CN1992289A - 闪存器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种闪存器件及其制造方法,其中利用半球形晶粒(HSG)法在隧道氧化物层和浮栅之间形成具有微粒的硅层,从而防止浮栅的掺杂剂扩散进入隧道氧化物层。根据一个实施例,闪存器件包括:在半导体衬底的预定区域中形成的隔离结构,用于限定有源区和场区;在有源区的半导体衬底上形成的隧道氧化物层;以及在有源区上的预定区域中形成从而与隔离结构的一部分交迭的浮栅,浮栅的底部给定部分和其余部分具有不同的晶粒尺寸。
Description
技术领域
本发明总地涉及一种闪存器件及其制造方法。更具体地,本发明涉及一种闪存器件(flash memory device)及其制造方法,其中利用半球形晶粒(hemispherical grain:HSG)法在隧道氧化物层和浮栅之间形成具有微粒的硅层,由此防止浮栅的掺杂剂扩散进隧道氧化物层。
背景技术
存储器件例如NAND闪存器件包括大量的单元块(cell block)。一个单元块包括大量的单元串(string),其中用于存储数据的大量单元串联以形成一串,以及分别在单元串和漏极之间以及在单元串和源极之间形成的漏极选择晶体管和源极选择晶体管。下面说明用于制造NAND闪存单元的一个示范性方法。
在其中形成了包括阱区等的预定结构的半导体衬底上,依序形成缓冲氧化物层和衬垫(pad)氮化物层。通过利用隔离掩模的光刻法和蚀刻工艺蚀刻衬垫氮化物层和隧道氧化物层的预定区域。以预定深度蚀刻半导体衬底以形成沟槽。在整个结构上形成绝缘层,例如高密度等离子体(HDP)氧化物层,使得沟槽被掩埋。通过化学机械抛光(CMP)工艺来抛光绝缘层。剥离衬垫氮化物层和衬垫氧化物层从而形成隔离结构。在半导体衬底上形成隧道氧化物层和第一多晶硅层之后,构图第一多晶硅层,使得其与隔离结构部分交迭。在整个结构上形成电介质层、第二多晶硅层和金属层。构图金属层以形成横跨隔离结构的控制栅。利用控制栅作为掩模蚀刻下面的第一多晶硅层,由此形成浮栅。
在上述的NAND闪存单元的制造工艺中,用作浮栅的第一多晶硅层利用掺杂的多晶硅层,其掺杂进了高浓度的杂质。然而,在工艺进行时,浮栅的掺杂剂扩散进隧道氧化物层和浮栅的界面。掺杂剂在累积在隧道氧化物层的界面处时恶化了隧道氧化物层的层质量。因此,由于数据存储和记忆能力退化而出现了问题。
发明内容
一个实施例提供了一种闪存器件及其制造方法,其中可以防止由于浮栅的掺杂剂扩散进入隧道氧化物层引起的隧道氧化物层的层品质的恶化和由此退化的数据存储能力。
另一实施例提供了一种闪存器件及其制造方法,其中利用半球形晶粒(HSG)法在隧道氧化物层和浮栅之间形成具有微粒(micro grain)的硅层,从而防止浮栅的掺杂剂扩散进入隧道氧化物层,并使得每个单元的均匀数据分布。
根据一个方面,实施例提供了一种闪存器件,包括:在半导体衬底的区域中形成的隔离结构,以限定有源区和场区;在有源区的半导体衬底上方形成的隧道氧化物层;以及浮栅,在底部给定部分中比在其余部分中具有更小的晶粒尺寸。
浮栅可优选地在底部给定部分中比在其余部分中具有更小的晶粒尺寸。优选地浮栅可在有源区上的预定区域中以与隔离结构的一部分交迭,浮栅的底部给定部分和其余部分具有不同的晶粒尺寸。
根据另一方面,本发明提供一种制造闪存器件的方法,包括步骤:在半导体衬底中形成隔离结构以限定有源区和场区,在有源区的半导体衬底上方形成隧道氧化物层;以及在隧道氧化物层上方形成导电层,导电层的底部给定部分和其余部分具有不同的晶粒尺寸。
根据又一方面,本发明提供一种制造闪存器件的方法,包括步骤:在半导体衬底中形成隔离结构以限定有源区和场区;在有源区的半导体衬底上方形成隧道氧化物层;在隧道氧化物层上方形成具有微粒的硅层,并随后形成多晶硅层,以及构图多晶硅层和硅层。
优选地多晶硅和硅层可与隔离结构局部交迭并且平行于隔离结构。
可优选地通过利用氧气和氢气的混合气体氧化半导体衬底来形成隧道氧化物层到50至100的厚度。
本发明还可包括步骤:在形成隧道氧化物层之后,在原位(in-situ)或离位(ex-situ)NO或N2O气氛下以850℃至950℃的温度进行热退火工艺。
可优选地通过在整个结构上形成非晶硅层,然后在低压条件下以高温进行退火工艺,使得非晶硅层的原子结合在一起来形成具有微粒的硅层。
可优选地利用例如SiH4或SiH2Cl2的源气体来形成非晶硅层到50至300的厚度。
可优选地在1E-5乇至1E-8乇的超真空状态下以600℃至750℃的温度来进行退火工艺。
在退火工艺期间,可优选注入大约1sccm至50sccm的硅源气体,从而使微粒的大小保持为50至500
可优选地通过在450℃至650℃的温度原位掺杂1.0e19原子/cm3至5.0e21原子/cm3的硼或磷来形成多晶硅层。
本方法还可选地包括步骤:在整个结构上形成电介质层,然后形成导电层;以其横跨隔离结构的方式构图导电层,由此形成控制栅,以及然后构图多晶硅层和具有微粒的硅层,从而形成浮栅。
本方法还可选地包括步骤:在形成电介质层之后,例如在600℃至900℃的温度利用氧气和氢气的混合气体进行退火和氧化。
附图说明
结合附图考虑时,通过参考的下列详细说明,本发明变得更好被理解,其更完整的理解及其许多附加优点将显而易见,附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件,其中:
图1A至1E示出了根据本发明实施例制造闪存器件的方法的截面图。
具体实施方式
参考附图结合确定的示范性实施例详细说明本发明。
图1A至1E示例了根据本发明实施例制造闪存器件的方法的截面图。
参考图1A,在半导体衬底11上依序形成衬垫氧化物层12和衬垫氮化物层13。通过利用隔离掩模的光刻和蚀刻工艺蚀刻衬垫氮化物层13和衬垫氧化物层12的预定区域。然后以预定的深度蚀刻半导体衬底11,形成沟槽。在整个结构上形成氧化物层14,使得沟槽被掩埋。
参考图1B,抛光氧化物层14,使得露出衬垫氮化物层13。然后剥离衬垫氮化物层13和衬垫氧化物层12。因此,在场区形成限定有源区和场区的隔离结构14A。例如,可以利用H3PO4湿法蚀刻衬垫氮化物层13,以及可以利用HF基溶液湿法蚀刻衬垫氧化物层12。
参考图1C,在有源区的半导体衬底11上形成隧道氧化物层15。优选通过利用氧气和氢气的混合气体氧化半导体衬底11来形成隧道氧化物层15到50至100的厚度。此外,优选在原位(in-situ)或离位(ex-situ)NO或N2O气氛下以850℃至950℃的温度进行热退火工艺,从而控制热电子的隧穿效应。
优选利用HSG法,在整个结构上形成具有微粒的硅层16。在HSG法中,在利用例如SiH4或SiH2Cl2的源气体形成厚度大约50至300的非晶硅层之后,在低压条件下以高温进行退火工艺,使得非晶硅层的硅原子结合在一起,形成具有微粒的硅层16。此时,可以优选在1E-5乇至1E-8乇的超真空状态下以600℃至750℃的温度来进行退火工艺。为了形成微粒的核,注入大约1sccm至50sccm的硅源气体,使得微粒的大小保持为50至500。
参考图1D,在包含具有微粒的硅层16的整个结构上形成第一多晶硅层17。此时,可以形成非晶硅层来取代第一多晶硅层17。例如,可以通过在450℃至650℃的温度原位掺杂1.0e19原子/cm3至5.0e21原子/cm3的硼或磷来形成非晶硅层或第一多晶硅层。
此后,蚀刻第一多晶硅层17和硅层16的预定区域,使得露出隔离结构14A的预定区域。
参考图1E,在整个结构上形成具有氧化物层、氮化物层和氧化物层的电介质层18。然后在电介质层18上依序形成第二多晶硅层19和金属层20。可以采用低压化学气相淀积(LPCVD)或原子层淀积(ALD),利用例如SiH4或SiH2Cl2的源气体和N2O、NH3等的混合气体形成电介质层18的氧化物层和氮化物层。可优选在780℃至850℃的温度形成氧化物层,及优选在600℃至750℃的温度形成氮化物层。
在形成电介质层18之后,优选地在600℃至900℃的温度利用氧气和氢气的混合气体进行退火和氧化。然后构图第二多晶硅层19和金属层20,以形成线状的控制栅,其横跨隔离结构14A。蚀刻下面的电介质层18、第二多晶硅层17和硅层16从而形成浮栅。
此时,优选地通过HPG法形成的具有微粒的硅层可形成在隧道氧化物层和浮栅之间从而防止浮栅的掺杂剂通过利用在制造闪存器件的工艺中的任何方法扩散进入隧道氧化物层,所述工艺通过一般的浅沟槽隔离(STI)法、自对准(SA)STI法或自对准浮栅(SAFG)法形成隔离结构和浮栅。
如上所述,根据本发明,通过HSG法在浮栅和隧道氧化物层之间形成具有微粒的硅层。可以防止浮栅的掺杂剂扩散进隧道氧化物层。因此,可以防止隧道氧化物层恶化,能稳定地保持数据存储和记忆能力,并能使每个单元的数据分布均匀。
尽管已结合实际示范性实施例介绍了本发明,本发明不限于已公开的实施例,相反,本发明意图覆盖在附加权利要求的精神和范围内所包含的各种修改和等效布置。
Claims (15)
1、一种闪存器件,包括:
隔离结构,形成在半导体衬底的区域中从而限定有源区和场区;
隧道氧化物层,形成在该有源区的该半导体衬底上方;以及
浮栅,在底部给定部分中比在其余部分中具有更小的晶粒尺寸。
2、如权利要求1的闪存器件,其中该浮栅形成在该有源区上的预定区域中从而与该隔离结构的一部分交迭,该浮栅的该底部给定部分和该其余部分具有不同的晶粒尺寸。
3、一种制造闪存器件的方法,包括步骤:
在半导体衬底中形成隔离结构从而定义有源区和场区;
在该有源区的该半导体衬底上方形成隧道氧化物层;以及
在该隧道氧化物层上方形成导电层,该导电层的底部给定部分和其余部分具有不同的晶粒尺寸。
4、一种制造闪存器件的方法,包括步骤:
在半导体衬底的预定区域中形成隔离结构从而定义有源区和场区;
在该有源区的该半导体衬底上形成隧道氧化物层;
在整个结构上形成具有微粒的硅层,并然后形成多晶硅层;以及
构图该多晶硅层和该硅层。
5、如权利要求4的方法,其中该多晶硅和该硅层与该隔离结构局部交迭并且平行于该隔离结构。
6、如权利要求4的方法,包括通过利用氧气和氢气的混合气体氧化该半导体衬底来形成该隧道氧化物层到50至100的厚度。
7、如权利要求4的方法,还包括步骤:在形成该隧道氧化物层之后,在原位或离位NO或N2O气氛下以850℃至950℃的温度进行热退火工艺。
8、如权利要求4的方法,包括:通过在整个结构上形成非晶硅层来形成具有微粒的硅层,以及然后在低压条件下以高温进行退火工艺使得该非晶硅层的原子结合在一起。
9、如权利要求8的方法,包括:利用源气体来形成该非晶硅层到50至300的厚度。
10、如权利要求9的方法,其中源气体是SiH4或SiH2Cl2。
11、如权利要求8的方法,包括:在1E-5乇至1E-8乇的超真空状态下以600℃至750℃的温度来进行该退火工艺。
12、如权利要求8的方法,包括:在该退火工艺期间,注入大约1sccm至50sccm的硅源气体,从而使该微粒的大小保持为50至500
13、如权利要求3的方法,包括:通过在450℃至650℃的温度原位掺杂1.0e19原子/cm3至5.0e21原子/cm3的硼或磷来形成多晶硅层。
14、如权利要求3的方法,还包括步骤:
在整个结构上形成电介质层,然后形成导电层;以及
以其横跨该隔离结构的方式构图该导电层,从而形成控制栅,然后构图该多晶硅层和具有该微粒的该硅层,从而形成浮栅。
15、如权利要求14的方法,还包括步骤:
在形成该电介质层之后,在600℃至900℃的温度利用氧气和氢气的混合气体进行退火和氧化。
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