專利名稱：避免于內(nèi)存組件形成多晶硅縱梁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種避免于內(nèi)存組件形成多晶硅縱梁的方法，特別是一種有關(guān)形成具有多重氧化速率的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)，以避免于平坦化內(nèi)存存儲(chǔ)單元形成多晶硅縱梁的方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，內(nèi)存組件對(duì)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存具有很大的重要性。而眾所周知的內(nèi)存組件例如包括，隨機(jī)存取內(nèi)存(RAM)，只讀存儲(chǔ)器(ROM)，及其它內(nèi)存組件。其中非揮發(fā)性的內(nèi)存組件，特別是一般通稱的″快閃″(flash)內(nèi)存組件在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的應(yīng)用上越來越廣泛。通常閃存晶胞數(shù)組是以一連串的列和行排列形成于半導(dǎo)體底材上，且通過所謂的字符線及位線的導(dǎo)體來存取數(shù)據(jù)。圖1所示為部份存儲(chǔ)數(shù)組10的俯視圖。而圖2為沿圖1切線2-2所得的橫切面圖。一般的閃存數(shù)組布局如圖1所示，且閃存晶胞100結(jié)構(gòu)的橫切面多如圖2所示。
參考圖1和圖2，每個(gè)存儲(chǔ)晶胞100形成于半導(dǎo)體底材101上的方法如以下所述。形成源極110和漏極區(qū)域112，且有一通道位于源極110和漏極112區(qū)域之間。一通道氧化層114或門極介電層(未顯示于圖1)形成于底材101上，用以將第一多晶硅層116或浮動(dòng)閘極層與源極110和漏極112區(qū)域分隔開來。個(gè)別晶胞的控制閘極120以橫向列方式結(jié)合晶胞列，共享一條共同字符線(WL)120。換句話說，第二多晶硅層120或控制閘層形成于浮動(dòng)閘層116上，且由例如氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)的內(nèi)多晶硅介電層118(未示于圖1)所隔開。而沿著字符線的相鄰內(nèi)存組件是由場氧化區(qū)域102所隔離。此外，為了達(dá)到改善耦合比(coupling ratio)的目的，可形成一額外的多晶硅層124于浮動(dòng)閘層116和多晶硅內(nèi)介電層118之間，以加大浮動(dòng)閘極116的表面積，且利用介電層122作為浮動(dòng)閘層116之間的隔離，如圖3A所示。
圖3A為具有改進(jìn)的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)的晶胞的橫切面圖，其類似于沿圖1切線3-3的橫切面圖。于制造類似于圖1的閃存晶胞時(shí)，多加了一層多晶硅層于浮動(dòng)閘極層上。條狀的第一多晶硅層116(或?yàn)榈谝桓?dòng)閘層)形成于底材101的兩場氧化區(qū)域間，且與底材101間隔著通道氧化層114。而為簡化圖示，場氧化區(qū)域并未顯示于圖上。然后，進(jìn)行氧化制程，形成介電層122將條狀相鄰的第一多晶硅層116隔離。第二多晶硅層124(第二浮動(dòng)閘層)形成于第一多晶硅層116上。接著，形成內(nèi)多晶硅介電層118及控制閘層120，以完成存儲(chǔ)晶胞的制作。眾所周知，在制造半導(dǎo)體組件時(shí)，要達(dá)到完美的垂直輪廓控制是非常困難的，尤其是經(jīng)過后續(xù)多次的氧化制程垂直輪廓的控制就更加難以控制。因?yàn)椋谘趸瞥讨?，接近表面的多晶硅較遠(yuǎn)離表面的多晶硅通常有較快的氧化速率。因此，由于第一浮動(dòng)閘層116的非等向性蝕刻制程并不完全產(chǎn)生理想的非等向性輪廓，使得條狀的第一浮動(dòng)閘層116的垂直輪廓只控制在近似于理想狀態(tài)。另外，經(jīng)過后續(xù)形成介電層122和形成如ONO層的多晶硅內(nèi)介電層118的氧化制程后，浮動(dòng)閘層116的傾斜側(cè)壁就再也無法被忽視。于形成類似圖1的數(shù)組布局時(shí)，復(fù)雜的氧化制程和非理想化的垂直輪廓會(huì)產(chǎn)生多晶硅縱梁的問題。因?yàn)?，如果浮?dòng)閘層的垂直輪廓是不完美的，當(dāng)沿著字符線定義出存儲(chǔ)晶胞時(shí)，在蝕刻浮動(dòng)閘層時(shí)就會(huì)產(chǎn)生多晶硅縱梁。進(jìn)而因非理想化的垂直輪廓的形成而降低制程的容錯(cuò)度，造成可靠度的問題，也即導(dǎo)致優(yōu)良率的下降。
當(dāng)部份的控制閘層120進(jìn)行非等向性蝕刻以形成內(nèi)存組件中的各條字符線時(shí)，位于兩相鄰字符線間的浮動(dòng)閘層(約如圖1源極區(qū)域110的位置)，也同時(shí)進(jìn)行非等向性蝕刻以避免造成相鄰字符線間的短路。然而，非等向性蝕刻無法重復(fù)性地提供理想化的非等向性輪廓，又因?yàn)楹罄m(xù)的氧化制程，使得對(duì)具有傾斜側(cè)壁的浮動(dòng)閘層的非等向性輪廓的控制越發(fā)困難。非理想化的非等向性蝕刻輪廓造成多晶硅閘層116的殘留，也即多晶硅縱梁126，如圖3B所示。也就是說，當(dāng)依序蝕刻到浮動(dòng)閘層116時(shí)，其傾斜的側(cè)壁被介電層122保護(hù)住，結(jié)果多晶硅縱梁126就產(chǎn)生了。如圖4所示，它是兩條位線間的下半部份蝕刻區(qū)域的透視圖。由圖中可清楚得知，在蝕刻區(qū)域產(chǎn)生的多晶硅縱梁126會(huì)使得字符線分別因區(qū)域128及130的部份而產(chǎn)生短路，造成可靠度的問題。也就是蝕刻區(qū)域于區(qū)域128及130處并未完全的將字符線彼此間加以隔離，反而因介電層的庇護(hù)形成多晶硅縱梁126橋接蝕刻區(qū)域，造成閘極間的短路問題。
近來，形成倒三角的多晶硅浮動(dòng)閘層的方法曾被提出。然而，形成倒三角的多晶硅浮動(dòng)閘層的蝕刻制程非常復(fù)雜又難以控制，且不易通過適當(dāng)線上檢查步驟進(jìn)行除錯(cuò)。而當(dāng)應(yīng)用額外多晶硅層以增加浮動(dòng)閘層的表面積的技術(shù)時(shí)，在倒三角的浮動(dòng)閘層間形成隔離用的介電層又面臨了介電層溝填的問題。因此，避免于內(nèi)存組件形成多晶硅縱梁，降低因字符線短路而造成的可靠度問題是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種避免于內(nèi)存組件形成多晶硅縱梁的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種形成具有寬度遞增的輪廓的多晶硅結(jié)構(gòu)的方法，即使多晶硅結(jié)構(gòu)的越上部份越寬，越底部份越窄。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種多層次多晶硅沉積方法，以利控制多晶硅層蝕刻制程的垂直輪廓。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種避免于內(nèi)存組件形成多晶硅縱梁的方法，至少包括形成一具有一垂直輪廓的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)于一底材上，其中導(dǎo)體結(jié)構(gòu)至少包含兩層各具有不同氧化速率的導(dǎo)體層，這些導(dǎo)體層依據(jù)氧化速率由大到小的順序由底部往上排列于底材上；然后，執(zhí)行例如熱氧化制程的氧化制程于部份導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以致導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直輪廓轉(zhuǎn)變?yōu)橛傻撞客蠈挾冗f增的輪廓，其中導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度遞增的輪廓有助于蝕刻制程控制。
其中上述形成具有垂直輪廓的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的步驟至少包含形成具有第一氧化速率的第一導(dǎo)體層于底材上；然后，形成具有第二氧化速率的第二導(dǎo)體層于第一導(dǎo)體層上，其中第一氧化速率大于第二氧化速率；接著，形成一圖案轉(zhuǎn)移的光阻于第二導(dǎo)體層上，其中圖案轉(zhuǎn)移的光阻定義出導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；之后，利用圖案轉(zhuǎn)移的光阻為罩幕，非等向性蝕刻第二導(dǎo)體層及第一導(dǎo)體層，以形成具有垂直輪廓的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，及去除圖案轉(zhuǎn)移的光阻。第一導(dǎo)體層是具第一摻雜濃度的第一多晶硅層，且第二導(dǎo)體層是具第二摻雜濃度的第二多晶硅層，其中第一摻雜濃度大于第二摻雜濃度。第一導(dǎo)體層是多晶硅層，且第二導(dǎo)體層是非結(jié)晶硅層。本發(fā)明方法還包含蝕刻具有寬度遞增的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，形成數(shù)個(gè)電性隔離區(qū)域以避免導(dǎo)體縱梁的形成。
為更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是部份內(nèi)存數(shù)組的俯視圖；圖2是沿圖1切線2-2的晶胞的橫切面圖；圖3A是傳統(tǒng)形成字符線時(shí)，具有改進(jìn)的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)晶胞沿類似圖1中3-3切線的橫切面圖；圖3B是傳統(tǒng)形成字符線產(chǎn)生多晶硅縱梁時(shí)，具有改進(jìn)的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)晶胞沿類似圖1中3-3切線的橫切面圖；圖4是傳統(tǒng)相兩鄰字符線間的蝕刻區(qū)域下半部份的俯視圖，示出因多晶硅縱梁的產(chǎn)生使得字符線短路的情形；圖5A是本發(fā)明形成快閃存儲(chǔ)晶胞具有改進(jìn)的浮動(dòng)閘時(shí)，第一圖案轉(zhuǎn)移光阻定義多層次浮動(dòng)閘的橫切面圖；圖5B是本發(fā)明形成快閃存儲(chǔ)晶胞具有改進(jìn)的浮動(dòng)閘時(shí)，形成具有多重氧化速率的多層次浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)的橫切面圖；圖5C是本發(fā)明形成快閃存儲(chǔ)晶胞具有改進(jìn)的浮動(dòng)閘時(shí)，多層次浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)進(jìn)行氧化制程的橫切面圖；圖5D是本發(fā)明形成快閃存儲(chǔ)晶胞具有改進(jìn)浮動(dòng)閘時(shí)，平坦化多層次浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)的橫切面圖；圖5E是本發(fā)明形成快閃存儲(chǔ)晶胞具有改進(jìn)浮動(dòng)閘時(shí)，形成第三導(dǎo)體層后的橫切面圖；圖5F是本發(fā)明形成快閃存儲(chǔ)晶胞具有改進(jìn)浮動(dòng)閘時(shí)，定義字符線蝕刻第三導(dǎo)體層間蝕刻區(qū)域完成后的橫切面圖。
具體實(shí)施例方式
眾所周知，多晶硅層的氧化速率因著摻雜濃度或結(jié)晶性而有所不同，摻雜濃度越高，氧化速率越快，或者結(jié)晶性越高，氧化速率越快。因此，具有多重氧化速率的多晶硅結(jié)構(gòu)，例如，兩層不同摻雜濃度或結(jié)晶性的多晶硅層，依氧化速率由大到小依序由底部向上堆棧的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)，通過后續(xù)的氧化制程后可形成蝕刻所需的輪廓。也就是說，本發(fā)明提供一種浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)，其具有由下向上寬度遞增的輪廓以利于非等向性蝕刻制程定義字符線時(shí)，可維持理想的蝕刻結(jié)果，因此而將位于蝕刻區(qū)域可使字符線短路的多晶硅縱梁去除。
依據(jù)本發(fā)明方法的重點(diǎn)，將配合圖5A到圖5F加以描述。而顯示于圖5A到圖5F的橫切面圖與第三圖的切線方向相似。形成類似于圖3的快閃存儲(chǔ)晶胞，起始于形成場氧化區(qū)域于如硅底材的半導(dǎo)體底材上。而場氧化區(qū)域的形成方法可利用區(qū)域氧化法(LOCOS)或淺溝渠隔離法(STI)。參考圖5A，形成場氧化區(qū)域后(圖上未顯示)，利用熱氧化制程形成一層薄薄的通道氧化層210于硅底材201上。然后，即是本發(fā)明的主要重點(diǎn)，形成具多重氧化速率的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)，以利后續(xù)的字符線隔離蝕刻制程，具體說明如下。
形成具有第一氧化速率的第一導(dǎo)體層212于通道氧化層210上。然后，形成具有第二氧化速率的第二導(dǎo)體層214于第一導(dǎo)體層212上，其中第一氧化速率大于第二氧化速率。如多晶硅層212，214的導(dǎo)體層可利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法形成，且利用如擴(kuò)散摻雜或離子植入摻雜技術(shù)，產(chǎn)生不同的摻雜濃度或結(jié)晶性。例如，于一實(shí)施例中，第一導(dǎo)體層是具有第一摻雜濃度的第一多晶硅層212，而第二導(dǎo)體層是具有第二摻雜濃度的第二多晶硅層214，其中第一摻雜濃度大于第二摻雜濃度。也即于形成第一多晶硅層時(shí)加入如磷化氫(PH3)的氣體摻雜質(zhì)，然后關(guān)閉摻雜質(zhì)氣體以形成未摻雜的第二多晶硅層214。此外，于另一實(shí)施例中，第一導(dǎo)體層是一多晶硅層(polycrystalline silicon layer)212，且第二導(dǎo)體層是一非結(jié)晶硅層(amorphous silicon layer)214。例如，于較高的溫度形成多晶硅層212，然后于較低的溫度形成結(jié)晶性較低的非多晶硅層214。
接著在形成多晶硅層212及214后，利用趨于理想化的非等向性蝕刻這兩層多晶硅層，以形成電性隔離區(qū)域218(第一浮動(dòng)閘層或?qū)w結(jié)構(gòu))，如圖5B所示。蝕刻這兩層導(dǎo)體層的步驟是利用所形成的第一圖案轉(zhuǎn)移的光阻216定義導(dǎo)體結(jié)構(gòu)218且做為蝕刻罩幕，蝕刻完成后去除第一圖案轉(zhuǎn)移的光阻216。于又一實(shí)施例中，形成第一浮動(dòng)閘層(導(dǎo)體結(jié)構(gòu))218的步驟至少包含，形成一多晶硅層，然后植入第一摻雜濃度。執(zhí)行驅(qū)入(drive-in)制程，將摻雜質(zhì)驅(qū)入多晶硅層的較底層。然后再對(duì)多晶硅層進(jìn)行第二次摻雜質(zhì)植入，且其濃度低于第一摻雜濃度。然后通過圖案轉(zhuǎn)移的制程，及形成了具有多重氧化速率的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)，且其越朝底部份氧化速率越高。
然后，執(zhí)行例如熱氧化制程的氧化制程以形成襯氧化層220于導(dǎo)體結(jié)構(gòu)218上，因此，此雙層多晶硅結(jié)構(gòu)218(第一浮動(dòng)閘層)的垂直輪廓轉(zhuǎn)變?yōu)橛傻撞客蠈挾冗f增的輪廓(如火把形狀)，換句話說，由于氧化速率的不同，第一多晶硅層212的橫向氧化較第二多晶硅層214為快，結(jié)果第二多晶硅層214的寬度較第一多晶硅層212為寬。接著，形成如二氧化硅的絕緣層222于硅底材201上，用以電性隔離兩相鄰的第一浮動(dòng)閘層，如圖5C所示。形成二氧化硅層222的方法，例如，高密度等離子體氧化法，及低壓TEOS(tetra-ethyl orthosilicate)法或低壓O3(ozone)-TEOS法。然后，平坦化二氧化硅層222以暴露第一浮動(dòng)閘層218，如圖5D所示。而平坦化的步驟可借助如化學(xué)機(jī)械研磨制程，或回蝕刻制程。
參考圖5E，為增加耦合率，形成如第三多晶硅層的第三導(dǎo)體層224于具有隔離多晶硅結(jié)構(gòu)218的二氧化硅層222上，以增加浮動(dòng)閘的表面積。然后，蝕刻第三多晶硅層224以形成電性隔離的區(qū)域(第二浮動(dòng)閘層)224，且其覆蓋住了隔離的雙層多晶硅結(jié)構(gòu)218。蝕刻第三多晶硅層的步驟是利用所形成的第二圖案轉(zhuǎn)移的光阻(未顯示)定義第二浮動(dòng)閘層224且作為蝕刻罩幕，蝕刻完成后去除第二圖案轉(zhuǎn)移的光阻。因此，形成了具有寬度遞增的輪廓的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)226，其包含增進(jìn)表面積的多晶硅層224和雙層多晶硅結(jié)構(gòu)(第一浮動(dòng)閘層)218。然后，形成一內(nèi)多晶硅介電層228于第三多晶硅層224上。內(nèi)多晶硅介電層228通常是全面覆蓋于底材201上的氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)層。之后，形成如第四多晶硅層的控制閘層230于氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)層上，以完成快閃存儲(chǔ)晶包的堆棧。
控制閘層230形成后，由于多晶硅層和氧化硅層間的高蝕刻選擇比，利用自行對(duì)準(zhǔn)蝕刻(SAE)制程定義存儲(chǔ)晶胞的數(shù)的字符線。蝕刻控制閘層230的步驟是利用所形成的第三圖案轉(zhuǎn)移的光阻(未顯示)定義字符線且做為蝕刻阻障層，蝕刻完成后去除第三圖案轉(zhuǎn)移的光阻。位于相鄰字符線間的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)226也同時(shí)于蝕刻時(shí)以非等向性蝕刻去除。而在非等向性蝕刻隔離字符線制程時(shí)，由于第一浮動(dòng)閘層218的寬度遞增輪廓，可利用第二多晶硅層214其較寬的寬度來控制蝕刻參數(shù)，以產(chǎn)生理想的蝕刻結(jié)果。換句話說，因?yàn)榫哂卸嘀匮趸俾实母?dòng)閘結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的寬度遞增的輪廓，可將位于蝕刻區(qū)域會(huì)使字符線短路的多晶硅縱梁消除。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明申請(qǐng)的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種避免于內(nèi)存組件形成導(dǎo)體縱梁的方法，其特征在于，至少包括以下步驟形成一具有一垂直輪廓的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)于一底材上，其中所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)至少包含兩種不同的氧化速率，所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)越朝底部份所述氧化速率越高；及執(zhí)行氧化制程于部份所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以致所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的所述垂直輪廓轉(zhuǎn)變?yōu)橛傻撞客蠈挾冗f增的輪廓，其中所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的所述寬度遞增的輪廓有助于蝕刻制程控制。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)至少包括一具有一第一氧化速率的第一導(dǎo)體層及一具有一第二氧化速率的第二導(dǎo)體層，其中所述第一氧化速率大于所述第二氧化速率。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，形成具有所述垂直輪廓的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的步驟至少包括形成具有所述第一氧化速率的第一導(dǎo)體層于所述底材上；形成具有所述第二氧化速率的第二導(dǎo)體層于所述第一導(dǎo)體層上，其中所述第一氧化速率大于所述第二氧化速率；形成一第一圖案轉(zhuǎn)移的光阻于所述第二導(dǎo)體層上，其中所述第一圖案轉(zhuǎn)移的光阻限定所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；利用所述第一圖案轉(zhuǎn)移的光阻為罩幕，非等向性蝕刻所述第二導(dǎo)體層及所述第一導(dǎo)體層，以形成具有所述垂直輪廓的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；及去除所述第一圖案轉(zhuǎn)移的光阻。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)體層是一具有第一摻雜濃度的第一多晶硅層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)體層是一具有一第二摻雜濃度的第二多晶硅層，其中所述第一摻雜濃度大于所述第二摻雜濃度。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)體層是一多晶硅層。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)體層是一非結(jié)晶硅層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述氧化制程的步驟至少包括執(zhí)行一熱氧化制程于部份所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括蝕刻具有所述寬度遞增的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，形成數(shù)個(gè)電性隔離區(qū)域以避免導(dǎo)體縱梁的形成。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)一種避免于內(nèi)存組件形成多晶硅縱梁的方法。本發(fā)明的重點(diǎn)是形成具有多重氧化速率的浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)，其中浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)越朝底部分，氧化速率越高。例如，形成一浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)其具有兩層不同摻雜濃度的多晶硅層，或兩種不同結(jié)晶性的多晶硅層，且越底層多晶硅層其摻雜濃度越高，或者，越底層多晶硅層其結(jié)晶性越高。因此，在后續(xù)的氧化制程中，浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)就此形成蝕刻定義字符線制程時(shí)所需的輪廓，也即形成由浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)底部往上寬度遞增的輪廓。浮動(dòng)閘結(jié)構(gòu)的越向上部分越寬，越朝底部分越窄。因此，于隔離字符線的非等向性蝕刻制程時(shí)，可保持理想的蝕刻結(jié)果，而將蝕刻區(qū)域中會(huì)造成字符線短路的多晶硅縱梁消除。
文檔編號(hào)H01L21/82GK1400653SQ0112509
公開日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2001年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月3日
發(fā)明者鄭培仁 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司