專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在不考慮歷時而保持輸入閃存器件的數(shù)據(jù)時，對其輸入數(shù)據(jù)/和從其輸出數(shù)據(jù)的閃存器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，閃存器件包括隧道氧化層；浮置柵極，作為第一柵極圖形；介質(zhì)層；以及控制柵極，作為順序堆疊的第二柵極圖形。授予Yun等人的第6,153,469號美國專利和授予Lee等人的第6,455,374號美國專利公開了閃存器件的例子。
圖1是示出傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的平面圖。
參考圖1，傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件相當(dāng)于閃存器件。傳統(tǒng)閃存器件包括半導(dǎo)體襯底10，其上確定激活區(qū)12和場區(qū)13；以及柵極結(jié)構(gòu)，形成在半導(dǎo)體襯底10上。該柵極結(jié)構(gòu)包括順序堆疊在半導(dǎo)體襯底10上的隧道氧化層圖形、浮置柵極18、柵極間介質(zhì)層以及控制柵極20。
圖2是沿圖1中的線I-I’取的剖視圖。參考圖2，在半導(dǎo)體襯底10上形成絕緣層14，以確定半導(dǎo)體襯底10的激活區(qū)12和場區(qū)13。在激活區(qū)12上，形成隧道氧化層圖形15和浮置柵極18。在浮置柵極18和絕緣層14上，形成柵極間介質(zhì)層19。在介質(zhì)層19上，形成控制柵極20。
圖3是沿圖1中的線II-II’取的剖視圖。參考圖3，在半導(dǎo)體襯底10上，順序形成隧道氧化層圖形15、浮置柵極18、柵極間介質(zhì)層19以及控制柵極20。可以看到，浮置柵極18在與控制柵極20的延伸方向基本平行的方向延伸。
在上述傳統(tǒng)閃存器件上，在對控制柵極20施加電壓時，電子注入浮置柵極18，或者浮置柵極18釋放電子，以便完成閃存器件的各種操作。在此，柵極間介質(zhì)層19將從控制柵極20輸出的電壓傳送到浮置柵極18。為了提高閃存器件的電特性，需要減小傳送至浮置柵極18的電壓的損耗。即，需要提高耦合比R。利用下面的等式1表示耦合比R。
等式1R＝CONO/(CONO+CTO)在等式1中，CONO表示柵極間介質(zhì)層19的電容，CTO表示隧道氧化層圖形15的電容。
還可以利用下面的等式2表示柵極間介質(zhì)層19的電容C。
等式2C＝(εXA)/T在等式2中，ε表示柵極間介質(zhì)層19的介電常數(shù)，A表示柵極間介質(zhì)層19的面積，T表示柵極間介質(zhì)層19的厚度。
因此，通過增加或者擴(kuò)展柵極間介質(zhì)層19的面積，和/或者通過減小柵極間介質(zhì)層19的厚度，可以提高耦合比R。
第2002-26151號和第1997-102554號日本未決專利公開描述了擴(kuò)展柵極間介質(zhì)層19面積的例子。根據(jù)第2002-26151號日本未決專利公開的內(nèi)容，浮置柵極呈T形。在T形的浮置柵極上形成柵極間介質(zhì)層，以擴(kuò)展柵極間介質(zhì)層的面積。
如上所述，在傳統(tǒng)方法中，通過修改浮置柵極的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展介質(zhì)層的面積。然而，因為對通過改進(jìn)浮置柵極的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展介質(zhì)層的面積存在限制，所以難以獲得理想的耦合比。
因此，急需得到具有改善的耦合比而且特別考慮到當(dāng)前的小型化趨勢的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種包括具有擴(kuò)展面積的介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明還提供了一種用于制造上述半導(dǎo)體器件的方法。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的半導(dǎo)體器件包括襯底，該襯底具有以在第一方向交替排列的激活區(qū)和場區(qū)。在激活區(qū)上形成隧道氧化層圖形。在隧道介質(zhì)層圖形上形成第一柵極圖形，以經(jīng)過或者通過第一柵極圖形，部分露出隧道氧化層圖形的表面。在第一柵極圖形、隧道氧化層圖形以及場區(qū)上，形成介質(zhì)層圖形。該介質(zhì)層圖形包括第一介質(zhì)層圖形，以第一方向延伸，即，是“帶狀”；以及第二介質(zhì)層圖形，以第二方向延伸，即，是“帶狀”，其基本垂直于第一方向，以產(chǎn)生正交排列的構(gòu)圖介質(zhì)“條紋(stripe)”。在第一柵極圖形和隧道氧化層圖形上，形成第一介質(zhì)層圖形。在第一柵極圖形和場區(qū)上，形成第二介質(zhì)層圖形。在第二介質(zhì)層圖形上，形成第二柵極圖形。
在根據(jù)本發(fā)明另一個方面的半導(dǎo)體器件的制造方法中，襯底上確定以第一方向交替排列的激活區(qū)和場區(qū)。在激活區(qū)上形成隧道氧化層圖形。在隧道氧化層圖形上形成第一柵極圖形，以經(jīng)過或者通過第一柵極圖形，部分露出隧道氧化層圖形的表面。在第一柵極圖形、隧道氧化層圖形以及場區(qū)上，形成介質(zhì)層圖形。該介質(zhì)層圖形包括第一介質(zhì)層圖形，以第一方向延伸，即，是“帶狀”；以及第二介質(zhì)層圖形，以第二方向延伸，即，是“帶狀”，其基本垂直于第一方向延伸，以產(chǎn)生正交排列的構(gòu)圖介質(zhì)“條紋(stripe)”。在第一柵極圖形和隧道氧化層圖形上，形成第一介質(zhì)層圖形。在第一柵極圖形和場區(qū)上，形成第二介質(zhì)層圖形。在第二介質(zhì)層圖形上，形成第二柵極圖形。
在根據(jù)本發(fā)明另一個方面的半導(dǎo)體器件的制造方法中，以第一方向在襯底上的溝槽內(nèi)形成隔離層，以確定交替排列的激活區(qū)和場區(qū)。在襯底上順序形成隧道氧化層和第一導(dǎo)電層。去除場區(qū)上的部分隧道氧化層和部分第一導(dǎo)電層圖形，以在激活區(qū)上形成隧道氧化層圖形，而在隧道氧化層圖形上形成第一導(dǎo)電層圖形。構(gòu)圖第一導(dǎo)電層圖形，以在隧道氧化層圖形上形成第一柵極圖形。在具有第一柵極圖形的結(jié)果結(jié)構(gòu)上，形成介質(zhì)層。然后，在該介質(zhì)層上形成第二導(dǎo)電層。構(gòu)圖該第二導(dǎo)電層，以在第一柵極圖形和場區(qū)上形成第二柵極圖形。構(gòu)圖經(jīng)過或者通過第二柵極圖形露出的部分介質(zhì)層，以形成介質(zhì)層圖形。該介質(zhì)層圖形包括位于第一柵極圖形和隧道氧化層圖形上的第一介質(zhì)層圖形，以及位于第二柵極圖形之下的第二介質(zhì)層圖形。
在根據(jù)本發(fā)明又一個方面的半導(dǎo)體器件的制造方法中，在襯底上順序形成焊盤氧化層和硬掩模層。構(gòu)圖硬掩模層和焊盤氧化層，以形成在第一方向露出襯底而且包括焊盤氧化層圖形和硬掩模層圖形的圖形結(jié)構(gòu)。在襯底的部分表面上形成以第一方向重復(fù)排列的溝槽。在溝槽與該圖形結(jié)構(gòu)之間，形成溝槽結(jié)構(gòu)。去除圖形結(jié)構(gòu)，以露出襯底在溝槽結(jié)構(gòu)之間的部分表面。在襯底的部分露出表面上，形成隧道氧化層。在隧道氧化層上形成第一導(dǎo)電層。部分去除溝槽結(jié)構(gòu)，以在溝槽、隧道氧化層圖形以及第一導(dǎo)電層圖形上形成隔離層。構(gòu)圖第一導(dǎo)電層圖形，以在隧道氧化層圖形上形成第一柵極圖形。在具有第一柵極圖形的結(jié)果結(jié)構(gòu)上形成介質(zhì)層。然后，在該介質(zhì)層上形成第二導(dǎo)電層。構(gòu)圖第二導(dǎo)電層，以在第一柵極圖形和隔離層上形成第二柵極圖形。構(gòu)圖通過第二柵極圖形露出的部分介質(zhì)層，以形成介質(zhì)層圖形。該介質(zhì)層圖形包括位于第一柵極圖形上的第一介質(zhì)層圖形和隧道氧化層圖形，以及位于第二柵極圖形之下的第二介質(zhì)層圖形。
在根據(jù)本發(fā)明另一個方面的半導(dǎo)體器件的制造方法中，在襯底上順序形成隧道氧化層、第一導(dǎo)電層以及硬掩模層。構(gòu)圖硬掩模層、第一導(dǎo)電層和隧道氧化層，以形成在第一方向露出襯底而且包括隧道氧化層圖形、第一導(dǎo)電層圖形和硬掩模層圖形的第一圖形結(jié)構(gòu)。在襯底的部分表面上形成在第一方向重復(fù)排列的溝槽。用隔離層填充溝槽。去除硬掩模層，以形成包括隔離層、隧道氧化層圖形以及第一導(dǎo)電層圖形的第二圖形結(jié)構(gòu)。構(gòu)圖第一導(dǎo)電層圖形，以在隧道氧化層圖形上形成第一柵極圖形。在具有第一柵極圖形的結(jié)果結(jié)構(gòu)上形成介質(zhì)層。然后，在該介質(zhì)層形成第二導(dǎo)電層。構(gòu)圖第二導(dǎo)電層，以在第一柵極圖形和隔離層上形成第二柵極圖形。構(gòu)圖經(jīng)過或者通過第二柵極圖形露出的部分介質(zhì)層，以形成介質(zhì)層圖形。該介質(zhì)層圖形包括位于第一柵極圖形和隧道氧化層圖形上的第一介質(zhì)層圖形和位于第二柵極圖形之下的第二介質(zhì)層圖形。
根據(jù)本發(fā)明，以島形形成第一柵極圖形后，形成介質(zhì)層和第二柵極圖形，以便該介質(zhì)層覆蓋第一柵極圖形的整個表面。因此，該介質(zhì)層具有增大的面積，從而獲得高耦合比。


根據(jù)對本發(fā)明優(yōu)選方面所做的更具體說明，如附圖所示，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點顯而易見，在所有的不同附圖中，同樣的參考字符表示同樣的部分。附圖未必是按比例繪制的，而是將重點放在說明本發(fā)明原理上。為清楚起見，附圖中放大了層的厚度。
圖1是示出傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的平面圖。
圖2是沿圖1中的線I-I’取的剖視圖。
圖3是沿圖1中的線II-II’取的剖視圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器件的平面圖。
圖5是沿圖4中的線III-III’取的剖視圖。
圖6是沿圖4中的線IV-IV’取的剖視圖。
圖7至圖16是示出用于制造圖4所示半導(dǎo)體器件的制造方法的剖視圖。
圖17是對應(yīng)于圖10和圖15的平面圖。
圖18至圖27和圖30是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例用于制造圖4所示半導(dǎo)體器件的制造方法的剖視圖。
圖28和圖29分別是對應(yīng)于圖20和圖25的平面圖。
圖31至圖44是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例用于制造圖4所示半導(dǎo)體器件的制造方法的剖視圖。
圖45至圖54是示出根據(jù)本發(fā)明第四個實施例用于制造圖4所示半導(dǎo)體器件的制造方法的剖視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖更全面說明本發(fā)明，附圖示出本發(fā)明的各實施例。然而，可以以不同的方式實現(xiàn)本發(fā)明，而且不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明局限于在此描述的實施例。相反，提供這些實施例是為了使該說明透徹和完整，而且該說明向本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員全面表達(dá)本發(fā)明范圍。為清楚起見，在附圖中，可以放大各層和各區(qū)域的尺寸和相對尺寸。
當(dāng)我們稱某個單元或者層在另一個單元或者層“上”、“連接”到另一個單元或者層或者與另一個單元或者層“耦合”時，可以理解為是直接在另一個單元或者層上、直接連接到或者直接耦合到另一個單元或者層，也可以理解為存在中間單元或者中間層。相反，當(dāng)我們稱某個單元“直接在另一個單元或者層上”、“直接連接”到另一個單元或者層或者“直接耦合”到另一個單元或者層時，不存在中間單元或中間層。在整個說明書中，同樣的編號表示同樣的單元。這里使用的術(shù)語“和/或”包括所列出的一個或多個有關(guān)項目之任一和它們的所有組合。
應(yīng)理解，盡管在此術(shù)語第一、第二等可以用于描述各種單元、部件、區(qū)域、層和/或者部分，但是，這些單元、部件、區(qū)域、層和/或者部件不受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅僅是用于將一個單元、部件、區(qū)域、層或者部件與另一個區(qū)域、層或者部件區(qū)分開。因此，在不脫離本發(fā)明講述的內(nèi)容的情況下，下述第一單元、部件、區(qū)域、層或者部件可以被稱為第二單元、部件、區(qū)域、層或者部件。
為了便于描述圖中所示的一個單元或者特征與另一個(些)單元或者特征的關(guān)系，在此使用空間關(guān)系術(shù)語，例如，“下面”、“之下”、“下部”、“上面”、“上部”等。顯然，除了圖中所示的取向，空間關(guān)系術(shù)語還包括器件在使用或者操作中的取向。例如，如果將圖中的器件翻轉(zhuǎn)，則以位于其它單元或者特征“下面”或者“之下”描述的各單元將取向位于該其它單元或者特征“上面”。因此，典型術(shù)語“下面”既可以包括上面取向，又可以包括下面取向。該器件可以具有其它取向(旋轉(zhuǎn)90度或者處于其它取向)，相應(yīng)解釋在此使用的相對空間關(guān)系描述符。
在此使用的專門名詞僅用于描述特定實施例，而無意限制本發(fā)明。在此使用的單數(shù)形式(“a”、“an”和“the”)也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中明確指出。此外，應(yīng)理解，本說明書中使用的術(shù)語“包括(includes)”和/或者“包括(including)”說明存在所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、單元和/或者部件，但是不排除存在或者附加一個或者多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、單元、部件和/或者它們的組。
除非另有說明，在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員通常理解的意義相同。此外，應(yīng)理解，諸如通常使用的字典中定義的術(shù)語的術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與相關(guān)技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，而不以理想化的意義或者太形式的意義理解它們，除非在此這樣明確說明。
實施例1圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器件的平面圖。圖5是沿圖4中的線III-III’取的剖視圖。圖6是沿圖4中的線IV-IV’取的剖視圖。這里，線III-III’相當(dāng)于第二方向，線IV-IV相當(dāng)于與第二方向基本垂直的第一方向。
參考圖4至圖6，根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件相當(dāng)于閃存器件。該閃存器件包括半導(dǎo)體襯底40，其上確定激活區(qū)42和場區(qū)43。在第一方向交替排列激活區(qū)42和場區(qū)43。特別是，如圖5所示，用場隔離層44填充在半導(dǎo)體襯底40上形成的溝槽(未示出)，以確定激活區(qū)42。
在激活區(qū)42的半導(dǎo)體襯底40上形成隧道介質(zhì)層圖形，例如，隧道氧化層圖形45。在隧道氧化層圖形45上形成第一柵極圖形48。在隧道氧化層圖形45上，第一柵極圖形48優(yōu)選具有隔離的島形。具體地，第一柵極圖形48在第二方向的寬度比隧道氧化層45的寬度寬。因此，第一柵極圖形48覆蓋部分場隔離層44。應(yīng)理解，第一柵極圖形48可以相當(dāng)于閃存器件的浮置柵極。
閃存器件包括具有第一柵極間介質(zhì)層圖形49a和第二柵極間介質(zhì)層圖形49b的柵極間介質(zhì)層圖形。第一柵極間介質(zhì)層圖形49a以第一方向延伸。特別是，如圖6所示，在第一柵極圖形48的表面上和通過或者經(jīng)過第一柵極圖形48露出的隧道氧化層圖形45的表面上形成第一柵極間介質(zhì)層圖形49a。第二柵極間介質(zhì)層圖形49b以第二方向延伸，即，是“帶狀(striped)”。在第一柵極圖形48和隔離層44上形成第二柵極間介質(zhì)層圖形49b。這里，第一柵極圖形48上的部分第一介質(zhì)層圖形49a與第一柵極圖形48上的部分第二介質(zhì)層圖形49b基本相同。
相反，對于圖3中19所示方向上的現(xiàn)有技術(shù)介質(zhì)層圖形，圖6中以與本發(fā)明的介質(zhì)層圖形49a相同的方向示出的本發(fā)明的介質(zhì)層圖形沿第一柵極圖形48的側(cè)面向下延伸，并因此而包圍該第一柵極圖形48，從而使介質(zhì)層圖形49a的表面積增大。因此，與傳統(tǒng)器件相比，介質(zhì)層圖形可以具有增大的面積。此外，圖6中處于該同一個方向的第二柵極圖形50沿第一柵極圖形48和所包圍的介質(zhì)層圖形49b的側(cè)面向下延伸，并因此而完全包圍它們，因此，也使第二柵極圖形50的表面積增大。
在第二介質(zhì)層圖形49b上形成第二柵極圖形50，而且該第二柵極圖形50以第二方向延伸。在此，如圖6所示，由于在第一柵極圖形48上的第一介質(zhì)層圖形49a和第二介質(zhì)層圖形49b的一部分結(jié)構(gòu)相同，所以在第一介質(zhì)層圖形49a上形成第二柵極圖形50。第二柵極圖形50在第一方向上的寬度比第一柵極圖形48的寬度寬。因此，第二柵極圖形50基本上完全覆蓋第一柵極圖形。第二柵極圖形50相當(dāng)于閃存器件的控制柵極。
結(jié)果，完成了包括隧道氧化層圖形45、第一柵極圖形48、柵極間介質(zhì)層圖形49a、49b以及第二柵極圖形50的柵極結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本實施例的閃存器件，由于第一介質(zhì)層圖形49a和第二介質(zhì)層圖形49b基本上完全覆蓋第一柵極圖形48，包括其四側(cè)，即，第一方向上的兩側(cè)和第二方向上的兩側(cè)，所以該介質(zhì)層圖形可以具有放大的面積，從而獲得高耦合比。
圖7至圖16是用于制造圖4所示半導(dǎo)體器件的制造方法的剖視圖。圖7至圖11是沿對應(yīng)于第一方向的線IV-IV取的剖視圖，而圖12至圖16是沿對應(yīng)于第二方向的線III-III取的剖視圖。
參照圖7和圖12，制備半導(dǎo)體襯底70。半導(dǎo)體襯底70的例子有硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底等。隔離層72填充在半導(dǎo)體襯底70上形成的溝槽，以形成諸如淺溝槽絕緣(STI)結(jié)構(gòu)的場區(qū)，從而在半導(dǎo)體襯底70上確定激活區(qū)73。在第一方向交替排列激活區(qū)73和隔離層72。隔離層72的例子是具有良好間隙填充特性的高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDP-CVD)氧化層。
參考圖8和圖13，利用使用例如加熱爐熱氧化處理，或者利用快速熱退火(RTA)氧化處理，在半導(dǎo)體襯底70上形成隧道介質(zhì)層，例如，隧道氧化層(未示出)。利用光致抗蝕劑圖形(未示出)作為蝕刻掩模構(gòu)圖隧道氧化層，以在激活區(qū)73上形成隧道氧化層圖形74。
參考圖9和圖14，在隧道氧化層圖形74上形成導(dǎo)電層(未示出)。導(dǎo)電層的例子有多晶硅層、諸如鎢層的金屬層、諸如氮化鎢層或者氮化鈦層的金屬氮化物層等。在第二方向，在導(dǎo)電層上形成光致抗蝕劑圖形(未示出)。利用光致抗蝕劑圖形作為蝕刻掩模，構(gòu)圖導(dǎo)電層，以形成第一柵極圖形76。在隧道氧化層圖形74上，第一柵極圖形76具有隔離的島形。此外，第一柵極圖形76在第二方向的寬度比隧道氧化層圖形74的寬度寬。通過調(diào)節(jié)光致抗蝕劑圖形的寬度，可以獲得第一柵極圖形76的寬度。因此，如圖14所示，在部分隔離層72上，形成第一柵極圖形76。
參考圖10和圖15，在第一柵極圖形76、隧道氧化層圖形74和隔離層72上，形成介質(zhì)層。構(gòu)圖該介質(zhì)層，以形成包括第一介質(zhì)層圖形78a和第二介質(zhì)層圖形78b的柵極間介質(zhì)層圖形。在第一柵極圖形76和隧道氧化層圖形74上形成第一介質(zhì)層圖形78a。在第一柵極圖形76和隔離層72上形成第二介質(zhì)層圖形78b。特別是，參考圖17，位于存在第一柵極圖形76的區(qū)域上的部分第一介質(zhì)層78a和部分第二介質(zhì)層78b對應(yīng)于同樣的結(jié)構(gòu)。
參考圖11和圖16，在第一介質(zhì)層圖形78a和第二介質(zhì)層圖形78b上形成導(dǎo)電層(未示出)。導(dǎo)電層可以包括與第一柵極圖形76的材料基本相同的材料，例如，多晶硅層、金屬層、金屬氮化物層等。構(gòu)圖該導(dǎo)電層，以形成第二柵極圖形80。第二柵極圖形80在第一方向的寬度比第一柵極圖形76的寬度寬。因此，如圖11所示，第二柵極圖形80覆蓋第一介質(zhì)層圖形78a和第二介質(zhì)層圖形78b。
根據(jù)用于制造本實施例的閃存器件的方法，由于在第一方向，第一介質(zhì)層圖形49a基本完全覆蓋第一柵極圖形48，而在第二(優(yōu)選垂直或者正交)方向，第二介質(zhì)層圖形49b覆蓋第一柵極圖形48，所以介質(zhì)層圖形可以具有增大的面積，因此，可以獲得高耦合比。結(jié)果，閃存器件呈現(xiàn)高運行速度。
實施例2圖18至圖27示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例用于圖4所示半導(dǎo)體器件的制造方法的剖視圖。圖18至圖22是沿圖4中對應(yīng)于第一方向的線IV-IV’取的剖視圖，圖23至圖27是沿圖4中對應(yīng)于第二方向的線III-III’取的剖視圖。
參考圖18和圖23，制備半導(dǎo)體襯底100。半導(dǎo)體襯底100的例子有硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底等。用隔離層102填充半導(dǎo)體襯底100的溝槽，以確定半導(dǎo)體襯底100的激活區(qū)103和場區(qū)。在對應(yīng)于線IV-IV’的第一方向上，激活區(qū)103和隔離層102交替排列。隔離層102的例子是具有良好間隙填充特性的HDP-CVD氧化層。
參考圖19和圖24，利用熱氧化過程或者RTP氧化過程，在半導(dǎo)體襯底100上形成隧道介質(zhì)層，例如，包括氧化硅的隧道氧化層99。隧道氧化層99具有約10至約500的厚度，優(yōu)選為約50至約300，更優(yōu)選約50至約200。在本實施例中，隧道氧化層99的厚度約為100。
在隧道氧化層99上形成第一導(dǎo)電層105。第一導(dǎo)電層105的例子有多晶硅層、金屬層、金屬氮化物層等。第一導(dǎo)電層105具有約700至1,500的厚度，優(yōu)選為約300至約1,200，更優(yōu)選為約1,000。特別是，不在接觸區(qū)上形成第一導(dǎo)電層105。因此，不需要考慮第一導(dǎo)電層105的間隙填充邊界。結(jié)果，第一導(dǎo)電層105包括沒有空白的密集結(jié)構(gòu)。
特別是，利用用于形成第一導(dǎo)電層105的第一處理過程和用于對第一導(dǎo)電層105摻入雜質(zhì)的第二處理過程，形成包括第一多晶硅的第一導(dǎo)電層105。利用按重量計約100％的硅烷氣體，或者利用諸如氮氣的稀釋氣體稀釋的按重量計約20％至30％的硅烷氣體，可以在溫度為約500℃至約650℃，壓力為約25帕斯卡(Pa)至150Pa的加熱爐中執(zhí)行第一處理過程。第一處理過程完成后，以較低溫度，對第一導(dǎo)電層105注入雜質(zhì)?；蛘?，第二處理過程可以包括擴(kuò)散過程或者原地?fù)诫s過程。根據(jù)原地?fù)诫s過程，在執(zhí)行第一處理過程時，將雜質(zhì)氣體注入的加熱爐。可以任選使用等離子體摻雜過程，摻雜第一導(dǎo)電層105。
參考圖20、圖25、圖28和圖29，部分去除隔離層102上的部分第一導(dǎo)電層105和部分隧道氧化層99，以形成隧道氧化層圖形104和第一導(dǎo)電層圖形105a。在此，第一導(dǎo)電層圖形105a在第二方向的寬度比隧道氧化層圖形104的寬度寬。構(gòu)圖第一導(dǎo)電層圖形105a，以在隧道氧化層圖形104上形成具有隔離島形的第一柵極圖形106。
參考圖21和圖26，在第一柵極圖形106和隧道氧化層圖形104上形成介質(zhì)層107。介質(zhì)層107的例子有氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層、諸如高k金屬氧化層的高k介質(zhì)等。金屬氧化物層的例子有氧化鉿層、氧化鈦層等。利用原子層積淀(ALD)過程，可以形成金屬氧化層。在介質(zhì)層107上形成第二導(dǎo)電層109。利用與形成第一導(dǎo)電層105的處理過程基本相同的處理過程形成第二導(dǎo)電層109，但是厚度不同。即，第二導(dǎo)電層109與第一導(dǎo)電層105的厚度不同。
參考圖22、圖27和圖30，構(gòu)圖第二導(dǎo)電層109，以在第一柵極圖形106和隔離層102上形成第二柵極圖形110。在此，第二柵極圖形110在第一方向上的寬度比第一柵極圖形106的寬度寬，因此第二柵極圖形110覆蓋第一柵極圖形106。
構(gòu)圖經(jīng)過或者通過第二柵極圖形110露出的介質(zhì)層107，以形成包括第一介質(zhì)層圖形108a和第二介質(zhì)層圖形108b的柵極間介質(zhì)層圖形。第一介質(zhì)層圖形108a位于第一柵極圖形106和隧道氧化層圖形104上。第一介質(zhì)層圖形108a覆蓋第一柵極圖形106。第二介質(zhì)層圖形108b對應(yīng)于位于第二柵極圖形110之下的部分介質(zhì)層107。
根據(jù)本實施例制造半導(dǎo)體器件的方法，由于介質(zhì)層圖形具有增大的面積，所以獲得高耦合比。此外，第一柵極圖形106對應(yīng)于閃存器件的浮置柵極，而第二柵極圖形110對應(yīng)于閃存器件的控制柵極。因此，閃存器件呈現(xiàn)高運行速度。
實施例3圖31至圖44示出用于制造根據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖4所示半導(dǎo)體器件的制造方法的剖視圖。圖31至圖37是沿圖4中對應(yīng)于第一方向的線IV-IV’取的剖視圖，圖38至圖44是沿圖4中對應(yīng)于第二方向的線III-III’取的剖視圖。
參考圖31和圖38，在半導(dǎo)體襯底130上形成焊盤氧化層(pad oxidelayer)(未示出)。在焊盤氧化層上形成包括氮化物的硬掩模層(未示出)。在對應(yīng)于線IV-IV’的第一方向，構(gòu)圖硬掩模層和焊盤氧化層，直到露出半導(dǎo)體襯底130，以形成包括焊盤氧化層圖形132和硬掩模層圖形134的圖形結(jié)構(gòu)135。
參考圖32和圖39，利用圖形結(jié)構(gòu)135作為蝕刻掩模，部分蝕刻半導(dǎo)體襯底130，以形成溝槽136。此外，為了處理溝槽136側(cè)面上的損壞，可以在溝槽136的側(cè)面形成氧化層(未示出)。
參考圖33和圖40，用溝槽隔離結(jié)構(gòu)137填充溝槽136和介于各圖形結(jié)構(gòu)135之間的空間。溝槽隔離結(jié)構(gòu)137的例子是HDP-CVD間隙填充層，例如，二氧化硅層?？梢钥闯?，為了形成溝槽隔離結(jié)構(gòu)137，在溝槽136、各圖形結(jié)構(gòu)135之間的空間內(nèi)以及該圖形結(jié)構(gòu)137上，形成絕緣層(未示出)。然后，利用傳統(tǒng)的平面化處理過程，例如，CMP處理過程，平面化該絕緣層，直至露出圖形結(jié)構(gòu)135，以形成溝槽結(jié)構(gòu)137。
參考圖33和圖41，去除圖形結(jié)構(gòu)135，以露出溝槽結(jié)構(gòu)137之間的半導(dǎo)體襯底130。
參考圖35和圖42，在溝槽結(jié)構(gòu)137之間的半導(dǎo)體襯底130上，形成隧道介質(zhì)層，例如，隧道氧化層140。利用與在實施例2中形成隧道氧化層的處理過程基本相同的處理過程，形成隧道氧化層140。在包括隧道氧化層140的結(jié)果結(jié)構(gòu)上，形成第一導(dǎo)電層142，以利用第一導(dǎo)電層142填充該空間。利用與在實施例2中形成第一導(dǎo)電層的處理過程基本相同的處理過程，形成第一導(dǎo)電層142。因為利用第一導(dǎo)電層142足以填滿該空間，所以能夠考慮到根據(jù)間隙填充邊界的第一導(dǎo)電層142的厚度。因此，第一導(dǎo)電層142的厚度為約700至約1,500。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，為了形成第一導(dǎo)電層142，在隧道氧化層140上形成導(dǎo)電層(未示出)。利用CMP處理過程，平面化該導(dǎo)電層，直到露出溝槽結(jié)構(gòu)137，以形成第一導(dǎo)電層142。
參考圖36和圖43，部分去除溝槽結(jié)構(gòu)137，以在半導(dǎo)體襯底130上的溝槽136內(nèi)和隧道氧化層圖形144以及第一導(dǎo)電層圖形146上，形成隔離層137a。第一導(dǎo)電層圖形146相當(dāng)于第一柵極圖形。因為在第一方向排列隔離層137a，所以隧道氧化層圖形144和第一導(dǎo)電層圖形146也排列在第一方向上。因此，第一柵極圖形146位于隧道氧化層圖形144上。
參考圖37和圖44，利用與在實施例2中形成介質(zhì)層圖形的處理過程基本相同的處理過程，在第一柵極圖形146、隧道氧化層圖形144的側(cè)面以及隔離層137a上，形成包括第一介質(zhì)層圖形148a和第二介質(zhì)層圖形148b的柵極間介質(zhì)層圖形。
根據(jù)本實施例制造半導(dǎo)體器件的方法，由于介質(zhì)層圖形具有增大的面積，所以獲得高耦合比。此外，第一柵極圖形對應(yīng)于閃存器件的浮置柵極，而第二柵極圖形對應(yīng)于閃存器件的控制柵極。因此，閃存器件呈現(xiàn)高運行速度。
實施例4圖45至圖54是示出根據(jù)本發(fā)明第四個實施例制造圖4所示半導(dǎo)體器件的制造方法的剖視圖。圖45至圖49是沿圖4中的線IV-IV’取的剖視圖，而圖50至圖54是沿圖4中的線III-III’取的剖視圖。
參考圖45和圖50，在半導(dǎo)體襯底170上形成隧道介質(zhì)層，例如，隧道氧化層(未示出)。在隧道氧化層上形成第一導(dǎo)電層(未示出)。利用與在實施例2中形成隧道氧化層和第一導(dǎo)電層的處理過程基本相同的處理過程，形成隧道氧化層和第一導(dǎo)電層。利用與在實施例3中形成硬掩模層的處理過程基本相同的處理過程，在第一導(dǎo)電層上形成形成包括諸如氮化物的適當(dāng)材料的硬掩模層(未示出)。構(gòu)圖硬掩模層、第一導(dǎo)電層以及隧道氧化層，直到露出半導(dǎo)體襯底170，以形成包括隧道氧化層圖形172、第一導(dǎo)電層圖形174以及硬掩模層圖形176的第一圖形結(jié)構(gòu)177?？梢钥闯觯趯?yīng)于線IV-IV’的第一方向，重復(fù)排列第一圖形結(jié)構(gòu)177。此外，隧道氧化層圖形172具有約10至約500的厚度。第一導(dǎo)電層圖形174具有約700至約1,550的厚度。
參考圖46和圖51，利用第一圖形結(jié)構(gòu)177作為蝕刻掩模，部分蝕刻半導(dǎo)體襯底170，以形成溝槽178。
參考圖47和圖52，利用包括絕緣材料的隔離層179填充溝槽178。隔離層179的例子是高密度等離子體氧化層。為了形成隔離層179，在溝槽178、第一圖形結(jié)構(gòu)177之間的空間內(nèi)以及第一圖形結(jié)構(gòu)上，形成絕緣層(未示出)?？梢岳肅MP處理過程平面化該絕緣層，直到露出第一圖形結(jié)構(gòu)177，以形成隔離層179。部分去除硬掩模層圖形176，以形成包括隧道氧化層圖形172和第一導(dǎo)電層圖形174的第二圖形結(jié)構(gòu)184。特別是，在第一方向交替排列隔離層179和第二圖形結(jié)構(gòu)184。此外，第二圖形結(jié)構(gòu)184在基本垂直于第一方向的第二方向上的寬度比隧道氧化層圖形172的寬度寬。
參考圖48和圖53，構(gòu)圖第一導(dǎo)電層圖形174，以在隧道氧化層圖形172上，形成島形第一柵極圖形188。
參考圖49和圖54，利用與在實施例2中形成介質(zhì)層圖形的處理過程基本相同的處理過程，在第一柵極圖形188、隧道氧化層圖形172的側(cè)面以及隔離層179上，形成包括第一介質(zhì)層圖形190a和第二介質(zhì)層圖形190b的柵極間介質(zhì)層圖形。第一介質(zhì)層圖形190a向下延伸到第一柵極圖形188的側(cè)面，其中各側(cè)面沿第二方向延伸。
根據(jù)用于制造本實施例的半導(dǎo)體器件的方法，由于介質(zhì)層圖形具有增大的面積，所以獲得高耦合比。此外，第一柵極圖形相當(dāng)于閃存器件的浮置柵極，而第二柵極圖形相當(dāng)于閃存器件的控制柵極。因此，閃存器件呈現(xiàn)高運行速度。
根據(jù)本發(fā)明的的一個方面，在形成了相當(dāng)于浮置柵極的第一柵極圖形后，形成柵極間介質(zhì)層圖形。因此，介質(zhì)層圖形覆蓋第一柵極圖形，從而增大介質(zhì)層圖形的面積。結(jié)果，容易地獲得高耦合比，使得半導(dǎo)體器件呈現(xiàn)高運行速度。
盡管參考本發(fā)明優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明實質(zhì)范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，具有以第一方向交替排列的激活區(qū)和場區(qū)；隧道介質(zhì)層圖形，形成在激活區(qū)上；第一柵極圖形，部分形成在隧道介質(zhì)層圖形上；柵極間介質(zhì)層圖形，包括第一介質(zhì)層圖形，覆蓋第一柵極圖形和通過第一柵極圖形露出的隧道介質(zhì)層圖形；以及第二介質(zhì)層圖形，覆蓋第一柵極圖形和場區(qū)，所述第二介質(zhì)層圖形以基本垂直于第一方向的第二方向延伸；以及第二柵極圖形，形成在第二介質(zhì)層圖形上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中用填充襯底上的溝槽的隔離層確定場區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中第一柵極圖形在第二方向的寬度大于隧道介質(zhì)層圖形的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中第二介質(zhì)層圖形在第二方向具有基本均勻的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中第二柵極圖形在第一方向的寬度比第一柵極圖形的寬度寬。
6.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括確定襯底上以第一方向交替排列的激活區(qū)和場區(qū)；在激活區(qū)上形成隧道介質(zhì)層圖形，；在隧道介質(zhì)層圖形上部分形成第一柵極圖形；形成柵極間介質(zhì)層圖形，該柵極間介質(zhì)層圖形包括第一介質(zhì)層圖形第二介質(zhì)層圖形，第一介質(zhì)層圖形覆蓋第一柵極圖形和通過第一柵極圖形露出的隧道介質(zhì)層圖形，而第二介質(zhì)層圖形覆蓋第一柵極圖形和場區(qū)，而且該第二介質(zhì)層圖形以基本垂直于第一方向的第二方向延伸；以及在第二介質(zhì)層圖形上形成第二柵極圖形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中用填充襯底上的溝槽的隔離層確定場區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中第一柵極圖形在第二方向的寬度大于隧道介質(zhì)層圖形的寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中第二介質(zhì)層圖形在第二方向具有基本均勻的寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中第二柵極圖形在第一方向的寬度比第一柵極圖形的寬度寬。
11.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括用隔離層填充襯底上的溝槽，以確定在第一方向交替排列的激活區(qū)和場區(qū)；在襯底上順序形成隧道介質(zhì)層和第一導(dǎo)電層；構(gòu)圖第一導(dǎo)電層和隧道介質(zhì)層，以在激活區(qū)上形成隧道介質(zhì)層圖形，而在隧道介質(zhì)層圖形上形成第一導(dǎo)電層圖形；構(gòu)圖第一導(dǎo)電層圖形，以在隧道介質(zhì)層圖形上形成第一柵極圖形；在第一柵極圖形、隧道介質(zhì)層圖形和隔離層上形成絕緣層；在隔離層上形成第二導(dǎo)電層；構(gòu)圖第二導(dǎo)電層，以在第一柵極圖形和隔離層上形成第二柵極圖形，該第二柵極圖形在基本垂直于第一方向的第二方向上延伸；以及構(gòu)圖絕緣層，以形成包括第一介質(zhì)層圖形和第二介質(zhì)層圖形的柵極間介質(zhì)層圖形，在第一柵極圖形和通過第一柵極圖形露出的隧道介質(zhì)層圖形上形成第一介質(zhì)層圖形，而在第二柵極圖形的下面形成第二介質(zhì)層圖形。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中隧道介質(zhì)層圖形的厚度為約10至約500。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中第一導(dǎo)電層圖形的厚度為約700至約1,500。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層包括多晶硅層。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中介質(zhì)層包括氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層或者金屬氧化物層。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中第二柵極圖形在第一方向的寬度比第一柵極圖形的寬度寬。
17.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括在襯底上順序形成焊盤氧化層和硬掩模層；構(gòu)圖硬掩模層和焊盤氧化層，直到露出襯底，以形成包括焊盤氧化層圖形和硬掩模層圖形的圖形結(jié)構(gòu)；在襯底上形成溝槽；在溝槽上以及各圖形結(jié)構(gòu)之間的空間上，形成溝槽結(jié)構(gòu)；去除圖形結(jié)構(gòu)，以部分露出襯底；在襯底上形成隧道介質(zhì)層；在隧道介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層；構(gòu)圖該溝槽結(jié)構(gòu)，以在襯底上的溝槽上形成以第一方向重復(fù)排列的隔離層，以及隧道介質(zhì)層圖形和第一導(dǎo)電層圖形；構(gòu)圖第一導(dǎo)電層圖形，以在隧道介質(zhì)層圖形上形成第一柵極圖形；在第一柵極圖形、隧道介質(zhì)層圖形和隔離層上形成絕緣層；在絕緣層上形成第二導(dǎo)電層；構(gòu)圖第二導(dǎo)電層，以在第一柵極圖形和隔離層上形成第二柵極圖形，該第二柵極圖形在基本垂直于第一方向的第二方向延伸；以及構(gòu)圖絕緣層，以形成包括第一介質(zhì)層圖形和第二介質(zhì)層圖形的柵極間介質(zhì)層圖形，在第一柵極圖形和通過第一柵極圖形露出的隧道介質(zhì)層圖形上形成第一介質(zhì)層圖形，而在第二柵極圖形的下面形成第二介質(zhì)層圖形。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中形成溝槽結(jié)構(gòu)包括用絕緣層填充溝槽以及各圖形結(jié)構(gòu)之間的空間；以及平面化該絕緣層，直到露出該圖形結(jié)構(gòu)，以形成溝槽結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中形成第一導(dǎo)電層包括在隧道氧化層上形成初始導(dǎo)電層；以及平面化該初始導(dǎo)電層，直到露出該溝槽結(jié)構(gòu)，以形成第一導(dǎo)電層。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中隧道氧化層圖形的厚度為約10至約500，而第一導(dǎo)電層圖形的厚度為約700至約1,500。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層包括多晶硅層。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中介質(zhì)層包括氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層或者金屬氧化物層。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中第二柵極圖形在第一方向的寬度比第一柵極圖形的寬度寬。
24.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括在襯底上順序形成隧道介質(zhì)層、第一導(dǎo)電層以及硬掩模層；構(gòu)圖硬掩模層、第一導(dǎo)電層和隧道介質(zhì)層，直到露出該襯底，以形成包括隧道介質(zhì)層圖形、第一導(dǎo)電層圖形和硬掩模層圖形的圖形結(jié)構(gòu)；在襯底的表面部分上形成溝槽；用隔離層填充溝槽以及第一圖形結(jié)構(gòu)之間的空間；去除硬掩模層圖形，以形成包括以第一方向重復(fù)排列的隔離層、隧道介質(zhì)層圖形以及第一導(dǎo)電層圖形的第二圖形結(jié)構(gòu)；構(gòu)圖第一導(dǎo)電層圖形，以在隧道介質(zhì)層圖形上形成第一柵極圖形；在第一柵極圖形、隧道介質(zhì)層圖形以及隔離層上形成介質(zhì)層；在該介質(zhì)層上形成第二導(dǎo)電層；構(gòu)圖第二導(dǎo)電層，以在第一柵極圖形和隔離層上形成第二柵極圖形，該第二柵極圖形以基本垂直于第一方向的第二方向延伸；以及構(gòu)圖介質(zhì)層，以形成包括第一介質(zhì)層圖形和第二介質(zhì)層圖形的介質(zhì)層圖形，在第一柵極圖形和通過第一柵極圖形露出的隧道介質(zhì)層圖形上形成第一介質(zhì)層圖形，而在第二柵極圖形的下面形成第二介質(zhì)層圖形。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中形成隔離層包括用絕緣層填充溝槽以及第一圖形結(jié)構(gòu)之間的空間；平面化該絕緣層，以露出第一圖形結(jié)構(gòu)；以及部分去除絕緣層，以形成隔離層。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中隧道介質(zhì)層圖形的厚度為約10至約500，而第一導(dǎo)電層圖形的厚度為約700至約1,500。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層包括多晶硅層。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中介質(zhì)層包括氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層或者金屬氧化物層。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中第二柵極圖形在第一方向的寬度比第一柵極圖形的寬度寬。
全文摘要
半導(dǎo)體器件包括具有激活區(qū)和場區(qū)的襯底。在激活區(qū)上形成隧道介質(zhì)層圖形。在隧道介質(zhì)層圖形上形成第一柵極圖形，以部分露出隧道介質(zhì)層圖形。在第一柵極圖形、隧道介質(zhì)層圖形以及場區(qū)上形成介質(zhì)層圖形。該介質(zhì)層圖形包括第一介質(zhì)層圖形，以第一方向延伸；以及第二介質(zhì)層圖形，以基本垂直于第一方向的第二方向延伸。在第一柵極圖形和隧道介質(zhì)層圖形上形成第一介質(zhì)層圖形。在第一柵極圖形和場區(qū)上形成第二介質(zhì)層圖形。在第二介質(zhì)層圖形上形成第二柵極圖形。
文檔編號H01L27/105GK1750272SQ20051008931
公開日2006年3月22日 申請日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月3日
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