非挥发性存储器及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种非挥发性存储器及其制造方法。非挥发性存储器包括基底、埋入式电荷存储晶体管以及选择晶体管。在基底中具有开口。埋入式电荷存储晶体管设置于基底中。埋入式电荷存储晶体管包括电荷存储结构与导体层。电荷存储结构设置于开口中的基底上。导体层设置于电荷存储结构上，且填满开口。选择晶体管设置于埋入式电荷存储晶体管一侧的基底上，其中选择晶体管包括金属栅极结构。所述非挥发性存储器具有较佳的电荷存储能力。

Non volatile memory and manufacturing method thereof

The invention discloses a non-volatile memory and a method for manufacturing the same. A non-volatile memory includes a substrate, an embedded charge storage transistor, and a select transistor. Having openings in the base. A buried charge storage transistor is disposed in the substrate. Buried charge storage transistors include charge storage structures and conductor layers. The charge storage structure is disposed on the substrate in the opening. The conductor layer is arranged on the charge storage structure and is filled with openings. A selective transistor is disposed on a substrate on one side of the buried charge storage transistor, wherein the selected transistor includes a metal gate structure. The non-volatile memory has a better charge storage capability.

【技术实现步骤摘要】
非挥发性存储器及其制造方法
本专利技术涉及一种存储器，且特别是涉及一种非挥发性存储器。
技术介绍
分离栅极式非挥发性存储器具有选择晶体管与电荷存储晶体管，以进行存储器中数据的读取、写入以及抹除。随着晶体管技术的演进，采用高介电常数材料可使抑制栅极漏电的问题，且使用金属栅极可具有较快的处理速度，因此发展出采用高介电常数(High-K)/金属栅极晶体管的非挥发性存储器结构。然而，当非挥发性存储器的电荷存储晶体管所整合的金属栅极中具有高介电常数材料层时，由于高介电常数材料层易捕捉电荷，因此会使得电荷无法顺利地存储在电荷存储层中，进而降低存储器元件的电荷存储能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非挥发性存储器，其具有较佳的电荷存储能力。本专利技术提供一种非挥发性存储器，包括基底、埋入式电荷存储晶体管以及选择晶体管。在基底中具有开口。埋入式电荷存储晶体管设置于基底中。埋入式电荷存储晶体管包括电荷存储结构与导体层。电荷存储结构设置于开口中的基底上。导体层设置于电荷存储结构上，且填满开口。选择晶体管设置于埋入式电荷存储晶体管一侧的基底上。选择晶体管包括金属栅极结构。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器中，还包括第一掺杂区，沿着开口设置于基底中。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器中，电荷存储结构包括电荷捕捉层。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器中，电荷捕捉层的材料包括氮化硅或纳米点。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器中，电荷存储结构还包括第一介电层与第二介电层。第一介电层设置于电荷捕捉层与基底之间，第二介电层设置于电荷捕捉层与导体层之间。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器中，埋入式电荷存储晶体管还包括第二掺杂区与第三掺杂区。第二掺杂区与第三掺杂区设置于导体层两侧的基底中。选择晶体管更包括第二掺杂区与第四掺杂区。第二掺杂区与第四掺杂区设置于金属栅极结构两侧的基底中。埋入式电荷存储晶体管与选择晶体管共用第二掺杂区。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器中，还包括多个金属硅化物层。金属硅化物层分别设置于导体层上、第二掺杂区上、第三掺杂区上与第四掺杂区上。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器中，金属栅极结构包括高介电常数介电层、功函数金属层与金属栅极层。高介电常数介电层、功函数金属层与金属栅极层依序设置于基底上。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器中，金属栅极结构还包括栅介电层。栅介电层设置于高介电常数介电层与基底之间。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器中，部分导体层可凸出于基底的顶表面。本专利技术提供一种非挥发性存储器的制造方法，包括下列步骤。提供基底，其中在基底中具有开口。在基底中形成埋入式电荷存储晶体管。埋入式电荷存储晶体管包括电荷存储结构与导体层。电荷存储结构设置于开口中的基底上。导体层设置于电荷存储结构上，且填满开口。在埋入式电荷存储晶体管一侧的基底上形成选择晶体管。选择晶体管包括金属栅极结构。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器的制造方法中，还包括沿着开口于基底中形成第一掺杂区。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器的制造方法中，电荷存储结构与导体层的形成方法包括下列步骤。在开口中形成共形的电荷存储结构层。在电荷存储结构层上形成填满开口的导体材料层。移除开口以外的导体材料层与电荷存储结构层。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器的制造方法中，开口以外的导体材料层与电荷存储结构层的移除方法包括化学机械研磨法或组合使用化学机械研磨法与回蚀刻法。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器的制造方法中，金属栅极结构的形成方法包括下列步骤。在基底上形成虚拟栅极结构。虚拟栅极结构包括高介电常数介电层、虚拟栅极以及硬掩模层。高介电常数介电层设置于基底上。虚拟栅极设置于高介电常数介电层上。硬掩模层设置于虚拟栅极上。形成覆盖虚拟栅极结构的介电材料层。移除部分介电材料层与硬掩模层而暴露出虚拟栅极。移除虚拟栅极而形成栅极开口。在栅极开口中依序形成功函数金属层与金属栅极层。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器的制造方法中，金属栅极结构的形成方法还包括于虚拟栅极结构的侧壁上形成间隙壁。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器的制造方法中，还包括下列步骤。在导体层两侧的基底中形成第二掺杂区与第三掺杂区。在虚拟栅极结构两侧的基底中形成第二掺杂区与第四掺杂区。埋入式电荷存储晶体管与选择晶体管共用第二掺杂区。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器的制造方法中，还包括在移除硬掩模层之前，在导体层上、第二掺杂区上、第三掺杂区上与第四掺杂区上分别形成金属硅化物层。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器的制造方法中，虚拟栅极结构还包括栅介电层。栅介电层设置于高介电常数介电层与基底之间。依照本专利技术的一实施例所述，在上述非挥发性存储器的制造方法中，功函数金属层与金属栅极层的形成方法包括下列步骤。在栅极开口中形成共形的功函数金属材料层。在功函数金属材料层上形成填满栅极开口的金属栅极材料层。移除栅极开口以外的金属栅极材料层与功函数金属材料层。基于上述，本专利技术所提出的非挥发性存储器及其制造方法中，本专利技术所提出的非挥发性存储器及其制造方法中，由于埋入式电荷存储晶体管并非采用高介电常数/金属栅极晶体管的架构，所以不会产生高介电常数材料捕捉电荷的问题，因此电荷可顺利地存储在电荷存储结构中，进而可提高非挥发性存储器的电荷存储能力。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。附图说明图1A至图1J为一实施例绘示的非挥发性存储器的制造方法的剖面示意图。符号说明10、18、20、22：掺杂区12、14、16：轻掺杂区100：基底102：开口104：栅极开口110：图案化垫氧化层112：图案化硬掩模层114、118、142：介电材料层114a、118a、142a、150：介电层116、116a：电荷捕捉层120：电荷存储结构层120a：电荷存储结构122：导体材料层122a：导体层124：栅介电层126：高介电常数介电层128：虚拟栅极130：硬掩模层132：虚拟栅极结构134、134a、136、136a：间隙壁138：金属硅化物层140、140a：接触窗蚀刻终止层144：功函数金属材料层144a：功函数金属层146：金属栅极材料层146a：金属栅极层148：金属栅极结构152a、152b、152c：接触窗200：埋入式电荷存储晶体管300：选择晶体管具体实施方式图1A至图1J是依据一实施例绘示的非挥发性存储器的制造方法的剖面示意图。请参照图1A，提供基底100。基底100例如是硅基底。接着，可于基底100上依序形成图案化垫氧化层110与图案化硬掩模层112，再通过蚀刻制作工艺移除由图案化硬掩模层112所暴露出的部分基底100，而在基底100中形成开口102。图案化硬掩模层112的材料包括氮化硅。开口102虽是以上述方法形成，但本专利技术并不以此为限。可选择性地沿着开口102于基底100中形成掺杂区10。掺杂区10可用以产生电子。掺杂区10的形成方法例如是对开口102中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非挥发性存储器，包括：基底，其中在所述基底中具有开口；埋入式电荷存储晶体管，设置于所述基底中，其中所述埋入式电荷存储晶体管包括：电荷存储结构，设置于所述开口中的所述基底上；以及导体层，设置于所述电荷存储结构上，且填满所述开口；以及选择晶体管，设置于所述埋入式电荷存储晶体管一侧的所述基底上，其中所述选择晶体管包括金属栅极结构。

【技术特征摘要】
1.一种非挥发性存储器，包括：基底，其中在所述基底中具有开口；埋入式电荷存储晶体管，设置于所述基底中，其中所述埋入式电荷存储晶体管包括：电荷存储结构，设置于所述开口中的所述基底上；以及导体层，设置于所述电荷存储结构上，且填满所述开口；以及选择晶体管，设置于所述埋入式电荷存储晶体管一侧的所述基底上，其中所述选择晶体管包括金属栅极结构。2.如权利要求1所述的非挥发性存储器，还包括第一掺杂区，沿着所述开口设置于所述基底中。3.如权利要求1所述的非挥发性存储器，其中所述电荷存储结构包括电荷捕捉层。4.如权利要求3所述的非挥发性存储器，其中所述电荷捕捉层的材料包括氮化硅或纳米点。5.如权利要求3所述的非挥发性存储器，其中所述电荷存储结构还包括：第一介电层，设置于所述电荷捕捉层与所述基底之间；以及第二介电层，设置于所述电荷捕捉层与所述导体层之间。6.如权利要求1所述的非挥发性存储器，其中所述埋入式电荷存储晶体管还包括：第二掺杂区与第三掺杂区，设置于所述导体层两侧的所述基底中，所述选择晶体管还包括：所述第二掺杂区与第四掺杂区，设置于所述金属栅极结构两侧的所述基底中，所述埋入式电荷存储晶体管与所述选择晶体管共用所述第二掺杂区。7.如权利要求6所述的非挥发性存储器，其中还包括多个金属硅化物层，分别设置于所述导体层上、所述第二掺杂区上、所述第三掺杂区上与所述第四掺杂区上。8.如权利要求1所述的非挥发性存储器，其中所述金属栅极结构包括：高介电常数介电层、功函数金属层与金属栅极层，依序设置于所述基底上。9.如权利要求8所述的非挥发性存储器，其中所述金属栅极结构还包括：栅介电层，设置于所述高介电常数介电层与所述基底之间。10.如权利要求1所述的非挥发性存储器，其中部分所述导体层凸出于所述基底的顶表面。11.一种非挥发性存储器的制造方法，包括：提供基底，其中在所述基底中具有开口；在所述基底中形成埋入式电荷存储晶体管，其中所述埋入式电荷存储晶体管包括：电荷存储结构，设置于所述开口中的所述基底上；以及导体层，设置于所述电荷存储结构上，且填满所述开口；以及在所述埋入式电荷存储晶体管一侧的所述基底上形成选择晶体管，其中所述选择晶体管包括金属栅极结构。12.如权利要求11所述的非挥发性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈克基，王献德，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71