非挥发性存储器元件及其制造方法与流程

本发明是有关于一种半导体元件。更具体地，本发明是有关于非挥发性存储器元件及其制造方法。

背景技术：

1、由于非挥发性存储器(non-volatile memory)可例如重复施行储存、读取和抹除数据等操作，且在关闭非挥发性存储器后，储存的数据不会遗失，因此非挥发性存储器已被广泛应用于个人电脑和电子设备中。

2、现有非挥发性存储器的结构具有堆叠闸极结构，包括依次设置在衬底上的穿隧氧化层(tunneling oxide layer)、浮置闸极(floating gate)、耦合介电层(couplingdielectric layer)和控制闸极(control gate)。当对这种快闪存储器元件施行编程或抹除操作时，适当的电压会被分别施加到源极区域、汲极区域和控制闸极，使得电子被注入到浮置闸极中，或者使得电子自浮置闸极中被拉出。

3、在非挥发性存储器的编程和抹除操作中，浮置闸极和控制闸极之间较大的闸极耦合比(gate-coupling ratio，gcr)通常代表着操作时所需的操作电压较低，因此显著提高了快闪存储器的操作速度和效率。然而，在编程或抹除操作期间，电子必须流经设置在浮置闸极下方的穿隧氧化物层，以被注入至浮置闸极或自浮置闸极中被取出，此过程通常会对穿隧氧化物层的结构造成损害，因而降低存储器元件的可靠性。

4、为了提升存储器元件的可靠性，可采用抹除闸极(erase gate)，并将抹除闸极整合至存储器元件中。通过施加正电压至抹除闸极，抹除闸极便能够将电子从浮置闸极中拉出。因此，由于浮置闸极中的电子是流经设置在浮置闸极上的穿隧氧化层而被拉出，而并非流经设置在浮置闸极下的穿隧氧化层而被拉出，所以进一步提高了存储器元件的可靠性。

5、随着对可以高效地抹除已储存的数据的高效存储器元件需求的增加，仍需要提供一种改进的存储器元件及其制造方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种非挥发性存储器元件以及一种制造非挥发性存储器元件的方法。该非挥发性存储器元件能够高效地抹除已储存的数据。

2、根据一些实施例，本发明提供一种非挥发性存储器元件。该非挥发性存储器元件包括至少一个存储器单元，该存储器单元包括衬底、选择闸极、浮置闸极、浮置闸极盖层和抹除闸极。选择闸极设置在衬底上。浮置闸极设置在衬底上并与选择闸极侧向间隔开，其中浮置闸极包括自上而下视角观察形成平行或封闭形状的顶缘。浮置闸极盖层设置在浮置闸极的顶表面上，其中浮置闸极盖层的俯视表面的面积小于浮置闸极的底表面的面积。抹除闸极设置在浮置闸极上，且浮置闸极的一个或多个顶缘被抹除闸极覆盖，并电耦合到抹除闸极。

3、根据一些实施例，本发明提供一种制造非挥发性存储器元件的方法，包括以下步骤。在衬底上形成第一导电层和牺牲层，其中导电层设置在牺牲层和衬底之间。然后，形成穿过第一导电层和牺牲层的至少一个通孔或沟槽(也称为条状通孔)。将第二导电层填充到至少一个通孔或沟槽中，然后蚀刻第二导电层以在至少一个通孔或沟槽中形成图案化的第二导电层，其中图案化的第二导电层包括至少一个顶缘。之后，在至少一个通孔或沟槽中形成介电盖层，以覆盖图案化的第二导电层的顶表面。然后蚀刻牺牲层以暴露图案化的第二导电层的侧壁部分。蚀刻，或称为回缩(pull-back)，介电盖层，直到介电盖层的顶表面的面积小于图案化的第二导电层的底表面的面积。因此，图案化的第二导电层的顶缘从介电盖层暴露出来。

4、通过使用本发明实施例的非挥发性存储器元件，可更有效地将储存在浮置闸极中的电子拉出浮置闸极，因为浮置闸极的顶缘从自上而下的角度观察会形成封闭或平行形状，且浮置闸极的顶缘的全部或部分能作为电子的传输路径。如此，得以降低所需的抹除电压，并且提高了抹除已储存数据的效率。

技术特征：

1.一种非挥发性存储器元件，包括至少一个存储器单元，其特征在于，其中该至少一个存储器单元包括：

2.如权利要求1所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该浮置闸极的该复数个顶缘高于该选择闸极的一顶表面。

3.如权利要求1所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该浮置闸极进一步包括彼此相对设置的两个侧壁，且该两个侧壁的每一个均被该选择闸极部分覆盖。

4.如权利要求3所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，进一步包括一介电间隙壁，位于该两个侧壁的其中一个与该选择闸极之间。

5.如权利要求1所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，进一步包括一闸极间介电层，由一自上而下的视角观察，其围绕该浮置闸极，其中该闸极间介电层的一顶表面低于该复数个顶缘。

6.如权利要求5所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该闸极间介电层覆盖该选择闸极的一顶表面以及该控制闸极的一顶表面。

7.如权利要求5所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，进一步包括一抹除闸极介电层，设置于该闸极间介电层上，并覆盖该选择闸极的该顶表面以及该控制闸极的该顶表面。

8.如权利要求1所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该浮置闸极的该顶表面进一步包括一比该复数个顶缘低的中心区域。

9.如权利要求8所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该浮置闸极包括复数个顶部尖端，由一自上而下的视角观察，其围绕该浮置闸极的该顶表面的该中心区域。

10.如权利要求9所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，由一自上而下的视角观察，该浮置闸极盖层的最下部被该浮置闸极的该复数个顶部尖端围绕。

11.如权利要求8所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该复数个顶缘包括：

12.如权利要求1所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该至少一个存储器单元包括一第一存储器单元与一第二存储器单元，该第一存储器单元与该第二存储器单元的每一个均包括该选择闸极、该浮置闸极以及该浮置闸极盖层，且该非挥发性存储器元件进一步包括一源极区以及该第一存储器单元与该第二存储器单元共用的该控制闸极，且该源极区被该抹除闸极覆盖。

13.如权利要求12所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该第一存储器单元与该第二存储器单元具有彼此的镜像。

14.如权利要求12所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该控制闸极被该抹除闸极覆盖。

15.如权利要求1所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该浮置闸极盖层的该顶表面低于该复数个顶缘中的一个或多个。

16.如权利要求15所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，该浮置闸极盖层的该顶表面被该抹除闸极覆盖。

17.如权利要求1所述的非挥发性存储器元件，其特征在于，所有该复数个顶缘都被该抹除闸极覆盖，并电连接到该抹除闸极。

18.一种制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，包括：

19.如权利要求18所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，进一步包括于该衬底中形成一绝缘结构，其中该绝缘结构包括两个相对边缘，且该至少一个通孔延伸超过该绝缘结构的该相对边缘。

20.如权利要求18所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，该图案化的第二导电层的一顶表面高于该至少一个通孔的一底表面。

21.如权利要求20所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，该中心区域低于该至少一个顶缘。

22.如权利要求18所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，在填充该第二导电层至该至少一个通孔中之前，进一步包括于该至少一个通孔的侧壁上形成一介电间隙壁，其中，从一自上而下的视角观察，该介电间隙壁形成一封闭形状。

23.如权利要求22所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，进一步包括图案化该第一导电层与该介电间隙壁。

24.如权利要求18所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，在蚀刻该介电盖层之前，进一步包括：

25.如权利要求24所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，在蚀刻该介电盖层之前，进一步包括：

26.如权利要求25所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，从一自上而下的视角观察，该填充介电层围绕该图案化的第二导电层。

27.如权利要求24所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，在蚀刻该介电盖层之后，进一步包括：

28.如权利要求18所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，在蚀刻该介电盖层之后，该介电盖层的该顶表面低于该至少一个顶缘。

29.如权利要求18所述的制造非挥发性存储器元件的方法，其特征在于，在蚀刻该牺牲层之前，该图案化的第二导电层与该介电盖层形成一条状结构且沿同一方向延伸，且该方法进一步包括：

技术总结本发明公开一种非挥发性存储器元件及其制造方法，该非挥发性存储器元件包括至少一存储器单元，该存储器单元包括一衬底、一选择闸极、一浮置闸极、一浮置闸极盖层和一抹除闸极。该选择闸极设置在该衬底上。该浮置闸极设置在该衬底上，并与该选择闸极侧向隔开，其中该浮置闸极包括从一自上而下的视角观察形成一封闭形状的复数个顶缘。该浮置闸极盖层设置在该浮置闸极的一顶表面上，其中该浮置闸极盖层的一顶表面的面积小于该浮置闸极的一底表面的面积。该抹除闸极设置在该浮置闸极上，且该复数个顶缘中的一个或多个被该抹除闸极覆盖。一控制闸极被该抹除闸极覆盖。技术研发人员：范德慈,黄义欣,郑宗文,郑育明受保护的技术使用者：物联记忆体科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12