分離柵式快閃記憶體的製造方法

2023-06-06 13:53:21

分離柵式快閃記憶體的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種分離柵式快閃記憶體的製造方法。包括：提供半導體襯底和形成第一絕緣層；形成兩兩相鄰成對的柵極疊層，並在所述柵極疊層的側面覆蓋柵極側牆；沉積第一高壓柵氧化層；刻蝕去除部分第一高壓柵氧化層；覆蓋第二高壓柵氧化層；刻蝕去除部分的第二高壓柵氧化層和部分第一高壓柵氧化層；採用快速熱退火或現場水汽生成退火進行膜層修復處理工藝。本發明通過經過多道步驟在形成浮置柵極和字線之間的間隙氧化層之後，採用快速熱退火或現場水汽生成退火對間隙氧化層中的第一高壓柵氧化層進行膜層修復處理工藝，從而減少第一高壓柵氧化層中的不穩定鍵，從而提高器件的穩定性。
【專利說明】分離柵式快閃記憶體的製造方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及集成電路製造工藝，尤其涉及一種分離柵式快閃記憶體的製造方法。

【背景技術】
[0002] 快閃記憶體以其便捷，存儲密度高，可靠性好等優點成為非揮發性存儲器中研究的熱點。 從二十世紀八十年代第一個快閃記憶體產品問世以來，隨著技術的發展和各類電子產品對存儲的 需求，快閃記憶體被廣泛用於手機、筆記本、掌上電腦和U盤等移動和通訊設備中。快閃記憶體為一種非 易變性存儲器，其運作原理是通過改變電晶體或存儲單元的臨界電壓來控制門極通道的開 關以達到存儲數據的目的，使存儲在存儲器中的數據不會因電源中斷而消失，而快閃記憶體為電 可擦除且可編程的只讀存儲器的一種特殊結構。如今快閃記憶體已經佔據了非揮發性半導體存儲 器的大部分市場份額，成為發展最快的非揮發性半導體存儲器。
[0003] 然而現有的快閃記憶體在邁向更高存儲密度的時候，由於受到編程電壓的限制，通過縮 小器件尺寸來提高存儲密度將會面臨很大的挑戰，因而研製高存儲密度的快閃記憶體是快閃記憶體技術 發展的重要推動力。傳統的快閃記憶體在邁向更高存儲密度的時候，由於受到結構的限制，實現 器件的編程電壓進一步減小將會面臨著很大的挑戰。一般而言，快閃記憶體為分柵結構或堆疊柵 結構或兩種結構的組合。分柵式快閃記憶體由於其特殊的結構，相比堆疊柵快閃記憶體在編程和擦除的 時候都體現出其獨特的性能優勢，因此分柵式結構由於具有高的編程效率，字線的結構可 以避免"過擦除"等優點，應用尤為廣泛。但是由於分柵式快閃記憶體相對於堆疊柵快閃記憶體多了一個 字線從而使得晶片的面積也會增加，為了把較高組裝密度的存儲器單元引進半導體存儲器 件，存儲器件電路的設計布局也必須隨之而採用越來越小的尺寸。為了解決由存儲器單元 的高密度組裝所引起的各種問題，必須改進半導體存儲器件的結構，以實現更加小型化且 更為耐用的半導體存儲器件。
[0004] 分離柵式快閃記憶體的製造領域廣泛採用源極注入機制（Source side injection)作為編程過程，其中浮置柵極和字線之間的間隙氧化層則作為編程過程的氧化 層。這層浮置柵極和字線之間的間隙氧化層的質量成為器件性能、產品良率以及可靠性的 關鍵影響因素，由於浮置柵極和字線之間的間隙氧化層引起的單個比特位（bit)的失效成 為業界廣泛關注的話題。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於提供一種能夠提高浮置柵極和字線之間的間隙氧化層的質量， 進而提高分離柵式快閃記憶體的性能。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明提供一種分離柵式快閃記憶體的製造方法，包括：
[0007] 提供半導體襯底，並在所述半導體襯底上形成第一絕緣層；
[0008] 在所述第一絕緣層上形成依次疊加的浮置柵極、第二絕緣層、控制柵極以及硬掩 膜層，構成兩兩相鄰成對的柵極疊層，並在所述柵極疊層的側面覆蓋柵極側牆；
[0009] 沉積第一高壓柵氧化層；
[0010] 在相鄰成對的兩柵極疊層的頂壁的相對外半部以及相對的外側側壁上形成第一 光刻膠圖形，刻蝕去除暴露的第一高壓柵氧化層和第一絕緣層，其後去除所述第一光刻膠 圖形；
[0011] 沉積第二高壓柵氧化層；
[0012] 在相鄰成對的兩柵極疊層的頂壁相對的內半部、相對的內側側壁以及兩柵極疊層 之間的半導體襯底上形成第二光刻膠圖形，刻蝕去除暴露的第二高壓柵氧化層、第一高壓 柵氧化層和第一絕緣層，其後去除第二光刻膠圖形；
[0013] 採用快速熱退火或現場水汽生成退火進行膜層修復處理工藝。
[0014] 進一步的，採用快速熱退火或現場水汽生成退火進行膜層修復處理工藝，退火過 程中通入氣體為一氧化二氮、一氧化氮或者氮氣、一氧化二氮及一氧化氮中的一種或幾種 與氧氣的混合氣體，退火溫度為950°C?1100°C，退火時間為10秒?60秒。
[0015] 進一步的，所述柵極側牆的厚度為200A?220A。
[0016] 進一步的，所述第一高壓柵氧化層的厚度為60A?80A。
[0017] 進一步的，所述第二高壓柵氧化層的厚度為100 A?140 A。
[0018] 進一步的，在刻蝕去除暴露的第二高壓柵氧化層和部分第一高壓柵氧化層，去除 暴露的第一高壓柵氧化層的厚度為160A-. 180人。
[0019] 進一步的，在去除第二光刻膠圖形和進行退火工藝的步驟之間，還包括利用熱氧 化法在暴露的半導體襯底上生長低壓柵氧化層。
[0020] 進一步的，所述低壓柵氧化層的厚度為20 A?40 A。
[0021] 進一步的，在相鄰的柵極疊層之間形成擦除柵極，在相鄰的柵極疊層兩側形成字 線，所述柵極疊層和字線之間的柵極側牆、第一高壓柵氧化層以及低壓柵氧化層構成了浮 置柵極和字線之間的間隙氧化層。
[0022] 綜上所述，本發明通過採用快速熱退火或現場水汽生成退火對第一高壓柵氧化層 進行膜層修復處理工藝，減少不穩定鍵，從而提高浮置柵極和字線之間的絕緣性，進而提高 器件的穩定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發明一實施例中分離柵式快閃記憶體的製造方法的流程示意圖；
[0024] 圖2?圖9是本發明一實施例中分離柵式快閃記憶體的製造過程的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0025] 為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一 步說明。當然本發明並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也 涵蓋在本發明的保護範圍內。
[0026] 其次，本發明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發明實例時，為了便於說 明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本發明的限定。
[0027] 圖1是本發明一實施例中分離柵式快閃記憶體的製造方法的流程示意圖，如圖1 所示，本發明提供一種分離柵式快閃記憶體的製造方法，包括以下步驟：
[0028] 步驟SOI :提供半導體襯底，並在所述半導體襯底上形成第一絕緣層；
[0029] 步驟S02 :在所述第一絕緣層上形成依次疊加的浮置柵極、第二絕緣層、控制柵極 以及硬掩膜層，構成兩兩相鄰成對的柵極疊層，並在所述柵極疊層的側面覆蓋柵極側牆；
[0030] 步驟S03 :沉積第一高壓柵氧化層；
[0031] 步驟S04 :在相鄰成對的兩柵極疊層的頂壁的相對外半部以及相對的外側側壁 上形成第一光刻膠圖形，刻蝕去除暴露的第一高壓柵氧化層，其後去除所述第一光刻膠圖 形；
[0032] 步驟S05 :沉積第二高壓柵氧化層；
[0033] 步驟S06 :在相鄰成對的兩柵極疊層的頂壁相對的內半部、相對的內側側壁以及 兩柵極疊層之間的半導體襯底上形成第二光刻膠圖形，刻蝕去除暴露的第二高壓柵氧化 層、部分第一高壓柵氧化層和第一絕緣層，其後去除第二光刻膠圖形；
[0034] 步驟S07 :採用快速熱退火或現場水汽生成退火進行膜層修復處理工藝。
[0035] 圖2?圖9是本發明一實施例中分離柵式快閃記憶體的製造過程的結構示意圖。 以下結合圖1?圖9,詳細說明分離柵式快閃記憶體的製造方法：
[0036] 如圖2所示，在步驟S01中，提供半導體襯底100,並在所述半導體襯底100上形成 第一絕緣層101 ;所述半導體襯底100的材質可以為單晶矽、多晶矽、無定形矽、矽鍺化合物 或絕緣體上矽（SOI)等，在半導體襯底100中可以形成摻雜區等。所述第一絕緣層101的 材質為二氧化矽，可以採用熱氧化生長法或化學氣相沉積法形成，其中較佳的方法為熱氧 化生長法，採用熱氧化生長法形成的第一絕緣層101具有更好的緻密結構。
[0037] 繼續參考圖2,在步驟S02中，在所述第一絕緣層101上形成浮置柵極102、第二絕 緣層106、控制柵極110以及硬掩膜層112,構成兩兩相鄰成對的柵極疊層，並在所述柵極疊 層的側面覆蓋柵極側牆108 ;進一步的，所述柵極側牆108的厚度為200A?220人。具體的， 所述柵極疊層的總厚度可以為2300A?2500人。其中浮置柵極102和控制柵極110的材質 可以為多晶矽。第二絕緣層106較佳的可以依次由氧化物、氮化物及氧化物三層組成的0N0 三明治結構，本【技術領域】人員應當理解的是，第二絕緣層106也可以為一層氮化物或一層 氧化物，或一層氮化物上形成一層氧化物等絕緣結構等。硬掩膜層112在後續製作方法中 作為化學機械平坦化停止層，可以為氮化矽層。另外浮置柵極102、第二絕緣層106、控制柵 極110及硬掩膜層112側邊形成柵極側牆108具有絕緣作用。
[0038] 如圖3所示，在步驟S03中，沉積第一高壓柵氧化層114 ;所述第一高壓柵氧化層 114的厚度為60Α?80入。
[0039] 如圖4和圖5所示，在步驟S04中，在相鄰成對的兩柵極疊層的頂壁的相對外半部 以及相對的外側側壁上形成第一光刻膠圖形116,刻蝕去除暴露的第一高壓柵氧化層114 和第一絕緣層101，其後去除所述第一光刻膠圖形116 ;在去除所述第一光刻膠圖形116之 後，在相鄰的柵極疊層之間的半導體襯底中注入形成源區，形成源區的過程為本領域技術 人員所熟知的技術內容，故不贅述。
[0040] 如圖5所示，在步驟S05中，覆蓋第二高壓柵氧化層118 ;所述第二高壓柵氧化層 118較佳的厚度為10〇A?14〇A"
[0041] 如圖6和圖7所示，在步驟S06中，在相鄰成對的兩柵極疊層的頂壁相對的內半 部、相對的內側側壁以及兩柵極疊層之間的半導體襯底100上形成第二光刻膠圖形120,刻 蝕去除暴露的第二高壓柵氧化層118、部分第一高壓柵氧化層114和第一絕緣層101，其後 去除第二光刻膠圖形120 ;進一步的，在刻蝕去除暴露的第二高壓柵氧化層118和部分第一 高壓柵氧化層114,其中去除暴露的第一高壓柵氧化層114的厚度為160Λ?180A,..
[0042] 如圖7所示，在去除第二光刻膠圖形120和進行退火工藝的步驟之間，還包括利用 熱氧化法在暴露的半導體襯底100上生長低壓柵氧化層121。在較佳的實施例中，所述低壓 柵氧化層121的厚度為2〇A_.~4〇A。其後，還可以進行一步改善分離柵式快閃記憶體寫入過 程的熱處理步驟。
[0043] 如圖8所示，在步驟S07中，採用快速熱退火或現場水汽生成退火進行膜層修復處 理工藝。在較佳的實施例中，採用快速熱退火或現場水汽生成退火進行膜層修復處理工藝 中，退火過程中通入氣體可以為一氧化二氮、一氧化氮或者氮氣、一氧化二氮及一氧化氮中 的一種或幾種與氧氣的混合氣體，退火溫度為950°C?1100°C，退火時間為10秒?60秒。 在此步驟中，通過對第一高壓柵氧化層114進行膜層修復處理工藝，使第一高壓柵氧化層 114中的懸掛鍵轉化為更穩定的價鍵，例如矽-氮鍵，進而提高第一高壓柵氧化層114的絕 緣能力。
[0044] 如圖9所示，此後，在相鄰的柵極疊層之間形成擦除柵極122,在相鄰的柵極疊層 兩側形成字線124,從而柵極疊層和字線124之間的柵極側牆108、第一高壓柵氧化層114 以及低壓柵氧化層121則構成了浮置柵極102和字線124之間的間隙氧化層，經過修復後 的第一高壓柵氧化層114具有更佳的絕緣能力，從而使浮置柵極102和字線124之間的間 隙氧化層具有更好的絕緣能力，進而提高分離柵式快閃記憶體的存儲能力。
[0045] 綜上所述，本發明通過經過多道步驟在形成浮置柵極和字線之間的間隙氧化層之 後，採用快速熱退火或現場水汽生成退火對間隙氧化層中的第一高壓柵氧化層進行膜層修 復處理工藝，從而減少第一高壓柵氧化層中的不穩定鍵，從而提高器件的穩定性。
[0046] 上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發 明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護 範圍。
【權利要求】
1. 一種分離柵式快閃記憶體的製造方法，包括： 提供半導體襯底，並在所述半導體襯底上形成第一絕緣層； 在所述第一絕緣層上形成依次疊加的浮置柵極、第二絕緣層、控制柵極以及硬掩膜層， 構成兩兩相鄰成對的柵極疊層，並在所述柵極疊層的側面覆蓋柵極側牆； 沉積第一高壓柵氧化層； 在相鄰成對的兩柵極疊層的頂壁的相對外半部以及相對的外側側壁上形成第一光 刻膠圖形，刻蝕去除暴露的第一高壓柵氧化層和第一絕緣層，其後去除所述第一光刻膠圖 形； 沉積第二高壓柵氧化層； 在相鄰成對的兩柵極疊層的頂壁相對的內半部、相對的內側側壁以及兩柵極疊層之間 的半導體襯底上形成第二光刻膠圖形，刻蝕去除暴露的第二高壓柵氧化層、部分第一高壓 柵氧化層和第一絕緣層，其後去除第二光刻膠圖形； 採用快速熱退火或現場水汽生成退火進行膜層修復處理工藝。
2. 如權利要求1所述的分離柵式快閃記憶體的製造方法，其特徵在於，採用快速熱 退火或現場水汽生成退火進行膜層修復處理工藝，退火過程中通入氣體為一氧化二氮、一 氧化氮或者氮氣、一氧化二氮及一氧化氮中的一種或幾種與氧氣的混合氣體，退火溫度為 950°C?1KKTC，退火時間為10秒?60秒。
3. 如權利要求1或2所述的分離柵式快閃記憶體的製造方法，其特徵在於，所述柵極側 牆的厚度為200A?220A "
4. 如權利要求1或2所述的分離柵式快閃記憶體的製造方法，其特徵在於，所述第一高 壓柵氧化層的厚度為60 A-.-80 A。
5. 如權利要求1或2所述的分離柵式快閃記憶體的製造方法，其特徵在於，所述第二高 壓柵氧化層的厚度為100A?140 A。
6. 如權利要求1或2所述的分離柵式快閃記憶體的製造方法，其特徵在於，在刻蝕去除 暴露的第二高壓柵氧化層和部分第一高壓柵氧化層，去除暴露的第一高壓柵氧化層的厚度 為 160 A?180 A。
7. 如權利要求1至2所述的分離柵式快閃記憶體的製造方法，其特徵在於，在去除第二 光刻膠圖形和進行退火工藝的步驟之間，還包括： 利用熱氧化法在暴露的半導體襯底上生長低壓柵氧化層。
8. 如權利要求7所述的分離柵式快閃記憶體的製造方法，其特徵在於，所述低壓柵氧 化層的厚度為20 A?40 A。
9. 如權利要求1或2所述的分離柵式快閃記憶體的製造方法，其特徵在於，在相鄰的 柵極疊層之間形成擦除柵極，在相鄰的柵極疊層兩側形成字線，所述柵極疊層和字線之間 的柵極側牆、第一高壓柵氧化層以及低壓柵氧化層構成了浮置柵極和字線之間的間隙氧化 層。
【文檔編號】H01L21/8247GK104157614SQ201310178626
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月14日 優先權日:2013年5月14日
【發明者】王友臻, 周儒領 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司