存储装置及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种闪存装置及其制造方法。


背景技术：

2.闪存由于具有使存入的数据在断电后也不会消失的优点，因此成为许多电子设备所广泛采用的一种存储装置。闪存的栅极与源极接触窗(或漏极接触窗)之间必须具有足够的距离以电性隔绝。若是距离太近，容易导致漏电流，而造成装置可靠性下降的问题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种闪存装置及其制造方法，可以在形成自对准接触窗时具有较大的工艺窗口，且可以使得接触窗与栅极(字线)之间具有足够的距离，以避免或减少栅极(字线)的漏电流，提升装置的信度。
4.根据本发明的实施例，提出一种存储装置，包括：衬底，衬底中具有多个隔离结构；第一源极/漏极(s/d)区与多个第二(s/d)区，位于衬底中；堆叠结构，位于第一(s/d)区与多个第二(s/d)区之间的衬底上；第一介电层，位于衬底上，其中第一介电层包括彼此分离的多个介电柱，位于多个隔离结构上；第一自对准接触窗，位于衬底上，连接第一(s/d)区；多个第二自对准接触窗，位于衬底上的多个介电柱之间，且连接多个第二(s/d)区；第一衬层结构，位于第一自对准接触窗与堆叠结构的第一侧壁之间；及第二衬层结构，位于多个第二自对准接触窗与堆叠结构的第二侧壁之间，其中第一衬层结构与第二衬层结构不连接，且未覆盖在堆叠结构上方。
5.根据本发明的实施例，提出一种存储装置的制造方法，包括：于衬底上形成多个堆叠结构；于衬底中形成多个第一(s/d)区与多个第二(s/d)区，其中每一第一(s/d)区沿第一方向延伸，多个第二(s/d)区沿第一方向排列；于多个堆叠结构的顶面与侧壁及多个堆叠结构之间的衬底的表面形成衬层结构；于多个堆叠结构之间的衬层结构上形成多个牺牲墙；图案化部分多个牺牲墙，以形成彼此交替的多个第一开口与多个牺牲柱，多个牺牲柱与多个第二(s/d)区对应，多个第一开口与多个第二(s/d)区之间的多个隔离结构对应；于多个第一开口中形成多个介电柱；移除位于上方的多个牺牲墙及牺牲柱及其下方的衬层结构，以形成裸露出多个第一(s/d)区的多个第一自对准接触窗开口及裸露出多个第二(s/d)区的多个第二自对准接触窗开口；及于多个第一自对准接触窗开口与多个第二自对准接触窗开口中分别形成多个第一自对准接触窗与多个第二自对准接触窗。
6.本发明实施例的存储装置的制造方法，其可以在形成自对准接触窗时具有大的工艺窗口，且可以使得接触窗与栅极之间具有足够的距离，以避免或减小栅极的漏电流，提升装置的信度。
附图说明
7.图1a至图1n是依照本发明实施例的一种nor闪存的制造方法的剖面示意图；
8.图2a至图2c是依照本发明实施例的一种nor闪存的制造方法的上视图。
具体实施方式
9.参考图1a，一种nor闪存的制造方法其步骤如下。提供衬底100，衬底100例如是硅衬底。衬底100具有存储单元区r1与周边区r2。于衬底100中形成多个隔离结构104。于存储单元区r1的衬底100上形成沿着x方向延伸的多个堆叠结构110，并于周边区r2的衬底100上形成沿着x方向延伸的堆叠结构120。
10.堆叠结构110例如是包括沿着z方向依序堆叠在衬底100上的穿隧介电层111、浮置闸112、闸间介电层113、控制闸114及顶盖层115。穿隧介电层111例如是氧化硅。浮置闸112例如是掺杂多晶硅。闸间介电层113例如是氧化硅、氮化硅及氧化硅(ono)复合层。控制闸114例如是掺杂多晶硅。顶盖层115例如是氧化硅。控制闸114与顶盖层115可以是沿着穿入纸面方向的条状结构。
11.堆叠结构120包括沿着z方向堆叠的闸介电层121及栅极导体层122。闸介电层121例如是氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或其组合。栅极导体层122例如是掺杂多晶硅。
12.参考图1a及图2a，于存储单元区r1的衬底100上进行离子植入工艺，以在每一个堆叠结构110的两侧形成一个源极/漏极(s/d)区的102s与多个s/d区的102d。s/d区的102s可以作为源极区，因此可简称为源极区102s；s/d区的102d可以作为漏极区，因此可简称为漏极区102d。如图2a所示，源极区102s可以是沿着y方向延伸的条状结构；而多个漏极区102d可以是夹于相邻的两个堆叠结构110之间沿着y方向排列的多个块状结构。源极区102s与漏极区102d例如是n型或p型掺杂区。在图2a中仅示出部分的构件。图1a的存储单元区r1为图2a的线i-i’的剖面图。
13.参考图1a，于衬底100上全面性地形成衬层结构130。衬层结构130可以是共形地形成在存储单元区r1的多个堆叠结构110，并且形成在周边区r2的栅极导体层122上。衬层结构130可以包覆堆叠结构110的顶面110a、侧壁110s1与1102s2及衬底100邻近堆叠结构110的表面。在存储单元区r1中，衬层结构130共形地形成于堆叠结构110上，且未填满堆叠结构110之间的间隙，因而形成开口116。在此所述的移动离子例如是fe、cu、al、in、co等离子。由于堆叠结构110的顶面110a与侧壁110s1与1102s2均被衬层结构130包覆，因此衬层结构130可以保护堆叠结构110减少或是不受离子的干扰，减少或避免离子扩散至堆叠结构110内，进而对存储装置造成损害。
14.衬层结构130可以包括与顶盖层115不同的材料。衬层结构130可以是介电材料，例如是氧化物或氮化物等。衬层结构130可以是单层或是多层。衬层结构130可以是依序堆叠在堆叠结构110上的衬层130a、130b、130c。衬层130a/130b/130c例如是氧化硅/氮化硅/氧化硅层。
15.之后，于衬底100上全面性地形成牺牲材料层132，以填入堆叠结构110之间的开口116中，并且覆盖于衬层结构130上。牺牲材料层132例如是多晶硅。
16.参考图1b，通过光刻与刻蚀工艺以移除周边区r2的牺牲材料层132，留下位于存储单元区r1的牺牲材料层132。之后，于衬底100上全面性地形成介电层134。介电层134例如是氧化硅。
17.参考图1c，对介电层134进行平坦化工艺，以移除顶盖层115以上的衬层结构130、
牺牲材料层132及介电层134，进而在存储单元区r1形成牺牲墙132a与衬层结构130’，并在周边区r2形成介电层134a。牺牲墙132a、衬层结构130’与介电层134a的顶面共平面。牺牲墙132a在所述堆叠结构110之间延伸。
18.参考图1d与图2a，于存储单元区r1与周边区r2的衬底100上形成硬掩模层136。硬掩模层136例如是氮化硅。图1d为图2b的线i-i’及线ii-ii’的剖面图。硬掩模层136经由光刻与刻蚀工艺而图案化，以形成多个开口op1。开口op1裸露出存储单元区r1中介于堆叠结构110之间且位于漏极区102d之间的隔离结构104上方的牺牲墙132a。硬掩模层136连续延伸地覆盖在源极区102s、堆叠结构110及漏极区102d上方的牺牲墙132a上。在存储单元区r1仅有被开口op1暴露出来的牺牲墙132a被裸露出来。因此，纵使发生错误对准，源极区102s、堆叠结构110及衬层结构130’上方仍会被牺牲墙132a覆盖，而不会裸露出来。
19.参考图1e，以硬掩模层136作为掩模，进行刻蚀工艺以移除被开口op1裸露出来的牺牲墙132a，以形成多个开口op2及多个牺牲柱132b。多个开口op2裸露出介于堆叠结构110之间且位于隔离结构104上方的衬层结构130’。多个开口op2在y方向上排列成一行。多个牺牲柱132b位于隔离结构上方且沿着y方向排列成一行，且通过所述多个开口op2彼此分离。
20.若在光刻时发生错误对准，源极区102s与堆叠结构110上方仍会被牺牲墙132a覆盖而不会裸露出来，因此在进行刻蚀工艺期间，可以保护堆叠结构110及其侧壁的衬层结构130’免于遭受刻蚀的破坏，进而可以避免衬层结构130’遭受破坏而导致自对准接触窗142a、142b与堆叠结构110的导体层(控制闸)114的距离过小所造成的漏电流。
21.参考图1f，在衬底100上全面性地依序形成停止层138与介电层140。停止层138覆盖在硬掩模层136上且填入于开口op2之中，但未将开口op2填满。介电层140覆盖在停止层138上且填入开口op2剩余的空间。停止层138例如是氮化硅；介电层140例如是氧化硅。
22.参考图1g，对进行平坦化工艺，例如是化学机械抛光工艺，以移除停止层138上的介电层140，于开口op2中形成介电柱140b，并留下周边区的介电层140(未示出)。介电柱140b的顶面与停止层138的顶面共平面。
23.参考图1h，将停止层138及硬掩模层136移除。接着，进行湿式刻蚀工艺，以移除牺牲墙132a与牺牲柱132b，形成开口116a与116b。开口116b与介电柱140b在y方向彼此交替。
24.参考图1i，移除开口116a与116b底部的衬层结构130’及穿隧介电层111，以形成开口116a’与116b’。自对准接触窗开口116a’裸露出源极区102s；自对准接触窗开口116b’裸露出漏极区102d。自对准接触窗开口116b’与介电柱140b在y方向彼此交替。衬层结构130’被堆叠结构110分离成衬层结构130a’与130b’。由于衬层结构130a’与130b’在此阶段才暴露出来，因此，在堆叠结构110的顶盖层115的侧壁向下延伸至浮置闸112的侧壁的衬层结构130a’与130b’具有大致相同的厚度，而不会有特定区域(例如顶盖层115的侧壁)的衬层结构130a’与130b’厚度较薄的问题。
25.参考图1j，在衬底100上全面性形成导体层(例如是钨)，并使导体层填入于自对准接触窗开口116a’与116b’之中，然后对导体层进行平坦化工艺，例如是化学机械抛光工艺，以形成自对准接触窗142a与142b。自对准接触窗142a与142b的顶面与衬层结构130’的顶面、顶盖层115的顶面及介电层134a(示于图1c与图1n)的顶面共平面。每个自对准接触窗142a例如是在y方向连续延伸的长条柱，且与源极区102s电性连接。多个自对准接触窗142b例如是呈圆柱状，与多个介电柱140b在y方向上彼此交替排列成一行，且与多个漏极区102d
电性连接。
26.自对准接触窗142a与142b各自分别包括上部142u与下部142l。上部142u位在控制闸114的顶面以上至顶盖层115的顶面之间，且具有第一高度h1。下部142l连接上部142u，位在控制闸114的顶面以下至衬底100的顶面之间且具有第二高度h2。第一高度h1小于第二高度h2。
27.参考图1k与1n，在衬底100上形成停止层144。接着，在停止层144上形成介电层146(图1k)。停止层144覆盖堆叠结构110、衬层结构130’、自对准接触窗142a与142b及介电层134a(示于图1c与图1n)。停止层144的材料包括氮化硅；介电层146的材料包括氧化硅。
28.参考图1l与图1m，进行光刻与刻蚀工艺，以停止层144为刻蚀停止层，在介电层146中形成开口148a与148b，然后再刻蚀开口148a与148b的底部的停止层144，以形成接触窗开口148a’与148b’。接触窗开口148a’与148b’裸露出自对准接触窗142a与142b的顶面与衬层结构130a’与130b’的顶面。在刻蚀停止层144时可以通过时间模式(time mode)控制刻蚀深度，因此，纵使衬层结构130a’与130b’遭受刻蚀，其刻蚀的程度也可以控制在合适的范围内，使得衬层结构130a’与130b’仍具有足够的高度，以使得后续形成的接触窗150a与150b(图1n)与控制闸114之间具有足够的距离。
29.参考图1n，在衬底100上全面性形成导体层(例如是钨)，并使导体层填入接触窗开口148a’与148b’之中，然后对导体层进行平坦化工艺，例如是化学机械抛光工艺，以形成多个接触窗150a与150b。多个接触窗150a与150b的顶面与介电层146的顶面共平面。接触窗150a/150b经由自对准接触窗142a/142b与源极区/漏极区(102s/102d)电性连接。多个接触窗150a与150b可以布局成出现在同一个剖面或不同剖面。图1n示出图2c的线i-i’及线ii-ii’的存储单元区r1及周边区r2剖面图。
30.接触窗150a与150b可以接触于自对准接触窗142a与142b，且可以接触衬层结构130a’与130b’。因此，接触窗150a在x方向上的底部宽度w
1a
大于自对准接触窗142a在x方向上的顶部宽度w
2a
。接触窗150b在x方向上的底部宽度w
1b
大于自对准接触窗142b在x方向上的顶部宽度w
2b
。
31.再者，衬层结构130a’与130b’并未向上延伸至接触窗150a与150b的侧壁，因此，接触窗150a与150b位于介电层146及停止层144中，且与介电层146及停止层144的侧壁直接接触，其彼此之间并无衬层结构130a’与130b’。
32.本发明的硬掩模层覆盖源极区与漏极区的堆叠结构与衬层结构，掩模层的开口仅裸露出漏极区之间的隔离结构上方牺牲材料层，因此，可以避免堆叠结构侧壁的衬层结构遭受刻蚀而造成薄化，进而避免自对准接触窗与堆叠结构的控制闸的距离过小所造成的漏电流。因此，本发明的方法可以在形成自对准接触窗时具有大的工艺窗口且可以提升装置的信度。
33.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种存储装置，其特征在于：衬底，所述衬底具有多个隔离结构；第一源极/漏极区与多个第二源极/漏极区，位于所述衬底中；堆叠结构，位于所述第一源极/漏极区与所述多个第二源极/漏极区之间的所述衬底上；第一介电层，位于所述衬底上，其中所述第一介电层包括彼此分离的多个介电柱，其中所述多个介电柱位于所述多个隔离结构上；第一自对准接触窗，位于所述衬底上，连接所述第一源极/漏极区；多个第二自对准接触窗，位于所述衬底上的所述多个介电柱之间，且连接所述多个第二源极/漏极区；第一衬层结构，位于所述第一自对准接触窗与所述堆叠结构的第一侧壁之间；及第二衬层结构，位于所述多个第二自对准接触窗与所述堆叠结构的第二侧壁之间，其中所述第一衬层结构与所述第二衬层结构不连接，且未覆盖在所述堆叠结构上方。2.根据权利要求1所述的存储装置，其中所述堆叠结构包括：浮置闸，位于所述衬底上方；穿隧介电层，位于所述浮置闸与所述衬底之间；控制闸；位于所述浮置闸上方；闸间介电层，位于所述浮置闸与所述控制闸之间；及顶盖层，位于所述控制闸上。3.根据权利要求2所述的存储装置，其中所述第一衬层结构与所述第二衬层结构的顶面与所述堆叠结构的所述顶盖层的顶面共平面。4.根据权利要求2所述的存储装置，其中所述第一衬层结构与所述第二衬层结构为多层结构，其中，所述多层结构从所述浮置闸的侧壁连续延伸至所述顶盖层的侧壁。5.根据权利要求2所述的存储装置，其中所述第一自对准接触窗与所述第二自对准接触窗各自包括：上部，位在所述控制闸的顶面以上至所述顶盖层的顶面之间；及下部，连接所述上部，位在所述控制闸的顶面以下至所述衬底的顶面之间。6.根据权利要求1所述的存储装置，还包括：第二介电层，覆盖所述第一介电层及所述堆叠结构；第一接触窗，位于所述第二介电层中，连接所述第一自对准接触窗，其中所述第一接触窗的底部宽度大于所述第一自对准接触窗的顶部宽度；及多个第二接触窗，位于所述第二介电层中，分别位于所述多个第二自对准接触窗上，其中所述多个第二接触窗的底部宽度大于所述多个第二自对准接触窗的顶部宽度。7.根据权利要求6所述的存储装置，其中所述第一接触窗的底面与所述第一衬层结构的顶面接触；所述多个第二接触窗的底面与所述第二衬层结构的顶面接触。8.根据权利要求7所述的存储装置，其中所述第一衬层结构未延伸至所述第二介电层与所述第一接触窗之间，且所述第二衬层结构未延伸至所述第二介电层与所述多个第二接触窗之间。9.根据权利要求7所述的存储装置，还包括：
停止层，位于所述第二介电层与所述第一介电层之间及所述第二介电层与所述堆叠结构之间。10.根据权利要求9所述的存储装置，其中所述第一接触窗及所述多个第二接触窗分别各自与所述第二介电层及所述停止层的侧壁接触。11.一种存储装置的制造方法，其特征在于：于衬底上形成多个堆叠结构；于所述衬底中形成多个第一源极/漏极区与多个第二源极/漏极区，其中每一第一源极/漏极区沿第一方向延伸，所述多个第二源极/漏极区沿所述第一方向排列；于所述多个堆叠结构的顶面与侧壁及所述多个堆叠结构之间的所述衬底的表面形成衬层结构；于所述多个堆叠结构之间的所述衬层结构上形成多个牺牲墙；图案化部分所述多个牺牲墙，以形成彼此交替的多个第一开口与多个牺牲柱，所述多个牺牲柱与所述多个第二源极/漏极区对应，所述多个第一开口与所述多个第二源极/漏极区之间的多个隔离结构对应；于所述衬底上形成第一介电层并填入所述多个第一开口中，以形成多个介电柱；移除位于上方的所述多个牺牲墙及所述多个牺牲柱及其下方所述衬层结构，以形成裸露出所述多个第一源极/漏极区的多个第一自对准接触窗开口及裸露出所述多个第二源极/漏极区的多个第二自对准接触窗开口；及于所述多个第一自对准接触窗开口与所述多个第二自对准接触窗开口中分别形成多个第一自对准接触窗与多个第二自对准接触窗。12.根据权利要求11所述的存储装置的制造方法，其中图案化部分所述多个牺牲墙的方法包括：在所述衬底上形成硬掩模层，所述硬掩模层覆盖所述第一源极/漏极区上方的所述多个牺牲墙、所述堆叠结构及所述衬层结构，且具有多个第二开口，裸露出所述多个第二源极/漏极区上方的所述多个牺牲墙。13.根据权利要求11所述的存储装置的制造方法，还包括：在所述衬底上方形成停止层，以覆盖所述第一介电层及所述堆叠结构；在所述停止层上形成第二介电层；于所述第二介电层与所述停止层中形成第一接触窗，以连接所述第一自对准接触窗，其中所述第一接触窗的底部宽度大于所述第一自对准接触窗的顶部宽度；及于所述第二介电层与所述停止层中形成第二接触窗，以连接所述第二自对准接触窗，其中所述第二接触窗的底部宽度大于所述第二自对准接触窗的顶部宽度。14.根据权利要求13所述的存储装置的制造方法，其中所述第一介电层、所述停止层及所述第二介电层还延伸覆盖所述衬底的周边区。

技术总结
本发明提供一种存储装置，包括：堆叠结构及位于堆叠结构两侧的衬底中的第一源极/漏极区与第二源极/漏极区；第一自对准接触窗，连接第一源极/漏极区；第二自对准接触窗，位于第二源极/漏极区上；第一衬层结构，位于第一自对准接触窗与堆叠结构的第一侧壁之间；第二衬层结构，位于第二自对准接触窗与堆叠结构的第二侧壁之间。第一衬层结构与第二衬层结构不连接，且未覆盖在堆叠结构上方。且未覆盖在堆叠结构上方。且未覆盖在堆叠结构上方。


技术研发人员：庄哲辅 蔡耀庭 廖修汉
受保护的技术使用者：华邦电子股份有限公司
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2023/7/13