CN104051246B - 一种提高高压栅氧可靠性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高高压栅氧可靠性的方法，所述方法至少包括：首先，在提供的半导体衬底上依次制备形成隧穿氧化物层、浮栅材料层及堆叠结构；其次，利用干法刻蚀工艺刻蚀所述浮栅材料层和堆叠结构，刻蚀后会有残留物滞留在所述隧穿氧化物层上；然后，在预设温度下，对得到的结构热烘预定的时间，排出干法刻蚀工艺留下的所述残留物；接着，利用湿法刻蚀工艺刻蚀所述隧穿氧化物层直至暴露出所述半导体衬底的表面；最后，在所述半导体衬底的表面生长一高压栅氧层。本发明提供的方法是在干法刻蚀工艺之后增加一热烘工艺，保证停留在半导体衬底表面的有害物质以气体的方式挥发而排出，减少干法刻蚀给高压栅氧层带来的失效问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种提高高压栅氧可靠性的方法。
背景技术
目前，闪存作为一种主要的非易挥发性存储器件，其已经广泛应用于U盘驱动器、MP3播放器、数码相机、个人数字助理、移动电话和手提电脑等各种便携式电子产品，其中，高存储容量、低成本和低功耗的存储器已成为非挥发性存储器的发展趋势，相比另一种非挥发性存储器器件电可擦除制度存储器（EEPROM，Electrically Erasable ProgrammableRead Only Memory），闪存具有明显面积上的优势，但是，闪存存储单元中的高压栅氧却很容易出现随机早期失效的问题，可靠性偏低，分析发现有可能是制备过程中干法刻蚀遗留的有害元素对后续生长的高压栅氧产生了影响。
如图1所示为现有的非易挥发性的闪存中制造高压栅氧的工艺流程，至少包括如下步骤：
步骤1，在半导体衬底上依次沉积隧穿氧化物层、浮栅材料层、堆叠结构，其中，堆叠结构是由底部的下氧化层、中部的氮化层和顶部的上氧化层组成；
步骤2，对所述浮栅材料层和堆叠结构进行光刻和干法刻蚀，露出隧穿氧化物层；
步骤3，接着利用湿法刻蚀工艺刻蚀所述隧穿氧化物层；
步骤4，在晶圆衬底表面生长高压栅氧层。
在以上的步骤中，对浮栅材料层和堆叠结构的刻蚀采用的是干法刻蚀，而一般干法刻蚀用的气体是含氟的混合气体，比如，三氟甲烷（CHF3）和氧气（O2）的混合气体，所以在刻蚀过程中隧穿氧化物层的表面会产生大量含氟元素的聚合物（Polymer），这些含氟元素的聚合物在后续的湿法刻蚀隧穿氧化物层工艺过程中，和湿法刻蚀工艺中的化学物质（如HF，H2O等）发生复杂的化学反应，产生对半导体衬底1A有一定腐蚀作用的化学物质，从而造成对半导体衬底1A的表面不可修复的损伤，如图3所示。湿法刻蚀隧穿氧化物层后再利用热氧化工艺在半导体衬底1A表面生长形成高压栅氧层5A，在具有缺陷7A的半导体衬底1A上形成的这层高压栅氧层5A也就存在失效的风险，如图4所示。
因此，如何解决现有技术中高压栅氧可靠性低的问题是本领域技术人员需要解决的课题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高高压栅氧可靠性的方法，用于解决现有技术中高压栅氧可靠性低导致早期失效的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高高压栅氧可靠性的方法，该方法至少包括步骤：
1）在提供的半导体衬底上依次制备形成隧穿氧化物层、浮栅材料层及堆叠结构；
2）利用干法刻蚀工艺刻蚀所述浮栅材料层和堆叠结构，刻蚀后会有残留物滞留在所述隧穿氧化物层上；
3）在预设温度下对步骤2）得到的结构热烘预定的时间，排出干法刻蚀工艺留下的所述残留物；
4）利用湿法刻蚀工艺刻蚀所述隧穿氧化物层直至暴露出所述半导体衬底的表面；
5）在所述半导体衬底的表面生长一高压栅氧层。
优选地，所述浮栅材料层为多晶硅。
优选地，所述隧穿氧化物层为单层结构的二氧化硅。
优选地，所述堆叠结构为三层结构，所述三层结构是由底部的下氧化层、中部的氮化层和顶部的上氧化层组成，其中，所述氧化层为二氧化硅，所述氮化层为氮化硅。
优选地，步骤2）中采用的是等离子体刻蚀工艺，刻蚀的气体为含氟的混合气体。
优选地，步骤3）中还包括将步骤2）得到的结构进行冷却的步骤。
优选地，在大气环境中进行热烘工艺，所述预设温度范围为50～400℃，所述热烘的时间范围为0.5～5min。
优选地，采用炉管热氧化的方法来制备高压栅氧层。
如上所述，本发明的提高高压栅氧可靠性的方法，具有以下有益效果：在干法刻蚀工艺刻蚀所述浮栅材料层和堆叠结构之后增加了一热烘工艺，通过对半导体衬底进行热烘，使停留在半导体衬底表面的有害残留物质以气体的方式挥发而排出，从而降低了高压栅氧层的失效率，提高了其可靠性。
附图说明
图1显示为传统制备高压栅氧层的工艺流程示意图。
图2为本发明制备高压栅氧层的工艺流程示意图。
图3为传统工艺中半导体衬底具有缺陷的结构示意图。
图4为传统工艺中半导体衬底上高压栅氧具有缺陷的结构示意图。
图5～9为本发明制备高压栅氧层的结构流程示意图。
元件标号说明
1,1A 半导体衬底
2 隧穿氧化物层
3 浮栅材料层
4 堆叠结构
5,5A 高压栅氧层
6 残留物
7,7A 缺陷
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种提高高压栅氧可靠性的方法，该方法至少包括如下步骤：
（1）在提供的半导体衬底1上依次制备形成隧穿氧化物层2、浮栅材料层3及堆叠结构4，如图5所示。
所述半导体衬底1包括N型或P型半导体硅衬底，本实施例中，所述半导体衬底1为N型半导体硅衬底。
所述隧穿氧化物层2形成于所述半导体衬底1上，优选地，所述隧穿氧化物层2采用热氧化的方法，在干燥氧气气氛中升温直接在半导体衬底1表面上氧化形成。所述隧穿氧化物层2可以采用单层的二氧化硅。
所述浮栅材料层3形成于所述隧穿氧化物层2之上，优选地，所述浮栅材料层3采用的是化学气相沉积的方法制备形成。较佳地，所述浮栅材料层3可以采用多晶硅。
所述堆叠结构4形成于所述浮栅材料层3之上，优选地，所述堆叠结构4为三层结构，该三层结构是由底部的下氧化层、中部的氮化层和顶部的上氧化层组成。所述下氧化物层和所述浮栅材料层3直接接触。进一步地，所述氧化层可为二氧化硅，所述氮化层可为氮化硅，即所述堆叠结构4为氧化硅-氮化硅-氧化硅（ONO）结构。其中，所述底部的下氧化层、中部的氮化层和顶部的上氧化层可依次采用化学气相沉积法来制备，三层各自的厚度可根据实际工艺来确定，在此不予限定。
（2）利用干法刻蚀工艺刻蚀所述浮栅材料层3和堆叠结构4，刻蚀后会有残留物6滞留在所述隧穿氧化物层2上，如图6所示。
进行干法刻蚀前先进性光刻工艺，本步骤中的光刻和干法刻蚀工艺是指，先在所述堆叠结构4表面涂抹一层光刻胶层，然后按照需要的掩膜图案进曝光和显影是光刻胶图案化，之后对所述堆叠结构4表面没有被光刻胶图案覆盖的部分进行干法刻蚀，刻蚀完后清洗残留在所述堆叠结构4表面的光刻胶层。
优选地，干法刻蚀采用的是等离子体刻蚀工艺，刻蚀用的气体为含氟的混合气体，进一步地，所述含氟的混合气体可为三氟甲烷和氧气的混合气体。由于等离子体刻蚀时能量很高，混合气体形成的等离子体会和被刻蚀的物质反应生成一些残留物6，这些残留物6可能为含氟的聚合物，其会滞留在暴露的隧穿氧化物层2上，并且残留物6在后续的隧穿氧化物层2湿法去除环境中转变成对半导体衬底1有腐蚀作用的化学物质，引起半导体衬底1的损伤，从而导致半导体衬底1中缺陷7的形成。
（3）在预设温度下对步骤（2）得到的结构热烘预定的时间，排出干法刻蚀工艺留下的所述残留物6，如图7所示。
为了及时减小干法刻蚀残留的聚合物对半导体衬底1表面造成损伤，本发明在干法刻蚀之后设置热烘的工艺，使停留在半导体衬底1表面的有害的聚合物以气体的方式挥发而排出。本工艺是在大气环境中进行的，当然，在不影响器件性能的情况下，也可以在其他气氛中进行热烘。作为本发明优化的工艺，所述热烘的预设温度的范围可以为50～400℃，但是，本发明的保护范围包括但不限于此范围，本实施例中，采用的热烘温度为110℃。更进一步地，所述热烘的预定时间范围可为0.5～5min，但并不限于此，本实施例中，热烘的时间可以设置为1.5min。另外，较佳地，本步骤中在实施热烘后对步骤（2）得到的结构进行降温冷却，等降到常温左右再进行后续的工艺。
（4）利用湿法刻蚀工艺刻蚀所述隧穿氧化物层2直至暴露出所述半导体衬底1的表面，如图8所示。
进行湿法刻蚀前先进行光刻工艺，本步骤中的光刻和湿法刻蚀工艺是指，先在所述隧穿氧化物层2表面涂抹一层光刻胶层，然后按照需要的掩膜图案进曝光和显影是光刻胶图案化，之后对所述隧穿氧化物层2表面没有被光刻胶图案覆盖的部分进行湿法法刻蚀，刻蚀完后清洗残留在所述隧穿氧化物层2表面的光刻胶层。湿法刻蚀所用溶液为常规腐蚀液，在此不予限定。
（5）在所述半导体衬底1的表面生长一高压栅氧层5，如图9所示。
优选地，采用炉管热氧化的方法来制备高压栅氧层5，所述热氧化温度范围可为900～1050℃，但并不限于此。所述生长的高压栅氧的厚度范围包括但不限于100～800埃。
需要说明的是，本发明附图5～9展示的是衬底上需要刻蚀部分的结构以及生长高压栅氧层部分的示意图，而衬底上其他结构并未画出，但并不代表没有，本领域技术人员应该知晓。
综上所述，本发明提供一种提高高压栅氧可靠性的方法，通过在预设温度下，对经过干法刻蚀工艺之后得到的结构进行热烘，热烘预定的时间后，使滞留在半导体衬底表面的有害残留物质以气体的方式挥发而排出，从而降低了后续在半导体衬底上形成的高压栅氧层的失效率，提高了其可靠性。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种提高高压栅氧可靠性的方法，其特征在于，所述方法至少包括如下步骤：
1）在提供的半导体衬底上依次制备形成隧穿氧化物层、浮栅材料层及堆叠结构；
2）利用干法刻蚀工艺刻蚀所述浮栅材料层和堆叠结构，刻蚀后会有残留物滞留在所述隧穿氧化物层上；
3）在预设温度下对步骤2）得到的结构热烘预定的时间，排出干法刻蚀工艺留下的所述残留物；
4）利用湿法刻蚀工艺刻蚀所述隧穿氧化物层直至暴露出所述半导体衬底的表面；
5）在所述半导体衬底的表面生长一高压栅氧层。
2.根据权利要求1所述的提高高压栅氧可靠性的方法，其特征在于：所述浮栅材料层为多晶硅。
3.根据权利要求1所述的提高高压栅氧可靠性的方法，其特征在于：所述隧穿氧化物层为单层结构的二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的提高高压栅氧可靠性的方法，其特征在于：所述堆叠结构为三层结构，所述三层结构是由底部的下氧化层、中部的氮化层和顶部的上氧化层组成，其中，所述氧化层为二氧化硅，所述氮化层为氮化硅。
5.根据权利要求1所述的提高高压栅氧可靠性的方法，其特征在于：步骤2）中采用的是等离子体刻蚀工艺，刻蚀的气体为含氟的混合气体。
6.根据权利要求1所述的提高高压栅氧可靠性的方法，其特征在于：步骤3）中还包括将步骤2）得到的结构进行冷却的步骤。
7.根据权利要求1所述的提高高压栅氧可靠性的方法，其特征在于：在大气环境中进行热烘工艺，所述预设温度范围为50～400℃，所述热烘的时间范围为0.5～5min。
8.根据权利要求1所述的提高高压栅氧可靠性的方法，其特征在于：采用炉管热氧化的方法来制备高压栅氧层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |