TW200529381A - Method for manufacturing flash memory device - Google Patents
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200529381 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造快 5，係關於一種製造快閃記 由洋動閘極之雜質擴散來最 潰電壓來獲得足夠的記憶胞 ;于動閘極之多晶矽膜上形成 氧化物膜中以及退火處理該 该多晶矽膜上填滿該雜質， 保留能力屬性。 【先前技術】 閃§己憶體裝置的方法，具體而 憶體裝置的方法，該方法可藉 】化 笔洞電流，藉由增加崩 運作電容，並且藉由在一當做 氧化物膜、摻雜一雜質至該 氧化物膜，以在該氧化物膜與 據此改良—快閃記憶胞的資料 :閃記憶體裝置使用一摻雜如物等雜質的多晶㈣ 夺動間極。在形成該多晶石夕膜之後且在形成一介電 勝之两’會執行一使用HF或B〇E的清潔製程。此處，捧雜 至该多晶梦膜中的鱗（Pm去除。在執行—使用心的清 «程時，會在該多晶㈣上生長—天然產氧化物膜。該 天然產氧化物膜含有極少量磷(p)。因此，在一後繼退火 製程期間，該多晶石夕膜的磷(P)擴散至該天然產氧化物膜 中。另一方面，在執行使用抑的清潔製程之後，當摻雜石粦 (P)至該多晶石夕膜中時，不备带士、 _ 不9形成用於防止磷（P)擴散的緩 衝層，因此在一後繼退火製程期間磷（p)會擴散。 在此情況下，根據習知方法製程之快閃記憶體裝置，崩 潰電壓的限度有缺陷，因此不會減小該介電膜的厚度。此 外，如果藉由MPS來形成浮動閘#，藉此改良電S及辦加 200529381 響 MPS的表面面積，崩潰電壓會急遽降低。在一用於形成一 閘極的蝕刻製程之後，閘極側邊會氧化—預先決定厚声， 藉此緩衝絲刻製程造成的應力1而，氧化製程^致 在介於該多晶韻與該介電膜之—下方氧化物膜之間的界 面上生長-氧化物膜’因此位於閘極内外側之該介電膜的 有效氧化物膜厚度（Teff)不同。4就是#，有效氧化物膜 厚度(Teff)不一致。另夕卜，該介電膜變厚，而增加有效氧 化物膜厚度（Teff)且減小電容。此類不規則氧化會造成茂 漏電流並且降低崩潰電遷，進而對記憶胞運作造成不利影 【發明内容】 本發明一項目的是提供一福制 、上 捉彳，、種衣化快閃記憶體裝置的方
法’ δ亥方法籍由防止推雜牵 各社k 、☆壬R ^ /旅主^做汙動閘極之多晶矽膜的 雜貝向外擴散，據此來解決上文所述等問題。 本發明的另"項目的早J：曰 疋i、一種製造快閃記憶體裝置的 方法，該方法藉由在一當做、京# ^ U，予動閘極之多晶矽膜上形成一 乳化物膜、換雜一雜質$兮_几此* ^ 作貝至忒虱化物膜中以及退火處理該氧 化物膜’以在介於該氧化物膜與該多^膜之間的界面上 填滿該雜質，據此來解決上文所料問題。 本發明一項態樣是提供一 疋1、 種2造快閃記憶體裝置之方 法，包括下列步驟：在—半導 , 干v肢基板上形成一隧穿氧化物 fe及一第一多晶矽膜；在誃 夕曰 ^ 如 人 夕日日石夕膜上形成一氧化物 月果；糟由摻雜一雜質至該氧 乳化物馭中亚且退火處理該氧化 物膑，藉此在介於該氧化物 勝M 5亥弟一多晶矽膜之間的界 94399 200529381 面上填滿該雜質。在該氧化物膜上形成一介電膜· 整個成形結構上形成一第一夕曰々成"讀’以及在 執行—姓刻製程夕㈣膜及一石夕化鎮膜，並且 根:康：發明另一項態樣，一種製造快閃記憶體 法，包括下列步驟：在一半導_ 之方 膜及一第_夕 / 基板上形成-隧穿氧化物 膜.斧由:曰曰石夕版’在该弟—多晶石夕膜上形成一氧化物 物膜，雜質至該氧化物膜中並且退火處理該氧化 '猎此純該氧化物膜的頂部表面，並 化物膜舆該第一多晶石夕膜之 方、。亥乳 "囟上填滿该雜質；在該 氧化物艇上形成一介電膜，並且； 以及在整個成形結構上形成—第、Λ日電膜’· 弟一夕晶石夕艇及一石夕化鶴 膜，並且執行—蝕刻製程。 7化鶴 ，絲化物瞑是當使用sc]來清潔該第一多晶石夕膜時產生 的天然產氧化物膜，或是根據乾式氧化或澄式氧化等方 法所形成的氧化物膜。 。二弋氧化衣私係在〇·05至760 Torr壓力下以500至800 又下在一含氧原子之分子氣體環境中執行長達3至 12 0分鐘的製程。 含氧原子之分子氣體包括〇2、n2〇、N0、〇3及出〇。會 個別使用這此翕，，十#從a , ^ 一軋肢或按預先決定比率來混合這些氣體。 若需要，會進一步混合Ar。 、j座式氧化製程係在正常溫度或8〇<t溫度下，在按預先 決定比率混合之NH4〇H與H2〇2之混合水溶液中執行長達i 至30分鐘的製程。 200529381 該氧化物膜的厚度為5到25埃。 該雜質被摻雜至含原子價高於石夕之元素的氣體環境中。 含：子價高於矽之元素的氣體包括PH3及AsH3。會個別 使用乂些氧體，或按預先決定比率來混合這些氣體。若需 要，會進一步混合Αγ。 在摻雜該雜質之後，會按原位製程來執行該退火製程。 該退火製程係在0.05至760 τ_力下以5〇〇至8〇代溫 度下在而成體環境巾執行長達3至18()分鐘的製程。 【實施方式】 ，現在將參相圖㈣細㈣輯本發明較佳具體實施例 衣“夬閃記憶體裝置之方法。整份附圖及說明書中，使用 相同的參考數字來標示相同或相似的零件。 圖1A至圖1E顯不用於解說根據本發明較佳具體實施例 之製造快閃記憶體裝置之方法之相繼步驟的斷面圖。 請參相1A，在-半導體基板u切成—时氧化物膜 12及一第一多晶矽膜13。一雜質被摻雜至該第一多晶矽膜 13中。在該第一多晶矽膜13上形成一氧化物膜14。此外， 1E20至5E21cm-3之p⑷或As(碎）被摻雜至該第一多晶石夕膜 13中：形成該第-多晶矽膜13的方式I，形成-摻雜型多 晶矽肤或一未摻雜型多晶矽膜，並且依據—電漿或退火製 程，在P(磷）或AS(砷）氣體環境（例如，PH34AsH3氣體環 境）中額外摻雜一雜質。該未摻雜型多晶矽膜可能會彎 曲。另一方面，該氧化物膜14是當使fflsc_1來清潔該第一 多晶石夕膜13時產生的-天然產氧化物膜，$是根據乾式氧 200529381 化或漫式氧化等方法所 。 乂成的氧化物膜。使用該乾式氧化 衣私來形成該氧化物膜1 、 勺方式為’使用（例如）HF或ΒΟΕ 來清潔該第一多晶矽膜丨 /联U，亚且在〇.〇5至760 Ton·壓力下 以500至800 C溫度下，在—含氧原子之分子氣體環境中執 仃長達3至12G分鐘的退火製程來退火處該第—多晶石夕膜 13。此處，含氧々子 八 、 京子之刀子氣體包括〇2、ΝΑ、N〇、…及 〃曰们⑺使用k些氣體，或按預先決定比率來混合這 些氣體。若需要，額外混合&(惰性氣體）。使用該座式氧
:製程來形成該氧化物膜14的方式為，在正常溫度或帆 度度下，在按預先決定比率混合之ΝΗ4〇_Η办之混合水 膜14的厚度為5到25埃。 料中處理長達U3G分鐘的第—多晶石夕㈣。該氧化物 圖戶斤π藉由在含原子價高於石夕之元素的氣體環境 執仃-退火製程，將_雜質接雜至該氧化物膜14中此 處，含原子價高於石夕之元素的氣體包括ΡΗ3及ash”會個
:使用這些氣體’或按㈣決定比率來混合這些氣體。若 需要，額外混合Ar(惰性氣體）。 圖1 c所不，在摻雑該雜質至該氧化物膜14中之後，藉 心連_原位製程方式，在腿3氣體環境中執行_退火製 程來氮化該氧化物膜14的頂部表面，並且_雜質被殖滿在 介於該氧化物膜U與該第—多晶石夕膜13之間的界面上。此
，’該退火製程係在0.05至760 丁抓壓力下以5〇〇至綱。C /皿度下執行長達3至1 80分鐘的製程。 如圖1D所示，在整個成形結構上形成一介電膜15，該介 94399 200529381 迅胺15包括一下方氧化物膜15a、一氮化物膜1%及一上方 氧化物膜15c。在0.05至3 丁〇^壓力下以7〇〇至9〇(^溫度， 使用Sih4i%n2o混合氣體或仙必與灿混合氣體，根據 化學氣體反應來形成厚度為3〇埃至100埃的該下方氧化物 膜15a及該上方氧化物膜15c。另一方面，為了限制該第一 多晶矽膜13表面氧化，會藉由在3〇(rc之低溫下裝載一晶 圓至一反應爐，按照前述條件來形成該下方氧化物膜i5a 及該上方氧化物膜15c。此外，形成該氮化物膜丨外的方式 為，在0.05至3 T〇rr壓力下以6〇〇至8〇〇〇c溫度，使用一 S!H4與NH3混合氣體或一 SlH2C12與NH3混合氣體，根據化 學氣體反應來形成該氮化物膜15b，·或在2〇至76〇 τ〇η壓力 下以600至80CTC溫度，使用一單一ΝΗ;氣體、一NH3與Ar 混合氣體或一 ΝΗ3與Ν2混合氣體來氮化的該下方氧化物膜 15a的表面，藉此形成該氮化物膜15b。此處，形成之該氮 化物膜15b的厚度為30至100埃。還可利用下列方式來形成 該氮化物膜15b :藉由氮化的該下方氧化物膜15a來形成一 主要氮化物膜，以及根據化學氣體反應來形成一次要氮化 物膜。為了改良該介電膜15的品質及該介電膜15各層膜的 界面屬性，藉由使用一含氧原子之分子氣體，在〇〇5至 760 T〇rr壓力下以750至85〇。〇溫度下執行長達3至12〇分鐘 的蒸汽退火製程。此處，含氧原子之分子氣體包括、 仏〇NO、〇3及Ηβ。會個別使用這些氣體，或按預先決 定比率來混合這些氣體。若需要，還會額外混合八1(惰性 氣體）。另一方面，針對一以|HF之水溶液清潔之單晶晶 94399 -10- 200529381 圓來執行該介電膜15之基汽 ^ 至500埃之氧化物膜14。 生長尽度為50 如圖1E所示，在整個成形結構上形成一 _曰“ 及一石夕# #望 罘一夕日日石夕膜1 6 1夕化鶴艇17。之後，藉由執行一敍刻製程來形成一閑 火氧化!膜14之製程與該介電膜15之蒸汽退 2 , 纟列衣矛壬中，皆必須在從前-製程開始之 12小日守内執行每項製程。 如上文所述，根據本發明 .^ ^ ^ ^ Θ衣&快閃記憶體裝置的方 法糟由在一當做浮動閘極 换％ 夕日日矽胰上形成一氧化物膜、 払雜一雜質至該氧化物膜中以 七♦卜 乙人處理该氧化物膜，以 在该氧化物膜與該多晶矽膜上埴 + 胰上填滿该雜質。結果，與相同 厗度之；丨電膜相比，更加改良帝 氏ί "包胰的朋潰電壓。算術 上’可使用薄厚度之介電膜。卜冰 兮〜 錢此外’錢化物膜還改良了 该弟一多晶矽膜的干擾屬性。 U此即使利用MPS來增加 龟容，仍然不會降低崩潰電 、包；土，亚且在形成該介電膜之 後，能夠降低蒸汽退火製程獲得崩 又付朋，貝电壓之目標的限度。 據此’藉由以南密度來換雜用 旅用於形成控制閘極的第二多晶 矽膜，就可以最高限度提高日县彳土 1 回且取佳化一含多個浮動閘極、 一介電膜及多個控制閘極之雷交哭枯α 兒谷态特性。因此，該ΟΝΟ介 電膜可廣泛應用在0.09 μΓα& 〇 〇7 ^ μη^〇·〇7 μιη的設計規則，以及 〇 · 12 μπι的設計規則。另一方 万面，可以使用一般設備來實 施本發明，因而削減新設備的投資費用。 雖然本文中配合附圖中闯如 口甲圖角午的具體實施例來解說本發 !)4399 -11 - 200529381 明’但疋應明白本發明不 ^ , 丨民疋於任何具體實施例。熟悉此 項技術者應明白，可進行夂 1丁谷種替換、變更及修改，而不會 脫離本發明的精神及範轉。 【圖式簡單說明】 圖ί A至圖IE顯示用於解說根據本發明較佳具體實施例 之製造快閃記憶體裝置之方法之相繼步驟的斷面圖。 【主要元件符號說明】 II 半導體基板 12 隧穿氧化物膜 13 弟一多晶碎膜 14 氧化物膜 15 介電膜 15a 下方氧化物膜 15b 氮化物膜 1 5 c 上方氧化物膜 16 弟一多晶石夕膜 17 矽化鎢膜
Claims (1)
- 200529381 十、申請專利範圍： • 種衣^丨夬閃圮憶體裝置之方法，包括下列步驟： 在一半導體基板上形成一隧穿氧化物膜及一第一 ^ 日日 矽膜； 在該第一多晶矽膜上形成一氧化物膜； 藉由摻雜一雜質至該氧化物膜中並且退火處理該氧化 物膜’藉此在介於該氧化物膜與該第—多晶㊉膜之間的 界面上填滿該雜質。 在該氧化物膜上形成一介電膜；以及 _ “在整個成形結構上形成一第二多晶石夕膜及一矽化鎢 膜，並且執行一姓刻製程。 如申請專利範圍第1項之方法 一已摻雜 1E20 至 5E21 cm-3 t法’其中該第一多晶石夕膜是 之P(鱗）或As(砷）的摻雜型多晶其中形成該第一多晶石夕 幵^成捧雜型多晶石夕膜或一未推雜型多晶 據一電漿或退火製程，額外摻雜P(磷）或 項之方法’其中該第一多晶矽膜包 币1項之方法，其中該氧化物膜是當使 第—多晶矽膜時產生的一天然產氧化物 式氧化或溼式氧化等方法所形成的氧化 94399 200529381 6 · 8. 如申β專利耗圍弟5項之方法，其中該乾式氧化製程係 在0·05至760 Ton*壓力下以5〇〇至8〇〇t：溫度下’在—含气 原子之分子氣體環境中執行長達3至12()分鐘的製程。& 如申請專利範圍第6項之方法，其中含氧原子之；子氣 體包括〇2、N2〇、NO、〇3及h2〇 ’並且會個別使：這： 氣體’或按預先決定比率來混合這些氣體，若需要，衰 會額外混合Ar。 ^ 如申請專利範圍第5項之方法，其巾該溼式氧化製程係 在正常溫度或80t：溫度下，在按預先決定比率混人之 NH4〇H#H2q2之混合水溶液中執行長達u3()分鐘㈣ 程0 9.如申請專利範圍第丨項之方法，其中該氧化物膜的厚度 為5到25埃。 a ίο.如申請專利範圍第丨項之方法，其中該雜質被摻雜至含 原子價高於矽之元素的氣體環境中。 11.如申請專利範圍第1〇項之方法，其中含原子價高於石夕之 2素的氣體包括四3及ASH3，並且會個別使用這些氣 體’或按預先決定比率來混合這些氣體，若需要，還會 額外混合Ar。 9 12·如申睛專利範圍第i項之方法，其中在摻雜該雜質之 後’會按原位製程來執行該退火製程。 13.如申4專利範圍第丨項之方法，其中該退火製程係在 至760 Τ〇ΓΓ壓力下以5〇〇至8〇〇。〇溫度下，在Μ%氣體環境 中執行長達3至180分鐘的製程。 200529381 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 其中該介電膜具有一由 如申請專利範圍第1項之方法 一下方氧化物膜 的堆疊結構。 一氮化物膜及一上方氧化物膜所組成 如申請專利範圍第14項之方法，#中纽〇5至3 τ⑽壓力 下以700至900 °C溫度，使用SlH4與Ν2〇混合氣體或 SiHWl2與Ν2〇混合氣體，根據化學氣體反應來形成該下 方氧化物膜及該上方氧化物膜。 如申請專利範圍第14項之方法，#中在〇〇5至3 壓力 下以600至800 溫度，使用SiKu與ΝΗ3混合氣體或 SiHWl2與ΝΑ混合氣體，根據化學氣體反應來形成該氮 化物膜。 如申請專利範圍第μ項之方法，其中在2G至76G⑽壓 力下以_至_。(：溫度，使用_單—冊3氣體、—皿3與 &混合氣體或一顺3與乂混合氣體來氮化的該下方氧化 物膜的表面，藉此形成該氮化物膜。 ^申請專利範圍第14項之方法，其中藉由氣化的該下方 氧化物月吴15a來形成一主要氮化物膜，以及根據化學氣 體反應來形成一次要氮化物m，據此來形成該氮化物 膜。 如:請專利範圍第丨項之方法，進—步包括在形成該介 電膜之後的一蒸汽退火製程。 士申口月專利|巳圍第19項之方法，其中在〇 〇5至76〇 T〇rr壓 :下以750至850。。溫度下，藉由使用一含氧原子之分子 氣襄兄中執行長達3至120分鐘的該蒸汽退火製程。 200529381 21.如申請專利範圍第2〇 # κ 體包括〇wNO、： 其'含氧原子之分子氣 氣體，或按預先…：一並且會個別使用這些 、、疋b率來混合這些氣體，若需要，還 曾額外混合Ar。 i =請專利範圍第19項之方法，其令針對一以含败水 洛液清潔之單晶晶圓來執行該蒸汽退 厚度為50至500埃之氧化物膜。 錯生長 23.-種製造快閃記憶體裝置之方法，包括下列步驟： 在-半導體基板上形成一随穿氧化物臈及 石夕膜； 夕日日 在該第一多晶矽膜上形成一氧化物膜； 藉由摻雜一雜質至該氧化物膜中並且退火處理該氧化 “ ’藉此氮化該氧化物膜的頂部表面，並且在介於該 乳化物膜與㈣—多晶㈣之間的界面上填滿該雜質； 介=氧!:膜上形成一介電膜，並且蒸汽退火處理該 “在整個成形結構上形成-第二多晶石夕膜及一石夕化鶴 膜，並且執行一姓刻製程。 、、、 “之步驟與該介電膜之蒸汽退火步驟之間的—系列制 程步驟中，皆必須在從前-步驟開始之12小時内= 項步驟。 # -4-
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