专利名称：分裂栅极非易失存储器单元及其形成方法
技术领域：
本发明一般涉及半导体领域，且更具体地涉及非易失半导体存储单元。
背景技术：
非易失存储器件用于不总有电源的各种应用中。例如，非易失器件有时用于在蜂窝电话、智能卡和个人计算机中存储数据。非易失存储器件的一种类型称为分裂栅极存储器，在图1中示出分裂栅极存储器的一个例子。在运行中，分裂栅极存储器单元可以通过使用如图1的箭头1所指示的热载流子注入以将电荷转移至浮置栅极6来用数据编程。分裂栅极存储单元可以通过如箭头2所指示的从浮置栅极6通过控制栅极5释放存储的电荷来擦除。一旦分裂栅极存储单元根据需要编程或擦除，那么存储于分裂栅极存储单元中的数据可以通过读取分裂栅极存储单元来存取。
如图1所示，常规的分裂栅极存储单元可以结合相对的分裂栅极存储单元形成，其中两个相对的分裂栅极存储单元设置为共有源极结构。具体地，共有源极区4可以通过每个相对的分裂栅极存储单元电耦合到分开的相对漏极区3。在运行中，共有源极4可以通过对包括在每个相对的分裂栅极存储单元中各自的浮置栅极6和控制栅极5施加适当的电压来电耦合到其中一个漏极区3。
已知分离栅极存储单元提供几个优于其它类型的非易失存储器的优点，诸如低编程电流、低干扰和高速。分裂栅极存储单元也可能具有几个缺点，诸如与其它非易失存储器比较相对大的尺寸。
还已知，如果控制栅极与有源区重叠的距离(D1和D2)在单元之间过度地变化，则在不同的存储单元中产生的电流量可能变化得足够大，使存储单元可能不可预知地运行。以下的参考文献讨论了几种类型的分裂栅极存储单元以及其不同的形成方法US 4,328,565、US 4,616,340、US 4,783,766、US 5,291,439、US 5,317,179、US 5,341,342、US 5,373,465、2000-75049(韩国文件200年12月部分B)和US 6,727,545。
尽管存在上述和在所列的参考文献中的各种方法，但是仍有改善分裂栅极存储单元和其相关器件的需要。
发明内容
依据本发明的实施例可以提供形成包括在场氧化物区上的升高的氧化物层的分裂栅极非易失存储单元的方法，和提供如此形成的分裂栅极非易失存储单元。依据这些实施例，形成分裂栅极非易失存储单元的方法可以包括形成自对准于其之间的场氧化物区的第一和第二相邻的浮置栅极。形成氧化物层来覆盖第一和第二相邻的浮置栅极和场氧化物区，氧化物层将第一和第二相邻的浮置栅极彼此电隔离。在第一和第二相邻浮置栅极上的氧化物层上形成控制栅极。
在依据本发明的某些实施例中，形成第一和第二浮置栅极包括在衬底中各自的有源区上相邻于场氧化物区形成导电层且避免在场氧化物区上形成导电层。在依据本发明的某些实施例中，该方法还包括在第一导电层和场氧化物区上形成第二导电层。
在依据本发明的某些实施例中，分裂栅极非易失存储单元包括在与另一个分裂栅极非易失存储单元的共有源极/漏极结构中，且该方法还包括形成沟槽来提供对分裂栅极非易失存储单元之间的衬底的通道，用于掺杂衬底以在衬底中形成共有源极/漏极区。在由部分的第一和第二导电层界定的沟槽的侧壁上形成分隔物来将第一和第二导电层与形成于分隔物上在沟槽中的接触电隔离。
在依据本发明的某些实施例中，形成氧化物层包括氧化在第一导电层上的第二导电层和氧化在场氧化物区上的第二导电层。在依据本发明的某些实施例中，氧化在第一导电层上的第二导电层包括氧化在间隙中暴露的在第一导电层上的部分的第二导电层，该间隙由所述部分上方的牺牲结构和所述部分下方的第一导电层界定。
在依据本发明的某些实施例中，氧化包括氧化所述部分的第二导电层的全部厚度和部分的第一导电层的部分厚度来在所述第一导电层上形成填充所述间隙的氧化层。在依据本发明的某些实施例中，该方法还包括在有源区上方的牺牲结构的侧壁上形成牺牲分隔物，该牺牲分隔物覆盖间隙中的暴露的部分的氧化物层。
在依据本发明的某些实施例中，氧化在场氧化物区上的第二导电层包括氧化在场氧化物区上暴露于间隙中的部分的第二导电层，该间隙由所述部分上方的牺牲结构和所述部分下方的场氧化物区界定。在依据本发明的某些实施例中，该方法还包括在场氧化物区上方的牺牲结构的侧壁上形成牺牲分隔物，该牺牲分隔物覆盖填充间隙的所暴露部分的延伸的氧化物层。
在依据本发明的某些实施例中，氧化包括氧化所述部分的第二导电层的全部厚度来在延伸至第一和第二有源区上的场氧化物区上形成延伸的氧化物层，在场氧化物区上的延伸的氧化物层部分地填充间隙。
在依据本发明的某些实施例中，延伸的氧化物层包括升高的表面，其高于在第一导电层上的被氧化的第二导电层的表面。在依据本发明的某些实施例中，在氧化物层上形成控制栅极还包括在延伸的氧化物层上在间隙中形成控制栅极的延伸的控制栅极部分。在依据本发明的某些实施例中，还包括氧化有源层上的导电层和氧化在场氧化物区上的导电层。在依据本发明的某些实施例中，导电层包含多晶硅。
在依据本发明的某些实施例中，形成分裂栅极非易失存储单元的方法包括在场氧化物区上和在相邻场氧化物区之间的有源区上形成覆盖氧化物层，来覆盖自对准场氧化物区形成的浮置栅极。
在依据本发明的某些实施例中，该方法还包括在氧化物层上在各自的自对准浮置栅极的上方形成控制栅极。在依据本发明的某些实施例中，形成分裂栅极非易失存储器单元的方法包括构图在其上具有氧化物的衬底来在其中形成升高的场氧化物区，且在场氧化物区之间在低于场氧化物区的水平上形成有源区。在有源区上和在升高的场氧化物区上形成单一的导电层。在单一的导电层上形成第一牺牲层。构图第一牺牲层来在其中开设沟槽来暴露单一导电层。在沟槽中和在暴露的单一导电层上形成第二牺牲层。在沟槽中的第二牺牲层的侧壁上形成内分隔物。蚀刻该沟槽来去除在其中所暴露的单一导电层来暴露下面的氧化物。在沟槽中形成柱来提供包括内分隔物和第二牺牲层的T形牺牲结构。去除第二牺牲层来在T形牺牲结构的下表面和单一导电层的上表面之间的有源区上方形成第一间隙和在T形牺牲结构的下表面和场氧化物区上的单一导电层的上表面之间的场氧化物区上方形成第二间隙。氧化在第一和第二间隙中暴露的单一导电层的上表面来在第一间隙中的有源区上形成氧化物层，且在第二间隙中的场氧化物区上形成升高的氧化物层，升高的氧化物层延伸到有源区上来与氧化物层结合。
在依据本发明的某些实施例中，形成分裂栅极非易失存储单元的方法包括构图在其上具有氧化物的衬底来在其中形成升高的场氧化物区，且在场氧化物区之间在低于场氧化物区的水平形成有源区。在有源区上形成第一导电层。在有源区上的第一导电层上形成第二导电层，且第二导电层覆盖场氧化物区。在第一和第二导电层上形成第一牺牲层。构图第一牺牲层来在其中开设沟槽，该沟槽在有源区的上方和场氧化物区的上方暴露第二导电层。在沟槽中和在暴露的第二导电层上形成第二牺牲层。在沟槽中的第二牺牲层的侧壁上形成内分隔物。蚀刻该沟槽来去除在其中的暴露的第二导电层和下面的第一导电层来暴露之下的氧化物。在沟槽中形成柱来提供包括内分隔物和第二牺牲层的T形牺牲结构。去除第二牺牲层来在T形牺牲结构的下表面和第二导电层的上表面之间的有源区上方形成第一间隙和在T形牺牲结构的下表面和场氧化物区上的第一导电层的上表面之间的场氧化物区上方形成第二间隙。氧化在第一和第二间隙中暴露的第二导电层的上表面来在第一间隙中的有源区上形成氧化物层，且在第二间隙中的场氧化物区上形成升高的氧化物层，升高的氧化物层延伸到有源区上来与氧化物层结合。
在依据本发明的某些实施例中，氧化包括氧化在第二导电层的全部厚度和第一导电层的部分厚度来用氧化物层填充第一间隙。氧化第二导电层的全部厚度来用升高的氧化物层部分地填充第二间隙，升高的氧化物层延伸到相邻的浮置栅极上来与其上的氧化物层结合。
在依据本发明的某些实施例中，分裂栅极非易失存储器件包括在相邻的分裂栅极存储单元之间的场氧化物区上的升高的氧化物层，升高的氧化层延伸到相邻分裂栅极存储单元中包括的第一和第二浮置栅极上，所述相邻的分裂栅极存储单元由字线覆盖，所述字线电耦合到在相邻分裂栅极存储单元中包括的各自的控制栅极。
在依据本发明的某些实施例中，第一和第二浮置栅极的中心靠上的部分低于第一场氧化物区的表面。在依据本发明的某些实施例中，升高的氧化物层是热氧化的多晶硅层。在依据本发明的某些实施例中，浮置栅极自对准于场氧化物区。在依据本发明的某些实施例中，升高的氧化物层延伸到有源区上来覆盖浮置栅极。
在依据本发明的某些实施例中，在场氧化物区上的升高的氧化物层薄于延伸到有源区上来覆盖第一和第二浮置栅极的部分的升高的氧化物层。在依据本发明的某些实施例中，该器件还包括在浮置栅极上方的控制栅极的侧壁上的第一分隔物和在升高的氧化物层和浮置栅极上的第二分隔物。
在依据本发明的某些实施例中，分裂栅极非易失存储器件包括自对准于其间的场氧化物区的第一和第二相邻浮置栅极。氧化物层覆盖第一和第二相邻浮置栅极和场氧化物区，且氧化物层将第一和第二相邻浮置栅极彼此电绝缘。控制栅极在第一和第二相邻浮置栅极上的氧化物层上。
在依据本发明的某些实施例中，第一和第二浮置栅极的中心靠上部分低于场氧化物区的表面。在依据本发明的某些实施例中，氧化物层是热氧化的多晶硅层。在依据本发明的某些实施例中，氧化物层延伸到有源区来覆盖浮置栅极。在依据本发明的某些实施例中，在场氧化物区上的氧化物层薄于延伸到有源区上来覆盖第一和第二浮置栅极的部分的氧化物层。在依据本发明的某些实施例中，该器件还包括在浮置栅极上方的控制栅极的侧壁上的第一分隔物和在升高的氧化物层和浮置栅极上的第二分隔物。
图1是示出共有源极结构的常规分裂栅极存储单元的横截面图。
图2是依据本发明的某些实施例的包括设置于相邻的场氧化物区之间的相对的分裂栅极存储单元对的衬底的俯视图。
图3是依据本发明的某些实施例的包括分裂栅极存储单元的衬底的俯视图。
图4A-C是依据本发明的某些实施例的分裂栅极存储单元的横截面图。
图5是依据本发明的某些实施例的分离栅极存储单元的横截面图。
图6A-C至图19A-C是示出依据本发明的某些实施例形成分裂栅极存储单元的横截面图。
图20A-C至图21A-C是示出依据本发明进一步的实施例形成分裂栅极存储单元的横截面图。
图22A-C至图27A-C是示出依据本发明进一步的实施例形成分裂栅极存储单元的横截面图。
具体实施例方式
现将参考示出本发明实施例的附图来更加全面地描述本发明。但是，本发明不应解释为限于这里阐述的实施例。而是，提供这些实施例来使得本公开充分和完整，且向那些本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。在附图中，为了清晰放大了层和区域的厚度。贯穿全文相似的标记指示相似的元件。这里所用的术语“和/或”包括相关列举项目的一个或更多的任何和所有组合。
这里所使用的术语是只为了说明特别的实施例的目的，且并不旨在限制本发明。如这里所用，单数形式“一”、“一个”、“该”也旨在包括复数形式，除非内容清楚地指示另外的意思。应进一步理解的是，当在此说明书中使用时术语“包括”和/或“包含”说明所述特征、数字、步骤、操作、元件和/或组分的存在，但是并不排出存在或添加一个或更多其它特征、数字、步骤、操作、元件、组分和/或其组。
可以理解当提及诸如层、区域或衬底的元件在另一元件“上”或延伸到另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或可以存在中间的元件。相反，当提及元件“直接”在另一元件“上”或“直接”延伸到另一元件“上”时，则没有中间元件存在。也可以理解当元件称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件或可以存在中间元件。相反，当元件称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，则没有中间元件存在。
可以理解，虽然在本文中术语第一、第二等可以用来描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但是这些元件、组分、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语只用于区分一个元件、组分、区域、层或部分与另一元件、组分、区域、层或部分。因此，以下讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可以称为第二元件、组分、区域、层或部分，而不脱离本发明的教导。
另外，在这里使用相对性的术语，诸如“下”、“底”、“上”、“顶”、“下面”、“上面”等来描述一个元件和另一元件如图中所示的关系。可以理解相对的术语用于包含除了在图中所绘的取向之外在图中物体的不同取向。例如，如果在图中的物体被翻转，那么被描述为在其它元件的“下”侧或“下面”的元件应朝向在所述其它元件的“上”侧或“上面”。示范性术语“下”可以因此包含“下”和“上”两个取向，这依据图的具体取向。相似地，如果翻转一副图中的物体，那么被描述为在其它元件的“以下”侧或“下面”的元件应朝向在所述其它元件的“上面”。示范性术语“以下”或“下面”可以因此包含上面和下面的两个取向。
本文参考横截面(和/或平面图)图示对本发明的实施例进行了描述，该图示是本发明的理想实施例的示意图。因此，可以预期由于例如制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，本发明的实施例不应解释为限于这里所示的区域特别的形状，而是包括例如由于制造引起的形状的偏离。例如，示出或描述为矩形的蚀刻区域将通常具有倒圆或弯曲的特征。因此，在图中所示的区域本质上是示意的，它们的形状不旨在示出装置的区域的精确的形状，且并不旨在限制本发明的范围。
除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的一般技术人员共同理解的相同的意思。还可以理解诸如那些在共同使用的字典中定义的术语应解释为具有一种与在相关技术的背景中的它们的意思一致的意思，而不应从理想化或过度正式的意义上进行解释，除非在本文明确地如此定义。本领域的技术人员也可以理解提及与另一特征“相邻”设置的结构或特征的指示可能具有与相邻的特征重叠或处于下面的部分。
如这里以下的详细所述，在依据本发明的某些实施例中，氧化物层可以形成来覆盖第一和第二相邻浮置栅极和场氧化物区，其中氧化物层将第一和第二相邻浮置栅极彼此电隔离。例如，氧化物层可以从浮置栅极上方有源区上延伸到相邻的场氧化物区上。另外，氧化物层延伸到场氧化物区上的部分可以相对于在浮置栅极上面的氧化物层而被升高。
因此，升高的氧化物层的表面在高于位于浮置栅极上面的氧化物层的表面的水平上。从浮置栅极上延伸氧化物层到场氧化物区上(且进一步延伸到相邻的存储单元中的浮置栅极上)可以将相邻的存储单元中的浮置栅极彼此电隔离。另外，浮置栅极可以自对准场氧化物区形成(且通过包括在相邻分裂栅极存储单元之间的场氧化物上的升高的氧化物层的氧化物层彼此隔离)。在形成依据本发明的某些实施例的分裂栅极存储单元中，包括场氧化物区上的升高的氧化物层的氧化物层可以改善浮置栅极的自对准。
图2是包括有源区101d和101s的衬底的俯视图。有源区101d和101s相应于这样的区域，其中将利用包括开口119的掩模102来形成依据本发明某些实施例的分裂栅极存储单元的漏极和源极。相对的有源区101d相应于与将在其上沿“y”方向形成的相对的分裂栅极存储单元相关的各个漏极区，如图2所示。另外，有源区101s指代源极区，其为相对的分裂栅极存储单元提供共有源极结构。相对的分裂栅极存储单元由场氧化物区111沿“x”方向与相邻的相对的分裂栅极存储单元分开，如图2所示。
图3是包括多个相对的分裂栅极存储单元的衬底的俯视图，多个相对的分裂栅极存储单元在x方向通过场氧化物区111与相邻的多个分裂栅极存储单元分开。参考图3，源极区141s在x方向延伸，且位于在y方向上布置的相对的分裂栅极存储单元之间，从而在形成时为相对的分裂栅极存储单元提供共有源极结构。
每个相对的分裂栅极存储单元包括位于场氧化物区111之间且部分地在共有源极区141s上方的各自的浮置栅极。浮置栅极的剩余的部分形成于分开各自的漏极区和共有源极区141s的部分的有源区的上方。氧化物层131在场氧化物区111之间的浮置栅极上。氧化物层131沿x方向从其下的浮置栅极上延伸到场氧化物区111上。
可以理解延伸到场氧化物区111上的部分的氧化物层131相对于氧化物层131被升高至高于浮置栅极的水平。另外，延伸到场氧化物区111上的氧化物层可以连续地延伸到包括在相邻的分裂栅极存储单元中的浮置栅极上，且可以进一步延伸到场氧化物区111上，场氧化物区111沿x方向将分裂栅极存储单元与下一个相邻的单元分开。因此，从浮置栅极上延伸到场氧化物区111上的氧化物层的部分被称为升高的氧化物层131’，如图3所示。
控制栅极(或字线)137在部分的有源区上，该部分的有源区分开共有源极区141s与各自的漏极区141d，且垂直延伸相邻于氧化物层131且在氧化物层131上面，且覆盖在浮置栅极上方的部分的氧化物层131。另外，部分的控制栅极137p在场氧化物区111上的升高的氧化物层131’的上方延伸。
图4A-C和图5是分别沿图3的线I-I’、II-II’、III-III’、IV-IV’截取的横截面图，其示出依据本发明的某些实施例的分裂栅极存储单元。参考图4A-C和图5，在衬底101中的各自的漏极区141d与共有源极区141s分开。氧化物层103在衬底101上且可以将浮置栅极133和控制栅极137与衬底101的有源区电隔离。浮置栅极133部分地覆盖部分的共有源极区141和将各自的漏极区141d和共有源极区141s分开的部分的衬底101。将各自的漏极区141d与共有源极区141s分开的其余部分的衬底101由其上的控制栅极137覆盖。
控制栅极137相邻于浮置栅极133的侧壁和位于浮置栅极133上方的氧化物层131垂直延伸。另外，控制栅极137延伸来覆盖部分的氧化物层131。分隔物135将浮置栅极133与沿其侧壁垂直延伸的相邻的部分控制栅极137电隔离。另外，分隔物143可以促进形成各自的漏极区141d和共有源极区141s，还提供浮置栅极133和控制栅极137与诸如栓等的相邻的导电结构间的电绝缘，所述导电结构可以提供对各自的漏极区141d和共有源极区141s的连接。
具体参考图4B，升高的氧化物层131’由位于浮置栅极133上的氧化物层131到场氧化物层111上的延伸部分来提供。因此，升高的氧化物层131’位于氧化物层131更高的水平。浮置栅极133的中心上部分低于相邻的场氧化物区111的上表面。另外，控制栅极137的延伸部分137p覆盖在场氧化物区111的上方的升高的氧化物层131’。
具体参考图5，浮置栅极133形成于场氧化物区111之间，且浮置栅极133相对其自对准。另外，氧化物层131和升高的氧化物层131’形成于浮置栅极133和场氧化物区111上且在x方向连续延伸。氧化物层131和升高的氧化物层131’可以彼此将浮置栅极133和将浮置栅极133与其上的控制栅极137电隔离。如图5所示，称为升高的氧化物层131’的部分的氧化物层131薄于覆盖浮置栅极133的氧化物层(即，氧化物层131)上。在依据本发明的某些实施例中，氧化物层131可以是热氧化的多晶硅层。
图6A-C到图19A-C是示出依据本发明的某些实施例形成分裂栅极非易失存储单元的横截面图。特别地，图6A-19A所示的横截面是沿图3所示的线I-I’所截取的横截面。图6B-19B是沿图3所示的线II-II’所截取的横截面。图6C-19C是沿图3所示的线III-III’所截取的横截面。
依据图6A-C，绝缘层103形成于衬底101上。在依据本发明的某些实施例中，绝缘层103是热生长氧化物，诸如氧化硅，形成至约50埃到约150埃的厚度。导电层105(用于在分裂栅极存储单元上提供浮置栅极)形成于绝缘层103上。在依据本发明的某些实施例中，第一导电层105是形成至约300埃到约1000埃的硅层。光掩模图案107形成于第一导电层105上使得某些部分的第一导电层105被暴露，而其它被光掩模图案107覆盖。在依据本发明的某些实施例中，光掩模图案107是氮化硅材料。
参考图7A-C，光掩模图案107用于蚀刻衬底101来在其中形成沟槽109。参考图8A-C，场氧化物材料形成于沟槽109中且于光掩模图案107的上表面上。利用例如化学机械抛光去除部分的场氧化物材料和光掩模图案107，使得第一导电层105暴露。去除场氧化物材料和光掩模图案107还提供用于形成场氧化物区111。
依据图9A-C，第二导电层113形成在第一导电层105上，并且在衬底101中随后将形成浮置栅极的部分上和相邻于浮置栅极的场氧化物区111上。在依据本发明的某些实施例中，第二导电层113是形成为厚度小于约500埃的多晶硅材料。氧化物阻挡层115形成于第二导电层113上。在依据本发明的某些实施例中，氧化阻挡层115形成厚度为约500埃至约1000埃的氮化硅层。
第一牺牲层117形成于氧化阻挡层115上。第一牺牲层117具有相对于氧化阻挡层115的蚀刻选择性。在依据本发明的某些实施例中，第一牺牲层117形成至约2000埃到约4000埃的厚度。第一牺牲层117可以利用化学气相沉积形成。
蚀刻第一牺牲层117和氧化阻挡层115来形成沟槽119，其暴露了在衬底的有源区和场氧化物区111上的第二导电层113(即，将形成浮置栅极处)，如图9A和9B分别所示。
参考10A-C，第二牺牲层121形成于沟槽119中，包括第二导电层113上的沟槽119的底部，来形成第二沟槽119’。在依据本发明的某些实施例中，第二牺牲层121是利用化学气相沉积形成至约200埃到约500埃的厚度的氧化物。
分隔物材料沉积于第二牺牲层121上在沟槽119’的内部和外部。在依据本发明的某些实施例中，分隔物材料沉积至约1000埃到约2000埃的厚度，且是一种相对于第二牺牲层121具有蚀刻选择性的材料，诸如氮化硅。形成于沟槽119’中和外部的分隔物材料回蚀刻来在沟槽119’的内部形成分隔物123，且在沟槽119’的底部的中心部分暴露第二牺牲层121。
参考图11A-C，继续内分隔物材料的回蚀刻来暴露第一牺牲层117的上表面和在第一牺牲层117和内分隔物123之间的第二牺牲层121，使得内分隔物123的上侧壁在第一牺牲层117和第二牺牲层121上方暴露。进一步蚀刻沟槽119’来在沟槽119’的底部去除第二牺牲层121暴露的部分和下面部分的第一导电层105和第二导电层113。如图11B所示，在沟槽119’中进一步的蚀刻去除了在下方的场氧化物区111之上的部分第二导电层113，且可以提供到衬底101的通道来形成由相对的分裂栅极非易失存储单元共享的共有源极区。
依据图12A-C，氮化硅覆盖层沉积于沟槽119’中和第一和第二牺牲层117和121的上表面上。平面化氮化硅覆盖层来暴露第一牺牲层117来形成包括内分离物123和中心柱127的T形牺牲结构128。
依据13A-C，利用蚀刻工艺从围绕牺牲结构128处去除第二牺牲层121’来形成有源区上方的第一间隙(其中将形成随后的浮置栅极)和场氧化物区111上方的第二间隙。如图13A所示，第一间隙暴露第二导电层113的部分，第一间隙由上方的牺牲结构128和下方的第二导电层113界定。如图13B所示，第二间隙暴露在场氧化物区111上的第二导电层113，其中第二间隙由上方的牺牲结构128和下方的第二导电层113界定。
依据图14A-C，执行氧化工艺来提供氧化层，该氧化层在相对的分裂栅极非易失存储单元之间的有源区上且延伸到相邻的场氧化物区111上，从而形成升高的氧化物层131’。如图14A所示，除了第一导电层105的部分厚度被氧化之外，第二导电层113的全部厚度被氧化来填充牺牲结构128下面的第一间隙。如图14B所示，氧化工艺全部氧化第二间隙中的第二导电层113来提供升高的氧化层131’且在场氧化物区111上于升高的氧化物层131’上方和牺牲结构128的下方留下剩余间隙部分129’。
依据图15A-C，氧化阻挡层115和下面的第二导电层113从衬底101去除。另外，还从衬底101去除部分的第一导电层105，而保留有源区上方氧化物层131下面的部分的第一导电层105。在依据本发明的某些实施例中，氧化物层131用作蚀刻掩模来去除氧化阻挡层115、第二导电层113和如上所述的部分的第一导电层105。因此，利用蚀刻工艺来形成自对准于场氧化物区111和氧化物层131的浮置栅极133。如图15B所示，由于升高氧化物层131’的存在和这里不存在第一导电层105，避免在场氧化物区111上形成浮置栅极133。
在依据本发明的某些实施例中，在去除第二导电层113和没有被氧化物层131覆盖的部分的第一导电层105之前，牺牲分隔物132可以形成于牺牲结构128的侧壁上。如图16B所示，牺牲分隔物132在牺牲结构128和升高的氧化物层131之间延伸来填充在形成升高的氧化物层131’期间未填充的剩余的间隙部分129’。在依据本发明的某些实施例中，牺牲分隔物132由氮化硅材料形成。可以理解牺牲分隔物132可以用于保护氧化物层131的过度蚀刻。另外，可以调节牺牲分隔物132在牺牲结构128的上表面上的重叠量来对控制栅极与浮置栅极133重叠的程度进行控制。
依据图17A-C，分隔物135形成于浮置栅极133和氧化物层131的侧壁上。在依据本发明的某些实施例中，分隔物135利用热氧化工艺或薄膜沉积工艺形成。导电层沉积于包括分隔物135和牺牲结构128的侧壁上的结构。回蚀刻导电材料来形成控制栅极137，控制栅极137相邻于浮置栅极133的侧壁和氧化物层131的侧壁在衬底101中的有源区的上方垂直延伸。另外，控制栅极137延伸来覆盖部分的氧化物层131，如图17A所示。
如图17B所示，控制栅极137包括延伸的部分137p，延伸的部分137p在牺牲结构128的底部和升高的氧化物层131’的上表面之间延伸来填充在氧化形成升高的氧化物层131’期间留下未填充的剩余间隙部分129’。
依据图18A-C，去除牺牲结构128，且掩模图案139形成于该结构上。通过掩模图案139中的开口进行离子注入140来在衬底101中形成共有源极区141s。
依据图19A-C，共有源极区141s利用例如退火工艺向外扩散。分隔物143形成于浮置栅极133的上方的控制栅极137的侧壁上和升高的氧化物层131’和浮置栅极133的侧壁上。在依据本发明的某些实施例中，分隔物143通过沉积厚度为约500埃到约1000埃的氮化物覆盖层，且回蚀刻该层使得分隔物143留在该结构上来形成。执行随后的注入(未显示)来在衬底101中形成与相对的分裂栅极非易失存储单元相关的各自的漏极区141d。另外，可以提供附加的后续工艺步骤来完成分裂栅极非易失存储单元，诸如形成层间介质层和可以接触例如共有源极区141s的金属引线层。
图20A-C到图21A-C是分别沿图3的线I-I’、II-II’和III-III’所截取的横截面图，示出依据本发明的某些实施例形成分离栅极存储单元。参考图20A-C，参考图6A-C到图10A-C的上述结构可以形成作为参考图20A-C到图21A-C这里所述的进一步实施例的基础。特别地，如图20A-C所示，沟槽119’被进一步的蚀刻来去除下面部分的第二牺牲层121’和下面部分的第一导电层105和第二导电层113来暴露部分的衬底101来形成进一步的沟槽125’。分隔物形成于进一步的沟槽125’的侧壁上，沟槽125’由第一导电层105和第二导电层113界定。分隔物124可以将第一导电层105和第二导电层113与随后形成于沟槽119’中和进一步的沟槽125’中的接触电隔离。
依据图21A-C，导电材料127形成于沟槽119’中和进一步的沟槽125’中，包括形成在分隔物124上。导电材料沉积于沟槽119’的外部和第一牺牲层117的上表面上。利用平坦化工艺(诸如化学机械平坦化)来去除在沟槽119’外部的部分的导电材料127来提供接触结构168，接触结构168电耦合到在下面的衬底中随后形成的共有源极区。另外，可以以上参考图13A-C到图19A-C所概述的利用随后的工艺步骤来完成依据本发明的某些实施例的分裂栅极存储单元。
图22A-C到图27A-C是分别沿图3的线I-I’、II-II’和III-III’所取的横截面图，示出依据本发明的某些实施例形成分离栅极存储单元。特别地，图22A-C到图27A-C示出依据本发明的方法实施例，其中形成单一导电层而非以上参考图4-21所述的两个导电层。
参考图22A-C，绝缘层103形成于衬底101上且氮化硅层(未显示)形成于绝缘层103上。掩模图案形成于氮化硅层上，其中包括开口，使得可以构图下面包括氮化硅的层、绝缘层103和衬底101。
利用掩模图案蚀刻部分的氮化硅层、绝缘层103和衬底101。去除掩模图案，场氧化物材料沉积于衬底上且被平面化来提供相邻于有源区的场氧化物区111，在有源区上将形成相对的分裂栅极存储单元。如图22A和B所示，相对于将形成有源区的衬底101的区域(即，如图22A所示)上的绝缘层103升高场氧化物区111。
依据图23A-C，导电层113沉积于绝缘层103和场氧化物区111上且被平面化。如图23A和B所示，有源区上的导电层113的厚度大于场氧化物区111上的导电层113的厚度。在依据本发明的某些实施例中，导电层113是硅层。
依据图24A-C，氧化阻挡层115形成于导电层113上，随后形成第一牺牲层117。蚀刻第一牺牲层117和氧化阻挡层115来形成沟槽119’。第二牺牲层121形成于沟槽119’中和第一牺牲层117的上表面上的沟槽119’的外部。另外，内分隔物材料形成于第二牺牲层121的上表面上，在沟槽119’的外部和内部。回蚀刻内分隔物材料使得内分隔物123形成于沟槽119’的侧壁上。如图24A和B所示，内分隔物123留下沟槽119’的中心部分未覆盖使得在形成内分隔物123之后暴露部分的第二牺牲层121。
依据图25A-C，继续回蚀刻使得暴露其下的第一牺牲层117和第二牺牲层121’。另外，当去除部分的第二牺牲层121’和沟槽119’中暴露部分的牺牲层121下面的导电层113时，在沟槽119’的下面形成进一步的沟槽125。
依据图26A-C，中心柱127形成于沟槽119’和进一步的沟槽125中来形成T形牺牲结构128。另外，从牺牲结构128周围去除第二牺牲层121’来在牺牲结构128的下表面和第一导电层113的上表面之间、有源区和场氧化物区111两者上提供第一和第二间隙。
依据图27A-C，将在其中将形成有源区的部分衬底上的导电层113的部分厚度氧化来形成氧化物层131。如图27A所示，将导电层113的全部厚度氧化来在场氧化物区111上形成升高的氧化物层131’。如图27A和B所示，导电层113的氧化填充第一和第二间隙。
可以提供如上参考图15A-C到图19A-C所述的进一步的后续工艺步骤。另外，参考图22A-C到图27A-C上述的实施例可以与如上参考图20A-C到图21A-C所述的方面结合。
如上所述，在依据本发明的某些实施例中，氧化物层可以形成来覆盖第一和第二相邻的浮置栅极和场氧化物区，其中氧化层彼此电隔离第一和第二相邻浮置栅极。例如，氧化物层可以从浮置栅极上的有源区上延伸到相邻的场氧化物区上。另外，可以相对于浮置栅极上方的氧化物层升高延伸到场氧化物区上的部分的氧化物层。
因此，升高的氧化物层的表面在比位于浮置栅极上方的氧化物层的表面更高的水平上。从浮置栅极上延伸氧化物层到场氧化物区上(且进一步延伸到相邻的存储单元中的浮置栅极上)可以彼此电隔离相邻的存储单元中的浮置栅极。另外，浮置栅极可以形成自对准于场氧化物区(且通过一氧化物层彼此隔离，该氧化物层包括在相邻的分裂栅极存储单元之间的场氧化物上升高的氧化物层)。包括在场氧化物区上的升高的氧化物层的氧化物层可以在形成依据本发明的某些实施例的分裂栅极存储单元中改善浮置栅极的自对准。
本领域的普通技术人员可以依据本公开的益处作出许多替换和修改，而不脱离本发明的精神和范围。因此，必须理解所示的实施例只是为了例举的目的阐述，且其不应作为限制由权利要求所界定的本发明。因此，权利要求应理解为不仅包括字面意义阐述的元素的组合，而且包括所有以基本相同的方法执行基本相同的功能来获得基本相同的结果的等同元素。因此所述权利要求应理解包括如上具体示出和描述的内容、概念上等同的内容和涵盖本发明的本质构思的内容。
本申请要求于2004年7月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2004-54050的优先权，其全部内容引入作为参考。
权利要求
1.一种形成分裂栅极非易失存储单元的方法，包括形成自对准于在它们之间的场氧化物区的第一和第二相邻的浮置栅极；形成覆盖所述第一和第二相邻的浮置栅极和所述场氧化物区的氧化物层，所述氧化物层将所述第一和第二相邻的浮置栅极彼此电隔离；和在所述第一和第二相邻浮置栅极上的所述氧化物层上形成控制栅极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成第一和第二浮置栅极包括在衬底中各自的有源区上相邻于所述场氧化物区形成导电层且避免在所述场氧化物区上形成所述导电层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述导电层包括第一导电层，所述方法还包括在所述第一导电层和在所述场氧化区上形成第二导电层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述分裂栅极非易失存储单元包括在与另一个分裂栅极非易失存储单元的共有源极/漏极结构中，所述方法还包括形成沟槽来提供对所述分裂栅极非易失存储单元之间的衬底的通道，用于掺杂所述衬底，以在所述衬底中形成共有源极/漏极区；和在由部分的所述第一和第二导电层界定的沟槽的侧壁上形成分隔物来将所述第一和第二导电层与形成于所述分隔物上的沟槽中的接触电隔离。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，形成氧化物层包括氧化在所述第一导电层上的第二导电层；和氧化在所述场氧化物区上的第二导电层。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，氧化在所述第一导电层上的第二导电层包括氧化在间隙中暴露的所述第一导电层上的部分的第二导电层，所述间隙由所述部分上方的牺牲结构和所述部分下方的所述第一导电层界定。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，氧化包括氧化所述部分的第二导电层的全部厚度和部分的第一导电层的部分厚度来在所述第一导电层上形成填充所述间隙的氧化层。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括在所述有源区上方的牺牲结构的侧壁上形成牺牲分隔物，所述牺牲结构覆盖在所述间隙中所述氧化物层暴露的部分。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，氧化所述场氧化物区上的第二导电层包括氧化在间隙中暴露的所述场氧化物区上的部分的第二导电层，所述间隙由所述部分上方的牺牲结构和所述部分下方的所述场氧化物区界定。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述有源区上方的牺牲结构的侧壁上形成牺牲分隔物，所述牺牲结构覆盖所述间隙中的暴露部分的所述氧化物层。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，氧化包括氧化所述部分的所述第二导电层的全部厚度来在延伸至所述第一和第二有源区上的所述场氧化物区上形成延伸的氧化物层，在所述场氧化物区上的所述延伸的氧化物层部分地填充所述间隙。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述延伸的氧化物层包括升高的表面，所述升高的表面高于在所述第一导电层上的被氧化的第二导电层的表面。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述氧化物层上形成控制栅极还包括在所述延伸的氧化物层上的间隙中形成所述控制栅极的延伸的控制栅极部分。
14.根据权利要求2所述的方法，还包括氧化在所述有源区上的导电层；和氧化在所述场氧化物区上的导电层。
15.根据权利要求2所述的方法，所述导电层包括多晶硅。
16.一种形成分裂栅极非易失存储单元的方法，包括在场氧化物区上和在相邻场氧化物区之间的有源区上形成覆盖氧化物层来覆盖自对准所述场氧化物区形成的浮置栅极。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括在各自的自对准浮置栅极上方的氧化物层上形成控制栅极。
18.一种形成分裂栅极非易失存储单元的方法，包括构图其上具有氧化物的衬底来在其中形成升高的场氧化物区，且在所述场氧化物区之间、低于所述场氧化物区的水平上形成有源区；在所述有源区上和在所述升高的场氧化物区上形成单一导电层；在所述单一导电层上形成第一牺牲层；构图所述第一牺牲层来在其中开设沟槽以暴露所述单一导电层；在所述沟槽中和在所述暴露的单一导电层上形成第二牺牲层；在所述沟槽中的第二牺牲层的侧壁上形成内分隔物；在所述沟槽中蚀刻来去除其中的所暴露的单一导电层来暴露下面的所述氧化物；在所述沟槽中形成柱来提供包括所述内分隔物和所述第二牺牲层的T形牺牲结构；去除所述第二牺牲层来在所述T形牺牲结构的下表面和所述单一导电层的上表面之间的有源区上方形成第一间隙，和在在所述T形牺牲结构的下表面和所述场氧化物区上的所述单一导电层的上表面之间的氧化物区上方形成第二间隙；和氧化在所述第一和第二间隙中所暴露的单一导电层的上表面来在所述第一间隙中的有源区上形成氧化物层和在所述第二间隙中的场氧化物区上形成升高的氧化物层，所述升高的氧化物层延伸到所述有源区上来与所述氧化物层结合。
19.一种形成分裂栅极非易失存储单元的方法，包括构图其上具有氧化物的衬底来在其中形成升高的场氧化物区，和在场氧化物区之间、低于所述场氧化物区的水平形成有源区；在所述有源区上形成第一导电层；在所述有源区上的第一导电层上形成第二导电层，且所述第二导电层覆盖所述场氧化物区；在所述第一和第二导电层上形成第一牺牲层；构图所述第一牺牲层来在其中开设沟槽，所述沟槽在所述有源区的上方和所述场氧化物区的上方暴露所述第二导电层；在所述沟槽中和在所述暴露的第二导电层上形成第二牺牲层；在所述沟槽中的第二牺牲层的侧壁上形成内分隔物；在所述沟槽中蚀刻来去除在其中所述暴露的第二导电层和下面的第一导电层来暴露下面的所述氧化物；在所述沟槽中形成柱来提供包括所述内分隔物和所述第二牺牲层的T形牺牲结构；去除所述第二牺牲层来在所述T形牺牲结构的下表面和所述第二导电层的上表面之间的有源区上方形成第一间隙，和在所述T形牺牲结构的下表面和所述场氧化物区上的所述第一导电层的上表面之间的场氧化物区上方形成第二间隙；和氧化在所述第一和第二间隙中暴露的所述第二导电层的上表面来在所述第一间隙中的有源区上形成氧化物层，和在所述第二间隙中的场氧化物区上形成升高的氧化物层，所述升高的氧化物层延伸到有源区上来与所述氧化物层结合。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，氧化包括氧化所述第二导电层的全部厚度和所述第一导电层的部分厚度来用所述氧化物层填充所述第一间隙；和氧化所述第二导电层的全部厚度来用所述升高的氧化物层部分填充所述第二间隙，所述升高的氧化物层延伸到相邻的浮置栅极上来与其上的所述氧化物层结合。
21.一种分裂栅极非易失存储器件，包括在相邻的分裂栅极存储单元之间场氧化物区上的升高的氧化物层，所述升高的氧化层延伸到所述相邻分裂栅极存储单元中包括的第一和第二浮置栅极上，所述相邻的分裂栅极存储单元由字线覆盖，所述字线电耦合到相邻分裂栅极存储单元中包括的各自的控制栅极。
22.根据权利要求21所述的存储器件，其中，所述第一和第二浮置栅极的中心靠上的部分低于所述场氧化物区的表面。
23.根据权利要求21所述的存储器件，其中，所述升高的氧化物层是热氧化的多晶硅层。
24.根据权利要求21所述的存储器件，其中，所述浮置栅极自对准于所述场氧化物区。
25.根据权利要求21所述的存储器件，其中，所述升高的氧化物层延伸到所述有源区上来覆盖所述浮置栅极。
26.根据权利要求25所述的存储器件，其中，在所述场氧化物区上的升高的氧化物层薄于延伸到所述有源区上来覆盖所述第一和第二浮置栅极的部分的所述升高的氧化物层。
27.根据权利要求25所述的存储器件，还包括在所述浮置栅极上方并在所述控制栅极的侧壁上的第一分隔物；和在所述升高的氧化物层和所述浮置栅极上的第二分隔物。
28.一种分裂栅极非易失存储器件，包括自对准于在它们之间的场氧化物区的第一和第二相邻浮置栅极；覆盖所述第一和第二相邻浮置栅极和所述场氧化物区的氧化物层，所述氧化物层将所述第一和第二相邻浮置栅极彼此电隔离；和在所述第一和第二相邻浮置栅极上的氧化物层上的控制栅极。
29.根据权利要求28所述的存储器件，其中，所述第一和第二浮置栅极的中心靠上的部分低于场氧化物区的表面。
30.根据权利要求28所述的存储器件，其中，所述氧化物层包括热氧化的多晶硅层。
31.根据权利要求28所述的存储器件，其中，所述氧化物层延伸到所述有源区上来覆盖所述浮置栅极。
32.根据权利要求31所述的存储器件，其中，在所述场氧化物区上的氧化物层薄于延伸到所述有源区上来覆盖所述第一和第二浮置栅极的部分的所述氧化物层。
33.根据权利要求31所述的存储器件，还包括在所述浮置栅极上方的控制栅极侧壁上的第一分隔物；和所述氧化物层和所述浮置栅极上的第二分隔物。
全文摘要
本发明涉及一种形成分裂栅极非易失存储单元的方法。该方法可以包括形成自对准于在其之间的场氧化物区的第一和第二相邻浮置栅极。形成氧化物层来覆盖第一和第二相邻浮置栅极和场氧化物区，氧化物层将第一和第二相邻浮置栅极彼此电隔离。在第一和第二相邻浮置栅极上的氧化物层上形成控制栅极。本发明还公开了如此形成的分裂栅极非易失存储单元。
文档编号H01L21/8247GK1722446SQ20051008335
公开日2006年1月18日 申请日期2005年7月12日 优先权日2004年7月12日
发明者田喜锡, 尹胜范, 韩晶昱, 金龙泰 申请人:三星电子株式会社