除。玄主動區上以及該隔離結構上之部分該罩； 以及 以該罩幕層為罩幕，移除部分絲底，㈣成該開口。 ，17·如申凊專利範圍第u項所述之非揮發性記憶體 的製泣方法’其中該些隔離結構的形成方法包括高密度電 18 21558t\vf.doc/n 200818514 漿化學氣相沈積法。 18. 如申請專利範圍第11項所述之非揮發性記憶體 的製造方法，更包括於形成該些開口之後於該開口内依序 形成一穿隧介電層、該浮置閘極、以及一層間介電層；於 該開口底部之該基底中形成一源極區；移除該開口底部之 該層間介電層以及該穿遂介電層，以露出該開口底部之該 基底；以及於該開口底部之該基底上形成該源極線。 19. 如申請專利範圍第18項所述之非揮發性記憶體 的製造方法，其中該源極線電性連接該源極區。 20. 如申請專利範圍第11項所述之非揮發性記憶體 的製造方法，其中該些隔離結構的材質包括氧化矽。 21. 如申請專利範圍第11項所述之非揮發性記憶體 的製造方法，其中該浮置閘極的材質包括摻雜多晶矽。 22. 如申請專利範圍第11項所述之非揮發性記憶體 的製造方法，其中該源極線的材質包括摻雜多晶矽。 23. 如申請專利範圍第12項所述之非揮發性記憶體 的製造方法，其中該字元線係約略平行該源極線，並且橫 跨該隔離結構之該凹陷部。 19