CN100539083C - 闪存器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种闪存器件的制造方法，包括：提供半导体衬底；所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，在所述第一区域和第二区域中具有浅沟槽隔离区，在所述第一区域上依次形成有第一介质层、多晶硅层的堆栈栅极结构和硬掩膜层，在所述第二区域上依次形成有第二介质层、多晶硅层和硬掩膜层；在所述具有堆栈栅极结构的第一区域上以及所述第一区域和第二区域的硬掩膜层上形成第三介质层；平坦化所述第三介质层至所述第一区域的硬掩膜层表面露出；清洗所述第二区域的硬掩膜层表面，以去除所述第二区域的硬掩膜表面的第三介质层；去除所述第一区域和第二区域的硬掩膜层。本发明闪存器件的制造方在低温氧化层平坦化工艺中不会有残留物。

Description

闪存器件的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种闪存器件的制造方法。

背景技术

闪存(Flash memory)器件能够在断电时保存数据，并可重复性的存储、读取及擦除数据，被广泛应用于计算机通讯、存储等领域。一个典型的闪存器件的存储单元包括堆叠栅极结构，该堆叠栅极结构包括浮栅和控制栅极，所述控制栅极与浮栅绝缘，所述浮栅位于半导体衬底的漏极和源极中间绝缘氧化层上方。公开号为CN 1677678A的中国专利申请文件公开了一种快闪存储单元(即闪存器件的存储单元)，图1为所述的中国专利申请文件公开的快闪存储单元的结构剖面图，如图1所示，所述快闪存储单元包括浮栅306a和控制栅极310a，所述浮栅306a和控制栅极310a之间形成有介电层308a，所述浮栅306a和半导体衬底300中的阱区302之间有氧化层304a，在所述浮栅306a两侧的阱区302中还形成有源极区322和漏极区320。上述快闪存储单元工作时，通过在控制栅极310a、源极区322、漏极区320上施加不同的工作电压，阱区302中的电子通过Fowler-Nordheim(F-N)隧穿效应被注入到所述浮栅306a中，由于氧化层304a的存在，所述浮栅306a中的电子在断电时会保留而不会自动泄漏。

闪存存储单元的存储和读取通过闪存存储区外围的电路的控制来实现。在制造闪存存储单元时，外围电路也同时被制造。图2至图7为现有一种闪存存储器件(含外围电路)的制造方法的各步骤相应的结构的剖面示意图。

如图2所示，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100具有第一区域101和第二区域102，所述第一区域101用于形成存储区，所述第二区域102用于形成外围电路。在所述第一区域101中形成浅沟槽隔离区103，在所述第二区域形成浅沟槽隔离区105。

如图3所示，在所述第一区域101上依次形成第一氧化层106、氮化层107、第二氧化层108，在所述第二区域上形成第三氧化层109；在所述第二氧化层108和第三氧化层109上形成第一多晶硅层110，在所述第一多晶硅层110上形成氮化硅层111，所述氮化硅层111作为硬掩膜层。

如图4所示，通过光刻刻蚀在所述第一区域101上形成栅极结构112，在所述栅极结构112两侧的第一区域101中掺杂形成位线113，在所述栅极结构112侧壁形成侧墙114。

如图5所示，在所述半导体衬底100上沉积低温氧化层115。如图6所示，通过化学机械研磨去除所述氮化硅层111上的低温氧化层115。

如图7所示，通过湿法刻蚀去除所述氮化硅层111，并沉积导电层116，通过光刻刻蚀形成字线。

进一步的，在所述第二区域形成外围电路的金属氧化物半导体器件(未示出)。

上述闪存器件的制造方法中，由于所述第一区域101和第二区域102浅沟槽隔离区平坦度不同，有源区密度较小的所述第二区域102的浅沟槽隔离区在制造时往往会形成凹陷，这使得在所述第二区域102上沉积的多晶硅层110和氮化硅层111也具有凹陷，导致在通过化学机械研磨平坦化所述低温氧化层115时，当所述第一区域101的栅极结构112上低温氧化层115已经过被研磨至露出所述氮化硅层111，所述第二区域102上的氮化硅层111的凹陷中还残留有低温氧化层115的材料，如图8所示的残留物117，使得后续通过湿法去除所述氮化硅层111时，难以被去除干净，这进一步导致所述导电层116(请参考图7)与所述第一多晶硅层之间被残留物隔开，引起字线与所述第一多晶硅层110之间断路。

发明内容

本发明提供一种闪存器件的制造方法，本发明闪存器件的制造方法在硬掩膜层表面不会有残留物。

本发明提供的一种闪存器件的制造方法，包括：

提供半导体衬底；所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，在所述第一区域和第二区域中具有浅沟槽隔离区，在所述第一区域上依次形成有第一介质层、多晶硅层的堆栈栅极结构和硬掩膜层，在所述第二区域上依次形成有第二介质层、多晶硅层和硬掩膜层；

在所述具有堆栈栅极结构的第一区域上以及所述第一区域和第二区域的硬掩膜层上形成第三介质层；

平坦化所述第三介质层至所述第一区域的硬掩膜层表面露出；

清洗所述第二区域的硬掩膜层表面，以去除所述第二区域的硬掩膜表面的第三介质层；

去除所述第一区域和第二区域的硬掩膜层。

可选的，该方法进一步包括：在清洗所述第二区域的硬掩膜层表面之前，在所述第一区域的第三介质层表面形成保护层。

可选的，该方法进一步包括：在清洗所述第二区域的硬掩膜层表面之前，在所述第一区域的硬掩膜层和第三介质层表面形成保护层。

可选的，所述保护层为光刻胶。

可选的，所述清洗的清洗液为氢氟酸溶液。

可选的，在所述氢氟酸溶液中添加有氟化氨。

可选的，所述清洗方法为喷射清洗或浸泡清洗。

可选的，所述第三介质层为低温氧化硅层。

可选的，所述第一介质层为氧化硅-氮化硅-氧化硅的堆栈结构，所述第二介质层为氧化硅。

可选的，该方法进一步包括：在形成所述第三介质层之前，在所述半导体衬底的第一区域中掺杂，形成位线。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明闪存器件的制造方法中通过清洗去除硬掩膜层表面的残留物，能够使所述硬掩膜层表面没有研磨后的残留物。使后续通过湿法腐蚀去除所述硬掩膜层的工艺得以顺利进行，能够完全去除所述硬掩膜层而没有残留的硬掩膜层材料，使得后续工艺中沉积的导电层与所述多晶硅层具有很好的接触，避免了所述导电层经过光刻刻蚀形成的字线与所述多晶硅层断路，增加了形成的器件的稳定性，提高了产品的良率。

另外，清洗所述硬掩膜层表面的腐蚀液为氢氟酸溶液，所述清洗的方法为喷射清洗或浸泡清洗，也可以在所述氢氟酸溶液中加入氟化氨作为缓冲剂。通过在所述氢氟酸溶液中加入缓冲剂，可使氢氟酸腐蚀所述残留物的速度减缓，使所述清洗工艺变得稳定而易于控制，并且加入缓冲剂后的氢氟酸也消弱了对所述光刻胶层的腐蚀，更有助于保护所述光刻胶层下的第三介质层不受损伤。

附图说明

图1为一种现有技术的闪存存储单元的结构剖面图；

图2至7为一种现有技术的闪存器件的制造方法的各步骤相应的结构剖面图；

图8为图2至图7所述的制造方法中引起的低温氧化层残留缺陷的示意图；

图9为本发明的闪存器件的制造方法的实施例的流程图；

图10至图21为本发明闪存器件的制造方法的实施例的各步骤相应的结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图9为本发明的闪存器件的制造方法的实施例的流程图。图10至图21为该实施例的各步骤相应的结构的剖面示意图。

步骤一，如图9所示，提供半导体衬底(S100)，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，在所述第一区域和第二区域中具有浅沟槽隔离区，在所述第一区域上依次形成有第一介质层、多晶硅层的堆栈栅极结构和硬掩膜层，在所述第二区域上依次形成有第二介质层、多晶硅层和硬掩膜层，本实施例中所述第一介质层为氧化硅-氮化硅-氧化硅的堆栈结构，所述第二介质层为氧化硅。

如图10所示的剖面示意图，半导体衬底200具有第一区域201和第二区域202，在所述第一区域201中形成有第一浅沟槽隔离区203，在所述第二区域202中形成有第二浅沟槽隔离区205。在所述第一区域201中的第一浅沟槽隔离区203定义出的有源区用于制造闪存器件的存储单元，在所述第二区域202的浅沟槽隔离区205定义出的有源区用于制造外围电路的金属氧化物半导体器件。所述半导体衬底200可以是N型衬底或P型衬底。所述第一浅沟槽隔离区203和第二浅沟槽隔离区205通过在所述半导体衬底200的第一区域201和第二区域202刻蚀出开口，并填充介质材料后平坦化而形成。所述介质材料可以是氧化硅。平坦化所述介质材料的工艺中，由于在所述第一区域201和第二区域202的有源区的密度和面积不同，所述第二区域202的有源区的密度和面积要小于所述第一区域201的有源区的密度和面积，这使得在通过化学机械研磨平坦化所述介质材料时，当所述第一区域201中的介质材料的平坦化满足要求时，往往会在所述第二区域202的第二浅沟槽隔离区205中的表面形成凹陷。

如图11所示，在半导体衬底200依次沉积第一氧化硅层206、氮化硅层207和第二氧化硅层208，所述第一氧化硅层206作为形成的闪存器件存储单元的遂穿氧化层。

然后，在所述第二氧化硅层208上旋涂光刻胶层(未示出)，通过曝光显影去除所述第二区域202的第二氧化硅层208上的光刻胶层，并刻蚀去除所述第二区域202的第二氧化硅层208、氮化硅层207和第一氧化硅层206，接着通过灰化去除所述第一区域201的第二氧化硅层208上的光刻胶层，形成如图12所示的结构。

如图13所示，在所述半导体衬底200的第二区域202上形成第三氧化硅层209，该第三氧化硅层209作为外围电路的金属氧化物半导体器件的栅氧。

如图14所示的剖面图，在所述第二氧化硅层208和第三氧化硅层209上形成多晶硅层210，在所述多晶硅层210上形成硬掩膜层211。所述硬掩膜层211为氮化硅。所述多晶硅层210的厚度为500至1200埃，其形成的方法为物理气相沉积或化学气相沉积。所述硬掩膜层211的厚度为400至800埃。

在所述硬掩膜层211上旋涂光刻胶层(未示出)，通过曝光显影工艺在所述第一区域201的光刻胶层中形成开口图案，所述开口图案的底部露出所述硬掩膜层211，刻蚀所述开口图案底部，至所述半导体衬底200的第一区域201表面被露出，在所述第一区域201上的硬掩膜层211、多晶硅层210、第二氧化硅层208、氮化硅层207、第一氧化硅层206中形成开口，如图15所示。然后去除所述光刻胶层。所述第一区域201上未被刻蚀的第一氧化硅层206、氮化硅层207、第二氧化硅层208、多晶硅层210的堆栈形成闪存器件存储单元的堆栈栅极结构212。

如图16所示的剖面图，在所述开口的侧壁形成侧壁层214，该侧壁层214即为所述堆栈栅极结构212的侧墙。本实施例中该侧壁层214为氧化硅。

接着，通过离子注入的方式在所述开口底部的半导体衬底200的第一区域201中进行掺杂，形成掺杂区213。完成所述掺杂后，对所述掺杂区213执行退火工艺，使得掺入的杂质离子被激活，所述退火可以为高温炉管退火或快速热退火。该掺杂区213作为形成的闪存器件的位线。

步骤二，如图9所示，在所述具有堆栈栅极结构的第一区域上以及所述第一区域和第二区域的硬掩膜层上形成第三介质层(S110)。

如图17所示的剖面示意图，在所述开口中和所述硬掩膜层211上形成第三介质层215。所述第三介质层215为低温氧化硅层(LowTemperture Oxide，LTO)。沉积所述低温氧化硅层的方法为常压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积中的一种。

步骤三，如图9所示，平坦化所述第三介质层至所述第一区域的硬掩膜层表面露出(S120)。

完成沉积所述第三介质层215后，需要进行平坦化，以去除高出所述硬掩膜层211表面的第三介质层材料，保证后续湿法刻蚀去除所述硬掩膜层211工艺的顺利进行。

本实施例中采用化学机械研磨的方法来平坦化所述第三介质层215。执行化学机械研磨工艺去除超出所述硬掩膜层211表面的第三介质层215，在所述栅极结构212上硬掩膜层211表面露出时停止化学机械研磨，如图18所示。由于受底层第二浅沟槽隔离区205表面凹陷的影响，所述第二区域202的硬掩膜层211表面也具有凹陷，使得在通过化学机械研磨去除所述第三介质层215时，在所述第二区域202的硬掩膜层211表面具有所述第三介质层215材料的残留物217，本实施例中所述残留物217为低温氧化硅材料。

步骤四，如图9所示，清洗所述第二区域的硬掩膜层表面，以去除所述第二区域的硬掩膜表面的第三介质层(S130)。

由于经过化学机械研磨平坦化后在所述第二区域202的硬掩膜层211的表面仍然有残留物217，该残留物217的存在会阻碍后续湿法刻蚀去除所述硬掩膜层211的工艺。

本发明方法中通过湿法清洗的工艺去除该硬掩膜层211表面的残留物217。本实施例中，在对所述第二区域202的硬掩膜层211表面的残留物去除时，首先在所述第一区域201的第三介质层215和硬掩膜层211表面形成保护层，以保护所述第一区域201上的第三介质层215在所述清洗过程中不受影响。本实施例中所述保护层为光刻胶层，如图19所示的光刻胶层218。所述光刻胶层218通过旋涂、烘烤、曝光、显影等工艺形成。

以所述光刻胶层218为保护层，用腐蚀液清洗所述第二区域202的硬掩膜层211的表面，去除所述残留物217，如图20所示。清洗所述硬掩膜层211表面的腐蚀液为氢氟酸溶液，所述清洗的方法为喷射清洗或浸泡清洗。也可以在所述氢氟酸溶液中加入氟化氨作为缓冲剂(称为缓冲氧化硅腐蚀液BOE或缓冲氢氟酸BHF)，使氢氟酸腐蚀所述残留物217的速度减缓，进而使所述清洗工艺变得稳定和易于控制，并且加入缓冲剂后的氢氟酸也消弱了对所述光刻胶层218的腐蚀，更有助于保护所述光刻胶层218下的第三介质层215不受损伤。

如图21所示，完成用所述腐蚀液清洗去除所述残留物217之后，需要通过氧气等离子体灰化去除所述光刻胶层218，并使用硫酸和双氧水进行湿法清洗以去除残胶。

接着，用去离子水清洗所述硬掩膜层211的表面。该去离子水清洗工艺也可以在去除所述光刻胶层218之前进行。

在其它的实施例中，在采用腐蚀液清洗去除所述残留物217之前，也可以仅在所述第一区域201的第三介质层215上形成保护层，形成该保护层之后的清洗工艺与前述相同，不再赘述。

通过清洗工艺去除所述残留物217，使得后续湿法腐蚀去除所述硬掩膜层211的工艺得以顺利进行，能够完全去除所述硬掩膜层211，而没有残留物，使后续工艺中沉积导电层形成的字线与所述多晶硅层210具有很好的电连接，避免了断路，增强了器件的稳定性，提高了产品的良率。

步骤五，如图9所示，去除所述第一区域和第二区域的硬掩膜层(S140)。

去除所述残留物217之后，所述硬掩膜层211的表面被完全暴露，通过湿法刻蚀工艺去除该硬掩膜层211。所述湿法刻蚀的腐蚀液为磷酸，相对于低温氧化硅材料的第三介质层215和多晶硅材料的多晶硅层210，磷酸对氮化硅材料的硬掩膜层211具有较快的刻蚀速率。由于在所述硬掩膜层211表面没有所述残留物217，因而可将所述硬掩膜层211材料去除干净，使得所述多晶硅层210的表面露出而没有残留物覆盖。进一步的在所述第三介质层215和多晶硅层210上沉积导电层(未示出)，该导电层和所述多晶硅层210具有很好的接触，避免了所述导电层经过光刻刻蚀形成字线之后与所述多晶硅层210断路，提高了形成的器件的稳定性。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1、一种闪存器件的制造方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底；所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，在所述第一区域和第二区域中具有浅沟槽隔离区，在所述第一区域上依次形成有第一介质层、多晶硅层的堆栈栅极结构和所述栅极结构上具有开口的硬掩膜层，在所述第二区域上依次形成有第二介质层、多晶硅层和硬掩膜层；

在所述具有堆栈栅极结构的第一区域上以及所述第一区域和第二区域的硬掩膜层上形成第三介质层；

平坦化所述第三介质层至所述第一区域的硬掩膜层表面露出；

清洗所述第二区域的硬掩膜层表面，以去除所述第二区域的硬掩膜表面的第三介质层；

去除所述第一区域和第二区域的硬掩膜层。

2、如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，该方法进一步包括：在清洗所述第二区域的硬掩膜层表面之前，在所述第一区域的第三介质层表面形成保护层。

3、如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，该方法进一步包括：在清洗所述第二区域的硬掩膜层表面之前，在所述第一区域的硬掩膜层和第三介质层表面形成保护层。

4、如权利要求2或3所述的闪存器件的制造方法，其特征在于：所述保护层为光刻胶。

5、如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于：所述清洗的清洗液为氢氟酸溶液。

6、如权利要求5所述的闪存器件的制造方法，其特征在于：在所述氢氟酸溶液中添加有氟化氨。

7、如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于：所述清洗方法为喷射清洗或浸泡清洗。

8、如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于：所述第三介质层为低温氧化硅层。

9、如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于：所述第一介质层为氧化硅-氮化硅-氧化硅的堆栈结构，所述第二介质层为氧化硅。

10、如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，该方法进一步包括：在形成所述第三介质层之前，在所述半导体衬底的第一区域中掺杂，形成位线。

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