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制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法

文檔序號(hào):7047038閱讀:120來源:國知局
專利名稱:制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法,更具體而言,涉及一種制造包括隔離層的非易失性存儲(chǔ)器件的方法。
背景技術(shù)
非易失性存儲(chǔ)器件是指即使在切斷電源的情況下也可以保留存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器件。目前廣泛地應(yīng)用各種非易失性存儲(chǔ)器件,例如NAND型快閃存儲(chǔ)器等。 近來,隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高,將相鄰的器件電隔離的器件隔離技術(shù)的重要性越來越大。通常使用淺溝槽隔離(STI)法作為半導(dǎo)體工藝的器件隔離技術(shù)中的一種,在STI中,在半導(dǎo)體襯底中形成限定有源區(qū)的溝槽,然后用電介質(zhì)材料填充溝槽以形成隔尚層。另外,隨著半導(dǎo)體器件之間的距離的減小,通過僅在具有STI結(jié)構(gòu)的隔離層左側(cè)和右側(cè)形成一個(gè)器件的現(xiàn)有技術(shù)來提高集成度可能存在極限。此外,隨著溝槽高寬比的增力口,掩埋特性可能降低。例如,在STI結(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)空隙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實(shí)施例針對(duì)一種用于制造包括隔離層的非易失性存儲(chǔ)器件的方法,所述方法能夠在提高非易失性存儲(chǔ)器件集成度的同時(shí)改善器件隔離特性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例,一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法包括以下步驟在由第一隔離層限定的有源區(qū)之上形成具有隧道電介質(zhì)層和浮柵導(dǎo)電層的襯底結(jié)構(gòu);在襯底結(jié)構(gòu)之上形成第一柵間電介質(zhì)層和第一控制柵導(dǎo)電層;通過將第一控制柵導(dǎo)電層、第一柵間電介質(zhì)層、浮柵導(dǎo)電層、隧道電介質(zhì)層和有源區(qū)刻蝕到給定的深度來形成溝槽;形成第二隔離層以填充溝槽;以及在形成有第二隔離層的所得結(jié)構(gòu)之上形成第二控制柵導(dǎo)電層。


圖I是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體器件的布局圖。圖2A至圖2H是解釋根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法的截面圖。圖3A至圖3C是解釋根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。但是,本發(fā)明可以以不同的方式實(shí)施,并不應(yīng)解釋為限定于本文所列的實(shí)施例。確切地說,提供這些實(shí)施例是為了使本說明書是充分且完整的,并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在本說明書中,相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。附圖并非按比例繪制,并且在某些情況下, 為了清楚地示出實(shí)施例的特征,可能對(duì)比例做夸大處理。當(dāng)提及第一層在第二層“上”或在襯底“上”時(shí),其不僅表示第一層直接形成在第二層或襯底上的情況,還表示在第一層與第二層或襯底之間存在第三層的情況。圖I是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體器件的布局圖。圖2A至圖2H是解釋根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法的截面圖。具體而言,圖2H是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的截面圖,圖2A至圖2G說明制造圖2H所示的器件的中間工藝的實(shí)例。截面圖是沿著圖I的線Y-Y’截取的。參照?qǐng)DI和圖2A至圖2H,下面將描述根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法。參照?qǐng)D2A,在半導(dǎo)體襯底100之上形成隧道電介質(zhì)層110和浮柵導(dǎo)電層120。與此同時(shí),在形成隧道電介質(zhì)層110之前,可以執(zhí)行離子注入工藝以在半導(dǎo)體襯底100中形成有源區(qū)。下面將詳細(xì)地描述有源區(qū)。隧道電介質(zhì)層110可以由厚度為50A至100A的氧化物層形成,所述氧化物層是利用例如O2和H2的氣體混合物將半導(dǎo)體襯底100氧化而形成。此時(shí),為了控制熱電子的隧穿效應(yīng),可以在850°C至950°C的溫度下利用例如NO或NO2氣體原位地(in_situ)或離位地(ex-situ)執(zhí)行退火。浮柵導(dǎo)電層120可以由例如多晶或非晶硅層形成。所述硅層可以包括由具有不同磷(P)濃度的上層和下層組成的雙層??梢岳弥T如SiH4或SiH2ClJ^源氣體來沉積200A至500A的未摻雜硅層而形成雙層中的下層。此時(shí),為了去除存在于下層的表面上的自然氧化物,可以額外地執(zhí)行使用基于HF的化學(xué)藥品的濕法清潔工藝??梢岳弥T如SiH4或SiH2Cl2的源氣體來沉積500A至2500A的摻雜硅層而形成雙層中的上層。此時(shí),可以利用摻雜劑濃度為I. 0E19原子/cm3至I. 0E21原子/cm3的P源來執(zhí)行原位摻雜。參照?qǐng)D2B,在浮柵導(dǎo)電層120之上形成光致抗蝕劑圖案(未示出),以便暴露出將要形成第一溝槽Tl的區(qū)域。然后,利用光致抗蝕劑圖案作為刻蝕掩模來刻蝕浮柵導(dǎo)電層120、隧道電介質(zhì)層110和半導(dǎo)體襯底100,以形成用于隔離的第一溝槽Tl、由第一溝槽Tl限定的有源區(qū)100A以及有源區(qū)100A之上的初級(jí)導(dǎo)電層圖案120A。此時(shí),第一溝槽Tl可以沿著與圖I所示的截面方向相交叉的第一方向延伸。為了消除在工藝中產(chǎn)生的刻蝕損傷,可以額外地執(zhí)行熱氧化工藝以在第一溝槽Tl的表面上形成薄氧化物層。形成第一隔離層130以填充第一溝槽Tl。在這種情況下,第一隔離層130的上表面被設(shè)置成處在比初級(jí)導(dǎo)電層圖案120A的上表面更低的水平高度。具體而言,可以通過以下工藝來執(zhí)行第一隔離層130的形成在包括第一溝槽Tl的所得結(jié)構(gòu)之上形成隔離電介質(zhì)層(未示出);執(zhí)行平坦化工藝直到暴露出初級(jí)導(dǎo)電層圖案120A的上表面為止;以及通過濕法或干法刻蝕工藝將初級(jí)導(dǎo)電層圖案120A之間的隔離電介質(zhì)層去除一定的量。在此,平坦化工藝可以包括化學(xué)機(jī)械拋光(CMP),可以采用將第一隔離層130的上表面設(shè)置在比有源區(qū)100A的上表面高約50A至約250A的位置處的方式而使初級(jí)導(dǎo)電層圖案120A之間的隔離電介質(zhì)層凹陷。參照?qǐng)D2C,在初級(jí)導(dǎo)電層圖案120A的表面上以保形的方式(conformally)形成第一柵間電介質(zhì)層140。此時(shí),第一柵間電介質(zhì)層140包括,例如,氧化物-氮化物-氧化物(ONO)、Al2O3 或 HfxOy。具體而言,可以采用低壓化學(xué)氣相沉積(LP-CVD)或原子層沉積(ALD)來形成0N0,在所述低壓化學(xué)氣相沉積或原子層沉積中,利用例如將SiH4或SiH2Cl2與N2O或NH3混合所獲得的氣體混合物作為源。此時(shí),可以在約780°C至約850°C的溫度條件下沉積氧化物,并且可以在約600°C至約750°C的溫度條件下沉積氮化物。此外,可以利用O2和H2的氣體混合物在約600°C至約900°C的溫度條件下額外地執(zhí)行高溫退火工藝和氧化工藝。
參照?qǐng)D2D,在第一柵間電介質(zhì)層140和第一隔離層130之上形成第一控制柵導(dǎo)電層150。第一控制柵導(dǎo)電層150可以包括導(dǎo)電材料,例如,多晶娃。參照?qǐng)D2E,在第一控制柵導(dǎo)電層150之上形成光致抗蝕劑圖案160以暴露初級(jí)導(dǎo)電層圖案120A的中心部分。此時(shí),光致抗蝕劑圖案160可以沿著與圖I所示的截面方向相交叉的第一方向延伸。參照?qǐng)D2F,利用光致抗蝕劑圖案160作為刻蝕掩模來刻蝕第一控制柵導(dǎo)電層150、第一柵間電介質(zhì)層140、初級(jí)導(dǎo)電層圖案120A、隧道電介質(zhì)層110和有源區(qū)100A,以形成用于隔離的第二溝槽T2和由第二溝槽T2隔離的次級(jí)導(dǎo)電層圖案120B。此時(shí),第二溝槽T2可以與第一溝槽Tl 一樣沿著第一方向延伸,如圖I所不。為了消除在工藝中產(chǎn)生的刻蝕損傷,可以額外地執(zhí)行熱氧化工藝以在第二溝槽T2的表面上形成薄氧化物層。與此同時(shí),第二溝槽T2的底表面可以位于比第一溝槽Tl的底表面更高的水平高度。在這種情況下,可以防止在溝槽深度增加時(shí)可能出現(xiàn)的掩埋缺陷,例如,空隙形成。參照?qǐng)D2G,去除光致抗蝕劑圖案160,在形成有第二溝槽T2的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上形成內(nèi)襯層170。此時(shí),內(nèi)襯層170用于防止第二溝槽T2的內(nèi)壁氧化,并減輕施加到第二溝槽T2的內(nèi)壁的應(yīng)力。內(nèi)襯層170可以由例如氮化物形成。在內(nèi)襯層170之上形成隔離電介質(zhì)層180。隔離電介質(zhì)層180被形成為具有足以填充第二溝槽T2的厚度??梢酝ㄟ^執(zhí)行例如LP-CVD以沉積氧化物層的工藝來形成隔離電介質(zhì)層180。參照?qǐng)DI和圖2H,執(zhí)行諸如CMP的平坦化工藝直到暴露出第一控制柵導(dǎo)電層150的上表面為止。據(jù)此,去除了存在于第一控制柵導(dǎo)電層150的上表面上的隔離電介質(zhì)層180,將掩埋在第二溝槽T2中的隔離電介質(zhì)層180稱為第二隔離層180A。在暴露出第一控制柵導(dǎo)電層150的上表面的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面之上形成第二控制柵導(dǎo)電層190。第二控制柵導(dǎo)電層190可以包括導(dǎo)電材料,例如,多晶硅。在第二控制柵導(dǎo)電層190之上形成線型的硬掩模圖案(未示出)以沿著截面方向(圖I所示的第二方向)延伸。然后,利用硬掩模圖案作為刻蝕掩模來刻蝕第二控制柵導(dǎo)電層190、第二隔離層180A、內(nèi)襯層170、第一控制柵導(dǎo)電層150、第一柵間電介質(zhì)層140、次級(jí)導(dǎo)電層圖案120B和隧道電介質(zhì)層110。通過這一工藝,由線型的次級(jí)導(dǎo)電層圖案120B形成了在有源區(qū)100A之上的布置成矩陣型的浮柵120C。此外,通過所述工藝刻蝕的第一控制柵導(dǎo)電層150和第二控制柵導(dǎo)電層190的層疊結(jié)構(gòu)用作控制柵190A并且具有線形,所述線形沿著截面方向延伸,同時(shí)與第一柵間電介質(zhì)層140以及沿截面方向布置的浮柵120C重疊并插入第一柵間電介質(zhì)層140和浮柵120C。 在上述根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法中,形成第二隔離層180A,所述第二隔離層180A用于將在由第一隔離層130限定的有源區(qū)之上形成的柵圖案隔離成兩部分。因此,可以使非易失性存儲(chǔ)器件的集成度加倍。此外,由于第二溝槽T2的底表面位于比第一溝槽Tl的底表面更高的水平高度,因此可以防止在溝槽深度增加時(shí)可能發(fā)生的掩埋缺陷,例如空隙形成。因此,可以提高器件隔離特性。圖3A至圖3C是解釋根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法的截面圖。根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的布局圖與根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的布局圖相同。在本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例中,將省略與本發(fā)明的第一實(shí)施例中相同的部件的詳細(xì)描述。首先,以與根據(jù)本發(fā)明第一不例性實(shí)施例的方法相同的方式來執(zhí)行圖2A至圖2F的工藝,然后執(zhí)行圖3A中所示的工藝。參照?qǐng)D3A,形成隔離電介質(zhì)層180以具有足以填充第二溝槽T2的厚度??梢酝ㄟ^執(zhí)行LP-CVD以沉積氧化物層的工藝來形成隔離電介質(zhì)層180。參照?qǐng)D3B,在與第一隔離層130的上表面相同的水平高度形成第二隔離層180A,同時(shí)填充第二溝槽T2??梢酝ㄟ^以下工藝形成第二隔離層180A :執(zhí)行平坦化工藝直到暴露出第一控制柵導(dǎo)電層150的上表面為止;以及通過濕法或干法刻蝕工藝將掩埋于第二溝槽T2中的隔離電介質(zhì)層180去除一定的量。第二隔離層180A的上表面的高度優(yōu)選與第一隔離層130的上表面的高度近似(相等)。在具有次級(jí)導(dǎo)電層圖案120B的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面之上形成氧化物-氮化物-氧化物(ONO)的多層,所述次級(jí)導(dǎo)電層圖案120B的側(cè)壁通過刻蝕工藝被暴露。然后,通過例如毪式工藝(blanket process)部分地去除所述多層,以使所述多層僅保留在次級(jí)導(dǎo)電層圖案120B的側(cè)壁上,由此形成第二柵間電介質(zhì)層200。參照?qǐng)DI和圖3C,在暴露出第一控制柵導(dǎo)電層150的上表面的所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面之上形成第二控制柵導(dǎo)電層190。第二控制柵導(dǎo)電層190可以包括導(dǎo)電材料,例如多晶硅。在第二控制柵導(dǎo)電層190之上形成線型的硬掩模圖案(未示出)以沿著截面方向(圖I中所示的第二方向)延伸,并使用硬掩模圖案作為刻蝕掩??涛g第二柵間電介質(zhì)層200、第二控制柵導(dǎo)電層190、第二隔離層180A、第一控制柵導(dǎo)電層150、第一柵間電介質(zhì)層140、次級(jí)導(dǎo)電層圖案120B和隧道電介質(zhì)層110。通過這一工藝,由線型的次級(jí)導(dǎo)電層圖案120B形成了在有源區(qū)100A之上的布置成矩陣型的浮柵120C。此外,通過所述工藝刻蝕的第一控制柵導(dǎo)電層150和第二控制柵導(dǎo)電層190的層疊結(jié)構(gòu)用作控制柵190A并且具有線形,所述線形沿著截面方向延伸,同時(shí)與第一柵間電介質(zhì)層140和第二柵間電介質(zhì)層200以及沿截面方向布置的浮柵120C重疊并插入第一柵間電介質(zhì)層140和第二柵間電介質(zhì)層200以及浮柵120C。本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例與本發(fā)明的第一實(shí)施例的區(qū)別在于,第一隔離層130和第二隔離層180A的上表面設(shè)置在相同的水平高度,并且次級(jí)導(dǎo)電層圖案120B的暴露的側(cè)壁與第二控制柵導(dǎo)電層190通過插入在它們之間的第二柵間電介質(zhì)層200而重疊。據(jù)此,可以增加浮柵120C與控制柵190A之間的重疊面積以提高耦合比,所述耦合比被定義為施加到控制柵190A的操作電壓與浮柵120C中誘發(fā)的電壓之比。根據(jù)本發(fā)明的所述示例性實(shí)施例,可以提供能夠在提高非易失性存儲(chǔ)器件的集成度的同時(shí)改善器件隔離特性的隔離層。雖然已經(jīng)以具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明,但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是,在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下,可以進(jìn)行各種變化和修 改。
權(quán)利要求
1.一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法,包括以下步驟 在由第一隔離層限定的有源區(qū)之上形成具有隧道電介質(zhì)層和浮柵導(dǎo)電層的襯底結(jié)構(gòu); 在所述襯底結(jié)構(gòu)之上形成第一柵間電介質(zhì)層和第一控制柵導(dǎo)電層; 通過將所述第一控制柵導(dǎo)電層、所述第一柵間電介質(zhì)層、所述浮柵導(dǎo)電層、所述隧道電介質(zhì)層和所述有源區(qū)刻蝕到給定的深度來形成溝槽; 形成第二隔離層以填充所述溝槽;以及 在形成有所述第二隔離層的所得結(jié)構(gòu)之上形成第二控制柵導(dǎo)電層。
2.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,形成所述溝槽的步驟被執(zhí)行為,其中所述溝槽的底表面位于比所述第一隔離層的底表面更高的水平高度。
3.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,利用暴露出所述浮柵導(dǎo)電層的中心部分的掩模圖案執(zhí)行形成所述溝槽的步驟。
4.如權(quán)利要求I所述的方法,還包括以下步驟在形成所述第二隔離層之后,在所述浮柵導(dǎo)電層的暴露的表面上形成第二柵間電介質(zhì)層。
5.如權(quán)利要求I所述的方法,還包括以下步驟在形成所述溝槽之后,在所述溝槽的內(nèi)壁上形成內(nèi)襯層。
6.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,所述第一隔離層和所述第二隔離層由相同的材料形成。
7.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,所述有源區(qū)以及所述第一隔離層和所述第二隔離層被形成為沿著一個(gè)方向延伸的線型。
8.如權(quán)利要求7所述的方法,還包括以下步驟通過刻蝕所述第二控制柵導(dǎo)電層、所述第二隔離層、所述第一控制柵導(dǎo)電層、所述第一柵間電介質(zhì)層、所述浮柵導(dǎo)電層和所述隧道電介質(zhì)層來形成浮柵和控制柵。
9.如權(quán)利要求8所述的方法,其中,利用沿著與所述有源區(qū)以及所述第一隔離層和所述第二隔離層相交叉的方向延伸的線型掩模圖案來執(zhí)行形成所述浮柵和所述控制柵的步驟。
10.如權(quán)利要求2所述的方法,其中,所述第二隔離層的表面的高度與所述第一隔離層的表面的聞度實(shí)質(zhì)相等。
11.如權(quán)利要求2所述的方法,其中,所述第二隔離層被形成為完全填充所述溝槽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法,所述方法包括以下步驟在由第一隔離層限定的有源區(qū)之上形成具有隧道電介質(zhì)層和浮柵導(dǎo)電層的襯底結(jié)構(gòu);在襯底結(jié)構(gòu)之上形成第一柵間電介質(zhì)層和第一控制柵導(dǎo)電層;通過將第一控制柵導(dǎo)電層、第一柵間電介質(zhì)層、浮柵導(dǎo)電層、隧道電介質(zhì)層和有源區(qū)刻蝕到給定的深度來形成溝槽;形成填充溝槽的第二隔離層;以及在形成有第二隔離層的所得結(jié)構(gòu)之上形成第二控制柵導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102768979SQ20121002156
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者楊永鎬 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司
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