非挥发性内存元件的制造方法技术

本发明专利技术公开一种非挥发性内存元件的制造方法，包括以下步骤。在衬底上形成堆叠结构，堆叠结构包括依次堆叠的闸极介电层、辅助闸极、绝缘层和牺牲层。在堆叠结构的一侧形成穿隧介电层。在穿隧介电层上形成浮置闸极。蚀刻堆叠结构，直到浮置闸极的最上边缘高于绝缘层的顶面。形成介电材料层以覆盖浮置闸极的侧壁。蚀刻介电材料层以形成受蚀刻介电材料层，并暴露出浮置闸极的最上边缘。在受蚀刻介电材料层上形成上闸极结构，其中受蚀刻介电材料层的一部分设置在上闸极结构和衬底之间。分设置在上闸极结构和衬底之间。分设置在上闸极结构和衬底之间。

【技术实现步骤摘要】
非挥发性内存元件的制造方法


[0001]本专利技术关于一种半导体装置的制造方法。更具体地，本专利技术关于一种非挥发性内存元件的制造方法以及通过该方法所制造的非挥发性内存元件。

技术介绍

[0002]由于非挥发性内存(non
‑
volatile memory)可例如重复施行储存、读取和抹除数据等操作，且在关闭非挥发性内存后，储存的数据不会遗失，因此非挥发性内存已广泛应用于个人计算机和电子设备中。
[0003]现有非挥发性内存的结构具有堆叠闸极结构，包括依次设置在衬底上的穿隧氧化层、浮置闸极、闸间介电层和控制闸极。当在这种闪存元件上施行编程或抹除操作时，适当的电压会被分别施加到源极区域、汲极区域和控制闸极，使得电子被注入到浮置闸极中，或者使得电子自浮置闸极中被拉出。
[0004]在非挥发性内存的编程和抹除操作中，浮置闸极和控制闸极之间较大的闸极耦合比(gate
‑
coupling ratio,GCR)通常代表着操作时所需的操作电压较低，因此显著提高了闪存的操作速度和效率。然而，在编程或抹除操作期间，电子必须流经设置在浮置闸极下方的穿隧氧化物层，以被注入至浮置闸极或自浮置闸极中被取出，此过程通常会对穿隧氧化物层的结构造成损害，因而降低内存元件的可靠性。
[0005]为了提升内存元件的可靠性，可采用抹除闸极，并将抹除闸极整合至内存元件中。通过施加正电压至抹除闸极，抹除闸极便能够将电子从浮置闸极中拉出。因此，由于浮置闸极中的电子是流经设置在浮置闸极上的穿隧氧化层而被拉出，而并非流经设置在浮置闸极下的穿隧氧化层而被拉出，所以进一步提高了内存元件的可靠性。
[0006]随着对高效内存元件需求的增加，仍需要提供一种改进的内存元件，其得以高效地抹除已储存的数据，以及此内存元件的制造方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种制造非挥发性内存元件的方法和通过此方法所制造的非挥发性内存元件。非挥发性内存元件能够以低抹除电压有效地抹除储存的数据。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，一种制造非挥发性内存元件的方法包括以下步骤。在衬底上形成堆叠结构，堆叠结构包括依次堆叠的闸极介电层、辅助闸极、绝缘层和牺牲层。在堆叠结构一侧的衬底上形成穿隧介电层。在穿隧介电层上形成浮置闸极。蚀刻堆叠结构，直到浮置闸极的最上边缘高于绝缘层的顶面。形成介电材料层以覆盖浮置闸极的侧壁。蚀刻介电材料层以形成受蚀刻介电材料层，并暴露出浮置闸极的最上边缘。在受蚀刻介电材料层上形成上闸极结构，其中受蚀刻介电材料层的一部分设置在上闸极结构和衬底之间。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，非挥发性内存元件包括至少一堆叠闸极结构、穿隧介电层和至少一浮置闸极。堆叠闸极结构设置在衬底上，并且包括依次堆叠的闸极介电层、辅助闸极和上闸极结构。穿隧介电层位于堆叠闸极结构一侧的衬底上。浮置闸极设置在穿隧
介电层上，并包括最上边缘、曲面侧壁和两个横向侧壁。浮置闸极的最上边缘嵌入上闸极结构中。延伸超过浮置闸极的横向侧壁的上闸极结构的底面会与穿隧介电层分隔开。为了进一步最佳化实施例中描述的非挥发性内存元件的操作，可以设置额外的中间闸极，以增加与浮置闸极间的闸极耦合。
[0010]通过使用本专利技术实施例的非挥发性内存元件，可降低施加至该装置的抹除电压，这代表着可有效地将电子拉出浮置闸极，因而提高抹除数据的速度。
[0011]为了使本专利技术的上述特征和优点更容易理解，下面结合图式对实施例进行详细描述。
[0012]对于本
中具有通常知识者而言，在阅读了以下各图式中所示的优选实施例的详细说明后，本专利技术的上述和其他目的无疑将变得显而易见。
附图说明
[0013]下列图式的目的在于使本专利技术能更容易地被理解，这些图式会被并入并构成说明书的一部分。图式绘示了本专利技术的实施例，且连同实施方式的段落以阐述专利技术的作用原理。
[0014]图1为本专利技术一些实施例的非挥发性内存元件的制造方法的某一制程阶段的结构剖面示意图，该结构包括堆叠结构和导电间隙壁。
[0015]图2为本专利技术一些实施例的非挥发性内存元件的制造方法中的某一制程阶段的结构剖面示意图，该结构包括设置在堆叠结构侧壁上的浮置闸极。
[0016]图3为本专利技术一些实施例的非挥发性内存元件的制造方法中的某一制程阶段的结构俯视示意图，该结构包括设置在堆叠结构侧壁上的浮置闸。
[0017]图4为本专利技术一些实施例的非挥发性内存元件的制造方法中的某一制程阶段的结构剖面示意图，且剖面示意图对应图3的剖线B
‑
B
’
和剖线C
‑
C
’
。
[0018]图5为本专利技术一些实施例在图4制造阶段后的剖面示意图，其中剖面示意图对应图3的剖线A
‑
A
’
、剖线B
‑
B
’
和剖线C
‑
C
’
，且浮置闸极的最上边缘高于堆叠结构的顶面。
[0019]图6为本专利技术一些实施例在图5制造阶段后的剖面示意图，其中剖面示意图对应图3的剖线A
‑
A
’
、剖线B
‑
B
’
和剖线C
‑
C
’
，且浮置闸极的最上边缘被介电材料层覆盖。
[0020]图7为本专利技术一些实施例在图6制造阶段后的剖面示意图，其中剖面示意图对应至图3的剖线A
‑
A
’
、剖线B
‑
B
’
和剖线C
‑
C
’
，且浮置闸极的侧壁被受蚀刻介电材料层覆盖。
[0021]图8为本专利技术一些实施例在图7制造阶段后的剖面示意图，其中剖面示意图对应至图3的剖线A
‑
A
’
、剖线B
‑
B
’
和剖线C
‑
C
’
，且浮置闸极的最上边缘被上闸极结构覆盖。
[0022]图9为本专利技术一些实施例在图8制造阶段后的剖面示意图，其中剖面示意图对应至图3的剖线A
‑
A
’
、剖线B
‑
B
’
和剖线C
‑
C
’
，且间隙壁被移除以暴露出浮置闸极的侧壁。
[0023]图10为本专利技术一些实施例在图9制造阶段后的剖面示意图，其中剖面示意图对应至图3的剖线A
‑
A
’
、剖线B
‑
B
’
和剖线C
‑
C
’
，且浮置闸极的侧壁被中间闸极结构覆盖。
[0024]图11为本专利技术替代实施例在图9制造阶段后的剖面示意图，其中剖面示意图对应至图3的剖线A
‑
A
’
、剖线B...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非挥发性内存元件的制造方法，其特征在于，包括：提供一衬底；在该衬底上形成至少一堆叠结构，其中该至少一堆叠结构包括依次堆叠的一闸极介电层、一辅助闸极、一绝缘层和一牺牲层；在该至少一堆叠结构的侧壁上形成一隔离材料层；在该至少一堆叠结构的一侧的该衬底上形成一穿隧介电层；在该隔离材料层的侧壁上和该穿隧电介质层上形成至少一浮置闸极，其中该至少一浮置闸极包括：一内侧壁，面向该隔离材料层的该侧壁；一横向侧壁；以及一曲面侧壁，连接到该内侧壁的边缘和该横向侧壁的边缘；蚀刻该至少一堆叠结构，直到该至少一浮置闸极的一最上边缘高于该绝缘层的一顶面；在蚀刻该至少一堆叠结构之后，形成一介电材料层，以覆盖该至少一浮置闸极的该内侧壁、该横向侧壁和该曲面侧壁；蚀刻该介电材料层，以形成一受蚀刻介电材料层并暴露出该至少一浮置闸极的该最上边缘；以及在蚀刻该介电材料层之后，形成至少一上闸极结构于该受蚀刻介电材料层上，其中该受蚀刻介电材料层的一部分被设置在该至少一上闸极结构和该衬底之间。2.如权利要求1所述的非挥发性内存元件的制造方法，其特征在于，在蚀刻该至少一堆叠结构的过程中，进一步包括蚀刻该隔离材料层以暴露出该至少一浮置闸极的该内侧壁。3.如权利要求1所述的非挥发性内存元件的制造方法，其特征在于，在形成该介电材料层的过程中，该至少一浮置闸极的该内侧壁的一部分与该介电材料层直接接触。4.如权利要求3所述的非挥发性内存元件的制造方法，其特征在于，在蚀刻该介电材料层的过程中，进一步包括将该至少一浮置闸极的该内侧壁的该部分暴露出于该介电材料层。5.如权利要求1所述的非挥发性内存元件的制造方法，其特征在于，该至少一堆叠结构包括该侧壁和相对于该侧壁的另一侧壁，并且该受蚀刻介电材料层包括一第一部分和一第二部分，分别覆盖该至少一堆叠结构的该侧壁和该另一侧壁。6.如权利要求5所述的非挥发性内存元件的制造方法，其特征在于，该受蚀刻介电材料层的该第一部分进一步覆盖该至少一浮置闸极的该曲面侧壁。7.如权利要求5所述的非挥发性内存元件的制造方法，其特征在于，该受蚀刻介电材料层的该第一部分的高度低于该至少一浮置闸极的高度。8.如权利要求5所述的非挥发性内存元件的制造方法，其特征在于，该受蚀刻介电材料层的该第一部分的外表面和该第二部分的外表面低于该至少一上闸极结构的一底表面。9.如权利要求5所述的非挥发性内存元件的制造方...

【专利技术属性】
技术研发人员：范德慈，黄义欣，蔡振明，郑育明，
申请(专利权)人：物联记忆体科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：