專利名稱：閃存裝置的改進(jìn)制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上關(guān)于半導(dǎo)體裝置，詳言之，是關(guān)于閃存裝置的性能改進(jìn)。
背景技術(shù)：
有一種類型的可程序內(nèi)存單元通常稱的為閃存單元。此種閃存單元可包括形成于硅基板中，或形成于形成在硅基板中的井中的源極和漏極。閃存單元包括形成于該硅基板上的堆棧柵極結(jié)構(gòu)。堆棧柵極結(jié)構(gòu)下方硅基板的區(qū)域已知為閃存單元的溝道區(qū)域。
閃存單元的堆棧柵極結(jié)構(gòu)包括一對由氧化物層所分離的多晶硅結(jié)構(gòu)。其中之一的多晶硅結(jié)構(gòu)作用為閃存單元的浮置柵極，而另一多晶硅結(jié)構(gòu)作用為控制柵極。分隔浮置柵極與硅基板的氧化物層通常稱的為隧道氧化物層。此種類型的內(nèi)存單元顯示和說明于于1987年10月6日頒發(fā)給Mukherjee等人的美國專利第4,698,787號名稱為″單一晶體管電可程序內(nèi)存裝置和方法(Single Transistor Electrically ProgrammableMemory Device and Method)″的專利中。
于閃存單元的程序化操作包括施加相當(dāng)大的固定電壓于閃存單元的漏極，同時施加甚至更大的電壓于控制柵極。于此種程序化操作期間，閃存單元的源極維持于接地位準(zhǔn)或相對于施加到控制柵極和漏極的電壓的0電壓位準(zhǔn)。于程序化操作開始時施加到控制柵極的高固定電壓將浮置柵極的電壓電位提升至高位準(zhǔn)。此種于浮置柵極的高電壓電位吸引浮置通過溝道區(qū)域的電子。于此等狀況下，具有足夠高動能的于溝道區(qū)域中的電子注入通過隧道氧化物層并到達(dá)浮置柵極。此種現(xiàn)像通常稱的熱載子程序化或熱載子注入。成功的程序化操作包含注入足夠數(shù)量的電子到浮置柵極，以達(dá)成用于閃存單元所希望的臨限電壓。臨限電壓為必須施加于閃存單元的控制柵極以使得于閃存單元的讀取操作期間能導(dǎo)電通過溝道區(qū)域的電壓。
于一般包括大數(shù)量內(nèi)存單元的內(nèi)存陣列中，藉由施加大約9至10伏特的程序化電壓至控制柵極，大約5伏特的電壓至漏極，和將源極接地，而將內(nèi)存單元程序化。這些電壓將引起熱電子從漏極空乏區(qū)域注入到浮置柵極。于移除程序化電壓后，注入的電子陷捕于浮置柵極中，并在其中建立負(fù)電荷，該負(fù)電荷增加內(nèi)存單元的臨限電壓至超過約4伏特的值。
可藉由施加大約5伏特的電壓至控制柵極，施加大約1伏特的電壓至與漏極連接的位線，將源極接地，并感測位線電流，而讀取該內(nèi)存單元。若內(nèi)存單元被程序化和臨限電壓為相對地高(5伏特)，則位線電流將是0或相對地低。若內(nèi)存單元未被程序化或已拭除了，則臨限電壓將相對地低(2伏特)，控制柵極電壓將加強(qiáng)溝道，和位線電流將相對地高。
可以用幾種方法來拭除內(nèi)存單元。于一種方法，施加相對高的電壓，一般為12伏特至源極，將控制柵極接地，讓漏極浮置，以拭除內(nèi)存單元。此使得于程序化期間注入到浮置柵極中的電子經(jīng)歷福勒諾德漢穿隧(Fowler-Nordhein tunneling)從浮置柵極經(jīng)過薄隧道氧化物層到達(dá)源極。施加-10伏特大小的負(fù)電壓于控制柵極，施加5伏特至源極，并允許漏極浮置，而亦能拭除內(nèi)存單元。另一種拭除內(nèi)存單元的方法是施加5伏特至P井和-10伏特至控制柵極，同時使源極和漏極浮置。
第1和2圖顯示依照先前技術(shù)形成的典型堆棧柵極結(jié)構(gòu)。如圖中所示，將形成隧道氧化物的二氧化硅層10熱生長于硅基板12上。然后，多晶硅層14設(shè)于二氧化硅層10上，例如ONO的電介質(zhì)層16設(shè)于多晶硅層14上，和另一多晶硅層18設(shè)于電介質(zhì)層16上。一層光阻劑設(shè)于多晶硅層18上，并如圖1中所示的圖案化，留下光阻劑層部分20于多晶硅層18上。然后，使用光阻劑層部分20作為屏蔽(圖2中)而進(jìn)行蝕刻步驟，蝕穿多晶硅層18、電介質(zhì)層16、多晶硅層14和氧化物層10，直到基板12為止，形成包括隧道氧化物10A、多晶硅浮置柵極14A、電介質(zhì)層16A、和多晶硅字線18A的柵極堆棧22。然后去除光阻劑層部分20。
如已為人所熟知的，用來形成柵極堆棧22的蝕刻步驟可能引起鄰接?xùn)艠O氧化物10A的硅基板12產(chǎn)生表面挖溝(gouging)狀態(tài)(參看圖2中箭號A和B)，若允許保留此種狀態(tài)，則可能造成裝置的拭除完整性和拭除分布嚴(yán)重地降等。為了減少此問題的影響，通常在柵極堆棧22的上部和側(cè)部，和在硅基板12的曝露部分(圖3中)，生長一層預(yù)先植入的熱氧化物24，例如厚度為100埃(∑)，如此確實減少或修復(fù)了如上述的于基板12的損害。然后，使用柵極堆棧22和在柵極堆棧22的各側(cè)的氧化物層24的部分24A、24B作為屏蔽，進(jìn)行離子植入26(圖4中)，以植入裝置的源極和漏極區(qū)域28、30。
一般而言，預(yù)先植入氧化物24的生長進(jìn)行相當(dāng)長的一段時間長度，例如，5分鐘，達(dá)到例如100埃的厚度。發(fā)現(xiàn)到，生長氧化物24如此一段時間會大量地降低于裝置的溝道區(qū)域中電荷載子的移動率。此造成于裝置中相當(dāng)?shù)暮诵脑鲆嫦陆祷蝌?qū)動電流下降，而清楚地會對裝置性能有不良的影響。此外，發(fā)現(xiàn)到此長時間的氧化作用步驟會造成氧化區(qū)域32、34生長入浮置柵極14A的側(cè)邊靠近其底端處(于柵極堆棧22的各側(cè)，參閱第3和4圖)。這些不希望的氧化區(qū)域32、34對裝置的拭除速度會引發(fā)顯著的問題。
因此，需要有一種方法，能夠藉由提供預(yù)先植入能修復(fù)由于柵極堆棧蝕刻所造成基板損壞的氧化物層，而克服這些問題，同時避免上述關(guān)于生長此氧化物層經(jīng)歷相當(dāng)長時間周期的問題。

發(fā)明內(nèi)容
于制造半導(dǎo)體裝置的本方法中，將柵極氧化層設(shè)于硅基板上。將第一多晶硅層設(shè)于柵極氧化層上，將電介質(zhì)層設(shè)于第一多晶硅層上，和將第二多晶硅層設(shè)于電介質(zhì)層上。于適當(dāng)屏蔽后，進(jìn)行蝕刻步驟，蝕刻該第二多晶硅層、電介質(zhì)層、第一多晶硅層、和柵極氧化層，去除他們的一部分以露出硅基板，并于硅基板上形成堆棧的柵極結(jié)構(gòu)。進(jìn)行短時間周期的快速熱退火，于堆棧的柵極結(jié)構(gòu)上生長薄的氧化物層。然后，于該快速熱退火所形成的氧化物層上沉積另一氧化物層。
由考慮下列的詳細(xì)說明，配合所附的附圖，而能夠較佳地了解本發(fā)明。對于熟悉此項技術(shù)者由參照下列所示和說明的本發(fā)明的實施例而能夠容易地了解本發(fā)明，該實施例僅例示施行本發(fā)明的最佳模式。亦應(yīng)了解到，本發(fā)明能夠有其它的實施例，和該實施例的幾個細(xì)部地方能夠予以修飾和有各種顯著的態(tài)樣，所有的這些修飾和態(tài)樣將不會偏離本發(fā)明的范圍。因此，各附圖和詳細(xì)說明系視為例示性質(zhì)用，而不是用來限制本發(fā)明。


描述本發(fā)明的特性的新穎特征系提出于所附權(quán)利要求書中。然而，本發(fā)明其本身以及其使用的較佳模式，和他的進(jìn)一步的目的和優(yōu)點，將可藉由參照以上例示的詳細(xì)說明，并配合所附的附圖，而予最佳的了解，其中圖1至4表示典型的先前技術(shù)制造過程步驟；以及圖5至9表示依照本發(fā)明的制造過程步驟。
具體實施例方式
茲詳細(xì)參照本發(fā)明的特定實施例，該實施例顯示由發(fā)明人施行本發(fā)明時構(gòu)思表現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式。
第5和6圖顯示本發(fā)明的制造過程步驟，系相同于前面第1和2圖描繪顯示的制造過程步驟。也就是說，于形成堆棧柵極結(jié)構(gòu)中，將形成隧道氧化物的二氧化硅層60熱生長于硅基板62上。然后，將多晶硅層64設(shè)于氧化層60上，例如將ONO層的電介質(zhì)層66設(shè)于多晶硅層64上，和將另一多晶硅層68設(shè)于電介質(zhì)層66上。將一層光阻劑設(shè)于多晶硅層18上，并將其圖案化，如圖1中所示，留下光阻劑層部分70于多晶硅層18上。然后，相似于上述的說明，使用光阻劑層部分70作為屏蔽(圖5中)，而進(jìn)行蝕刻步驟，蝕穿多晶硅層68、電介質(zhì)層66、多晶硅層64和氧化物層60，直到基板62為止，形成包含于基板62上的隧道氧化物60A、于隧道氧化物60A上的多晶硅浮置柵極64A、于多晶硅浮置柵極64A上的電介質(zhì)層66A、和于電介質(zhì)層66A上的多晶硅字線68A的柵極堆棧72。
如上所述，此蝕刻步驟形成柵極堆棧72可能引起鄰接堆棧72的硅基板62產(chǎn)生表面挖槽(gouging)狀態(tài)(參看圖6中箭號A和B)，若未予以修整，則可能造成明顯的裝置性能降等。
然而，于去除光阻劑層部分70后，并不再如上述的用熱生長預(yù)先植入氧化層來處理此問題，而是進(jìn)行快速熱退火一段短時間，例如于攝式900至1000度下進(jìn)行10至20秒鐘，于柵極堆棧72的上面和各側(cè)面，和于硅基板62的曝露部分(圖7中所示)，形成少于20埃，例如10埃厚度的薄的氧化物層80。然后，進(jìn)行氧化物沉積步驟(圖8中)，其中氧化物層82沉積于氧化物層80上足夠的厚度以增加由快速熱退火所形成的氧化物層80和沉積的氧化物層82的整個或全部的厚度至大約100埃。然后，使用柵極堆棧和在柵極堆棧72的各側(cè)的氧化物86、88作為屏蔽，進(jìn)行離子植入84(圖9)，植入裝置的源極和漏極區(qū)域90、92。
如希望的，可藉由快速熱退火形成氧化物層80，以修復(fù)和減少鄰接該柵極氧化物64A的基板62的表面挖槽損害。此外，進(jìn)行一段短時間周期例如10至20秒鐘的快速熱退火，當(dāng)相較于先前技術(shù)須進(jìn)行5分鐘的生長100埃厚度的熱生長氧化物24時要短得多。此方式避免了如上述關(guān)于先前技藝于裝置的溝道區(qū)域中減少載子移動率的問題，該問題系由涉及生長氧化物層24相當(dāng)長時間所引起。此外，以如此短的快速熱退火時間，可避免生長的氧化物區(qū)域(如上述于32、34)于柵極堆棧72的各側(cè)邊進(jìn)入浮置柵極64A主體內(nèi)，并避免如上述于過程中伴隨產(chǎn)生的問題。
已明白顯示和說明了本發(fā)明的上述實施例。但該實施例并不能表現(xiàn)出本發(fā)明的所有的特征，或并不欲限制本發(fā)明于所揭示實施例的精確形式?？筛鶕?jù)上述的說明作其它的修飾或變化。
已選擇和說明了本發(fā)明的實施例，以對本發(fā)明的原理和其實際應(yīng)用提出最佳的展示，由此而使得本技藝方面的一般技術(shù)人員能夠于各種具體實施例中，并當(dāng)考量適合于特定的使用情況時作出各種的修飾而利用本發(fā)明。所有的此等修飾和變化系在由所附的權(quán)利要求書所決定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，而該權(quán)利要求書是在公平、合法和公正授權(quán)下依照其廣范圍作解釋。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于包括下列步驟提供基板(62)；于該基板(62)上設(shè)堆棧柵極結(jié)構(gòu)(72)；以及利用退火而于該堆棧柵極結(jié)構(gòu)(72)上形成氧化物層(80)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該藉由退火而形成該氧化物層(80)，系將該氧化物層(80)形成于該堆棧柵極結(jié)構(gòu)(72)的至少各側(cè)邊。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，系藉由快速熱退火而形成該氧化物層(80)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該基板(62)為硅基板(62)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括沉積氧化物層(82)于藉由退火所形成的該氧化物層(80)上的步驟。
6.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于包括下列步驟提供硅基板(62)；于該基板(62)上設(shè)柵極氧化層(60)；于該柵極氧化層(60)上設(shè)第一多晶硅層(64)；于該第一多晶硅層(64)上設(shè)電介質(zhì)層(66)；于該電介質(zhì)層(66)上設(shè)第二多晶硅層(68)；蝕刻該第二多晶硅層(68)、電介質(zhì)層(66)、第一多晶硅層(64)、和柵極氧化層(60)，去除他們的一部分以露出該硅基板(62)，并于該硅基板(62)上形成堆棧柵極結(jié)構(gòu)(72)；以及進(jìn)行快速熱退火以在該堆棧柵極結(jié)構(gòu)(72)上生長氧化物層(80)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，該進(jìn)行快速熱退火的步驟系在該堆棧柵極結(jié)構(gòu)(72)的至少各側(cè)邊上生長氧化物層(80)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，該快速熱退火步驟系進(jìn)行10至20秒的期間。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中藉由快速熱退火所生長的氧化物層(80)系小于20埃的厚度。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括沉積氧化物層(82)于藉由快速熱退火所形成的該氧化物層(80)上的步驟。
全文摘要
于制造半導(dǎo)體裝置的方法中，將柵極氧化層(60)設(shè)于硅基板(62)上。將第一多晶硅層(64)設(shè)于柵極氧化層(60)上，將電介質(zhì)層(66)設(shè)于第一多晶硅層(64)上，和將第二多晶硅層(68)設(shè)于電介質(zhì)層(66)上。于適當(dāng)屏蔽后，進(jìn)行蝕刻步驟，蝕刻該第二多晶硅層(68)、電介質(zhì)層(66)、第一多晶硅層(64)、和柵極氧化層(60)，去除他們的部分以露出硅基板(62)，并于硅基板(62)上形成堆棧柵極結(jié)構(gòu)(72)。進(jìn)行短時間周期，即譬如10至20秒的快速熱退火，于堆棧柵極結(jié)構(gòu)(72)上生長薄的氧化物層(80)。然后，于該快速熱退火所形成的氧化物層(80)上沉積另一氧化物層(82)。
文檔編號H01L21/28GK1748298SQ200480003688
公開日2006年3月15日 申請日期2004年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月5日
發(fā)明者何岳松, S·海戴德, 王志剛 申請人:先進(jìn)微裝置公司