專(zhuān)利名稱(chēng)：具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件的制造工藝方法，尤其涉及一種帶有隧穿氧化層結(jié)構(gòu)的雙 層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵存儲(chǔ)器的制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件中，帶有隧穿氧化層結(jié)構(gòu)的雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵存儲(chǔ)器是一種比較常用 的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所表示。其中帶有隧穿氧化層的晶體管，可以在垂直方向 電壓的作用下，將襯底溝道中的電子通過(guò)隧穿氧化層耦合到下層多晶硅中進(jìn)行存儲(chǔ)或?qū)⑾?層多晶硅中存儲(chǔ)的電子通過(guò)隧穿氧化層釋放到襯底，分別可以對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)的兩種狀態(tài)。而在 垂直方向電壓低于工作電壓的時(shí)候，隧穿氧化層作為下層多晶硅和襯底間的絕緣層。上層 多晶硅為外加垂直電壓的柵，下層多晶硅為存儲(chǔ)電子的柵，兩層多晶硅之間的絕緣層防止 上下層之間產(chǎn)生短路導(dǎo)致器件失效。產(chǎn)生如圖1所表示的結(jié)構(gòu)，其現(xiàn)有的工藝方法如圖2所示，具體步驟為1.在硅襯底8 (包括有源區(qū)6和隔離區(qū)7)上形成柵極氧化層4和隧穿氧化層5， 在該柵極氧化層4和隧穿氧化層5上依次沉積下層多晶硅3，中間絕緣層2，上層多晶硅1， 見(jiàn)圖2A;2.光刻，干法刻蝕上層多晶硅1直至中間絕緣層2停止，見(jiàn)圖2B ；3.轉(zhuǎn)換刻蝕工藝，刻蝕中間絕緣層2直至下層多晶硅3停止，見(jiàn)圖2C ；4.轉(zhuǎn)換刻蝕工藝，刻蝕下層多晶硅3直至柵極氧化層4停止，見(jiàn)圖2D ；5.去膠清洗；6.后續(xù)工藝，其剩余的柵極氧化層通過(guò)后續(xù)工藝中的濕法去除，形成具有雙層堆 疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，見(jiàn)圖1?，F(xiàn)有工藝存在以下問(wèn)題在步驟2刻蝕上層多晶硅1時(shí)，如圖2B所表示，刻蝕是在 一定的溫度、壓力環(huán)境下，通過(guò)高壓放電電離刻蝕氣體在電場(chǎng)作用下與上層多晶硅產(chǎn)生化 學(xué)反應(yīng)或物理轟擊進(jìn)行刻蝕。此時(shí)在刻蝕腔中存在大量電荷，而上層多晶硅1可以導(dǎo)電，具 有吸引電荷的能力，大量電荷會(huì)被吸引在硅片表面，尤其是多晶硅附近，而且由于此時(shí)中間 絕緣層2還沒(méi)有被刻蝕，整個(gè)襯底8都被絕緣介質(zhì)覆蓋，聚集的電荷沒(méi)有釋放的途徑，會(huì)在 整個(gè)上層多晶硅1刻蝕中不斷積累大量的感應(yīng)電荷。而在步驟3中，如圖2C所示，一旦絕 緣介質(zhì)被刻蝕完，露出下層多晶硅3的瞬間，積累的大量電荷會(huì)產(chǎn)生瞬間放電通過(guò)下層多 晶硅3向襯底8釋放。因?yàn)榇饲暗目涛g過(guò)程中缺乏釋放電荷的途徑，因此積累的電荷數(shù)量 很大，此時(shí)產(chǎn)生的瞬間電壓和電流都會(huì)非常高，而襯底8上隧穿氧化層5的厚度比正常的柵 極氧化層4薄，且面積很小，因此所有的電荷很容易通過(guò)隧穿氧化層5區(qū)域向襯底8移動(dòng)。 這兩個(gè)原因疊加會(huì)在隧穿氧化層5區(qū)域產(chǎn)生更高電流密度的瞬間大電流放電，此時(shí)如果隧 穿氧化層5厚度均勻性不好或成膜質(zhì)量不好，就會(huì)在瞬間大電流情況下產(chǎn)生局部擊穿，導(dǎo) 致該區(qū)域的氧化層厚度減薄或產(chǎn)生缺陷。當(dāng)隧穿氧化層產(chǎn)生厚度變化或缺陷后，會(huì)產(chǎn)生以下幾種情況
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1.程度較輕的話僅僅是耐壓能力下降，產(chǎn)生低電壓下可以擦寫(xiě)，導(dǎo)致局部存儲(chǔ)出 錯(cuò)?；蛘咴诟邷叵麓鎯?chǔ)的電子不需要外加電壓就可以通過(guò)隧穿氧化層向襯底釋放，導(dǎo)致存 儲(chǔ)內(nèi)容丟失。2.程度較重的話會(huì)導(dǎo)致下層多晶硅和襯底直接短路喪失存儲(chǔ)能力，成為存儲(chǔ)壞 區(qū)。以上這幾種情況都會(huì)大大降低產(chǎn)品的性能導(dǎo)致成品率下降。這種缺陷往往被稱(chēng)為 PID (plasma induced damage，等離子體誘致?lián)p傷)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制 造方法，該方法能降低PID引起的產(chǎn)品失效，提高整體成品率和可靠性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制 造方法，包括如下步驟(1)在硅襯底上形成柵極氧化層和隧穿氧化層，在該柵極氧化層和隧穿氧化層上 依次沉積下層多晶硅、中間絕緣層；(2)光刻，刻蝕中間絕緣層直至下層多晶硅停止；(3)全面沉積上層多晶硅；(4)光刻，刻蝕多晶硅直至柵極氧化層停止，形成具有上層多晶硅、中間絕緣層和 下層多晶硅的雙層多晶硅柵結(jié)構(gòu)；(5)后續(xù)工藝，包括去除殘留的柵極氧化層、去除光刻膠，最終形成具有雙層堆疊 自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器。步驟(4)中所述雙層多晶硅柵下面存在隧穿氧化層。所述中間絕緣層為氧化物、氮化物或ONO結(jié)構(gòu)的混合膜層，所述ONO結(jié)構(gòu)為氧化 物、氮化物和氧化物的混合結(jié)構(gòu)。步驟(4)中形成的上層多晶硅的關(guān)鍵尺寸小于下層多晶硅。步驟(4)中形成的下層多晶硅的關(guān)鍵尺寸由步驟(2)中所述的刻蝕中間絕緣層決定。步驟⑵和步驟⑷中的光刻為自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。步驟(4)中所述的中間絕緣層為下層多晶硅刻蝕時(shí)的硬掩膜。步驟(4)中的刻蝕多晶硅工藝對(duì)中間絕緣層具有高選擇比，利用柵極氧化層作為 刻蝕阻擋層防止刻蝕到硅襯底。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明采用預(yù)先打開(kāi)中間絕緣層的 方法，直接將上、下層多晶硅連接，使上層多晶硅刻蝕時(shí)產(chǎn)生的電荷可以隨時(shí)通過(guò)下層多晶 硅向襯底釋放，降低大量電荷聚集造成的瞬間大電流擊穿隧穿氧化層的幾率，提高了產(chǎn)品 成品率與可靠性。和現(xiàn)有方法相比，PID的幾率大大降低，隧穿氧化層針孔缺陷的數(shù)量大大 減少，與其相關(guān)的高溫下電荷無(wú)法存儲(chǔ)在下層多晶硅的失效，單個(gè)存儲(chǔ)單元失效等失效模 式大大減少，整體成品率和可靠性得到提高。


圖1是現(xiàn)有的具有隧穿氧化層的雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元示意圖；圖2是現(xiàn)有的具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造工藝流程圖；圖3是本發(fā)明具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造工藝流程圖；其中，1為上層多晶硅，2為中間絕緣層，3為下層多晶硅，4為柵極氧化層，5為遂穿 氧化層，6為有源區(qū)，7為隔離區(qū)，8為硅襯底，9為光刻膠。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖3所示，本發(fā)明提供一種提高具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器成品率的 方法，其工藝流程步驟為(1)在硅襯底8上形成柵極氧化層4和隧穿氧化層5 (通過(guò)在硅襯底8上成長(zhǎng)保護(hù) 層(通常是Si02，但厚度很厚)，然后光刻刻蝕去除柵氧層，再成長(zhǎng)形成柵極氧化層4和隧穿 氧化層5)，在該柵極氧化層4和隧穿氧化層5上依次沉積下層多晶硅3、中間絕緣層2 ；其中 中間絕緣層2為氧化物，氮化物或ONO結(jié)構(gòu)(氧化物、氮化物和氧化物)的混合膜層，見(jiàn)圖3A。(2)光刻(保護(hù)兩個(gè)柵極區(qū)域，其中一個(gè)柵極下面存在隧穿氧化層5，兩個(gè)柵極區(qū) 域上形成光刻膠9)，刻蝕中間絕緣層2直至下層多晶硅3停止，見(jiàn)圖3B。(3)全面沉積上層多晶硅1，見(jiàn)圖3C。(4)光刻(保護(hù)兩個(gè)柵極區(qū)域，其中一個(gè)柵極下面存在隧穿氧化層5，兩個(gè)柵極區(qū) 域上形成光刻膠9)，刻蝕多晶硅直至柵極氧化層4停止，形成具有上層多晶硅1、中間絕緣 層2和下層多晶硅3的雙層多晶硅柵結(jié)構(gòu)，形成的雙層多晶硅柵下面存在隧穿氧化層5，見(jiàn) 圖3D。該步驟的刻蝕工藝對(duì)中間絕緣層2具有高選擇比，中間絕緣層2與多晶硅屬于不同材 料，可以選擇適當(dāng)?shù)目涛g氣體使中間絕緣層2相對(duì)于多晶硅具有高選擇比，其目的是刻蝕多晶 硅時(shí)因?yàn)槎嗑Ч枧c襯底都是娃，因此通常禾_柵極氧化層4作為刻蝕阻擋層防止亥Ij蝕到硅襯底 8，因此對(duì)于Si02 —定需要高選擇比，而同時(shí)中間絕緣層2 一般為Si02或0N0，因此該刻蝕步驟 一定對(duì)中間絕緣層2有高選擇比。同時(shí)中間絕緣層2為下層多晶硅3刻蝕時(shí)的硬掩膜，可以產(chǎn) 生自對(duì)準(zhǔn)的效果，使下層多晶硅3自對(duì)準(zhǔn)形成，在設(shè)計(jì)上不用考慮中間絕緣層2與下層多晶硅3 的套準(zhǔn)精度。最終形成的上層多晶硅1的關(guān)鍵尺寸(CD)小于下層多晶硅3。最終形成的下層 多晶硅3的關(guān)鍵尺寸由步驟(2)中的刻蝕中間絕緣層2決定。為了考慮上層多晶硅1和下層 多晶硅3之間不能短路，因此設(shè)計(jì)上需要上層多晶硅1的關(guān)鍵尺寸比下層多晶硅3小，保證不 會(huì)因?yàn)樘诇?zhǔn)原因或上下層關(guān)鍵尺寸變化產(chǎn)生中間沒(méi)有絕緣層的兩層多晶硅被留下的情況。(5)后續(xù)工藝，殘留的柵極氧化層4在后續(xù)的工藝中通過(guò)濕法去除，去除光刻膠9， 最終形成具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，見(jiàn)圖3E。步驟⑵和步驟⑷中的光刻為自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有方法最大的問(wèn)題是在上層多晶硅刻蝕時(shí)沒(méi)有一個(gè)持續(xù)的電荷釋放的途徑，導(dǎo) 致大量電荷積累造成瞬間電流過(guò)大產(chǎn)生對(duì)隧穿氧化層的損傷。因此，本發(fā)明通過(guò)提前進(jìn)行 中間絕緣層的刻蝕，使上層多晶硅和下層多晶硅相連，在刻蝕上層多晶硅的過(guò)程中電荷可 以通過(guò)下層多晶硅隨時(shí)向襯底釋放，其電流密度不會(huì)很強(qiáng)，保證不會(huì)對(duì)隧穿氧化層產(chǎn)生損 傷，降低了 PID發(fā)生的可能性，提高成品率。
權(quán)利要求
一種具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在硅襯底上形成柵極氧化層和隧穿氧化層，在該柵極氧化層和隧穿氧化層上依次沉積下層多晶硅、中間絕緣層；(2)光刻，刻蝕中間絕緣層直至下層多晶硅停止；(3)全面沉積上層多晶硅；(4)光刻，刻蝕多晶硅直至柵極氧化層停止，形成具有上層多晶硅、中間絕緣層和下層多晶硅的雙層多晶硅柵結(jié)構(gòu)；(5)后續(xù)工藝，包括去除殘留的柵極氧化層、去除光刻膠，最終形成具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在 于，步驟(4)中所述雙層多晶硅柵下面存在隧穿氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在 于，所述中間絕緣層為氧化物、氮化物或ONO結(jié)構(gòu)的混合膜層，所述ONO結(jié)構(gòu)為氧化物、氮化 物和氧化物的混合結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在 于，步驟(4)中形成的上層多晶硅的關(guān)鍵尺寸小于下層多晶硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在 于，步驟(4)中形成的下層多晶硅的關(guān)鍵尺寸由步驟(2)中所述的刻蝕中間絕緣層決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，4或5所述的具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法，其 特征在于，步驟(2)和步驟(4)中的光刻為自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，4或5所述的具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法，其 特征在于，步驟(4)中所述的中間絕緣層為下層多晶硅刻蝕時(shí)的硬掩膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，4或5所述的具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法，其 特征在于，步驟(4)中的刻蝕多晶硅工藝對(duì)中間絕緣層具有高選擇比，利用柵極氧化層作 為刻蝕阻擋層防止刻蝕到硅襯底。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的制造方法，包括如下步驟(1)在硅襯底上形成柵極氧化層和隧穿氧化層，在該柵極氧化層和隧穿氧化層上依次沉積下層多晶硅、中間絕緣層；(2)光刻，刻蝕中間絕緣層直至下層多晶硅停止；(3)全面沉積上層多晶硅；(4)光刻，刻蝕多晶硅直至柵極氧化層停止，形成具有上層多晶硅、中間絕緣層和下層多晶硅的雙層多晶硅柵結(jié)構(gòu)；(5)后續(xù)工藝，包括去除殘留的柵極氧化層，最終形成具有雙層堆疊自對(duì)準(zhǔn)柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器。該方法能降低PID引起的產(chǎn)品失效，提高整體成品率和可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/8239GK101937876SQ20091005752
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者王雷 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司