非挥发性存储器及其形成方法技术

本发明专利技术公开一种非挥发性存储器及其形成方法，其中该非挥发性存储器包含一基底、多个条状栅极堆叠结构以及多个接触插塞。基底包含多个条状掺杂区。多个条状栅极堆叠结构跨设条状掺杂区，其中各条状栅极堆叠结构由下而上包含堆叠的一电荷存储层以及一栅极导电层。多个接触插塞设置于条状栅极堆叠结构之间的条状掺杂区上，其中在接触插塞侧边以及条状掺杂区上的各栅极导电层的一侧壁具有阶梯状轮廓。

【技术实现步骤摘要】
非挥发性存储器及其形成方法
本专利技术涉及一种非挥发性存储器及其形成方法，且特别是涉及一种具有阶梯状栅极的非挥发性存储器及其形成方法。
技术介绍
非挥发性存储器的种类很多，市场占比最大的是闪存存储器(FLASH)，其他的还有硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)、铁电随机存取存储器(FRAM)、相变化随机存取存储器(PRAM)、磁阻式随存取存储器(MRAM)和可变电阻式随机存取存储器(RRAM)等。其中，SRAM、DRAM、FLASH、SONOS和FRAM这五种是基于电荷的存储器，这类存储器本质上是通过电容的充放电实现。例如，硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)作为数据存储单元，其可作到一个晶体管(transistor)同时存储二个位的功能，如此可以达到缩小元件尺寸及提升存储器的容量。SONOS元件的操作方式列举如下。在SONOS存储器进行程式化的时候，电荷会从一基底转移至ONO结构中的氮化硅层。举例来说，使用者会先施加一电压到栅极和漏极并建立垂直电场(verticalelectricfield))及横向电场(lateralelectricfield)，然后通过这些电场沿着通道来增加电子的运行速度。当电子沿着通道移动时，一部分的电子会获得足够的能量并越过底部二氧化硅层的位能阻挡层而被捕陷(trap)在ONO结构的氮化硅层中。由于接近漏极区的电场最强，因此电子通常会捕陷在靠近漏极的区域。反之，当操作者将施加到源极与漏极区域的电位进行反向时，电子则会沿着通道朝相反的方向前进，并被注入到靠近源极区域的氮化硅层中。由于部分氮化硅层并不导电，这些引入到氮化硅层中的电荷倾向于维持在局部区域(localized)。因此，根据所施加的电压，电荷可存储在单一氮化硅层中的各不同区域中。
技术实现思路
本专利技术提出一种非挥发性存储器及其形成方法，其形成具有阶梯状轮廓的栅极导电层，以增加局部栅极导电层与接触插塞之间的距离，能避免短路并缩小元件的临界尺寸。本专利技术提供一种非挥发性存储器，包含一基底、多个条状栅极堆叠结构以及多个接触插塞。基底包含多个条状掺杂区。多个条状栅极堆叠结构跨设条状掺杂区，其中各条状栅极堆叠结构由下而上包含堆叠的一电荷存储层以及一栅极导电层。多个接触插塞设置于条状栅极堆叠结构之间的条状掺杂区上，其中在接触插塞侧边以及条状掺杂区上的各栅极导电层的一侧壁具有阶梯状轮廓。本专利技术提供一种形成非挥发性存储器的方法，包含下述步骤。首先，提供一基底，包含多个条状掺杂区。接着，形成多个图案化条状栅极堆叠结构，跨设条状掺杂区，其中各图案化条状栅极堆叠结构由下而上包含堆叠的一电荷存储层以及一第一栅极导电层。接续，形成一介电层覆盖图案化条状栅极堆叠结构以及基底，其中介电层具有凹槽，且凹槽仅暴露位于条状掺杂区上的第一栅极导电层的第一部分。之后，将第二栅极导电层填入凹槽中，以形成多个栅极导电层，其中各栅极导电层的一侧壁具有阶梯状轮廓。而后，移除介电层。然后，形成多个接触插塞于栅极导电层的阶梯状轮廓之间以及条状掺杂区上。基于上述，本专利技术提出一种非挥发性存储器及其形成方法，其提供包含多个条状掺杂区的一基底；形成多个条状栅极堆叠结构跨设此些条状掺杂区，且各条状栅极堆叠结构由下而上包含堆叠的一电荷存储层以及一第一栅极导电层；形成多个接触插塞，设置于条状栅极堆叠结构之间的条状掺杂区上，其中在接触插塞侧边以及条状掺杂区上的各栅极导电层的一侧壁具有阶梯状轮廓。如此一来，本专利技术可增加接触插塞与中上段栅极导电层的距离，进而避免由于元件尺寸缩小，造成的接触插塞与栅极导电层接触的短路问题。因此，本专利技术可在维持元件中电荷存储的能力的同时，缩小元件的临界尺寸、增加元件的稳定性、布局弹性及制作工艺的操作窗(面积)。并且，本案可避免掺杂制作工艺将掺质掺杂至栅极导电层以及电荷存储层正下方的基底中，导致元件性能降低或失效。附图说明图1为本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的俯视示意图；图2为本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的局部立体示意图；图3为本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的平面及剖面制作工艺示意图；图4为本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的平面及剖面制作工艺示意图；图5为本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的平面及剖面制作工艺示意图；图6为本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的平面及剖面制作工艺示意图；图7为本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的平面及剖面制作工艺示意图；图8为本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的平面及剖面制作工艺示意图；图9为本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的平面及剖面制作工艺示意图。主要元件符号说明10：绝缘结构20：毯覆式介电层20a：介电层110：基底112：条状掺杂区120：条状栅极堆叠结构120a：图案化条状栅极堆叠结构122：电荷存储层122’：毯覆式电荷存储层124：栅极导电层124’：第一导电层124a：第一栅极导电层130：接触插塞140：源极区(或漏极区)150：第二栅极导电层150’：第二导电层h：最大高度h1：高度l1、l2：最小距离w1、w2：宽度P：第一部分R：凹槽S1：侧壁V1：垂直部V2：水平部具体实施方式图1绘示本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的俯视示意图。图2绘示本专利技术优选实施例中非挥发性存储器的局部立体示意图。请同时参阅图1～图2。一基底110例如是一硅基底、一含硅基底(例如SiC)、一三五族基底(例如GaN)、一三五族覆硅基底(例如GaN-on-silicon)、一石墨烯覆硅基底(graphene-on-silicon)、一硅覆绝缘(silicon-on-insulator，SOI)基底或一含外延层的基底等半导体基底。基底110中包含多个条状掺杂区112。各多个条状掺杂区112可由绝缘结构10隔离。绝缘结构10可例如为浅沟隔离(shallowtrenchisolation,STI)结构，其可例如由一浅沟隔离制作工艺形成，但本专利技术不以此为限。多个条状栅极堆叠结构120位于基底110上，并跨设条状掺杂区112。各条状栅极堆叠结构120由下而上包含堆叠的一电荷存储层122以及一栅极导电层124。在本实施例中，电荷存储层122为一氧/氮/氧(ONO)层，而栅极导电层124为一多晶硅层；但在其他实施例中，电荷存储层122及栅极导电层124也可为其他材料，视实际情况而定。多个接触插塞130，设置于条状栅极堆叠结构120之间的条状掺杂区112上。接触插塞130可例如包含一阻障层(未绘示)围绕一金属材料(未绘示)，其中阻障层可例如包含氮化钛，而金属材料可包含铜或钨等，但本专利技术不以此为限。较佳者，接触插塞130具有由下而上渐宽的一倾斜剖面结构，接触插塞130更佳具有一锥状，使阻障层及金属材料易于填入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非挥发性存储器，其特征在于，包含：/n基底，包含多个条状掺杂区；/n多个条状栅极堆叠结构，跨设该些条状掺杂区，其中各该些条状栅极堆叠结构由下而上包含堆叠的电荷存储层以及栅极导电层；以及/n多个接触插塞，设置于该些条状栅极堆叠结构之间的该些条状掺杂区上，其中在该些接触插塞侧边以及该些条状掺杂区上的各该些栅极导电层的一侧壁具有阶梯状轮廓。/n

【技术特征摘要】
1.一种非挥发性存储器，其特征在于，包含：
基底，包含多个条状掺杂区；
多个条状栅极堆叠结构，跨设该些条状掺杂区，其中各该些条状栅极堆叠结构由下而上包含堆叠的电荷存储层以及栅极导电层；以及
多个接触插塞，设置于该些条状栅极堆叠结构之间的该些条状掺杂区上，其中在该些接触插塞侧边以及该些条状掺杂区上的各该些栅极导电层的一侧壁具有阶梯状轮廓。


2.如权利要求1所述的非挥发性存储器，其中该些阶梯状轮廓包含L型剖面轮廓。


3.如权利要求2所述的非挥发性存储器，其中各该些L型剖面轮廓具有垂直部以及水平部。


4.如权利要求3所述的非挥发性存储器，其中该垂直部以及对应的该接触插塞之间的最小距离大于该水平部以及对应的该接触插塞之间的最小距离。


5.如权利要求4所述的非挥发性存储器，其中该水平部的高度为各该些L型剖面轮廓的最大高度的1/4-1/3。


6.如权利要求4所述的非挥发性存储器，其中该垂直部的宽度与该水平部的宽度的比例为2/3。


7.如权利要求1所述的非挥发性存储器，还包含：
源极区或漏极区，设置于该些接触插塞下方的该些条状掺杂区中。


8.如权利要求1所述的非挥发性存储器，其中各该些电荷存储层包含氧/氮/氧(ONO)层。


9.如权利要求1所述的非挥发性存储器，其中各该些栅极导电层包含多晶硅层。


10.如权利要求1所述的非挥发性存储器，其中各该些接触插塞具有由下而上渐宽的倾斜剖面结构。


11.如权利要求10所述的非挥发性存储器，其中各该些接触插塞具有一锥状。


12.一种形成非挥发性存储器的方法，包含：
提供基底，包含多个条状掺杂区；
形成多个图案化条状栅极堆叠结构，跨设该些条状掺杂区，其中各该些图案化条状栅极堆叠结构由下而上包含堆叠的电荷存储层以及第一栅极导电层；
形成介电层覆盖该些图案化条状栅极堆叠结构以及该基底，其中该介电层具有凹槽，且该些凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宗霖，
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