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快閃存儲器件的制造方法

文檔序號:7213490閱讀:165來源:國知局
專利名稱:快閃存儲器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及快閃存儲器件的制造方法,更具體涉及快閃存儲器件的制造方法,其中可以防止對控制柵極和浮動?xùn)艠O形成時(shí)所暴露的半導(dǎo)體襯底區(qū)域側(cè)壁的損害。
背景技術(shù)
NAND快閃存儲器件通過Fowler-Nordheim隧穿(FN)將電子注入浮動?xùn)艠O中來執(zhí)行數(shù)據(jù)程序。NAND快閃存儲器件提供大容量和高集成水平。
NAND快閃存儲器件包括大量單元塊。每一個(gè)單元塊包括多個(gè)單元串(strings),其中用于存儲數(shù)據(jù)的多個(gè)單元被串聯(lián)以形成一個(gè)串,并且漏極選擇晶體管和源極選擇晶體管分別形成在單元串和漏極之間以及單元串和源極之間。
NAND快閃存儲器件的單元通過下列步驟形成在半導(dǎo)體襯底的預(yù)定區(qū)域上形成隔離層,在半導(dǎo)體襯底的預(yù)定區(qū)域上層疊隧道氧化物層、浮動?xùn)艠O、介電層和控制柵極而形成柵極,在柵極的兩側(cè)形成連結(jié)。
但是,在60nm或更小的NAND快閃存儲器件中,采用形成用于浮動?xùn)艠O的高導(dǎo)電層和實(shí)施形成隔離層的溝槽蝕刻過程并且同時(shí)實(shí)施導(dǎo)電層的蝕刻過程的方法,以同時(shí)確保浮動?xùn)艠O和有源區(qū)域的重疊裕度并防止隧道氧化物層的薄化現(xiàn)象。
在使用該方法的情況下,必須隨后實(shí)施通過利用濕蝕刻過程將隔離層蝕刻到預(yù)定深度而控制EFH(有效場氧化物高度)的方法,以增加介電層和浮動?xùn)艠O的結(jié)區(qū)。但是,由于在控制柵極和浮動?xùn)艠O隨后形成時(shí)所暴露區(qū)域的浮動?xùn)艠O的導(dǎo)電層被蝕刻,因而隔離層被進(jìn)一步蝕刻。
因此,隔離層形成的深度低于半導(dǎo)體襯底的表面。如果如上所述隔離層形成的深度低于半導(dǎo)體襯底的表面,則半導(dǎo)體襯底的側(cè)壁被暴露。結(jié)果,半導(dǎo)體襯底的暴露部分在后續(xù)過程中受損,導(dǎo)致對器件的致命損傷。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方案中,本發(fā)明涉及一種制造快閃存儲器件的方法,其中防止有源區(qū)半導(dǎo)體襯底的側(cè)壁由于控制柵極和浮動?xùn)艠O形成時(shí)所暴露區(qū)域的隔離層被蝕刻而被暴露。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種制造快閃存儲器件的方法,其中在產(chǎn)生過量聚合物的條件下利用于蝕刻方法實(shí)施隔離層的蝕刻過程而形成間隔物,其中當(dāng)控制柵極利用間隔物所暴露區(qū)域的隔離層被蝕刻時(shí),在有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底的側(cè)壁上形成所述間隔物,由此可以防止半導(dǎo)體襯底側(cè)壁的暴露。
根據(jù)一方面,本發(fā)明提供一種制造快閃存儲器件的方法,包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域中形成在其中層疊隧道氧化物層和第一導(dǎo)電層的浮動?xùn)艠O圖案,并且在半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域中形成隔離層;通過干蝕刻過程將隔離層蝕刻至預(yù)定厚度,由此在浮動?xùn)艠O圖案的側(cè)壁上形成第一間隔物;以及在整個(gè)表面上形成介電層、第二導(dǎo)電層和硬掩模層,使硬掩模層、第二導(dǎo)電層和介電層圖案化以形成控制柵極,并利用控制柵極作為掩模蝕刻浮動?xùn)艠O圖案,從而形成浮動?xùn)艠O。當(dāng)蝕刻浮動?xùn)艠O圖案以暴露半導(dǎo)體襯底時(shí),由于一些隔離層被蝕刻因而在半導(dǎo)體襯底的側(cè)面上形成第二間隔物。
浮動?xùn)艠O圖案和隔離層可優(yōu)選通過下列步驟來形成依次在半導(dǎo)體襯底上形成隧道氧化物層、第一導(dǎo)電層、緩沖氧化物層和氮化物層;通過采用隔離掩模的光刻過程,蝕刻預(yù)定區(qū)域的氮化物層至隧道氧化物層,由此形成浮動?xùn)艠O圖案,然后蝕刻半導(dǎo)體襯底至預(yù)定深度,由此形成溝槽;在整個(gè)表面上形成絕緣層以填充溝槽間隙;和拋光絕緣層以使氮化物層暴露,形成隔離層。
絕緣層可優(yōu)選利用HDP氧化物層或通過層疊HDP氧化物層和SOD層來形成。
干蝕刻過程可以在產(chǎn)生過量的聚合物的條件下實(shí)施。
干蝕刻過程可優(yōu)選利用諸如CH2F2、C4F8、C5F8、C4F6、Ar或O2的氣體來實(shí)施。優(yōu)選的是,干蝕刻過程可利用C2H2F2、C4F6、Ar和O2的混合氣體、C2H2F2、C4F8、Ar和O2的混合氣體或C2H2F2、C5F8、Ar和O2的混合氣體來實(shí)施。
干蝕刻過程可優(yōu)選利用ICP型設(shè)備或MERIE(磁場增強(qiáng)反應(yīng)性離子)設(shè)備來實(shí)施。采用ICP型設(shè)備的干蝕刻過程可以通過施加3mTorr-100mTorr的壓力以及500W-1000W的源和偏壓功率來實(shí)施。采用MERIE設(shè)備的干蝕刻過程可以優(yōu)選通過施加10mTorr-200mTorr的壓力以及100W-1000W的源和偏壓功率來實(shí)施。
介電層可優(yōu)選利用ONO結(jié)構(gòu)或高介電材料來形成。高介電材料可以包括例如下列材料Al2O3、HfO2、ZrO2、SiON、La2O3、Y2O3、TiO2、CeO2、N2O3、Ta2O5、BaTiO3、SrTiO3、BST和PZT以及諸如HfxAlyOz、ZrxAlyOz、HfSiO4和ZrSiO4的混合氧化物。
硬掩模層可優(yōu)選利用氧化物層或無定形碳來形成。
根據(jù)另一方面,本發(fā)明提供一種制造快閃存儲器件的方法,包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域中層疊隧道氧化物層和第一導(dǎo)電層,并在半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域中形成隔離層;通過干蝕刻過程蝕刻隔離層至預(yù)定厚度,在第一導(dǎo)電層的側(cè)壁上形成第一間隔物;以與隔離層部分重疊的方式在第一導(dǎo)電層上形成第二導(dǎo)電層,從而形成浮動?xùn)艠O圖案;在整個(gè)表面上形成介電層、第三導(dǎo)電層和硬掩模層,使硬掩模層、第三導(dǎo)電層和介電層圖案化以形成控制柵極,并且利用控制柵極作為掩模來蝕刻浮動?xùn)艠O圖案,從而形成浮動?xùn)艠O。當(dāng)蝕刻浮動?xùn)艠O圖案以暴露半導(dǎo)體襯底時(shí),由于一些隔離層被蝕刻因而在半導(dǎo)體襯底的側(cè)面上形成第二間隔物。


當(dāng)結(jié)合附圖參考下文詳細(xì)說明而更好地理解本發(fā)明時(shí),對本發(fā)明和本發(fā)明的許多附屬優(yōu)點(diǎn)地更全面理解將變得顯而易見,附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的元件,其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的快閃存儲器件的設(shè)計(jì)圖;圖2A-2D是沿著圖1中線A-A的快閃存儲器件的截面圖,以說明制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的快閃存儲器件的方法;和圖3是在最后步驟之后沿著圖1中線B-B的快閃存儲器件的截面圖,以說明制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的快閃存儲器件的方法。
具體實(shí)施例方式
以下參考附圖并結(jié)合特定示例性實(shí)施方案來詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的快閃存儲器件的設(shè)計(jì)圖,圖2A-2D是沿著圖1中線A-A的快閃存儲器件的截面圖,以說明制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的快閃存儲器件的方法,圖3是在最后步驟之后沿著圖1中線B-B的快閃存儲器件的截面圖,以說明制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的快閃存儲器件的方法。
參考圖1和2A,隧道氧化物層102、第一導(dǎo)電層103、緩沖氧化物層104和氮化物層105順序形成在半導(dǎo)體襯底101上。可優(yōu)選利用多晶硅層形成厚度為500-2000的第一導(dǎo)電層103。優(yōu)選通過層疊未摻雜的多晶硅層和摻雜的多晶硅層來形成第一導(dǎo)電層103。
為了限定有源區(qū)10和場區(qū)20,通過采用隔離掩模的光刻過程來使氮化物層105圖案化。利用圖案化的氮化物層105作為蝕刻掩模,將緩沖氧化物層104、第一導(dǎo)電層103、隧道氧化物層102和半導(dǎo)體襯底101蝕刻到預(yù)定深度,由此形成溝槽。
通過在場區(qū)20中形成的溝槽而平行限定有源區(qū)10和場區(qū)20。在有源區(qū)10中,將第一導(dǎo)電層103圖案化并且限定浮動?xùn)艠O圖案。
在整個(gè)表面上形成絕緣層以填充溝槽間隙之后,實(shí)施CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)過程以形成隔離層106。隔離層106例如可以利用HDP氧化物層形成或者可以通過層疊HDP氧化物層和SOD層而形成。
參考圖1和2B,為了控制隔離層106的EFH(有效場高度),通過對氮化物層105具有良好蝕刻選擇性的干蝕刻過程將隔離層106蝕刻到預(yù)定厚度。干蝕刻過程例如可以使用諸如CH2F2、C4F8、C5F8、C4F6、Ar或O2的氣體來實(shí)施。例如,干蝕刻過程可使用C2H2F2、C4F6、Ar和O2的混合氣體、C2H2F2、C4F8、Ar和O2的混合氣體或C2H2F2、C5F8、Ar和O2的混合氣體來實(shí)施。
如果利用氣體來干蝕刻隔離層106,則可以使氮化物層105的蝕刻損失最小化。此外,在蝕刻過程中產(chǎn)生過量的聚合物。過量的聚合物用作蝕刻阻擋層,由此阻止隔離層106的某些蝕刻。結(jié)果,在浮動?xùn)艠O圖案的側(cè)壁上形成第一間隔物40和107。
同時(shí),可以利用ICP型設(shè)備或MERIE設(shè)備來實(shí)施蝕刻過程。在采用ICP型設(shè)備的情況下,干蝕刻過程可以優(yōu)選通過施加3mTorr-100mTorr的壓力以及500W-1000W的源和偏壓功率來實(shí)施。在采用MERIE設(shè)備的情況下,干蝕刻過程可以優(yōu)選通過施加10mTorr-200mTorr的壓力以及100W-1000W的源和偏壓功率來實(shí)施。
參考圖1c,通過優(yōu)選使用磷酸(H3PO4)的濕蝕刻過程來剝離氮化物層105。當(dāng)剝離氮化物層105時(shí),緩沖氧化物層104用于保護(hù)第一導(dǎo)電層103。然后實(shí)施清洗過程。因此,緩沖氧化物層104被完全剝離并且隔離層106被部分剝離,使得隔離層106的EFH最終受控。在浮動?xùn)艠O圖案的側(cè)壁上形成的第一間隔物40和107被部分剝離,但保持完整。
參考圖1d,在整個(gè)表面上形成介電層108、第二導(dǎo)電層109和硬掩模層110。介電層108可以利用ONO結(jié)構(gòu)或高介電材料的膜來形成。高介電材料例如可優(yōu)選包括例如下列材料Al2O3、HfO2、ZrO2、SiON、La2O3、Y2O3、TiO2、CeO2、N2O3、Ta2O5、BaTiO3、SrTiO3、BST和PZT以及諸如HfxAlyOz、ZrxAlyOz、HfSiO4和ZrSiO4的混合氧化物。
同時(shí),可以利用單層多晶硅層或多晶硅層和硅化鎢層的層疊結(jié)構(gòu)來形成第二導(dǎo)電層109。此外,可以利用氧化物層、無定形碳等來形成硬掩模層110。
通過采用控制柵極掩模的光刻過程來使硬掩模層110圖案化。蝕刻第二導(dǎo)電層109以在垂直于隔離層106的方向上形成控制柵極50。通過蝕刻過程蝕刻介電層107的預(yù)定區(qū)域至隧道氧化物層102,由此形成浮動?xùn)艠O30。
參考圖1和3,在形成浮動?xùn)艠O30和控制柵極50的蝕刻過程期間暴露的區(qū)域中,隔離層106被部分蝕刻。因此,隔離層106的高度變得低于半導(dǎo)體襯底101的高度。但是,在浮動?xùn)艠O圖案側(cè)壁上形成的第一間隔物40和107用作蝕刻阻擋層,使得在第一間隔物40和107下方的隔離層106未被蝕刻。因此在暴露的半導(dǎo)體襯底101的側(cè)壁上形成第二間隔物60和111。因而,即使隔離層106被蝕刻低于半導(dǎo)體襯底101的表面高度,半導(dǎo)體襯底101的側(cè)壁也可以被第二間隔物60和111所保護(hù)。
同時(shí),在以上實(shí)施方案中,已經(jīng)描述了利用單層形成用于浮動?xùn)艠O的導(dǎo)電層的方法。但是,本發(fā)明不限于以上實(shí)施方案,而是可應(yīng)用于其他過程中,其中由于當(dāng)控制柵極和浮動?xùn)艠O形成時(shí)所暴露區(qū)域的隔離層被蝕刻,使得半導(dǎo)體襯底的側(cè)面被暴露。
例如,本發(fā)明可應(yīng)用于利用第一和第二導(dǎo)電層的層疊結(jié)構(gòu)形成浮動?xùn)艠O的SA-STI(自對準(zhǔn)淺溝槽隔離)過程。STI過程將在下文中簡短說明。
在半導(dǎo)體襯底上形成隧道氧化物層、第一導(dǎo)電層、緩沖氧化物層以及氮化物層。蝕刻隧道氧化物層、第一導(dǎo)電層、緩沖氧化物層和氮化物層的預(yù)定區(qū)域以及一些半導(dǎo)體襯底至預(yù)定深度,由此形成溝槽。
對溝槽填隙以形成隔離層。利用產(chǎn)生過量聚合物的干蝕刻過程來實(shí)施將隔離層蝕刻到預(yù)定厚度的過程,由此在第一導(dǎo)電層的側(cè)壁上形成第一間隔物。
在氮化物層和緩沖氧化物層被剝離之后,以與隔離層重疊的方式形成第二導(dǎo)電層,使得形成第一和第二導(dǎo)電層的浮動?xùn)艠O圖案。后續(xù)過程與參考附圖所描述的那些相同。可優(yōu)選形成厚度為100-1000的第一導(dǎo)電層,并且可優(yōu)選形成厚度為200-1500的第二導(dǎo)電層。
如上所述,根據(jù)本發(fā)明,通過利用產(chǎn)生過量聚合物的干蝕刻過程來實(shí)施用于控制隔離層EFH的蝕刻過程,從而在浮動?xùn)艠O圖案的側(cè)壁上形成第一間隔物。當(dāng)控制柵極和浮動?xùn)艠O隨后形成時(shí)所暴露區(qū)域的隔離層被蝕刻時(shí),第一間隔物用作蝕刻阻擋層,以便在有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底的側(cè)壁上形成第二間隔物。因此,可以防止半導(dǎo)體襯底側(cè)壁的暴露和損傷并改善器件的可靠性。
雖然已經(jīng)結(jié)合實(shí)施示例性實(shí)施方案說明了本發(fā)明,但是本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施方案,相反,本發(fā)明旨在覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。
權(quán)利要求
1.一種制造快閃存儲器件的方法,該方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域中形成浮動?xùn)艠O圖案,在所述浮動?xùn)艠O圖案中層疊隧道氧化物層和第一導(dǎo)電層,并且在半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域中形成隔離層;通過干蝕刻過程將隔離層蝕刻至預(yù)定厚度,由此在浮動?xùn)艠O圖案的側(cè)壁上形成第一間隔物;和在整個(gè)表面上形成介電層、第二導(dǎo)電層和硬掩模層,使硬掩模層、第二導(dǎo)電層和介電層圖案化以形成控制柵極,并且利用控制柵極作為掩模蝕刻浮動?xùn)艠O圖案,從而形成浮動?xùn)艠O,其中當(dāng)蝕刻浮動?xùn)艠O圖案以暴露半導(dǎo)體襯底時(shí),由于一些隔離層被蝕刻而在半導(dǎo)體襯底的側(cè)面上形成第二間隔物。
2.權(quán)利要求1的方法,其中浮動?xùn)艠O圖案和隔離層通過下列步驟形成依次在半導(dǎo)體襯底上形成隧道氧化物層、第一導(dǎo)電層、緩沖氧化物層和氮化物層;通過采用隔離掩模的光刻過程,將氮化物層的預(yù)定區(qū)域蝕刻至隧道氧化物層,由此形成浮動?xùn)艠O圖案,然后蝕刻半導(dǎo)體襯底至預(yù)定深度,由此形成溝槽;在整個(gè)表面上形成絕緣層,以填充溝槽間隙;和拋光絕緣層以使氮化物層暴露,從而形成隔離層。
3.權(quán)利要求2的方法,包括利用高密度等離子體(HDP)氧化物層或通過層疊HDP氧化物層和SOD層來形成絕緣層。
4.權(quán)利要求1的方法,包括在產(chǎn)生過量聚合物的條件下實(shí)施干蝕刻過程。
5.權(quán)利要求1的方法,包括利用氣體實(shí)施干蝕刻過程。
6.權(quán)利要求5的方法,其中氣體包含CH2F2、C4F8、C5F8、C4F6、Ar或O2。
7.權(quán)利要求1的方法,包括利用C2H2F2、C4F6、Ar和O2的混合氣體來實(shí)施干蝕刻過程。
8.權(quán)利要求1的方法,包括利用C2H2F2、C4F8、Ar和O2的混合氣體來實(shí)施干蝕刻過程。
9.權(quán)利要求1的方法,包括利用C2H2F2、C5F8、Ar和O2的混合氣體來實(shí)施干蝕刻過程。
10.權(quán)利要求1的方法,包括利用ICP型設(shè)備或MERLE設(shè)備來實(shí)施干蝕刻過程。
11.權(quán)利要求10的方法,包括通過施加3mTorr-100mTorr的壓力以及500W-1000W的源和偏壓功率來實(shí)施利用ICP型設(shè)備的干蝕刻過程。
12.權(quán)利要求10的方法,包括通過施加10mTorr-200mTorr的壓力以及100W-1000W的源和偏壓功率來實(shí)施利用MERIE設(shè)備的干蝕刻過程。
13.權(quán)利要求1的方法,包括利用(氧化物-氮化物-氧化物)ONO結(jié)構(gòu)或高介電材料來形成介電層。
14.權(quán)利要求12的方法,其中高介電材料包括選自Al2O3、HfO2、ZrO2、SiON、La2O3、Y2O3、TiO2、CeO2、N2O3、Ta2O5、BaTiO3、SrTiO3、BST和PZT的材料或選自HfxAlyOz、ZrxAlyOz、HfSiO4和ZrSiO4的混合氧化物。
15.權(quán)利要求1的方法,包括利用氧化物層和無定形碳來形成硬掩模層。
16.一種制造快閃存儲器件的方法,所述方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域中層疊隧道氧化物層和第一導(dǎo)電層,并且在半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域中形成隔離層;通過干蝕刻過程將隔離層蝕刻至預(yù)定厚度,在第一導(dǎo)電層的側(cè)壁上形成第一間隔物;以與隔離層部分重疊的方式在第一導(dǎo)電層上形成第二導(dǎo)電層,形成浮動?xùn)艠O圖案;和在整個(gè)表面上形成介電層、第三導(dǎo)電層和硬掩模層,使硬掩模層、第三導(dǎo)電層和介電層圖案化以形成控制柵極,并且利用控制柵極作為掩模來蝕刻浮動?xùn)艠O圖案,從而形成浮動?xùn)艠O,其中當(dāng)蝕刻浮動?xùn)艠O圖案以暴露半導(dǎo)體襯底時(shí),由于一些隔離層被蝕刻而在半導(dǎo)體襯底的側(cè)面上形成第二間隔物。
全文摘要
一種制造快閃存儲器件的方法。在產(chǎn)生過量聚合物的條件下利用干蝕刻過程來實(shí)施用于控制隔離層的有效場高度的蝕刻過程,由此在浮動?xùn)艠O圖案的側(cè)壁上形成第一間隔物。當(dāng)控制柵極和浮動?xùn)艠O隨后形成時(shí)所暴露區(qū)域的隔離層被蝕刻時(shí),第一間隔物用作蝕刻阻擋層,以便在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)的側(cè)壁上形成第二間隔物。因此,可以防止半導(dǎo)體襯底側(cè)壁的暴露和損傷并改善器件的可靠性。
文檔編號H01L21/8247GK101017799SQ20061014985
公開日2007年8月15日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月7日
發(fā)明者李仁魯 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司
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