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闪存 存储器的制作方法

阅读：216发布：2020-05-17

专利汇可以提供闪存存储器的制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种闪存存储器的制作方法，特别采用各向同性蚀刻的方式移除介电层，制作方法包含首先提供一鳍状结构，鳍状结构包含一浮置栅极材料层、一氧化层和一半导体层，一绝缘层设置于鳍状结构的两侧，然后形成一介电层顺应地覆盖浮置栅极材料层以及绝缘层，之后形成一图案化第一掩模层、一图案化第二掩模层、一控制栅极由上至下依序堆叠于介电层上，并且控制栅极横跨至少一个鳍状结构，接着进行至少一次的一第一各向同性蚀刻步骤，以浮置栅极材料层和绝缘层作为蚀刻停止层，各向同性移除曝露的介电层，直至介电层被完全移除。，下面是闪存存储器的制作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种闪存存储器的制作方法，包含：
提供至少一鳍状结构，该鳍状结构由上至下依序包含一浮置栅极材料层、一氧化层和一半导体层，一绝缘层设置于该鳍状结构的两侧，部分的该浮置栅极材料层突出于该绝缘层，该绝缘层的高度大于该氧化层的高度；
形成一介电层顺应地覆盖该浮置栅极材料层以及该绝缘层；
形成一图案化第一掩模层、一图案化第二掩模层、一控制栅极由上至下依序堆叠于部分该介电层上，其余部分的该介电层曝露出来，并且该图案化第一掩模层、该图案化第二掩模层和该控制栅极的延伸方向与该鳍状结构的延伸方向彼此垂直；
进行至少一次的一第一各向同性蚀刻步骤以移除曝露的该介电层以及部分的该绝缘层，直至曝露的该介电层被完全移除并且曝露其下方的浮置栅极材料层，以及该绝缘层的高度低于该氧化层的高度；以及
进行一图案化浮置栅极材料层步骤，该图案化浮置栅极材料层步骤包含移除曝露的该浮置栅极材料层，以形成至少一浮置栅极。
2.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，还包含重复多次的该第一各向同性蚀刻步骤，直至曝露出来的该介电层完全被移除。
3.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，其中该第一各向同性蚀刻步骤同时移除部分的该绝缘层。
4.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，其中在移除该介电层时，该图案化第一掩模层也同时被移除。
5.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，其中该第一掩模层包含氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。
6.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，其中该第二掩模层包含金属、金属化合物、合金、单晶硅或多晶硅。
7.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，其中该介电层包含氧化硅-氮化硅-氧化硅。
8.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，其中该浮置栅极材料层包含多晶硅或单晶硅。
9.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，其中进行该图案化浮置栅极材料层步骤时，以该氧化层作为蚀刻停止层。
10.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，其中该第一各向同性蚀刻步骤以该图案化第一掩模层为掩模，并且以该浮置栅极材料层和该绝缘层作为蚀刻停止层。
11.如权利要求1所述的闪存存储器的制作方法，其中在图案化该浮置栅极材料层时，该图案化第二掩模层也同时被移除。

说明书全文

闪存存储器的制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种闪存存储器的制作方法，特别是涉及一种利用各向同性蚀刻图案化闪存存储器的制作方法。

背景技术

[0002] 闪存存储器具有不挥发以及可重复抹除读写的特性，加上传输快速、低耗电，所以应用层面非常广泛，许多可携式产品都采用闪存存储器，在许多的资讯、通讯及消费性电子产品中都已将其当成必要元件。为了提供轻巧及高品质的电子元件产品，提升闪存存储器的操作效率与操作品质仍是目前资讯产业发展的重点之一。

[0003] 典型的闪存存储器具有浮置栅极与控制栅极。当存储器进行编程时，植入浮置栅极的电子会均匀分布于整个浮置栅极层之中。然而，在定义浮置栅极过程，现有的定义方式在完成定义浮置栅极之后，会在浮置栅极之间留下导电的材料层，因此造成元件的漏电流，影响元件的可靠度。

发明内容

[0004] 因此，本发明提供了一种闪存存储器的制作方法以解决上述问题。

[0005] 本发明提供一种闪存存储器的制作方法，首先提供至少一鳍状结构，鳍状结构由上至下依序包含一浮置栅极材料层、一氧化层和一半导体层，一绝缘层设置于鳍状结构的两侧，部分的浮置栅极材料层突出于绝缘层，绝缘层的高度大于氧化层的高度，然后形成一介电层顺应地覆盖浮置栅极材料层以及绝缘层，之后形成一图案化第一掩模层、一图案化第二掩模层、一控制栅极由上至下依序堆叠于介电层上，其余部分的介电层曝露出来，并且该图案化第一掩模层、该图案化第二掩模层和控制栅极的延伸方向与该鳍状结构的延伸方向彼此垂直，接着进行至少一次的一第一各向同性蚀刻步骤，以浮置栅极材料层和绝缘层作为蚀刻停止层，并且以图案化第一掩模层为掩模，各向同性移除曝露的介电层，直至曝露的介电层被完全移除并且曝露其下方的浮置栅极材料层，最后进行一图案化浮置栅极材料层步骤，包含移除曝露浮置栅极材料层，以形成至少一浮置栅极。

[0006] 为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合所附的附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

[0007] 图1至图8为本发明的一实施例绘示的闪存存储器的制作方法示意图；

[0008] 图3为本发明的闪存存储器的半成品的立体示意图；

[0009] 图4为闪存存储器的半成品沿AA’切线和沿BB’切线方向的侧视图；

[0010] 图5-图7为接续图4中的闪存存储器的制作方法示意图；

[0011] 图8中为本发明的闪存存储器的立体示意图。

[0012] 符号说明

[0013] 10 第一硅基底 12 氧化层

[0014] 14 第二硅基底 18 图案化掩模层[0015] 20 鳍状结构 22 浮置栅极材料层[0016] 24 氧化层 26 半导体层

[0017] 28 绝缘层 30 上表面

[0018] 32 介电层 34 图案化第一掩模层[0019] 36 图案化第二掩模层 40 多个图案化金属层[0020] 42 控制栅极 44 浮置栅极

[0021] 46 尖端 48 细线状的浮置栅极[0022] 材料层

[0023] 100 闪存存储器结构

具体实施方式

[0024] 图1至图8为根据本发明的一实施例绘示的闪存存储器的制作方法示意图。如图1所示，首先提供一第一硅基底10，接着依序形成一氧化层12和一第二硅基底14由下至上堆叠而成，或者是直接提供一硅覆绝缘基底，硅覆绝缘基底依序由第一硅基底10、氧化层12和第二硅基底14由下至上堆叠而成。第一硅基底10可以为单晶硅或是多晶硅半导体，氧化层12可以为氧化硅，第二硅基底14可以为单晶硅或是多晶硅的半导体。根据本发明的一优选实施例，第二硅基底14可以改用氮化硅基底。

[0025] 接着形成一图案化掩模层18，以图案化掩模层18为掩模，图案化第二硅基底14、氧化层12和第一硅基底10，以形成多个鳍状结构20，之后移除图案化掩模层18，详细来说，图案化第二硅基底14、氧化层12和第一硅基底10的步骤包含蚀穿第二硅基底14、蚀穿氧化层12和部分蚀刻第一硅基底10，来形成的多个鳍状结构20于第一硅基底10上，各个鳍状结构
20包含一浮置栅极材料层22、一氧化层24和一半导体层26，浮置栅极材料层22由第二硅基底14构成，氧化层24由氧化层12构成，半导体层26由第一硅基底10构成，值得注意的是氧化层24设置在浮置栅极材料层22和半导体层26之间。浮置栅极材料层包含多晶硅或单晶硅。
如图2所示，形成一绝缘层28于各个鳍状结构20之间，或者是形成绝缘层28围绕各个鳍状结构20，绝缘层28的高度H1大于氧化层24的高度H2，但是绝缘层28比浮置栅极材料层22的上表面30低，使得氧化层24和半导体层26埋入于绝缘层28中，只有部分的浮置栅极材料层22曝露出来并突出于绝缘层28，也就是说，各个鳍状结构20有部分由绝缘层28曝露出来，绝缘层
28优选可以为氧化硅、氮化硅或是其它适合的材料。

[0026] 图3绘示的是本发明的闪存存储器的半成品的立体图。图4绘示的是闪存存储器的半成品沿AA’切线和沿BB’切线方向的侧视图。

[0027] 请同时参阅图3和图4，全面形成一介电层32顺应地覆盖浮置栅极材料层22以及绝缘层28，介电层32可以例如为氧化硅-氮化硅-氧化硅层。之后依序形成一导电层、一第二掩模层和一第一掩模层，导电层上可以选择性地形成一金属层。

[0028] 然后图案化第一掩模层和第二掩模层，以形成图案化第一掩模层34和图案化第二掩模层36，接着再用图案化第一掩模层34和图案化第二掩模层36为掩模，图案化金属层以形成多个图案化金属层40并且同时图案化导电层以形成多个控制栅极42，使得介电层32由各个控制栅极42之间曝露出来，图案化第二掩模层36、图案化第一掩模层34、控制栅极42和图案化金属层40形成多个条状结构并且其延伸方向与鳍状结构20的延伸方向彼此垂直。

[0029] 控制栅极42可以为多晶硅、金属或是其它的导电材料，图案化金属层40可以为钨、铜或是其它金属，图案化金属层40也可以代换成合金或是金属化合物。此外，在控制栅极42和图案化金属层40之间，可以另外设置有一缓冲层(图未示)，缓冲层可以为氮化钛、氮化钽等。图案化第一掩模层34可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或由氧化硅和氮化硅所组成的化合物或是其它适合的材料，图案化第二掩模层36可以为金属、金属化合物、合金、单晶硅或多晶硅，值得注意的是：图案化第二掩模层36的材料需选择在后续的第一各向同性蚀刻步骤及第二各向同性蚀刻步骤，分别对氧化硅和氮化硅有蚀刻选择比的材料。

[0030] 图5-图7为接续图4中的闪存存储器的制作方法示意图。如图5所示，进行一第一各向同性蚀刻步骤，以浮置栅极材料层22和绝缘层28作为蚀刻停止层，各向同性移除曝露出来的介电层32，直至完全移除曝露的介电层32为止，使得部分的鳍状结构20曝露出来，也就是突出于绝缘层28之上且未被控制栅极42覆盖的浮置栅极材料层22被曝露出来，并且以图案化第二掩模层36作为蚀刻停止层，将图案化第一掩模层34同时去除，曝露出图案化第二掩模层36。详细来说，第一各向同性蚀刻步骤可以为湿蚀刻或是干蚀刻，更或者可以湿蚀刻和干蚀刻交替使用，此外第一各向同性蚀刻步骤可以重复多次，直至曝露出来的介电层32完全被移除，湿蚀刻的蚀刻剂可以为氟化氢(HF)，干蚀刻的蚀刻剂可以为二氟甲烷(CH2F2)，但不限于此。举列来说，第一各向同性蚀刻步骤若是使用湿蚀刻，在进行第一次湿蚀刻后即检查介电层32的残留量，若是残留，则再进行第二次湿蚀刻，如此重复操作，直到确认曝露出来的介电层32被完全移除为止。值得注意的是在蚀刻介电层32的同时，部分的绝缘层28也会同时被蚀刻，当确认曝露出来的介电层32被完全移除后，一并检查绝缘层28的高度，若是绝缘层28的高度H1依然大于氧化层24的高度H2，则进行第二各向同性蚀刻步骤；若是绝缘层28的高度H1小于氧化层24的高度H2，则进行图案化浮置栅极材料层步骤。

[0031] 如图6所示，依本发明的一优选实施例，当曝露出来的介电层32被完全移除后，绝缘层28的高度H1依然大于氧化层24的高度H2时，进行第二各向同性蚀刻步骤，以各向同性移除部分的绝缘层28，第二各向同性蚀刻步骤可以为湿蚀刻或是干蚀刻，更或者可以湿蚀刻和干蚀刻交替使用，此外第二各向同性蚀刻步骤可以重复多次，直至绝缘层28的高度H1小于氧化层24的高度H2。湿蚀刻的蚀刻剂可以为氟化氢(HF)，干蚀刻的蚀刻剂可以为全氟丁二烯(C4F6)，但不限于此。在进行第二各向同性蚀刻步骤时，以图案化第二掩模层36作为掩模保护下方的图案化金属层40和控制栅极42。

[0032] 依本发明的一优选实施例，当第一各向同性蚀刻步骤完成并且确认绝缘层28的高度H1小于氧化层24的高度H2后，或是第二各向同性蚀刻步骤完成并且确认绝缘层28的高度H1小于氧化层24的高度H2后，进行图案化浮置栅极材料层步骤。图8为图7的立体图，图7中绘示的是图8中闪存存储器结构沿AA’切线和沿BB’切线方向的侧视图，如图7和图8所示，进行图案化浮置栅极材料层步骤，以移除未被图案化第二掩模层36和控制栅极42覆盖的浮置栅极材料层22，形成多个浮置栅极44，也就是说，在控制栅极42正下方剩余的浮置栅极材料层22作为浮置栅极44。

[0033] 详细来说，利用干蚀刻，以氧化层24为蚀刻停止层，将在氧化层24之上并且未被图案化第二掩模层36覆盖的浮置栅极材料层22移除，因此在浮置栅极材料层22下方的氧化层24就会曝露出来，在图案化浮置栅极材料层22的同时，以图案化第二掩模层36为掩模，保护金属层40和控制栅极42，此外，在干蚀刻时图案化第二掩模层36也有可能同时被消耗，甚至在图案化浮置栅极材料层22步骤结束后，图案化第二掩模层36也可能完全消耗完，也就是说在图案化浮置栅极材料层22时，图案化第二掩模层36也同时被移除。干蚀刻优选地使用的蚀刻剂为溴化氢，携带气体(carrier gas)则为氧气，但不限于此。至此，本发明的闪存存储器结构100业已完成。

[0034] 本发明的一实施例额外增加了一第二掩模层36，并且特别采用各向同性蚀刻的方式移除介电层32，此外也以各向同性蚀刻的方式移除部分鳍状结构20之间的绝缘层28，因此可以有效避免图案化浮置栅极材料层22时，绝缘层28高于氧化层24的侧璧上会留下细线状的浮置栅极材料层，导致浮置栅极44互相导电。

[0035] 以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

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