非挥发性存储组件及其制造方法与流程

本发明涉及一种半导体制造技术，且特别是涉及非挥发性存储组件及其制造方法。

背景技术：

非挥发性存储组件是很普遍的存储组件，可以用来存储数据。然而因应维持小体积但是有大存储容量的需求，非挥发性存储组件的结构设计也持续在研发。

对于非挥发性存储组件的结构可以有多种应用，其会与周边包含逻辑电路等的应用电路结合达到更多功能的有用。非挥发性存储组件是用来存储二进制数据，但是其结构会有多种设计，其中配合操作机制的不同，其对右的结构也会有不同的设计。例如非挥发性存储组件与周边电路的结合的架构下，其制造流程会涉及较多的工艺。

如何设计非挥发性存储组件的结构以能简化制造流程是技术研发所需要考虑的课题。

技术实现要素：

本发明提出非挥发性存储组件及其制造方法，其是包含三个栅极结构的非挥发性存储组件，其例如在与周边电路整体制造时，例如可以节省一些形成掩模层的工艺，可以简化制造流程。

在一实施例中，本发明提出一种非挥发性存存储组件。非挥发性存储组件包括基板。第一栅极结构设置在所述基板上。第二栅极结构设置在所述基板上。存储栅极结构设置在所述基板上在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构之间，且也至少覆盖在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构上。所述存储栅极结构包含:电荷存储层设置在所述基板上；以及存储栅极层设置在所述电荷存储层上。

在一实施例中，对于所述的非挥发性存储组件，所述电荷存储层是氧化物/氮化物/氧化物结构。

在一实施例中，对于所述的非挥发性存储组件，所述存储栅极层与所述电荷存储层在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构上的侧壁是对准的。

在一实施例中，对于所述的非挥发性存储组件，所述存储栅极层与所述电荷存储层覆盖过所述第一栅极结构与所述第二栅极结构的上部表面的至少一部分。

在一实施例中，对于所述的非挥发性存储组件，其还包括间隙壁在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构的侧壁上，被所述电荷存储层覆盖。

在一实施例中，对于所述的非挥发性存储组件，所述存储栅极结构是填入在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构之间的凹陷，其中所述存储栅极结构的侧部区域是提升部分，以覆盖过所述第一栅极结构与所述第二栅极结构的上部表面的至少一部分。

在一实施例中，对于所述的非挥发性存储组件，其还包括第三栅极构，设置在所述基板上。

在一实施例中，对于所述的非挥发性存储组件，其中所述第一栅极结构是用以传递对应二进制数据的电压值到所述存储栅极结构，以及所述第二栅极结构是用以输出所述二进制数据。

在一实施例中，本发明还提出一种制造非挥发性存储组件的方法，包括提供基板。形成第一栅极结构与第二栅极结构在所述基板上。形成电荷存储层，覆盖过所述第一栅极结构、所述第二栅极结构以及所述基板。形成存储栅极层在所述电荷存储层上。定义所述存储栅极层与所述电荷存储层，以形成存储栅极结构，其中存储栅极结构至少覆盖在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构上。

在一实施例中，对于所述的制造非挥发性存储组件的方法，所述电荷存储层是氧化物/氮化物/氧化物(ono)结构。

在一实施例中，对于所述的制造非挥发性存储组件的方法，在定义所述存储栅极层与所述电荷存储层的步骤中包括使用相同的掩模层。

在一实施例中，对于所述的制造非挥发性存储组件的方法，所述存储栅极层与所述电荷存储层覆盖过所述第一栅极结构与所述第二栅极结构的上部表面的至少一部分。

在一实施例中，对于所述的制造非挥发性存储组件的方法，其还包括形成间隙壁在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构的侧壁上，被所述电荷存储层覆盖。

在一实施例中，对于所述的制造非挥发性存储组件的方法，所述存储栅极结构是填入在所述第一栅极结构与所述第二栅极结构之间的凹陷，其中所述存储栅极结构的侧部区域是提升部分，以覆盖过所述第一栅极结构与所述第二栅极结构的上部表面的至少一部分。

在一实施例中，对于所述的制造非挥发性存储组件的方法，其还包括第三栅极构，设置在所述基板上。

在一实施例中，对于所述的制造非挥发性存储组件的方法，所述第一栅极结构是用以传递对应二进制数据的电压值到所述存储栅极结构，以及所述第二栅极结构是用以输出所述二进制数据。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是依据一实施例，非挥发性存储组件的剖面结构示意图；

图2是依据一实施例，非挥发性存储组件的剖面结构示意图；及

图3到图8是依据一实施例，非挥发性存储组件的制造流程的剖面结构示意图。

附图标号说明

100:基板

102:氧化层

104:电荷存储层

106:栅极层

108:存储栅极结构

110:栅极层

112:栅极绝缘层

114a、114b:栅极结构

200:基板

202:氧化层

204:栅极绝缘层

206:栅极层

208:间隙壁

210a、210b:栅极结构

212:电荷存储层

214:存储栅极层

216:存储栅极结构

252:间隙壁

254:电荷存储层

256:栅极层

258:光刻胶层

300:栅极层

302:栅极绝缘层

304:间隙壁

具体实施方式

本发明是涉及非挥发性存储组件及其制造方法。非挥发性存储组件的结构例如是采用包含三个栅极结构的存储组件。这种三个栅极结构的存储组件的应用包含存储数据的功用，其另外也可以进一步与周边电路结合提供数据暂存的功用。

例如在周边电路要关闭时，通过对栅极结构施加操作电压，在周边电路所产生当前状态的数据可以暂存于非挥发性存储组件中。在周边电路再度启动时，其可以从非挥发性存储组件读取所存储的状态数据。但是，本发明的非挥发性存储组件不限于前述的应用。

本发明针对包含三个栅极结构的非挥发性存储组件的结构进行探究(lookinto)，并提出结构设计的改良，其也可以节省一些制造流程。

以下举多个实施例来说明，但是本发明不限于所举的多个实施例。另外，实施例之间也允许有适当的结合。

图1是依据一实施例，本发明所考虑的非挥发性存储组件的剖面结构示意图。参阅图1，包含三个栅极结构的存储组件的结构是以基板100为基础，其会在基板100形成所需要的三个栅极结构。在制造过程中，基板100内配合栅极结构还会包含形成掺杂区域，以构成晶体管的结构。本发明不限制在基板100中所形成的掺杂区域的结构与流程，其描述于此也省略。以下针对栅极结构的形成来描述。

基板100上也形成有氧化层102，例如先形成垫氧化层102。在垫氧化层102上分别形成两个一般的栅极结构114a、114b以及存储栅极结构108。存储栅极结构108在两个栅极结构114a、114b之间。栅极结构114a、114b例如是一般的栅极结构，包含栅极层110以及栅极绝缘层112。于此，栅极绝缘层112例如也可以与垫氧化层102在栅极层110下面的一部分合并。本发明不限于栅极绝缘层112的结构。栅极结构114a、114b例如是一般的栅极结构，不具有存储数据的功用。

用于存储数据的存储栅极结构108包含电荷存储层104与栅极层106。电荷存储层104例如是氧化物/氮化物/氧化物(oxide/nitride/oxide，ono)的叠层结构。电荷存储层104也例如可以与垫氧化层102在栅极层106下面的一部分合并。

另外，多个接触插塞116也会被形成，以允许对栅极结构114a，114b、存储栅极结构108以及基板100施加操作电压。于此，接触插塞116仅是示意结构，其实际如一般可知还会形成内层介电层，而接触插塞116是形成在内层介电层中。于此，形成接触插塞116所实际涉及的制造工艺是一般的方式，于此其描述也省略。本发明不限于接触插塞116的形成方式(manner)。

本发明针对图1所示的存储组件的栅极结构进行进一步探究，此三个栅极结构所构成的基本架构可以达到所预期需要的功能，但是在制造流程上相对性较为繁复，以分别形成栅极结构114a，114b以及存储栅极结构108，其中在整体制造中，可能需要较多次的定义工艺，其例如也涉及较多用于蚀刻工艺的掩模层的形成。

本发明探究三个栅极结构的形成后，在一实施例中再提出三个栅极结构的制造，其例如可以简化栅极结构的制造过程(procedure)，并且维持非挥发性存储组件所要的功能。

图2是依据一实施例，非挥发性存储组件的剖面结构示意图。参阅图2，非挥发性存储组件包括基板200。栅极结构210a与栅极结构210b分别设置在基板200上。栅极结构210a与栅极结构210b的结构例如是一般晶体管的栅极结构，包含栅极绝缘层204以及在栅极绝缘层204上的栅极层206。在一实施例中，栅极结构210a与栅极结构210b也可以有间隙壁208在其侧壁上。栅极结构210a与栅极结构210b的结构例如是一般晶体管的栅极结构，其制造流程以及结构不需要特别限定。例如，栅极绝缘层204可以是由全面性的氧化层的一部分提供。

在一实施例中，存储栅极结构216设置在基板210上，且在第一栅极结构210a与第二栅极结构210b之间。存储栅极结构216还包含有侧部区域覆盖在栅极结构210a与栅极结构210b上。存储栅极结构216包括电荷存储层212与存储栅极层214。电荷存储层212是设置在基板200上。存储栅极层214例如设置在所述电荷存储层212上。

在一实施例中，存储栅极结构216的侧部区域覆盖在栅极结构210a与栅极结构210b上，因此电荷存储层212例如也会延伸在栅极结构210a与栅极结构210b的侧壁，进一步覆盖到栅极结构210a与栅极结构210b的上表面的至少一部分。在一实施例中，栅极结构210a与栅极结构210b是包含间隙壁208，电荷存储层212会覆盖在栅极结构210a与栅极结构210b的侧壁的间隙壁208上。

在一实施例中，电荷存储层212例如是氧化物/氮化物/氧化物的叠层结构，其也可以用ono来表示此叠层结构。在制造上，ono叠层的底部氧化层也例如可以保留而覆盖在基板200上，提供对基板200绝缘的作用。然而，本发明不限于所举的实施例。

如上的存储栅极结构216可以简化制造流成。栅极结构210a与栅极结构210b与存储栅极结构216之间，其也是栅极结构的侧壁之间是由电荷存储层204以及间隙壁208隔离。存储栅极结构216是填入在栅极结构210a与栅极结构210b之间的凹陷，其中存储栅极结构1216的侧部区域是提升部分，以覆盖过栅极结构210a与栅极结构210b的上部表面的至少一部分。

另外，例如在图1的描述，基板200中的掺杂区域以及导电插塞116配合内层介电层的形成，例如可以采用一般的方式制造，本发明不限于特定的方式。于此，其相关描述省略。

以下继续描述制造方法。图3到图8是依据一实施例，非挥发性存储组件的制造流程的剖面结构示意图。

参阅图3，在基板200上先形成氧化层202。在氧化层202上形成两个栅极层206，以及属于周电电路的栅极层300。氧化层202在栅极层206下方的部分例如当作栅极绝缘层204。氧化层202例如也与周电电路的晶体管共享，在栅极层300下方的部分例如当作栅极绝缘层302。另外，在栅极层206的侧壁也可以间隙壁252，同时在栅极层300的侧壁也可以间隙壁304。

参阅图4，在一实施例中，两个栅极层206之间的区域是预计要形成存储栅极结构，因此没有被栅极层206、300覆盖的氧化层202例如被清除，以暴露出基板200。于此，间隙壁252、304的大部分仍会保留，但是例如厚度会因清洁工艺而减小。本发明不限制间隙壁的保留程度。清洁工艺可以得到基板200有暴露且清洁的表面。

参阅图5，全面性的电荷存储层254形成在基板200上，共形覆盖在栅极层206、300上。电荷存储层212例如是ono叠层。如此，电荷存储层212会覆盖基板200清洁后的暴露表面，包括在两个栅极层206之间的区域。

参阅图6，全面性的栅极层256，例如是多晶硅层，形成在电荷存储层254上。栅极层256与电荷存储层254叠合，会填入两个栅极层206之间的凹陷。

参阅图7，光刻胶层258形成在栅极层256上，且覆盖在两个栅极层206之间的区域以及延伸到两个栅极层206上方的至少一部分。光刻胶层258是当作蚀刻的掩模层，其所覆盖的区域是预计要形成存储栅极结构的区域。

参阅图8，以光刻胶层258当作蚀刻的掩模层，对栅极层256与电荷存储层254蚀刻，其后栅极层256与电荷存储层254被定义出如图2的存储栅极结构216。栅极层256与电荷存储层254在蚀刻后剩下的部分形成存储栅极层214以及电荷存储层212。在存储栅极结构216两侧的栅极层206与栅极绝缘层206构成栅极结构210a与栅极结构210b。

在一实施例中，电荷存储层212例如是ono叠层，因此其底部氧化层例如可以保留，维持覆盖在基板200的暴露表面上以及在对栅极层206的上表面，但是本发明不限于不限于所举的实施例。

本发明提出的非挥发性存储组件包含三个栅极结构，其中存储栅极结构216可以存储二进制数据，栅极结构210a与栅极结构210b例如可以用于写入与读出的操作。

非挥发性存储组件的结构可以与包含栅极层300的周边电路整合。如此，例如栅极结构210b当作数据输入端in。栅极结构210a当作数据输出端out。非挥发性存储组件例如可以当作暂存组件。在一实施例中，当周边电路要关闭时，可以通过栅极结构210b将当时状态的数据存储到非挥发性存储组件。在周边电路再启动时，可以通过栅极结构210a将存储在非挥发性存储组件的状态数据读出。

在操作上，在一实施例中，外部的电路可以对栅极结构施加适当的操作电压，如此栅极结构210b可以传递对应二进制数据的电压值到存储栅极结构216。在读出的操作时，栅极结构210a可以输出所存储的二进制数据。

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。