專利名稱：Ono介電質(zhì)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種快閃存儲單元(flash memory cells)的氧化物-氮化物-氧化物(oxide-nitride-oxide，簡稱“ONO”)介電質(zhì)(dielectric)及其制造方法。
背景技術(shù)：
一半導(dǎo)體存儲產(chǎn)品通常包含一存儲矩陣(memory array)，其中包括矩陣排列的存儲單元。半導(dǎo)體器件其中的一種類型是快閃存儲元件，其中包括快閃存儲單元。每一快閃存儲單元包含一儲存電荷的浮柵(floating-gate)電極。而此電荷由浮柵電極底下的一信道區(qū)域所提供。而此浮柵電極通常包含一儲存電荷的介電材質(zhì)。在浮柵電極中常見的介電結(jié)構(gòu)為一氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)。
這種形式的結(jié)構(gòu)在決定快閃存儲元件的操作特性(operatingcharacteristic)及可靠性(reliability)上舉足輕重。舉例來說，一高品質(zhì)的ONO介電結(jié)構(gòu)應(yīng)該提供如低缺陷密度(defect density)、長的故障平均時間(mean time to failure)以及高電荷保持性能(retention capability)。
用來形成ONO介電質(zhì)的方法通常是單一晶圓熱制作工藝(singlewafer thermal process)。然而，因為短反應(yīng)時間，這種制作工藝所制作的ONO介電質(zhì)材料具有不良的低密度結(jié)構(gòu)。就因為這樣的低密度結(jié)構(gòu)，會使得ONO材料在后續(xù)制作工藝期間被侵蝕，而導(dǎo)致縮減的柵極耦合率(gate coupling ratio，簡稱“GCR”)以及低產(chǎn)率(yield)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提出一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供一晶圓基底，再利用一單一晶圓低壓化學(xué)氣相沉積氧化制作工藝(single wafer lowpressure chemical vapor deposition oxidation process)，于晶圓基底上形成一第一氧化層。之后，利用一單一晶圓氧化制作工藝(single wafer oxidationprocess)，于第一氧化層上形成一第二氧化層，再利用一低溫低壓沉積制作工藝(low temperature and pressure deposition process)，于第二氧化層上形成一氮化層。隨后，于氮化層上成長一頂氧化層。
本發(fā)明又提出一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供一晶圓基底，再利用一單一晶圓低壓化學(xué)氣相沉積氧化制作工藝，于晶圓基底上形成一第一氧化層，而第一氧化層具有一第一蝕刻率(etch rate)。接著，利用一單一晶圓氧化制作工藝，于第一氧化層上形成一第二氧化層，而第二氧化層具有一第二蝕刻率。之后，于第二氧化層上形成一氮化層，且氮化層具有一第三蝕刻率。隨后，于氮化層上成長一頂氧化層，其中第三蝕刻率大于第一蝕刻率與第二蝕刻率。
本發(fā)明另外提出一種半導(dǎo)體器件，包括一基底以及形成于基底上的一浮柵電極。此浮柵電極包括形成于基底上的第一氧化層、形成于第一氧化層上的一第二氧化層、形成于第二氧化層上的一氮化層以及形成于氮化層上的一頂氧化層，其中第一氧化層系利用一單一晶圓低壓化學(xué)氣相沉積氧化制作工藝形成的，第二氧化層利用一單一晶圓氧化制作工藝形成的，而氮化層則系利用一低溫低壓沉積制作工藝形成的。
為讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。
再者，本發(fā)明之前的描述與下面的較佳實施例用以舉例，而非限定本發(fā)明。


圖1所示依照本發(fā)明的一較佳實施例所制造的半導(dǎo)體器件剖面示意圖；圖2所示根據(jù)傳統(tǒng)單一晶圓制作工藝以及依照本發(fā)明較佳實施例的方法制造出的ONO介電質(zhì)的柵極耦合率(GCR)比較圖；以及圖3所示系根據(jù)傳統(tǒng)單一晶圓制作工藝以及依照本發(fā)明較佳實施例的方法制造出的ONO介電質(zhì)的常態(tài)產(chǎn)率表。
標(biāo)示說明10基底 12隧穿氧化物14浮柵 20介電層20-1、20-2、20-4氧化層 20-3氮化層具體實施方式
以下將詳細提出本發(fā)明的實施方式，同時以附圖搭配說明。且于圖標(biāo)中使用相同的圖標(biāo)標(biāo)號即為相同或類似的構(gòu)件。
請參照圖1，一半導(dǎo)體晶圓基底10如一硅基底提供作為形成主動器件之用。而在基底10上有一層通過傳統(tǒng)制作工藝形成或沉積的一隧穿氧化物(tunnel oxide)12，且其可以是二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiOxNy)或是其化合物。一多晶硅層14形成于隧穿氧化物12上，例如通過在約500-700℃下的低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)所形成。多晶硅層14可作為一浮柵(floating-gate)，以及之后均標(biāo)示為浮柵14。
然后于浮柵14上形成一堆棧介電層或材質(zhì)20。介電層20包括一第一氧化層20-1、一第二氧化層20-2、一氮化層20-3以及一頂氧化層20-4。介電層20也可作為一氧化物-氮化物-氧化物(ONO)介電結(jié)構(gòu)。第一氧化層20-1利用一單一晶圓低壓化學(xué)氣相沉積氧化制作工藝(single waferLPCVD oxidation process)形成于浮柵14上。第二氧化層20-2利用一單一晶圓氧化制作工藝形成于第一氧化層20-1上。而且，第二氧化層20-2通過第一氧化層20-1與浮柵14的一反應(yīng)而形成的。在第二氧化層20-2形成期間，第一氧化層20-1會變得較密。于一實施例中，第一氧化層20-1具有一約15-30埃之初始厚度(initial thickness)。而在形成第二氧化層20-2之后，其與第一氧化層20-1具有約35-50埃的一總厚度。
而氮化層20-3則利用一低溫低壓沉積制作工藝(low temperature andpressure deposition process)形成于第二氧化層20-2上，其中引入SiH4與NH3作為反應(yīng)氣體。于一實施例中，沉積氮化層20-3的制作工藝在約650-710℃的一溫度下與在約200-300torr的一壓力下進行的。于一實施例中，氮化層20-3具有約90-110埃的初始厚度。
接著，于氮化層20-3上形成一頂氧化層20-4，以完成單一晶圓ONO制作工藝。于一實施例中，頂氧化層20-4是通過臨場蒸汽產(chǎn)生制作工藝(in-situ steam generation，簡稱“ISSG”)形成的。于另一實施例中，頂氧化層20-4是通過氫氧濕式氧化法(H2/O2wet oxidation)形成的。在頂氧化層20-4形成期間，部分氮化層20-3會轉(zhuǎn)變成一氧化物。結(jié)果，氮化層20-3將具有50-70埃之一減少的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的方法制作的氧化層20-1、20-2以及20-4在結(jié)構(gòu)上較致密，以便得到較公知技術(shù)制造出的氧化層更低的崩潰電壓(breakdownvoltage)、更高的柵極耦合率(gate coupling ratio，簡稱“GCR”)以及提高的低產(chǎn)率(yield)。圖2所示系根據(jù)傳統(tǒng)單一晶圓制作工藝以及依照本發(fā)明較佳實施例的方法制造出的ONO介電質(zhì)的柵極耦合率比較圖。圖3則是根據(jù)傳統(tǒng)單一晶圓制作工藝以及依照本發(fā)明較佳實施例的方法制造出的ONO介電質(zhì)的常態(tài)產(chǎn)率表。由圖2與圖3可知，依照本發(fā)明較佳實施例的方法比根據(jù)傳統(tǒng)單一晶圓制作工藝制造出的介電結(jié)構(gòu)在柵極耦合率功效上增加9％，而在產(chǎn)率上提高30％。
本發(fā)明的方法所獲得的改善可歸因于制造程序。在熱氧化制作工藝期間，晶界(grain boundary)的氧化會比中心快速。如此一來，將導(dǎo)致多晶氧化物(polyoxide)與多晶硅之間的界面形成V型溝槽。事實上較長期的氧化會增加溝槽的大小，因而增加氧化物/多晶硅界面的表面粗糙度(roughness)。粗糙的表面將致使V型溝槽周圍有比平均電場增加的電場。這個差異可能對存儲單元的操作造成不利影響。而且，在氧化物/多晶硅界面形成的氧化物也會對一濕式蝕刻制作工藝的蝕刻率造成不利影響，進而降低產(chǎn)率。
上述的本發(fā)明提供一較密的底或第一氧化層。這在氧化物密度上的增加會表現(xiàn)于后續(xù)濕式蝕刻制作工藝。使用-1％稀氟化氫(HF)溶液，則蝕刻率會從每分鐘360埃降至每分鐘小于100埃。此外，濕氧化技術(shù)的濕式蝕刻率與通過熱高溫氧化法(high temperature oxidation，簡稱HTO)成長氧化物的濕式蝕刻率相同，而用于成長頂氧化物的濕氧化技術(shù)的濕式蝕刻率比通過熱高溫氧化法來成長氧化物的濕式蝕刻率低。所以，濕式蝕刻制作工藝是相同且可預(yù)期的，進而增進產(chǎn)率。
最終結(jié)構(gòu)將有利于形成一快閃存儲單元(flash memory cell)的ONO介電結(jié)構(gòu)。雖然本發(fā)明的方法與器件是指一快閃存儲單元，但是熟悉此技術(shù)者應(yīng)可理解本發(fā)明的方法與器件也可同時應(yīng)用于由矩陣排列的存儲單元組成的一快閃存儲矩陣(memory array)。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種之更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制造ONO介電質(zhì)的方法，其特征在于，包括提供一晶圓基底；利用一單一晶圓低壓化學(xué)氣相沉積氧化制作工藝，于該晶圓基底上形成一第一氧化層；利用一單一晶圓氧化制作工藝，于該第一氧化層上形成一第二氧化層；利用一低溫低壓沉積制作工藝，于該第二氧化層上形成一氮化層；以及于該氮化層上成長一頂氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成該氮化層包括在650-710℃的一溫度下沉積該氮化硅層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成該頂氧化層包括一臨場蒸汽產(chǎn)生制作工藝。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成該頂氧化層包括一氫氧濕式氧化法。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成該第一氧化層包括形成該第一氧化層至15-30埃的一初始厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成該第二氧化層之后，該第二氧化層與該第一氧化層具有約35-50埃的一總厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成該氮化層包括在形成該頂氧化層之前形成該氮化層至90-110埃之一厚度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成該頂氧化層之后，該氮化層具有50-70埃的一厚度。
9.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，包括提供一晶圓基底；利用一單一晶圓低壓化學(xué)氣相沉積氧化制作工藝，于該晶圓基底上形成一第一氧化層，該第一氧化層具有一第一蝕刻率；利用一單一晶圓氧化制作工藝，于該第一氧化層上形成一第二氧化層，該第二氧化層具有一第二蝕刻率；于該第二氧化層上形成一氮化層，該氮化層具有一第三蝕刻率；以及于該氮化層上成長一頂氧化層，其中該第三蝕刻率大于該第一蝕刻率與該第二蝕刻率。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，形成該氮化層包括在形成該頂氧化層之前形成該氮化層至90-110埃之一厚度。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在形成該頂氧化層之后，該氮化層具有50-70埃的一厚度。
12.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括一基底；以及一浮柵電極，形成于該基底上，該浮柵電極包括一第一氧化層，形成于該基底上；一第二氧化層，形成于該第一氧化層上；一氮化層，形成于該第二氧化層上；以及一頂氧化層，形成于該氮化層上，其中該第一氧化層系利用一單一晶圓低壓化學(xué)氣相沉積氧化制作工藝形成的，該第二氧化層利用一單一晶圓氧化制作工藝形成的，以及該氮化層利用一低溫低壓沉積制作工藝形成的。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，該氮化層在650-710℃的一溫度下形成的。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，該氮化層在200-300torr的一壓力下形成的。
15.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，該頂氧化層通過一臨場蒸汽產(chǎn)生制作工藝形成的。
16.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，該頂氧化層通過一氫氧濕式氧化法形成的。
全文摘要
一種ONO介電質(zhì)及其制造方法，其中的制造方法包括提供一晶圓基底，再利用一單一晶圓低壓化學(xué)氣相沉積氧化制作工藝，于晶圓基底上形成一第一氧化層。之后，利用一單一晶圓氧化制作工藝，于第一氧化層上形成一第二氧化層，再利用一低溫低壓沉積制作工藝，于第二氧化層上形成一氮化層。隨后，于氮化層上成長一頂氧化層。
文檔編號H01L29/66GK1567544SQ0314540
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者謝榮裕 申請人:旺宏電子股份有限公司