CN102122640A - 形成快闪存储器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种形成快闪存储器的方法，包括：在半导体衬底上形成隧穿氧化层；于退火后的隧穿氧化层上依次形成控制栅极和浮置栅极；进行清洗工艺，在半导体衬底表面产生有机聚合物；进行等离子体处理，去除有机聚合物；在半导体衬底及栅极上形成光刻胶层，定义出源/漏极图形；以光刻胶层为掩膜，于栅极两侧的半导体衬底内注入离子，形成源/漏极；进行金属连线，形成快闪存储器。本发明用等离子体处理有机聚合物，能将清洗工艺中产生的硅醇烷结构的颗粒清理干净；避免在后续形成的光刻胶层内形成空洞，有效改善了半导体器件的电性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及形成快闪存储器的方法。
背景技术
在半导体器件的制造工艺中，对晶圆表面进行预处理是其中最重要和最频繁的步骤之一。一般来说，晶圆在存储、装载和卸载的过程中，以及半导体器件的整个制造工艺中，通常都会在晶圆上留下污染物，如颗粒物，金属离子，有机物等。因此，需要采用清洗等预处理的步骤来避免晶圆上残留微量离子和金属等。
而对于不同的污染物需要采用不同的清洗方法。有机杂质污染可通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术来去除；颗粒物污染可以运用物理的方法如机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径≥0.4μm的颗粒，利用兆声波可去除≥0.2μm的颗粒。申请号为03819420.1的中国专利申请中就公开了一种采用含水基和低温清洗技术组合的半导体晶圆表面的化学机械研磨后的清洗方法，包括采用含水基的清洗方法清洗表面，至少局部干燥表面，以及随后采用CO2低温清洗方法清洗表面。该方法能够从疏水性的、由单独采用含水基清洗技术难以清洁的表面上，去除所述的污染物。
目前业界最广泛采用的清除污染物的方法是使用SC1清洗液(NH4OH/H2O2/H2O＝1∶1∶5)，不仅能去除有机物和颗粒污染，也能够更好的去除金属离子污染。另外，业界通常采用SPM清洗液(H2SO4/H2O2＝4∶1)专门清洗晶圆上的颗粒物。
现有在形成快闪存储器的过程中，进行清洗预处理工艺如下所示：参考图1，提供包含隔离区102及位于隔离区102之间的有源区104的半导体衬底100；然后，于有源区104的半导体衬底100上形成隧穿氧化层106，隧穿氧化层106的材质是氧化硅。在隧穿氧化层106上形成第一导电层108，所述第一导电层108的材质例如是掺杂多晶硅；接着，于第一导电层108上形成栅间介电层116，此栅间介电层116的材质例如是氧化硅、氧化硅/氮化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)；然后，用化学气相沉积法在栅间介电层116之上形成第二导电层118，第二导电层118的材质例如是掺杂复晶硅与金属硅化物。
如图2所示，在第二导电层118上形成第一光刻胶层(未示出)，经过曝光、显影工艺，定义栅极图形；以第一光刻胶层为掩膜，蚀刻第二导电层118，形成控制栅极118a；继续以第一光刻胶层为掩膜蚀刻栅间介电层116、第一导电层108及隧穿氧化层106，形成浮置栅极108a；由控制栅极118a、栅间介电层116、浮置栅极108a及隧穿氧化层106构成堆栈栅极结构。灰化去除第一光刻胶层；进行清洗工艺，去除刻蚀过程中残留于半导体衬底100及堆栈结构上的颗粒物。
请参照图3，在堆栈栅极结构及半导体衬底100上形成第二光刻胶层132，经过光刻工艺后，定义出源/漏极图形。接着，以第二光刻胶层132和堆栈栅极结构为掩模，向堆有源区104的半导体衬底100内注入离子，形成源极/漏极(未示出)；然后，去除第二光刻胶层后，在堆栈栅极结构两侧形成侧墙(未示出)；最后进行后续金属连线过程，形成快闪存储器。
现有在刻蚀形成堆栈栅极结构后，通常会采用SC1清洗液或SPM清洗液进行清洗工艺以去除颗粒物；但是在清洗过程中，清洗液中的氢氧根离子会与半导体衬底中的硅产生反应，生成硅醇烷结构的颗粒130；进而在后续形成光刻胶层时，经过烘烤工艺后，颗粒会膨胀，形成空洞130a，导致形成的半导体器件电性能下降。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种形成快闪存储器的方法，防止在光刻胶层内形成空洞而导致的形成的半导体器件电性能下降。
为解决上述问题，本发明提供一种形成快闪存储器的方法，包括：在半导体衬底上形成隧穿氧化层；于退火后的隧穿氧化层上依次形成控制栅极和浮置栅极；进行清洗工艺，在半导体衬底表面产生有机聚合物；进行等离子体处理，去除有机聚合物；在半导体衬底及栅极上形成光刻胶层，定义出源/漏极图形；以光刻胶层为掩膜，于栅极两侧的半导体衬底内注入离子，形成源/漏极；进行金属连线，形成快闪存储器。
可选的，所述等离子体处理采用的气体为N2O。所述N2O的流量为2500sccm～3000sccm。所述处理的时间18s～22s。
可选的，所述等离子体处理为等离子体增强化学气相沉积法。所述等离子体处理所需温度为380℃～420℃。
可选的，形成控制栅极和浮置栅极的步骤还包括：于隧穿氧化层上依次形成第一导电层、栅间介电层和第二导电层；于第二导电层上形成图案化光刻胶层，定义栅极；以光刻胶层为掩模，蚀刻第二导电层、栅间介电层、第一导电层和隧穿氧化层，形成控制栅极和浮置栅极。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：用等离子体处理有机聚合物，能将清洗等预处理工艺中产生的硅醇烷结构的颗粒清理干净；避免在后续形成的光刻胶层内形成空洞，有效改善了半导体器件的电性能。
附图说明
图1至图3是现有制作快闪存储器的示意图；
图4至图5是本发明针对晶圆上有机聚合物进行处理的实施例示意图；
图6是本发明制作快闪存储器过程中进行有机聚合物处理的具体实施方式流程图；
图7至图10本发明制作快闪存储器过程中进行有机聚合物处理的实施例示意图。
具体实施方式
现有在刻蚀形成堆栈栅极结构后，通常会采用SC1清洗液或SPM清洗液进行清洗工艺以去除有机聚合物；但是在清洗过程中，清洗液中的氢氧根离子会与半导体衬底中的硅产生反应，生成硅醇烷结构的颗粒；进而在后续形成光刻胶层时，经过烘烤工艺后，颗粒会膨胀，形成空洞，导致形成的半导体器件电性能下降。
本发明在制作快闪存储器过程中进行有机聚合物处理的流程如图6所示，执行步骤S1，在半导体衬底上形成隧穿氧化层；执行步骤S2，于退火后的隧穿氧化层上依次形成控制栅极和浮置栅极；执行步骤S3，进行清洗工艺，在半导体衬底表面产生有机聚合物；执行步骤S4，进行等离子体处理，去除有机聚合物；执行步骤S5，在半导体衬底及栅极上形成光刻胶层，定义出源/漏极图形；执行步骤S6，以光刻胶层为掩膜，于栅极两侧的半导体衬底内注入离子，形成源/漏极；执行步骤S7，进行金属连线，形成快闪存储器。
本发明用等离子体处理有机聚合物，能将清洗工艺中产生的硅醇烷结构的颗粒清理干净；避免在后续形成的光刻胶层内形成空洞，有效改善了半导体器件的电性能。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图4至图5是本发明针对晶圆上有机聚合物进行预处理的实施例示意图。如图4所示，提供晶圆200，所述晶圆200表面由于在清洗刻蚀残留物过程中，清洗液中的氢氧根离子与硅反应产生硅醇烷结构的有机聚合物颗粒202。
如图5所示，将带有有机聚合物的晶圆放入反应腔室206内，在反应腔室206内通入N2O气体204，经过等离子体电离形成N2和O-，与硅醇烷结构的颗粒进行反应，生成水蒸汽，以去除颗粒。
本实施例中，所述N2O的流量为2500sccm～3000sccm，所述处理的时间18s～22s。优选的N2O的流量为2800sccm，相应的处理时间为20s。
本实施例中，所述等离子体处理为等离子体增强化学气相沉积法。所述等离子体处理所需温度为380℃～420℃，具体固定温度为400℃。
图7至图10本发明制作快闪存储器过程中进行有机聚合物处理的实施例示意图。如图7所示，提供包含隔离区302及位于隔离区302之间的有源区304的半导体衬底300；接着，在有源区304的半导体衬底300上用热氧化法形成隧穿氧化层306。
继续参考图7，在隧穿氧化层306上形成第一导电层308，其材料例如是掺杂多晶硅，形成第一导电层308的方法例如是利用化学气相沉积法形成一层未掺杂多晶硅层后，进行离子掺杂步骤而形成；然后再于第一层电层308上形成栅间介电层316，栅间介电层316的材料例如是氧化硅、氧化硅/氮化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)等，形成方法例如是低压化学气相沉积法；用化学气相沉积法在栅间介电层316上形成第二导电层318，第二导电层318的材料例如是掺杂多晶硅或金属硅化物。
本实施例中，栅间介电层316的材料为氧化硅/氮化硅/氧化硅，其中第一层氧化硅310的厚度为50埃～70埃；氮化硅312的厚度为60埃～80埃；第二层氧化硅314的厚度为50埃～70埃。
请参照图8，用旋涂法在第二导电层上形成第一光刻胶层(未图示)，经过曝光显影工艺，定义栅极图形；以第一光刻胶层为掩模，蚀刻第二导电层，将蚀刻后的第二导电层作为控制栅极318a；同时继续以第一光刻胶层为掩模，蚀刻栅间介电层316、第一导电层308与隧穿氧化层306至露出半导体衬底，将蚀刻后的第一导电层308作为浮置栅极308a；由控制栅极318a、栅间介电层316、浮置栅极308a及隧穿氧化层306构成堆栈栅极结构。接着，灰化去除第一光刻胶层。
进行清洗工艺，去除刻蚀形成堆栈栅极结构过程中残留于半导体衬底300及堆栈结构上的颗粒物。
本实施例中，所述清洗工艺中采用的清洗液为SC1清洗液或SPM清洗液但是在清洗过程中，清洗液中的氢氧根离子会与半导体衬底300中的硅产生反应，生成硅醇烷结构的有机聚合物颗粒330。
如图9所示，将带有有机聚合物的半导体衬底300放入反应腔室332内，并在反应腔室332内通入N2O气体334，经过等离子体电离形成N2和O-，与硅醇烷结构的有机聚合物颗粒进行反应，生成水蒸汽，以去除该有机聚合物颗粒。
本实施例中，所述N2O的流量为2500sccm～3000sccm，所述处理的时间18s～22s。优选的N2O的流量为2800sccm，相应的处理时间为20s。
本实施例中，所述等离子体处理为等离子体增强化学气相沉积法。所述等离子体处理所需温度为380℃～420℃，具体固定温度为400℃。
本实施例中，将N2O气体经过等离子体电离，形成与有机聚合物反应生成水蒸汽的离子，能有效将清洗工艺中产生的硅醇烷结构的颗粒清理干净；避免在后续形成的光刻胶层内形成空洞，进一步改善了半导体器件的电性能，防止短路或断路情况的发生。
如图10所示，将半导体衬底300从反应腔室332内取出后，在堆栈栅极结构及半导体衬底200上形成第二光刻胶层336，经过光刻工艺后，定义出源/漏极图形。接着，以第二光刻胶层336和堆栈栅极结构为掩模，向堆有源区304的半导体衬底300内注入离子，形成源极/漏极(未示出)；然后，去除第二光刻胶层后，在堆栈栅极结构两侧形成侧墙(未示出)；最后进行后续金属连线过程，形成快闪存储器。
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 (7)
1.一种形成快闪存储器的方法，其特征在于，包括：
在半导体衬底上形成隧穿氧化层；
于退火后的隧穿氧化层上依次形成控制栅极和浮置栅极；
进行清洗工艺，在半导体衬底表面产生有机聚合物；
进行等离子体处理，去除有机聚合物；
在半导体衬底及栅极上形成光刻胶层，定义出源/漏极图形；
以光刻胶层为掩膜，于栅极两侧的半导体衬底内注入离子，形成源/漏极；
进行金属连线，形成快闪存储器。
2.根据权利要求1所述形成快闪存储器的方法，其特征在于，所述等离子体处理采用的气体为N2O。
3.根据权利要求2所述形成快闪存储器的方法，其特征在于，所述N2O的流量为2500sccm～3000sccm。
4.根据权利要求2所述形成快闪存储器的方法，其特征在于，所述处理的时间18s～22s。
5.根据权利要求1或2所述形成快闪存储器的方法，其特征在于，所述等离子体处理为等离子体增强化学气相沉积法。
6.根据权利要求5所述形成快闪存储器的方法，其特征在于，所述等离子体处理所需温度为380℃～420℃。
7.根据权利要求1所述形成快闪存储器的方法，其特征在于，形成控制栅极和浮置栅极的步骤还包括：
于隧穿氧化层上依次形成第一导电层、栅间介电层和第二导电层；
于第二导电层上形成图案化光刻胶层，定义栅极；
以光刻胶层为掩模，蚀刻第二导电层、栅间介电层、第一导电层和隧穿氧化层，形成控制栅极和浮置栅极。
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