闪存结构及其形成方法与流程
本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种闪存结构及其形成方法。
背景技术：
1、闪存(flash memory)是一种非易失性存储器，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，即断电数据也不会丢失。浮栅型闪存由于其有利于节省芯片面积，提高存储集成密度，被广泛应用于各种嵌入式电子产品如金融ic卡、汽车电子等领域中。
2、现有的浮栅闪存结构通常包括擦除栅(erase gate)、控制栅(control gate)以及浮栅(floating gate)。其中，控制栅位于浮栅之上，并由介质层隔离开，擦除栅位于两对控制栅和浮栅之间，为公共擦除栅，两字线分别位于两对控制栅和浮栅两侧，并均有介质层隔离开，擦除栅和浮栅之间的氧化层为隧穿介质层。而浮栅会伸入一部分至擦除栅下方形成重叠式包框结构(wrap round)，此独特结构能够提高擦除的能力和效率。上述结构具有高可靠性、很好的制造工艺兼容性、较低的启动电压以及防止过擦除等优点。
3、然而，现有的浮栅闪存结构的擦除的能力和效率有待进一步提高。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是提供一种闪存结构及其形成方法，以提高形成的闪存结构的性能。
2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种闪存结构，包括：衬底；位于所述衬底上的相互分立的两个存储栅结构，所述两个存储栅结构之间具有开口，各存储栅结构包括浮栅、位于所述浮栅上的控制栅结构，所述控制栅结构包括控制栅介质层和位于所述控制栅介质层上的控制栅，各所述浮栅包括沿所述衬底表面法线方向层叠的n个浮栅区，所述n个浮栅区中的第i+1浮栅区位于第i浮栅区表面，且第i浮栅区侧壁相对于第i+1浮栅区的侧壁凸出，其中，n为大于等于2的自然数，i为大于等于1且小于n的自然数；位于所述开口内的擦除栅结构；分别位于所述存储栅结构和擦除栅结构两侧的字线结构。
3、可选的，还包括：位于所述控制栅介质层和所述控制栅侧壁的侧墙结构；各所述浮栅区侧壁相对于所述控制栅侧壁凸出。
4、可选的，所述开口暴露出的所述浮栅中第n浮栅区的侧壁相对于所述控制栅侧壁凸出的尺寸范围为15nm至60nm。
5、可选的，各浮栅区侧壁顶部和侧壁表面的夹角范围为80度至90度。
6、相应的，本发明的技术方案还提供一种闪存结构的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成浮栅材料层以及位于所述浮栅材料层上若干相互分立的控制栅结构；在形成所述控制栅结构之后，通过n次台阶形成工艺刻蚀所述浮栅材料层直至贯穿所述浮栅材料层，以形成若干浮栅，各所述浮栅与该浮栅上的控制栅结构构成存储栅结构，且相邻两个存储栅结构之间具有开口，各所述浮栅包括沿所述衬底表面法线方向层叠的n个浮栅区，所述n个浮栅区中的第i+1浮栅区位于第i浮栅区表面且第i浮栅区侧壁相对于第i+1浮栅区的侧壁凸出，其中，n为大于等于2的自然数，i为大于等于1且小于n的自然数，第i次台阶形成工艺的方法包括：刻蚀暴露出的所述浮栅材料层，在所述浮栅材料层内形成第i凹槽；在所述第i凹槽侧壁形成第i保护侧墙；在所述开口内形成擦除栅结构；在所述存储栅结构和擦除栅结构两侧的所述衬底上形成字线结构。
7、可选的，所述刻蚀暴露出的所述浮栅材料层的工艺包括干法刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺的工艺参数包括：刻蚀气体包括cl2，hbr，he，o2，cf4，sf6，n2中的一者或多者，气体流量范围为6sccm至200sccm，功率范围为200w至800w。
8、可选的，所述第i保护侧墙的材料包括介质材料，所述介质材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅和碳氮氧化硅中的一种或多种。
9、可选的，所述第i保护侧墙的形成方法包括：在所述控制栅结构表面和所述第i凹槽侧壁和底部表面形成第i保护侧墙材料层；回刻所述第i保护侧墙材料层直到暴露出所述第i凹槽底部表面。
10、可选的，各个所述控制栅结构包括控制栅介质层和位于所述控制栅介质层上的控制栅；所述控制栅结构的形成方法包括：在所述衬底表面形成浮栅材料层、位于所述浮栅材料层上的控制栅介质材料层以及位于所述控制栅介质材料层上的控制栅材料层；刻蚀所述控制栅材料层和所述控制栅介质材料层，直到暴露出所述浮栅材料层，以所述控制栅材料层形成所述控制栅，以所述控制栅介质材料层形成所述控制栅介质层。
11、可选的，刻蚀所述控制栅材料层和所述控制栅介质材料层的方法还包括：在所述控制栅材料层表面形成硬掩膜层，所述硬掩膜层暴露出部分所述控制栅材料层表面；以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述控制栅材料层和所述控制栅介质材料层。
12、可选的，在形成所述控制栅结构之后，且在刻蚀所述浮栅材料层之前，还包括：在所述控制栅介质层和所述控制栅侧壁形成侧墙结构。
13、可选的，所述侧墙结构的形成方法包括：在所述浮栅材料层、所述控制栅和所述控制栅介质层表面形成侧墙材料层；回刻所述侧墙材料层，直到暴露出所述浮栅材料层表面。
14、可选的，所述开口暴露出的所述浮栅中第n浮栅区的侧壁相对于所述控制栅侧壁凸出的尺寸范围为15nm至60nm。
15、可选的，各浮栅区侧壁顶部和侧壁表面的夹角范围为80度至90度。
16、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
17、本发明技术方案提供的一种闪存结构的形成方法中，形成的浮栅包括若干沿所述衬底表面法线方向层叠的n个浮栅区，所述n个浮栅区中的第i+1浮栅区位于第i浮栅区表面，且第i浮栅区侧壁相对于第i+1浮栅区的侧壁凸出，所述浮栅被设计成多台阶状结构，各浮栅区深入到擦除栅，可以有效提高接触界面，同时，各浮栅区具有一个与擦除栅相邻的角部，各角部利于浮栅和擦除栅之间电场的聚集，由此增加了浮栅和擦除栅之间的电场聚集点，有利于提高擦除效率，从而提高存储器的擦写速度。
18、进一步，所述刻蚀暴露出的所述浮栅材料层的工艺包括干法刻蚀工艺。通过控制各次台阶形成工艺中干法刻蚀工艺的参数，可以调节各浮栅区的高度以及浮栅区的数量，以使形成的浮栅的结构更灵活化。
19、进一步，各次台阶形成工艺中的第i保护侧墙通过回刻第i保护侧墙材料层形成，通过调节第i保护侧墙材料层的厚度进而控制所述第i保护侧墙的厚度，进一步控制各浮栅区侧壁相对于位于其表面的浮栅区侧壁凸出的尺寸，以调节各浮栅区的尺寸，使形成的浮栅的结构更灵活化。
20、本发明技术方案提供的一种闪存结构中，包括若干沿所述衬底表面法线方向层叠的n个浮栅区，所述n个浮栅区中的第i+1浮栅区位于第i浮栅区表面，且第i浮栅区侧壁相对于第i+1浮栅区的侧壁凸出，所述浮栅被设计成多台阶状结构，各浮栅区深入到擦除栅，可以有效提高接触界面，同时，各浮栅区具有一个与擦除栅相邻的角部，各角部利于浮栅和擦除栅之间电场的聚集，由此增加了浮栅和擦除栅之间的电场聚集点，有利于提高擦除效率，从而提高存储器的擦写速度。
技术特征：
1.一种闪存结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的闪存结构，其特征在于，还包括：位于所述控制栅介质层和所述控制栅侧壁的侧墙结构；各所述浮栅区侧壁相对于所述控制栅侧壁凸出。
3.如权利要求2所述的闪存结构，其特征在于，所述开口暴露出的所述浮栅中第n浮栅区的侧壁相对于所述控制栅侧壁凸出的尺寸范围为15nm至60nm。
4.如权利要求1所述的闪存结构，其特征在于，各浮栅区侧壁顶部和侧壁表面的夹角范围为80度至90度。
5.一种闪存结构的形成方法，其特征在于，包括：
6.如权利要求5所述的闪存结构的形成方法，其特征在于，所述刻蚀暴露出的所述浮栅材料层的工艺包括干法刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺的工艺参数包括：刻蚀气体包括cl2，hbr，he，o2，cf4，sf6，n2中的一者或多者，气体流量范围为6sccm至200sccm，功率范围为200w至800w。
7.如权利要求5所述的闪存结构的形成方法，其特征在于，所述第i保护侧墙的材料包括介质材料，所述介质材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅和碳氮氧化硅中的一种或多种。
8.如权利要求5所述的闪存结构的形成方法，其特征在于，所述第i保护侧墙的形成方法包括：在所述控制栅结构表面和所述第i凹槽侧壁和底部表面形成第i保护侧墙材料层；回刻所述第i保护侧墙材料层直到暴露出所述第i凹槽底部表面。
9.如权利要求5所述的闪存结构的形成方法，其特征在于，各个所述控制栅结构包括控制栅介质层和位于所述控制栅介质层上的控制栅；所述控制栅结构的形成方法包括：在所述衬底表面形成浮栅材料层、位于所述浮栅材料层上的控制栅介质材料层以及位于所述控制栅介质材料层上的控制栅材料层；刻蚀所述控制栅材料层和所述控制栅介质材料层，直到暴露出所述浮栅材料层，以所述控制栅材料层形成所述控制栅，以所述控制栅介质材料层形成所述控制栅介质层。
10.如权利要求9所述的闪存结构的形成方法，其特征在于，刻蚀所述控制栅材料层和所述控制栅介质材料层的方法还包括：在所述控制栅材料层表面形成硬掩膜层，所述硬掩膜层暴露出部分所述控制栅材料层表面；以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述控制栅材料层和所述控制栅介质材料层。
11.如权利要求9所述的闪存结构的形成方法，其特征在于，在形成所述控制栅结构之后，且在刻蚀所述浮栅材料层之前，还包括：在所述控制栅介质层和所述控制栅侧壁形成侧墙结构。
12.如权利要求11所述的闪存结构的形成方法，其特征在于，所述侧墙结构的形成方法包括：在所述浮栅材料层、所述控制栅和所述控制栅介质层表面形成侧墙材料层；回刻所述侧墙材料层，直到暴露出所述浮栅材料层表面。
13.如权利要求5所述的闪存结构的形成方法，其特征在于，所述开口暴露出的所述浮栅中第n浮栅区的侧壁相对于所述控制栅侧壁凸出的尺寸范围为15nm至60nm。
14.如权利要求5所述的闪存结构的形成方法，其特征在于，各浮栅区侧壁顶部和侧壁表面的夹角范围为80度至90度。
技术总结
一种闪存结构及其形成方法，其中结构包括：衬底；位于所述衬底上的相互分立的两个存储栅结构，所述两个存储栅结构之间具有开口，各存储栅结构包括浮栅、位于所述浮栅上的控制栅结构，所述控制栅结构包括控制栅介质层和位于所述控制栅介质层上的控制栅，各所述浮栅包括沿所述衬底表面法线方向层叠的N个浮栅区，所述N个浮栅区中的第i+1浮栅区位于第i浮栅区表面，且第i浮栅区侧壁相对于第i+1浮栅区的侧壁凸出，其中，N为大于等于2的自然数，i为大于等于1且小于N的自然数；位于所述开口内的擦除栅结构；分别位于所述存储栅结构和擦除栅结构两侧的字线结构，提高所形成的闪存结构的擦除效率。
技术研发人员：张伟,冯威,石强
受保护的技术使用者：中芯国际集成电路制造(北京)有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5