[发明专利]快闪存储器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域技术，特别涉及快闪存储器及其形成方法。

背景技术

随着半导体制程技术的发展，在存储装置方面已开发出存取速度较快的快闪存储器（flash memory）。快闪存储器具有可多次进行信息的存入、读取和擦除等动作，且存入的信息在断电后也不会消失的特性，因此，快闪存储器已成为个人电脑和电子设备所广泛采用的一种非易失性存储器。其中，快闪存储器根据阵列结构的不同，主要分与非门快闪存储器和或非门快闪存储器，由于与非门快闪存储器比或非门快闪存储器的集成度高，所以与非门快闪存储器具有更广的应用范围。

典型的与非门快闪存储器以掺杂的多晶硅作为浮动栅极（floating gate）和控制栅极（control gate）；其中，控制栅极形成于浮动栅极上，且通过栅间介质层相隔；浮动栅极形成于衬底上，通过一层隧穿介质层（tunnel oxide）相隔。当对快闪存储器进行信息的写入操作时，通过在控制栅极与源区/漏区施加偏压，使电子注入浮动栅极中；在读取快闪存储器信息时，在控制栅极施加一工作电压，此时浮动栅极的带电状态会影响其下方沟道（channel）的开/关，而此沟道的开/关即为判断信息值0或1的依据；当快闪存储器在擦除信息时，将衬底、源区、漏区或控制栅极的相对电位提高，并利用隧穿效应使电子由浮动栅极穿过隧穿介质层而进入衬底、源区或漏区中，或是穿过栅间介质层而进入控制栅极中。

快闪存储器的工作电压、读取及擦除的速率与浮动栅极和控制栅极间的耦合率（coupling ratio）有关。耦合率是指施加于控制栅极上的电压耦合至浮动栅极的参数。对于快闪存储器储器而言，耦合率越大，操作快闪存储器所需要的工作电压越低，读取以及擦除的速率越高，且快闪存储器的功耗越低。

因此研究具有高耦合率的快闪存储器是当前亟需解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种优化的快闪存储器及其形成方法，增加浮栅导电层和控制栅导电层的重叠面积，从而增加浮栅导电层和控制栅导电层间的电容，提高快闪存储器的耦合率，降低工作电压和功耗。

为解决上述问题，本发明提供一种快闪存储器的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底表面依次形成隧穿介质层、第一浮栅导电层、第一材料层、第二材料层、以及第三材料层，且所述第二材料层的刻蚀速率与第一材料层以及第三材料层的刻蚀速率不同；采用第一刻蚀工艺，在所述第三材料层和第二材料层内形成凹槽，所述凹槽暴露出第二材料层的侧壁；采用对第二材料层刻蚀速率大且对第三材料层刻蚀速率小的第二刻蚀工艺，沿所述凹槽暴露出的第二材料层的侧壁由外向内的方向，刻蚀去除部分宽度的第二材料层，使得第一材料层和第三材料层之间形成缺口；形成第二浮栅导电层和第三浮栅导电层，所述第三浮栅导电层填充满所述缺口，所述第二浮栅导电层位于凹槽侧壁，且所述第二浮栅导电层与第一浮栅导电层相接触；采用第三刻蚀工艺，去除所述第三材料层、剩余的第二材料层、以及第一材料层；形成覆盖于所述第一浮栅导电层、第二浮栅导电层、以及第三浮栅导电层表面的栅间介质层；形成覆盖于所述栅间介质层表面的控制栅导电层。

可选的，所述第一材料层和第三材料层的材料为氮化硅，所述第二材料层的材料为氧化硅。

可选的，所述第二刻蚀工艺为湿法刻蚀，所述湿法刻蚀的刻蚀液体为氢氟酸溶液。

可选的，在进行所述第二刻蚀工艺之前，所述凹槽底部暴露出第一材料层的表面或第一浮栅导电层的表面。

可选的，所述第一材料层和第三材料层的材料为氧化硅，所述第二材料层的材料为氮化硅。

可选的，所述第二刻蚀工艺为湿法刻蚀，所述湿法刻蚀的刻蚀液体为磷酸溶液。

可选的，在进行所述第二刻蚀工艺之前，所述凹槽底部暴露出第一材料层的表面或第一浮栅导电层的表面或隧穿介质层的表面。

可选的，当所述凹槽底部暴露出第一材料层的表面时，在第二刻蚀工艺之后形成第二浮栅导电层和第三浮栅导电层之前，还包括步骤：对所述凹槽底部进行刻蚀，直至暴露出第一浮栅导电层的表面。

可选的，所述第二浮栅导电层位于第一浮栅导电层表面。

可选的，当所述凹槽底部暴露出第一材料层或第一浮栅导电层的表面时，在第二刻蚀工艺之后形成第二浮栅导电层和第三浮栅导电层之前，还包括步骤：对所述凹槽底部进行刻蚀，直至暴露出隧穿介质层的表面，暴露出第一浮栅导电层的侧壁。

可选的，所述第二浮栅导电层紧挨暴露出的第一浮栅导电层的侧壁。

可选的，所述第一刻蚀工艺刻蚀去除部分厚度的第一浮栅导电层。