專利名稱：自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的形成方法及包括該陣列的閃存器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種閃存器件的浮置柵極陣列(floating gate array)及其制造方法。
背景技術(shù)：
閃存是一種能夠電重寫數(shù)據(jù)的PROM(可編程ROM)。閃存可包含可擦除PROM(EPROM)和電可擦除PROM(EEPROM)。閃存可結(jié)合EPROM和EEPROM的優(yōu)點(diǎn)，其中，在EPROM中，存儲(chǔ)單元包括一個(gè)晶體管，從而單元面積很??；在EEPROM中，可電擦除數(shù)據(jù)。然而，在EPROM中必須通過紫外線來擦除數(shù)據(jù)，而EEPROM的存儲(chǔ)單元通常包括兩個(gè)晶體管，從而單元面積變大。閃存的另一名稱是閃速EEPROM。由于存儲(chǔ)的信息即使在電源關(guān)閉的情況下也不被擦除(這與動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)或靜態(tài)RAM(SRAM)不同)，所以閃存稱為非易失性存儲(chǔ)器。
閃存可以是NOR型結(jié)構(gòu)或NAND型結(jié)構(gòu)，在NOR型結(jié)構(gòu)的閃存中，存儲(chǔ)單元在位線(bit line)和地線(ground)之間排列成行(并聯(lián)排列)，在NAND型結(jié)構(gòu)的閃存中，存儲(chǔ)單元在位線和地線之間串聯(lián)排列。由于具有并聯(lián)結(jié)構(gòu)的NOR型閃存可以在執(zhí)行讀取操作時(shí)執(zhí)行高速隨機(jī)訪問，所以NOR型閃存廣泛用于啟動(dòng)(boot)移動(dòng)電話。具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的NAND型閃存具有較低的讀取速度，但是卻具有較高的寫入速度，從而NAND型閃存適合用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且有利于小型化。閃存根據(jù)單位存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)還包括堆疊柵極類型和分離柵極類型，而根據(jù)所用的電荷存儲(chǔ)層的形狀和/或材料還可包括浮置柵極器件和硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)器件。
在這些器件中，浮置柵極器件包括多個(gè)浮置柵極，所述浮置柵極包含多晶硅，并由絕緣物質(zhì)所包圍。通過溝道熱載流子注入或Fowler-Nordheim(F-N)隧道效應(yīng)將電荷注入浮置柵極，或從浮置柵極釋放電荷，從而可存儲(chǔ)和擦除數(shù)據(jù)。
圖1示出在制造閃存器件的工藝中形成浮置柵極陣列的半導(dǎo)體襯底的截面。圖1所示襯底的截面垂直于閃存器件的位線。在傳統(tǒng)閃存器件中，在襯底10中以垂直于字線的方向形成一系列器件隔離層22(例如淺溝槽隔離(STI))，以限定有源器件區(qū)域。然后，在襯底的整個(gè)(暴露出的)表面上形成預(yù)定厚度的用作隧道氧化物層的氧化硅層12，并形成將被用作浮置柵極的多晶硅層。通過光刻工藝和蝕刻工藝對(duì)這種多晶硅層進(jìn)行圖案化，以形成多個(gè)浮置柵極或浮置柵極陣列26。
多個(gè)浮置柵極26組成存儲(chǔ)單元的一部分，其中相鄰浮置柵極彼此相隔距離W。由于通過光刻工藝和蝕刻工藝來對(duì)浮置柵極26進(jìn)行一般圖案化，所以不容易超過光刻工藝的限制來降低距離W。另外，為了提高器件的集成度，器件隔離層22以及浮置柵極26之間的距離應(yīng)該較窄，其中所述器件隔離層22用于絕緣相鄰的存儲(chǔ)單元。然而，由于通過一般STI形成工藝中的光刻工藝來對(duì)器件隔離區(qū)域圖案化，所以難以將器件隔離層22的尺寸和浮置柵極26之間的距離降低為小于預(yù)定尺寸(通常稱為“臨界尺寸”)。如上所述，當(dāng)浮置柵極26的形成和STI取決于光刻工藝時(shí)，必須使用昂貴的曝光設(shè)備，從而導(dǎo)致制造成本增加。
另外，在傳統(tǒng)閃存器件的制造工藝中，如上所述，在襯底上形成STI，然后通過附加光刻工藝對(duì)浮置柵極進(jìn)行圖案化。為了在形成浮置柵極的工藝中防止蝕刻掩模沒有對(duì)準(zhǔn)，必須保證最小對(duì)準(zhǔn)裕度(margin)。因此，由于STI的寬度和浮置柵極之間的距離必須保持在預(yù)定大小，所以如果單獨(dú)執(zhí)行光刻工藝，則不能提高器件的集成度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述問題，因此本發(fā)明的目的在于提供一種高集成閃存器件，其能夠不受光刻工藝的最小線寬的限制，而顯著降低器件隔離層的寬度和浮置柵極之間的距離。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種方法，其通過由一個(gè)工藝同時(shí)形成器件隔離層和浮置柵極而形成器件隔離層和自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的形成方法。該方法可包括以下步驟(a)在硅襯底上的第一氧化物層上形成第一犧牲(例如，氮化物)層圖案；(b)在所述第一犧牲層圖案的側(cè)壁上形成多個(gè)第一間隔件(例如，包括氧化物)；(c)選擇性去除所述第一犧牲層圖案；(d)形成由所述第一間隔件所劃分的第二犧牲層圖案；(e)去除所述第一間隔件，以暴露出所述第二犧牲層圖案之間的襯底表面；(f)將暴露出的襯底表面蝕刻至預(yù)定深度，以在襯底中形成多個(gè)溝槽；(g)對(duì)暴露出的襯底表面進(jìn)行氧化，以形成多個(gè)器件隔離層；(h)在所述第二犧牲層圖案結(jié)構(gòu)之間形成多個(gè)第二間隔件；(i)選擇性去除所述第二犧牲層圖案；和(j)形成由所述第二間隔件所劃分的多個(gè)浮置柵極。
根據(jù)上述方法，其中所述第一犧牲層圖案僅在兩個(gè)相鄰存儲(chǔ)單元的有源器件區(qū)域中形成。
根據(jù)上述方法，其中在形成所述第二犧牲層圖案的步驟中包括以下步驟在襯底上形成第二犧牲層；和對(duì)所述第二犧牲層的上部進(jìn)行平面化，直至所述第一間隔件的上端暴露出來為止。
根據(jù)上述方法，其中去除所述第一間隔件的步驟包括濕蝕刻工藝。
根據(jù)上述方法，其中對(duì)暴露出的襯底表面進(jìn)行氧化的步驟包括濕或干熱氧化工藝。
根據(jù)上述方法，其中在選擇性去除所述第二犧牲層圖案的步驟中包括以下步驟在襯底上形成第三間隔件材料，以填充所述第二犧牲層圖案中的間隙；和對(duì)所述第三間隔件材料進(jìn)行平面化，直至所述第二犧牲層圖案暴露出來為止。
根據(jù)上述方法，其中在形成多個(gè)浮置柵極的步驟中包括以下步驟在襯底上沉積浮置柵極材料；和對(duì)所述浮置柵極材料進(jìn)行平面化，直至所述第二間隔件暴露出來為止。
根據(jù)上述方法，其中形成第一氮化物層圖案的步驟包括蝕刻所述第一氮化物層。
根據(jù)上述方法，其中所述第一犧牲層為第一氮化物層。
根據(jù)上述方法，其中所述第一間隔件為第一氧化物。
根據(jù)上述方法，其中形成第二犧牲層圖案的步驟包括充分地均厚沉積(blanket-deposit)所述第二犧牲層，以填充所述第一間隔件之間的間隔。
根據(jù)上述方法，其中形成多個(gè)浮置柵極的步驟包括充分地均厚沉積多晶硅，以填充所述第二間隔件之間的間隔。
根據(jù)上述方法，其中所述第二犧牲層為第二氮化物層。
根據(jù)上述方法，其中所述第二間隔件為第二氧化物。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種包括自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列(例如，由上述方法所形成)的閃存器件。該閃存器件可包括多個(gè)器件隔離層，包括襯底中的熱氧化硅；和浮置柵極陣列，處于由所述多個(gè)器件隔離層所劃分的有源器件區(qū)域中，在所述浮置柵極陣列中，每個(gè)浮置柵極的側(cè)壁與所述器件隔離層自對(duì)準(zhǔn)。


圖1是示出傳統(tǒng)閃存器件的浮置柵極陣列的剖視圖；圖2至圖12以結(jié)構(gòu)剖視圖按順序示出根據(jù)本發(fā)明的自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的形成方法的工藝；及圖13是根據(jù)本發(fā)明的包括自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的閃存器件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的包括自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的閃存器件和自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的形成方法的優(yōu)選實(shí)施例。
實(shí)施例1圖13示出根據(jù)本發(fā)明的包括自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的閃存器件。圖13示出與閃存器件的位線垂直的截面。
參照?qǐng)D13，閃存器件包括堆疊柵極，該堆疊柵極包括多個(gè)浮置柵極26、絕緣層例如氧化物-氮化物-氧化物(ONO)介電層28、和控制柵極30。這里，器件隔離層22使襯底10中形成的相鄰存儲(chǔ)單元絕緣。
特別地，不是通過一般的STI制造方法形成器件隔離層22，而是通過對(duì)硅襯底進(jìn)行氧化來形成。另外，通過與浮置柵極26相同的光刻工藝來形成器件隔離層22。因此，浮置柵極26的側(cè)壁與器件隔離層22自對(duì)準(zhǔn)。
實(shí)施例2以下，將參照?qǐng)D2至圖12描述根據(jù)本發(fā)明的閃存器件的自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的形成工藝。這里，圖2至圖12示出與閃存器件的位線垂直的截面。
首先，參照?qǐng)D2，在硅半導(dǎo)體襯底10上連續(xù)形成第一氧化物層12和第一犧牲(例如，氮化硅)層14。第一氧化物(氧化硅)層12用作閃存單元的隧道氧化物層，并且可通過傳統(tǒng)的濕或干熱氧化或者通過傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積而形成。然后，如圖3所示，通過光刻工藝和蝕刻工藝對(duì)第一氮化物層14進(jìn)行圖案化。僅在一或多個(gè)(例如，兩個(gè))相鄰存儲(chǔ)單元的有源器件區(qū)域中形成單一氮化物層圖案結(jié)構(gòu)14a。在通過器件隔離層來絕緣多個(gè)存儲(chǔ)單元的同時(shí)，閃存單元陣列可以排列成行。因此，可以僅在兩個(gè)鄰近存儲(chǔ)單元區(qū)域之間的存儲(chǔ)單元區(qū)域中形成第一氮化物層圖案14a。但是，在行方向上的有源區(qū)域可以更替(例如，交替排列形成第一氮化物層圖案14a的區(qū)域和相鄰的第一氮化物層圖案結(jié)構(gòu)14a之間的區(qū)域)。根據(jù)隨后的描述將理解，形成第一氮化物層圖案14a的區(qū)域和未形成第一氮化物層圖案14a的相鄰區(qū)域?yàn)閱挝淮鎯?chǔ)單元區(qū)域。第一犧牲(氮化物)層圖案14a的邊界是器件隔離區(qū)域。
然后，如圖4所示，在襯底10的整個(gè)表面上沉積第二(例如，氧化物)層16。然后，當(dāng)(在不使用掩模的情況下)在襯底10的整個(gè)表面上執(zhí)行各向異性蝕刻工藝時(shí)，如圖5所示在第一氮化物層圖案14a的側(cè)壁上形成第二氧化物層間隔件16a。在各向異性地去除第二氧化物層16(不包括第二氧化物層間隔件16a)之后，通過附加工藝選擇性去除第一氮化物層圖案14a?？赏ㄟ^使用磷酸溶液進(jìn)行濕蝕刻工藝來選擇性去除第一氮化物層圖案14a?；蛘?，第一犧牲層圖案可包括能夠相對(duì)于第一間隔件材料被選擇性蝕刻或去除的多晶硅或其它材料。例如，第一犧牲層圖案可包括氧化硅，第一間隔件材料可包括氮化硅。
接下來，在襯底10上將第二犧牲(例如，氮化物)層沉積到足夠厚度以填充第二氧化物層間隔件16a之間的間隔或間隙之后，對(duì)第二犧牲(例如，氮化物)層的上部進(jìn)行平面化，直至第二氧化物層間隔件16a的上端暴露為止(例如，使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝)。然后，如圖6所示，形成由第二氧化物層間隔件16a所劃分的(多個(gè))第二犧牲(例如，氮化物)層圖案結(jié)構(gòu)18。
之后，去除第二氮化物層圖案結(jié)構(gòu)18之間的第二氧化物層間隔件16a。在去除第二氧化物層間隔件16a的工藝中，僅選擇性蝕刻氧化物。為了完全去除第二氮化物層圖案18之間的狹窄間隙中的氧化物，使用對(duì)于氮化物層具有高蝕刻選擇比的濕蝕刻溶液。當(dāng)通過濕蝕刻去除了第二氧化物層間隔件16a時(shí)，如圖7所示，在第二氮化物層圖案結(jié)構(gòu)18之間的間隙20中暴露出襯底10的表面。
然后，如圖8所示，使用第二氮化物層圖案18作為蝕刻掩模，將通過間隙20所暴露出的襯底表面蝕刻至預(yù)定深度，以在襯底10中形成多個(gè)溝槽20a。該預(yù)定深度可以從1000到5000，優(yōu)選約1500到約4000。然后，對(duì)通過溝槽20a所暴露出的襯底10的表面(溝槽20a的內(nèi)壁)進(jìn)行氧化。優(yōu)選地，氧化處理包括硅氧化處理(例如，濕或干熱氧化)，從而使溝槽20a的內(nèi)壁上的硅被氧化，并有效填充溝槽20a(參照?qǐng)D9)。這些氧化物層用作器件隔離層22，用于使存儲(chǔ)單元彼此絕緣。
接下來，如圖10所示，用第三氧化物層來填充在第二氮化物層圖案18之間形成的間隙20a。此時(shí)，第三氧化物層24可以通過具有高間隙填充特性的化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝(例如，高密度等離子體輔助(HDP)CVD)來形成，并且形成于間隙中以及第二氮化物層圖案18上。然后，為了去除在第二氮化物層圖案18上沉積的第三氧化物層，執(zhí)行平面化處理(例如，通過回蝕或化學(xué)機(jī)械剖光工藝)。其后，當(dāng)使用對(duì)于氧化物層具有高蝕刻選擇比的磷酸溶液來選擇性去除第二氮化物層圖案18。然后，如圖11所示，殘留了在第二氮化物層圖案18之間的間隙20a中掩埋的一部分第三氧化物層，以形成多個(gè)間隔件24a。
最后，在襯底10上的氧化物層12上以及由第三氧化物層間隔件24a劃分的區(qū)域中形成多個(gè)浮置柵極26。浮置柵極26優(yōu)選包括多晶硅層。然后，對(duì)多晶硅層進(jìn)行平面化(例如，通過CMP)直至第三氧化物層間隔件24a的上端暴露出來。通過該操作，如圖12所示，形成器件隔離層22和浮置柵極26被自對(duì)準(zhǔn)的浮置柵極陣列。
然后，形成在浮置柵極與隨后的控制柵極之間用作絕緣層的絕緣層，例如ONO介電層28(例如，當(dāng)介電層28包括氧化硅層或由其構(gòu)成時(shí)，通過CVD；或者，在ONO的情況下通過連續(xù)的CVD工藝)。然后，在由第三氧化物層間隔件24a和介電層28所絕緣的浮置柵極陣列26上形成包含多晶硅的控制柵極層30。由此，可對(duì)控制柵極層30進(jìn)行圖案化(例如，在行方向上)，并且獲得了包括自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的閃存器件，如圖13所示。
根據(jù)本發(fā)明，無論由給定的制造工藝的設(shè)計(jì)規(guī)則所限定的最小線寬如何，都能夠使器件隔離區(qū)域的寬度最小化。因此，能夠使閃存單元高度集成。特別地，在根據(jù)本發(fā)明的閃存單元中，由于可通過熱氧化方法來形成相鄰存儲(chǔ)單元之間的器件隔離層，所以器件隔離層的質(zhì)量可被提高。另外，在與器件隔離層相同的光刻工藝中形成浮置柵極，從而能夠獲得浮置柵極陣列，其中浮置柵極的側(cè)壁自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)器件隔離層。
根據(jù)本發(fā)明，由于浮置柵極不限于最小線寬，所以能夠形成高集成閃存單元陣列。特別地，根據(jù)本發(fā)明的自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極的形成方法可用于任何存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)(例如，NOR型結(jié)構(gòu)或NAND型結(jié)構(gòu))。
盡管已參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種形成浮置柵極陣列的方法，該方法包括以下步驟(a)在硅襯底上的第一氧化物層上形成第一犧牲層圖案；(b)在所述第一犧牲層圖案的側(cè)壁上形成多個(gè)第一間隔件；(c)選擇性去除所述第一犧牲層圖案；(d)形成由所述第一間隔件所劃分的第二犧牲層圖案；(e)去除所述第一間隔件，以暴露出所述第二犧牲層圖案之間的襯底表面；(f)將暴露出的襯底表面蝕刻至預(yù)定深度，以在襯底中形成多個(gè)溝槽；(g)對(duì)暴露出的襯底表面進(jìn)行氧化，以形成多個(gè)器件隔離層；(h)在所述第二犧牲層圖案結(jié)構(gòu)之間形成多個(gè)第二間隔件；(i)選擇性去除所述第二犧牲層圖案；和(j)形成由所述第二間隔件所劃分的多個(gè)浮置柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一犧牲層圖案僅在兩個(gè)相鄰存儲(chǔ)單元的有源器件區(qū)域中形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在形成所述第二犧牲層圖案的步驟中包括以下步驟在襯底上形成第二犧牲層；和對(duì)所述第二犧牲層的上部進(jìn)行平面化，直至所述第一間隔件的上端暴露出來為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中去除所述第一間隔件的步驟包括濕蝕刻工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)暴露出的襯底表面進(jìn)行氧化的步驟包括濕或干熱氧化工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在選擇性去除所述第二犧牲層圖案的步驟中包括以下步驟在襯底上形成第三間隔件材料，以填充所述第二犧牲層圖案中的間隙；和對(duì)所述第三間隔件材料進(jìn)行平面化，直至所述第二犧牲層圖案暴露出來為止。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在形成多個(gè)浮置柵極的步驟中包括以下步驟在襯底上沉積浮置柵極材料；和對(duì)所述浮置柵極材料進(jìn)行平面化，直至所述第二間隔件暴露出來為止。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成第一氮化物層圖案的步驟包括蝕刻所述第一氮化物層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一犧牲層為第一氮化物層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一間隔件為第一氧化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成第二犧牲層圖案的步驟包括充分地均厚沉積所述第二犧牲層，以填充所述第一間隔件之間的間隔。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成多個(gè)浮置柵極的步驟包括充分地均厚沉積多晶硅，以填充所述第二間隔件之間的間隔。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二犧牲層為第二氮化物層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二間隔件為第二氧化物。
15.一種閃存器件，包括多個(gè)器件隔離層，在硅襯底中包含熱氧化硅；和浮置柵極陣列，處于由所述多個(gè)器件隔離層所劃分的有源器件區(qū)域中，在所述浮置柵極陣列中，每個(gè)浮置柵極的側(cè)壁與所述器件隔離層自對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種包括自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的閃存器件，以及一種用于閃存器件的自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極陣列的形成方法。該閃存器件包括多個(gè)器件隔離層，通過硅襯底的氧化所形成；和浮置柵極陣列，在由多個(gè)器件隔離層所劃分的有源器件區(qū)域中形成，在所述浮置柵極陣列中，浮置柵極的側(cè)壁與多個(gè)器件隔離層自對(duì)準(zhǔn)。因此，無論由工藝設(shè)計(jì)規(guī)則所限定的最小線寬如何，都能夠最小化器件隔離區(qū)域的寬度。
文檔編號(hào)H01L27/115GK1988135SQ200610169069
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者崔鐘云 申請(qǐng)人:東部電子股份有限公司