專利名稱：非易失性半導(dǎo)體集成電路器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非易失性半導(dǎo)體集成電路器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的非易失性存儲(chǔ)器件通常包括形成在半導(dǎo)體襯底的溝道區(qū)上的浮置柵結(jié)構(gòu)。在根據(jù)傳統(tǒng)工序的制造期間，在溝道區(qū)上形成隧道氧化物層，并在隧道氧化物層上行成導(dǎo)電浮置柵層。在浮置柵層上形成柵間介質(zhì)層，并在柵間介質(zhì)層上形成導(dǎo)電控制柵層。然后將硬掩模層，例如包括氮化硅，施加到所得結(jié)構(gòu)的頂表面上，然后構(gòu)圖以限定柵圖形。然后使用硬掩模圖形作為蝕刻掩模蝕刻控制柵層、柵間介質(zhì)層、浮置柵層以及隧道氧化物層，以形成柵圖形。
在傳統(tǒng)制造工序中，在使用硬掩模構(gòu)圖柵結(jié)構(gòu)期間，所得結(jié)構(gòu)具有相對(duì)高的高寬比。高的高寬比可導(dǎo)致蝕刻工序中的問題。此外，在結(jié)構(gòu)具有高的高寬比的情況下，層之間的機(jī)械應(yīng)力可使得所得柵結(jié)構(gòu)的彎曲。這種彎曲可以反過來導(dǎo)致相鄰柵之間的電橋接，這可導(dǎo)致器件失效。此外，在傳統(tǒng)方法中，控制柵包括多層結(jié)構(gòu)，其包括包含硅化物材料的上層，例如WSix，其具有相對(duì)高的阻抗特性。由于在使用這種類型柵結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件中，控制柵還用作字線，形成相對(duì)高阻抗的字線。這可導(dǎo)致器件中的信號(hào)延遲，導(dǎo)致較低的操作速度。同樣，硅化物層相對(duì)厚，例如在1000埃的級(jí)別上，這促成器件的所得高的高寬比。此外，控制柵的下層包括多晶硅材料，其外部邊緣可在柵構(gòu)圖工序期間遭受蝕刻損壞。
為了克服這些限制，提議了改進(jìn)的浮置柵結(jié)構(gòu)，其特征在于減小的高寬比和改進(jìn)的阻抗特型。在該改進(jìn)的結(jié)構(gòu)中，包括下多晶硅層和上硅化物層的先前多層控制柵由包括下多晶硅層、例如包括WNx的中間阻擋層、以及例如包括W的上金屬層的多層控制柵所取代。中間阻擋層和上金屬層相對(duì)薄，例如在100-300埃的級(jí)別上，所以減小了柵結(jié)構(gòu)的所得高寬比，例如從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的大約6.4至改進(jìn)結(jié)構(gòu)中的大約3.1。減小的高寬比導(dǎo)致所得器件中改進(jìn)的可靠性，由于減小了結(jié)構(gòu)的彎曲的可能性。中間阻擋層還改進(jìn)了上金屬層和下多晶硅層之間的粘附，而同時(shí)，防止下多晶硅層的硅原子與金屬層的金屬原子發(fā)生反應(yīng)。
在制造改進(jìn)的浮置柵結(jié)構(gòu)的工序中，在蝕刻?hào)艌D形之后，執(zhí)行后氧化工序，以減輕對(duì)控制柵的下多晶硅層的側(cè)壁的蝕刻損壞。然而，作為后氧化工序的結(jié)果，金屬層的側(cè)壁也變得被氧化，這可導(dǎo)致金屬層的阻抗增加，并且可導(dǎo)致金屬層和在下阻擋層之間的分層。此外，在柵構(gòu)圖工序之后，難以除去聚合物粒子?？梢允┘訌?qiáng)濕法蝕刻溶劑以除去聚合物，由于控制柵的上金屬層對(duì)于濕法蝕刻高度敏感，因此應(yīng)該限制暴露于強(qiáng)濕法蝕刻溶液。柵之間的聚合物粒子的存在可導(dǎo)致柵之間的電橋接，這可導(dǎo)致器件失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法，其強(qiáng)調(diào)并克服上述的傳統(tǒng)器件的限制。具體地，本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器件包括包含具有減小的高寬比的多層控制柵的浮置柵結(jié)構(gòu)，以減小彎曲和相關(guān)的電橋接的可能性。此外，在柵構(gòu)圖的時(shí)刻，沒有形成控制柵的上導(dǎo)電層。結(jié)果，防止了控制柵的上導(dǎo)電層的氧化，并因此沒有增大柵阻抗。同樣，當(dāng)構(gòu)圖柵結(jié)構(gòu)時(shí)，可以通過施加適宜的濕法蝕刻溶液來確保聚合物除去，而沒有導(dǎo)致對(duì)上導(dǎo)電層的損壞的危險(xiǎn)。
在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，包括順序地在襯底上提供氧化物層、第一多晶硅層、以及第二多晶硅層；在第二多晶硅層上提供第一硬掩模圖形；使用第一硬掩模圖形作為掩模，構(gòu)圖氧化物層、第一多晶硅層和第二多晶硅層，以形成包括氧化物圖形、第一多晶硅圖形和第二多晶硅圖形的下柵結(jié)構(gòu)；氧化下柵結(jié)構(gòu)，以提供下柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的氧化層；在包括氧化層的下柵結(jié)構(gòu)上提供絕緣層；除去第一硬掩模圖形，以在絕緣層中形成第一開口，該第一開口露出第二多晶硅圖形；以及在第二多晶硅圖形上的第一開口中形成金屬圖形，該第二多晶硅圖形具有其側(cè)壁上的氧化層。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬圖形部分地填充第一開口，并且該方法還包括擴(kuò)大第一開口的剩余上部，以形成擴(kuò)大的第一開口；并在金屬圖形上的第一開口中形成第二硬掩模圖形。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括通過使用第二硬掩模圖形作為蝕刻掩模蝕刻絕緣層，在絕緣層中形成第二開口，第二開口露出部分襯底；以及使用導(dǎo)電材料填充第二開口，以形成層間接觸。
在另一實(shí)施例中，層間接觸的上部具有大于層間接觸的下部的寬度，并且層間接觸的上部重疊部分金屬圖形。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括連接交替柵結(jié)構(gòu)的金屬圖形，以形成非易失性存儲(chǔ)器件的晶體管選擇線。
在另一實(shí)施例中，層間接觸的上部還重疊在相鄰下柵結(jié)構(gòu)的襯底中的隔離區(qū)。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在第一多晶硅層和第二多晶硅層之間提供柵間介質(zhì)層，并且其中構(gòu)圖還包括構(gòu)圖柵間介質(zhì)層，以形成柵間介質(zhì)圖形。
在另一實(shí)施例中，第一多晶硅圖形包括浮置柵，并且第二多晶硅圖形和金屬圖形包括非易失半導(dǎo)體器件的控制柵。
在另一實(shí)施例中，柵間介質(zhì)層包括氧化物/氮化物/氧化物(ONO)層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在金屬圖形和第二多晶硅層圖形之間形成阻擋(barrier)層圖形。
在另一實(shí)施例中，該方法包括在形成金屬圖形之前擴(kuò)大第一開口，以形成擴(kuò)大的第一開口，并在擴(kuò)大的第一開口中形成金屬圖形。
在另一實(shí)施例中，金屬圖形部分地填充擴(kuò)大的第一開口，并且該方法還包括進(jìn)一步擴(kuò)大擴(kuò)大的第一開口的剩余上部，以形成進(jìn)一步擴(kuò)大的第一開口；并且在金屬圖形上的進(jìn)一步擴(kuò)大的第一開口中形成第二硬掩模圖形。
在另一實(shí)施例中，氧化下柵結(jié)構(gòu)包括加熱下柵結(jié)構(gòu)，并將該結(jié)構(gòu)浸入包括氧的氣氛。
在另一實(shí)施例中，提供氧化物層包括在襯底的第一區(qū)中以第一厚度形成氧化物層，并且在襯底的第二區(qū)中以第二厚度形成氧化物層，其中第一厚度和第二厚度不同。
在另一實(shí)施例中，在第一區(qū)中形成的半導(dǎo)體器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且在第二區(qū)中形成的半導(dǎo)體器件是浮置柵晶體管，并且第二厚度大于第一厚度。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括連接相鄰柵結(jié)構(gòu)的金屬圖形，以形成半導(dǎo)體器件的字線和位線之一。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上順序地提供隧道氧化物層、浮置柵多晶硅層、柵間介質(zhì)層以及控制柵多晶硅層；在控制柵多晶硅層上提供第一硬掩模圖形；使用第一硬掩模圖形作為掩模，構(gòu)圖隧道氧化物層、浮置柵多晶硅層、柵間介質(zhì)層以及控制柵多晶硅層，以形成包括隧道氧化物圖形、浮置柵多晶硅圖形、柵間介質(zhì)圖形和控制柵多晶硅圖形的下柵結(jié)構(gòu)；氧化下柵結(jié)構(gòu)，以在下柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上提供氧化層；在包括氧化層的下柵結(jié)構(gòu)上提供絕緣層；除去第一硬掩模圖形，以在絕緣層中形成第一開口，第一開口露出控制柵多晶硅圖形；以及在控制柵多晶硅圖形上的第一開口中形成金屬圖形，控制柵多晶硅圖形具有在其側(cè)壁上的氧化層。
在另一實(shí)施例中，柵間介質(zhì)層包括氧化物/氮化物/氧化物(ONO)層。
在另一實(shí)施例中，氧化下柵結(jié)構(gòu)包括加熱下柵結(jié)構(gòu)，并將該結(jié)構(gòu)浸入包括氧的氣氛。
在另一實(shí)施例中，金屬圖形部分地填充第一開口，并且該方法還包括擴(kuò)大第一開口的剩余上部，以形成擴(kuò)大的第一開口；并在金屬圖形上的第一開口中形成第二硬掩模圖形。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括通過使用第二硬掩模圖形作為蝕刻掩模蝕刻絕緣層，在絕緣層中形成第二開口，第二開口露出部分襯底；以及使用導(dǎo)電材料填充第二開口，以形成層間接觸。
在另一實(shí)施例中，層間接觸的上部具有大于層間接觸的下部的寬度，并且層間接觸的上部重疊部分金屬圖形。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括連接交替柵結(jié)構(gòu)的金屬圖形，以形成非易失性存儲(chǔ)器件的晶體管選擇線。
在另一實(shí)施例中，層間接觸的上部還重疊在相鄰下柵結(jié)構(gòu)的襯底中的隔離區(qū)。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在金屬圖形和控制柵多晶硅層圖形之間形成阻擋層圖形。
在另一實(shí)施例中，該方法包括在形成金屬圖形之前擴(kuò)大第一開口，以形成擴(kuò)大的第一開口，并在擴(kuò)大的第一開口中形成金屬圖形。
在另一實(shí)施例中，金屬圖形部分地填充擴(kuò)大的第一開口，并且該方法還包括進(jìn)一步擴(kuò)大擴(kuò)大的第一開口的剩余上部，以形成進(jìn)一步擴(kuò)大的第一開口；并且在金屬圖形上的進(jìn)一步擴(kuò)大的第一開口中形成第二硬掩模圖形。
在另一實(shí)施例中，提供氧化物層包括在襯底的第一區(qū)中以第一厚度形成氧化物層，并且在襯底的第二區(qū)中以第二厚度形成氧化物層，其中第一厚度和第二厚度不同。
在另一實(shí)施例中，在第一區(qū)中形成的半導(dǎo)體器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且其中在第二區(qū)中形成的半導(dǎo)體器件是浮置柵晶體管，并且其中第二厚度大于第一厚度。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括連接相鄰柵結(jié)構(gòu)的金屬圖形，以形成半導(dǎo)體器件的字線和位線之一。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；襯底上的隧道氧化物層圖形；隧道氧化物層圖形上的浮置柵多晶硅層圖形；浮置柵多晶硅層圖形上的柵間介質(zhì)層圖形；柵間介質(zhì)層圖形上的控制柵多晶硅層圖形；控制柵多晶硅層圖形上的控制柵金屬層圖形，其中控制柵金屬層圖形的寬度大于控制柵多晶硅層圖形。
在一個(gè)實(shí)施例中，隧道氧化物層圖形、浮置柵多晶硅層圖形、柵間介質(zhì)層圖形、控制柵多晶硅層圖形和控制柵金屬層圖形包括浮置柵結(jié)構(gòu)，并且浮置柵結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)上，并且源區(qū)和漏區(qū)在浮置柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底相鄰側(cè)壁中。
在另一實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底上提供多浮置柵結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步包括襯底上和多浮置柵結(jié)構(gòu)上的絕緣層，并進(jìn)一步包括在一對(duì)多浮置柵結(jié)構(gòu)之間的絕緣層中的層間接觸。
在另一實(shí)施例中，層間接觸具有比其下部寬的上部，并且其中層間接觸的上部重疊部分控制柵金屬層圖形。
在另一實(shí)施例中，其中連接相鄰浮置柵結(jié)構(gòu)的控制柵金屬層圖形，以提供半導(dǎo)體器件的字線和位線之一。
在另一實(shí)施例中，器件還包括控制柵金屬層圖形上的硬掩模圖形，其中硬掩模圖形的寬度大于控制柵金屬層圖形的寬度，并且其中硬掩模圖形用于層間接觸的自對(duì)準(zhǔn)。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；多柵結(jié)構(gòu)，每個(gè)包括襯底上的隧道氧化物層圖形；隧道氧化物層圖形上的第一多晶硅層圖形；第一多晶硅層圖形上的第二多晶硅層圖形；第二多晶硅層圖形上的金屬層圖形；以及金屬層圖形上的硬掩模圖形，其中硬掩模圖形的寬度大于金屬層圖形的寬度；襯底和多柵結(jié)構(gòu)上的絕緣層；以及在一對(duì)多柵結(jié)構(gòu)之間的絕緣層中的層間接觸，其中硬掩模圖形用于層間接觸的自對(duì)準(zhǔn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層圖形的寬度大于第二多晶硅層圖形的寬度。
在另一實(shí)施例中，第一多晶硅層圖形具有不同于第二多晶硅層圖形的摻雜濃度。
在另一實(shí)施例中，器件還包括第一多晶硅層圖形上的柵間介質(zhì)層圖形，并且其中半導(dǎo)體器件包括浮置柵器件。
在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件還包括在鄰近柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底中的源區(qū)和漏區(qū)。
在另一實(shí)施例中，層間接觸具有比其下部寬的上部，以及層間接觸的上部重疊部分金屬層圖形。
在另一實(shí)施例中，連接相鄰柵結(jié)構(gòu)的金屬層圖形，以提供半導(dǎo)體器件的字線、位線和晶體管選擇線之一。


從在附圖中說明的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，可以更加清楚本發(fā)明的上述及其他目標(biāo)、特性和優(yōu)勢(shì)，在整個(gè)不同視圖中相同參考標(biāo)號(hào)指示相同部件。附圖不一定是按比例的，而重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上，圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖3是NAND型閃存的布局圖。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，沿布局圖3的線I-I’的截面圖。
圖4B是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，沿布局圖3的線I-I’的截面圖。
圖5A和5B是在垂直方向的有源區(qū)和在水平方向的行選擇線的相交的位線接觸的第一和第二結(jié)構(gòu)的平面圖，說明根據(jù)本發(fā)明的防止相鄰位線接觸的短路。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，沿布局圖3的線I-I’的截面圖。
圖7A-7J是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的制造非易失性半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
圖8A和8B是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的制造非易失性半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
圖9A和9B是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的制造非易失性半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
圖10A是NOR型閃存的布局圖。
圖10B是根據(jù)本發(fā)明的沿著存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元區(qū)的位線的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述本發(fā)明，在附圖中說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，可以以不同的形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，而不應(yīng)被構(gòu)建為限制于在此闡述的實(shí)施例。在附圖和相關(guān)描述中，如果將第一層稱為在另一層“之上”，第一層可以直接在其他層之上，或存在中間層。在整個(gè)說明書中相同標(biāo)號(hào)指示相同元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體器件的截面圖。圖1的視圖說明在制造期間的器件的存儲(chǔ)單元區(qū)中的雙非易失性浮置柵晶體管器件。在襯底10上形成第一和第二浮置柵結(jié)構(gòu)。浮置柵結(jié)構(gòu)共享在它們中間的襯底中形成的公共源或漏55。每個(gè)浮置柵結(jié)構(gòu)包括隧道氧化物層圖形20、浮置柵圖形30、柵間介質(zhì)層圖形32、下導(dǎo)電圖形40和上導(dǎo)電圖形70。下導(dǎo)電圖形40和上導(dǎo)電圖形70共同形成器件的控制柵75。在上導(dǎo)電圖形上提供掩模圖形80。可以在控制柵75的下導(dǎo)電圖形40和上導(dǎo)電圖形70之間施加可選的阻擋層圖形(未示出)。
在制造中，隧道氧化物層圖形20、浮置柵圖形30、柵間介質(zhì)層圖形32和下導(dǎo)電圖形40共同提供底柵結(jié)構(gòu)45，其初始地在襯底10上形成并構(gòu)圖。在形成并構(gòu)圖底柵結(jié)構(gòu)45之后，將絕緣側(cè)壁隔片47施加到底柵結(jié)構(gòu)45的側(cè)壁上。隨后，形成上導(dǎo)電圖形70和掩模圖形80，以共同地提供上柵結(jié)構(gòu)85。層間介質(zhì)絕緣層60提供在浮置柵結(jié)構(gòu)附近，并可認(rèn)為包括第一部分62、第二部分64以及第三部分66，該第一部分62的高度對(duì)應(yīng)于底柵結(jié)構(gòu)45的高度，該第二部分64的高度對(duì)應(yīng)于上導(dǎo)電圖形70的高度，該第三部分66的高度對(duì)應(yīng)于硬掩模圖形80的高度。
在一個(gè)實(shí)施例中，掩模圖形80的寬度大于包括上導(dǎo)電圖形70和下導(dǎo)電圖形40的在下控制柵75的寬度，并且大于在下浮置柵圖形30的寬度。這是通過例如在淀積上導(dǎo)電圖形70之后，使用濕法清潔工序擴(kuò)大限定層間介質(zhì)絕緣層60中的上導(dǎo)電圖形70的開口來實(shí)現(xiàn)的。加寬的掩模圖形80允許相鄰存儲(chǔ)單元之間的接觸孔90的隨后的自對(duì)準(zhǔn)，使得增大單元的集成度，同時(shí)改進(jìn)器件可靠性。在形成接觸孔90期間，施加并構(gòu)圖光刻膠層PR層，以限定接觸孔90的位置。接觸孔具有在寬度上大于其底部分90B的頂部分90T。然后在自對(duì)準(zhǔn)的接觸孔90中形成導(dǎo)電接觸。
根據(jù)本發(fā)明，由于在形成上導(dǎo)電圖形70之前形成并構(gòu)圖底柵結(jié)構(gòu)45，并且由于在形成上導(dǎo)電圖形70之前形成層間介質(zhì)絕緣層60，為了獲得層中的適宜阻抗特性，提供所得器件的字線的上導(dǎo)電圖形70可以如所期望的那樣厚，而不考慮器件的增加的高寬比。同樣，在構(gòu)圖底柵結(jié)構(gòu)45之后，由于在構(gòu)圖時(shí)結(jié)構(gòu)的減小的高寬比，可以從柵結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域容易地除去任何剩余的聚合物粒子。同樣，可以使用合適的蝕刻溶劑，來確保完全除去相鄰器件之間的聚合物粒子，而不考慮對(duì)上導(dǎo)電圖形70帶來損壞，由于在那時(shí)沒有金屬層圖形。此外，由于在形成金屬層之后不需要后氧化步驟，避免了上導(dǎo)電圖形70的氧化，并且消除了對(duì)于由于這種氧化的增加阻抗的考慮。此外，消除了對(duì)于由于這種氧化所導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)力的柵結(jié)構(gòu)的彎曲的考慮。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的非易失性半導(dǎo)體器件的截面圖。第二實(shí)施例與上面參照?qǐng)D1所描述的實(shí)施例共享許多特性。差異在于，在圖2的實(shí)施例中，控制柵75’的上導(dǎo)電圖形70’的寬度大于控制柵75’的在下下導(dǎo)電圖形40的寬度。此外，與圖1的實(shí)施例相似，掩模圖形80的寬度大于在下上導(dǎo)電圖形70’的寬度。這是通過例如在淀積上導(dǎo)電圖形70’之前，使用濕法清潔工序擴(kuò)大層間介質(zhì)絕緣層60中的開口來完成的，如將在下文詳述。由于其增大的寬度，該結(jié)構(gòu)獲得了在上導(dǎo)電層70’中的降低的阻抗。同時(shí)，加寬的掩模圖形80允許相鄰存儲(chǔ)單元之間的接觸孔90的隨后的自對(duì)準(zhǔn)，以增大單元的集成度，這改進(jìn)器件可靠性，如上所述。
圖3是NAND型閃存的布局圖。在布局圖中，可見多個(gè)字線WL0...WLm-2在水平方向上延伸，而多個(gè)位線BL0...BLn-1在垂直方向上延伸。位線BL0...BLn-1對(duì)應(yīng)于在下晶體管的有源區(qū)AR。字線WL0...WLm-2對(duì)應(yīng)于圖1和2的存儲(chǔ)單元的上導(dǎo)電層70、70’。雙行選擇線SSL在水平方向上延伸，橫跨平行于字線WL0...WLm-2的器件的頂部分，并且雙接地選擇線GSL在水平方向上延伸，橫跨平行于字線WL0...WLm-2的器件的底部分。提供字線接觸BLC以在單個(gè)位線BL0...BLn-1和每個(gè)行選擇線SSL的公共漏之間連接。接地選擇晶體管的公共源通過公共源線CSL連接到接地選擇線GSL。在該結(jié)構(gòu)中，存儲(chǔ)單元的單元行S包括行選擇晶體管SST、接地選擇晶體管GST和中間存儲(chǔ)單元晶體管的行。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，沿圖3的布局圖的線I-I’的截面圖。在該視圖中，可見以與上述圖1實(shí)施例的存儲(chǔ)單元將體管的自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)，形成并連接將公共源線CSL與接地選擇晶體管GST的在下公共源相連接的接觸。具體，接地選擇晶體管GST的柵結(jié)構(gòu)的掩模圖形80的寬度大于在下柵層70、40、30的寬度。如上所述，這允許相鄰接地選擇晶體管GST的柵之間的接觸CSL的自對(duì)準(zhǔn)。相似地，在該視圖中，可見以相似于上述圖1實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)接觸的結(jié)構(gòu)，相似地形成并連接將位線BL和行選擇晶體管SST的在下公共漏相連接的接觸。具體，掩模圖形80的寬度大于在下柵層70、40、30的寬度。如上所述，這允許相鄰行選擇晶體管GST的柵之間的所得接觸BLC的接觸孔開口的自對(duì)準(zhǔn)。這將參照?qǐng)D7詳細(xì)說明。
圖4B是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，沿圖3的布局圖的線I-I’所取的截面圖。如上參照?qǐng)D2所述，第二實(shí)施例與上述參照?qǐng)D1和3描述的實(shí)施例共享許多特性。差別在于，在圖4的實(shí)施例中，行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的上導(dǎo)電圖形70’的寬度大于在下下柵層40、30的寬度。因此，可以減小相應(yīng)行選擇線SSL、接地選擇線和字線WL的阻抗。
圖5A和5B是在垂直方向的有源區(qū)和在水平方向的行選擇線的相交的位線接觸的第一和第二結(jié)構(gòu)的平面圖，說明根據(jù)本發(fā)明的相防止鄰位線接觸的短路。在該施例中，可見位線接觸BLC不需要在相鄰行選擇線SSL之間居中，而是可以以之字形圖形構(gòu)圖。由于根據(jù)本發(fā)明，可以在相對(duì)于由上導(dǎo)電層70、70’所形成的行選擇線SSL的自對(duì)準(zhǔn)位置上定位位線接觸BLC的開口，如由掩模圖形80所限定，可以如所示構(gòu)圖位線接觸BLC，使得它們的頂部分部分地重疊行選擇線SSL之一的一部分。位線接觸BLC可以在頂和底行選擇線SSL之間交替，以提供位線接觸之間的合適的距離，以防止相鄰位線接觸BLC之間短路。之字形構(gòu)圖還允許相鄰有源區(qū)AR_even、AR_odd彼此緊密放置，由于相鄰位線接觸BLC之間的相對(duì)距離。在圖5B的實(shí)例中，可見可以構(gòu)圖自對(duì)準(zhǔn)的位線接觸，使得它們的頂部進(jìn)一步部分地重疊相鄰有源區(qū)AR_even、AR_odd之間的在下隔離區(qū)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，沿圖3的布局圖的線I-I’所取的截面圖。第三實(shí)施例與上面的圖1、2、4A和4B的第一和第二實(shí)施例共享許多特性。然而，在圖6的第三實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管的熱氧化物層20a的厚度大于行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的熱氧化物層20b的厚度。此外，存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管的柵長(zhǎng)度L1小于行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的柵長(zhǎng)度L2。對(duì)于存儲(chǔ)單元晶體管的增大的集成度，這是期望的，同時(shí)防止晶體管擊穿并減輕SST和GST晶體管中的工藝約束。對(duì)于數(shù)據(jù)保留和最小化漏電交流，以及浮置柵存儲(chǔ)單元的相應(yīng)電荷流失，存儲(chǔ)單元的相對(duì)厚的熱氧化物層20a是期望的。同時(shí)，對(duì)于在行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST中的增強(qiáng)的晶體管性能和快速開關(guān)操作，相對(duì)薄的熱氧化物層20b是期望的。
圖7A-7J是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的制造非易失性半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
參照?qǐng)D7A，在水平方向CELL-X和垂直方向CELL-Y上提供器件的存儲(chǔ)單元區(qū)的橫截面。在半導(dǎo)體襯底10上形成緩沖氧化物層21。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖氧化物層21包括形成為大約100埃的厚度的氧化硅。這防止在溝槽形成期間和在所執(zhí)行的任何離子注入期間對(duì)于襯底表面的損壞。在緩沖氧化物層21上形成并構(gòu)圖硬掩模層22。在一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模層22包括形成為大約1000-2000埃的厚度的氮化硅。使用光刻技術(shù)構(gòu)圖硬掩模層22，并使用構(gòu)圖的硬掩模作為蝕刻掩模蝕刻緩沖氧化物層21，以露出在下襯底10。然后在襯底10中形成溝槽，并使用高密度等離子體(HDP)氧化物或USG氧化物來填充溝槽，以提供沿著圖3的布局圖的單元區(qū)的水平軸分布的溝槽隔離圖形15。溝槽15限定器件的相鄰有源區(qū)。
參照?qǐng)D7B，除去硬掩模層22和緩沖氧化物層21，并在襯底上將隧道氧化物層20提供為例如大約60-80埃的厚度。隧道氧化物層20提供用于進(jìn)一步器件形成的一致的氧化物層，替代先前施加的緩沖氧化物層21，其在溝槽形成期間或在離子注入期間被損壞。在隧道氧化物層20上提供第一多晶硅層29。在一個(gè)實(shí)施例中，第一多晶硅層29包括用雜質(zhì)摻雜的多晶硅，使得其具有導(dǎo)電特性，至大約400-800埃，例如500埃的厚度。第一多晶硅層應(yīng)展示出適宜的表面形態(tài)特征和優(yōu)化的晶粒邊界。在第一多晶硅層29和溝槽隔離圖形15上形成柵間介質(zhì)層32，如所示。在一個(gè)實(shí)施例中，柵間介質(zhì)層32包括多層介質(zhì)，包括氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)，至大約150埃的厚度。ONO結(jié)構(gòu)應(yīng)展示出良好的擊穿電壓、漏電流和電荷俘獲特征。
參照?qǐng)D7C，在該截面圖中，示出包括存儲(chǔ)單元晶體管MC0、MC1...MCm-2、MCm-1的存儲(chǔ)單元柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元區(qū)，以及在存儲(chǔ)單元區(qū)的側(cè)面的行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的柵結(jié)構(gòu)。在該視圖中，可見不在行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的柵中提供在存儲(chǔ)單元區(qū)中形成的柵間介質(zhì)32，由于行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST不是存儲(chǔ)器件，因此不需要浮置柵。
在行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的第一多晶硅層30上形成第二多晶硅層40，并且在器件的存儲(chǔ)單元區(qū)中的柵間介質(zhì)層32上形成第二多晶硅層40。在一個(gè)實(shí)施例中，第二多晶硅層40包括用雜質(zhì)摻雜的多晶硅，因此它具有良好的導(dǎo)電特性。在存儲(chǔ)單元區(qū)中，第二多晶硅層40提供浮置柵器件的控制柵的第一導(dǎo)電層。在一個(gè)實(shí)施例中，第二多晶硅層具有與第一多晶硅層不同的摻雜濃度。
在第二多晶硅層40上提供柵硬掩模層42。在一個(gè)實(shí)施例中，柵硬掩模層42展示出良好的抗反射特性，具有蝕刻阻抗、低機(jī)械應(yīng)力以及污染保護(hù)性能。使用傳統(tǒng)光刻技術(shù)構(gòu)圖柵硬掩模層42，以及使用柵硬掩模層42作為蝕刻掩模，蝕刻在下的第二多晶硅層40、柵間介質(zhì)層32、第一多晶硅層30和隧道氧化物層20。隧道氧化物層20、第一多晶硅層30和第二多晶硅層40的每個(gè)所得的層疊圖形共同形成行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的下柵結(jié)構(gòu)45A。相似地，隧道氧化物層20、第一多晶硅層30、第一柵間介質(zhì)層32和第二多晶硅層40的每個(gè)層疊圖形形成存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管的下柵結(jié)構(gòu)45B。
參照?qǐng)D7D，執(zhí)行后氧化工序，導(dǎo)致形成在下柵結(jié)構(gòu)45A、45B的側(cè)壁上形成的熱氧化物側(cè)壁隔片47的形成。在形成熱氧化物側(cè)壁隔片47之后，使用下柵結(jié)構(gòu)45以及相關(guān)聯(lián)的硬掩模結(jié)構(gòu)42和隔片47作為離子注入掩模，在相鄰柵之間的襯底中形成源區(qū)/漏區(qū)55。
參照?qǐng)D7E，在所得結(jié)構(gòu)上提供層間介質(zhì)絕緣層60。在一個(gè)實(shí)施例中，層間介質(zhì)絕緣層60展示出良好的間隙填充質(zhì)量，并具有低介電常數(shù)(低K)、低機(jī)械應(yīng)力、對(duì)移動(dòng)離子的阻抗、以及對(duì)淀積損壞的阻抗。執(zhí)行例如化學(xué)機(jī)械拋光的平整化工序，以平整化層間介質(zhì)絕緣層60的頂表面。在這之后，執(zhí)行選擇性的除去氮化物硬掩模圖形42，導(dǎo)致在每個(gè)下柵結(jié)構(gòu)45A、45B的第二多晶硅圖形40上的層間介質(zhì)絕緣層60中形成第一開口55。
參照?qǐng)D7F，在所得結(jié)構(gòu)上提供金屬填充層，使用金屬填充第一開口55。例如使用化學(xué)機(jī)械拋光來平整化金屬填充層，以露出在下層間介質(zhì)絕緣層60的平坦上表面，由此將金屬填充層分隔為金屬圖形70。然后使用回蝕步驟進(jìn)一步將金屬圖形70凹陷為第一開口55，導(dǎo)致在第二多晶硅層圖形40上形成凹陷的金屬圖形70，以及在凹陷的金屬圖形70上的層間介質(zhì)絕緣層60中形成第二開口57。每個(gè)第二多晶硅層圖形40和相關(guān)的凹陷金屬圖形70一起形成存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管的控制柵75，具有用于提供控制柵的第二導(dǎo)電層的凹陷的金屬圖形。金屬填充層包括例如W、Ni、Co、Ru-Ta、Ni-Ti、Ti-Al-N、Zr、Hf、Ti、Ta、Mo、Ta-Pt、WN、Ta-Ti、W-Ti、TiN、TaN、TaCN、MoN、WSix、CoSix、NiSix，或者其他適宜的導(dǎo)電材料。此時(shí)，原理地，可以認(rèn)為層間介質(zhì)層包括三部分，第一部分62對(duì)應(yīng)于下柵結(jié)構(gòu)45A、45B，第二部分64對(duì)應(yīng)于凹陷的金屬圖形70，以及第三部分66對(duì)應(yīng)于第二開口57。
在替換實(shí)施例中，可以在應(yīng)用金屬層之前，在第二多晶硅層圖形40上提供可選的阻擋金屬圖形，例如包括WNx或其他適宜的金屬阻擋層，以改進(jìn)在第二多晶硅層圖形40和所得金屬圖形70的連接處的導(dǎo)電性?？蛇x的阻擋金屬圖形層改善金屬圖形70和第二多晶硅層圖性40之間的粘合(adhesion)，而同時(shí)，避免第二多晶硅層圖形40的硅原子與金屬圖形70的金屬原子發(fā)生反應(yīng)，并防止氧化露出的金屬。
參照?qǐng)D7G，在擴(kuò)大工序中擴(kuò)大了層間介質(zhì)絕緣層60的第二開口57，以形成存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管、行選擇晶體管SST以及接地選擇晶體管GST的擴(kuò)大的第三開口57a。在一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)大工序包括濕法清洗工序或各向同性濕法蝕刻工序。在后續(xù)的步驟中使用第三開口57a來限定相鄰行選擇晶體管SST之間的自對(duì)準(zhǔn)位線接觸以及相鄰接地選擇晶體管GST之間的公共源線接觸的所得位置。擴(kuò)大工序使得位線接觸自對(duì)準(zhǔn)，如下文所述。應(yīng)該實(shí)施擴(kuò)大工序而沒有進(jìn)一步的蝕刻下金屬圖形70和介質(zhì)絕緣層60。
參照?qǐng)D7H，將例如包括氮化硅的掩模層施加到所得結(jié)構(gòu)，填充第三開口57a。然后平整化所得結(jié)構(gòu)以露出在下層間介質(zhì)絕緣層60，并將掩模層分隔為掩模層圖形80。每個(gè)相應(yīng)的金屬圖形70和掩模層圖形80共同包括上柵結(jié)構(gòu)85。每個(gè)掩模層圖形80的寬度大于相應(yīng)在下金屬圖形70的寬度，由于擴(kuò)大了第二開口57的濕法清洗工序。增大的寬度協(xié)助層間接觸的自對(duì)準(zhǔn)，如下面詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D7I，在相鄰接地選擇晶體管GST之間的層間介質(zhì)絕緣層60中形成公共源線CSL接觸。在對(duì)應(yīng)于相鄰的接地選擇晶體管GST的相鄰相應(yīng)掩模層圖形80之間的層間介質(zhì)絕緣層60中形成源接觸孔90。將蝕刻掩模施加到器件的剩余，并使用所施加的光刻膠構(gòu)圖源接觸孔90，并蝕刻源接觸孔90直到露出對(duì)應(yīng)于相鄰接地選擇晶體管GST的公共源的襯底的上表面。將金屬填充施加到所得孔90，并平整化以提供公共源線CSL。公共源線W_CSLT的頂部分的寬度大于公共源線W_CSLB的底部分的寬度。這是因?yàn)椋?dāng)光刻膠圖形具有對(duì)應(yīng)于公共源線CSL的頂部分W_CSLT的寬度的寬度的開口時(shí)，在蝕刻期間，掩模層圖形80限制開口90的下部分寬度。
參照?qǐng)D7J，在所得結(jié)構(gòu)上提供包括介質(zhì)材料的層間介緣層95。在層間絕緣層95以及相鄰行選擇晶體管SST之間的層間介質(zhì)絕緣層60中形成位線接觸BLC。在層間絕緣層95和對(duì)應(yīng)于相鄰行選擇晶體管SST的相鄰對(duì)應(yīng)掩模層圖形80之間的層間介質(zhì)絕緣層60中形成露接觸孔97。蝕刻漏接觸孔97，直到露出對(duì)應(yīng)于相鄰行選擇晶體管SST的公共漏的襯底的上表面。將金屬填充施加到所得孔97，并平整化以提供位線接觸BLC。位線接觸W_BLCT的頂部分的寬度大于位線接觸W_BLCB的底部分的寬度。然后在所得結(jié)構(gòu)上形成并構(gòu)圖導(dǎo)電位線BL，接觸位線接觸BLC?？蛇x地在形成位線接觸BLC的同時(shí)形成位線BL，或者可以在形成位線之后形成。
應(yīng)理解，圖7J的視圖是NAND型閃存器件，因此，僅在各個(gè)SST和GST晶體管之間示出接觸BLC、CSL。然而，在NOR型閃存器件中，也可以額外地在各個(gè)存儲(chǔ)單元晶體管MC0、MC1...之間提供相似的接觸。本發(fā)明應(yīng)用于NAND型NOR型器件，以及其他器件。
圖8A和8B是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的制造非易失性半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。在該制造方法中，在淀積金屬圖形70’之前，擴(kuò)大上述的圖7E的第一開口55。這由于所得的更大金屬寬度，操作為降低所施加的金屬圖形70’的阻抗。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，根據(jù)參照?qǐng)D7A至7E所述的步驟制造器件。參照?qǐng)D8A，在擴(kuò)大工序中擴(kuò)大層間介質(zhì)絕緣層60的第一開口55，以形成存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管、行選擇晶體管SST以及接地選擇晶體管GST的柵圖形的擴(kuò)大的第二開口55a。在一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)大工序包括濕法清洗工序，如上所述。
在擴(kuò)大第二開口55a之后，在所得結(jié)構(gòu)上提供金屬填充層，用金屬填充擴(kuò)大的第二開口55a。例如使用化學(xué)機(jī)械拋光來平整化金屬填充層，以露出在下介質(zhì)絕緣層60’的平坦上表面，并將金屬填充層分隔為金屬圖形70’。然后使用回蝕步驟將金屬圖形70’進(jìn)一步凹陷為擴(kuò)大的第二開口55a，導(dǎo)致在第二多晶硅層圖形40上形成凹陷的金屬圖形70’，并導(dǎo)致凹陷的金屬圖形70’上的層間介質(zhì)絕緣層60’中的第三開口。每個(gè)第二多晶硅層40和相關(guān)的凹陷金屬圖形70’共同形成存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管的控制柵75’。
參照?qǐng)D8B，在后續(xù)的擴(kuò)大工序中進(jìn)一步擴(kuò)大層間介質(zhì)絕緣層60’的第三開口，以形成存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管、行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的柵圖形的擴(kuò)大的第四開口59a。在一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)大工序包括濕法清洗工序，如上所述。在后續(xù)的工序中使用擴(kuò)大的第四開口59a，以限定相鄰行選擇晶體管SST之間的自對(duì)準(zhǔn)位線接觸，以及相鄰接地選擇晶體管GST之間的公共源線接觸的所得位置，并且在NOR型閃存的情況下，例如在相鄰存儲(chǔ)單元MC0、MC1...之間。擴(kuò)大工序使得接觸自對(duì)準(zhǔn)，如上所述。
在此之后，第二實(shí)施例的工序返回上述圖7H的步驟，為了掩模層圖形的應(yīng)用，如上所述，并且為了進(jìn)一步處理，如下所述。
圖8A和8B的形成第二實(shí)施例的方法優(yōu)勢(shì)在于控制柵75’的所得金屬圖形70’的寬度大于控制柵75’的在下多晶硅層圖形40的寬度。結(jié)果，由于較大的金屬寬度，優(yōu)勢(shì)地降低金屬圖形70’的阻抗，增大器件的操作速度并減小功耗，以及降低柵的所得高度。
圖9A和9B是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的制造非易失性半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。在該實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管的熱氧化物層20a的厚度大于行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的熱氧化物層20b的厚度。此外，存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管的柵長(zhǎng)度L1小于行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的的柵長(zhǎng)度L2。
參照?qǐng)D9A，參照?qǐng)D7A處理器件以提供沿著單元區(qū)的水平軸分布的溝槽隔離圖形，如上所述。除去用于形成溝槽隔離圖形的硬掩模層22和緩沖氧化物層21，并在襯底10上提供隧道氧化物層20。在應(yīng)用隧道氧化物層20之后，在襯底的選擇晶體管區(qū)SSR中，該區(qū)域包括例如行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST，選擇性地蝕刻層20。通過例如在存儲(chǔ)單元區(qū)MCR上施加蝕刻掩模來執(zhí)行選擇性蝕刻。結(jié)果，存儲(chǔ)單元區(qū)MCR中的部分隧道氧化物層20a的厚度大于在選擇晶體管區(qū)SSR中的剩余隧道氧化物層20b。
參照?qǐng)D9B，根據(jù)上述參照?qǐng)D7C和7D所描述的工序施加并構(gòu)圖下柵結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，構(gòu)圖柵硬掩模層42，使得對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1晶體管的下柵45B的柵長(zhǎng)度L1小于對(duì)應(yīng)于行選擇晶體管SST和接地選擇晶體管GST的下柵45A的柵長(zhǎng)度L2。在此之后，第三實(shí)施例的工序返回上述圖7E的步驟，用于層間介質(zhì)絕緣層60的應(yīng)用，如上所述，以及用于進(jìn)一步處理，如下所述。以此方式，在所制造的器件中實(shí)現(xiàn)參照?qǐng)D6的上述優(yōu)勢(shì)。
圖10A是NOR型閃存的布局圖，以及圖10B是根據(jù)本發(fā)明的沿著NOR閃存結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元區(qū)的位線的截面圖。在此實(shí)施例中，在NOR閃存結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元區(qū)中，在相鄰存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1之間形成公共漏區(qū)55_D。源區(qū)55_SAS連接到公共源線。使用上述的自對(duì)準(zhǔn)制造工序提供位線接觸93。具體，比包括金屬層70和第二多晶硅層40的在下控制柵的寬度并且比浮置柵的寬度要寬的寬度的掩模圖形80，用于限定開口，該開口用于相鄰存儲(chǔ)單元MC0、MC1...MCm-2、MCm-1之間的接觸。接觸連接到在層間介質(zhì)絕緣層60上構(gòu)圖的公共位線BL。
本發(fā)明的器件和方法提供非易失性存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)和制造方法，其提供對(duì)于傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)和制造工序的多個(gè)優(yōu)勢(shì)。
第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，避免了控制柵的金屬層的氧化。這是因?yàn)樵趹?yīng)用金屬層之前執(zhí)行柵結(jié)構(gòu)的下部的構(gòu)圖。由于金屬層用作器件的字線，因此避免了器件的字線的阻抗增加。
第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是確保了相鄰柵結(jié)構(gòu)之間的聚合物除去。對(duì)于此的第一個(gè)原因是由于在應(yīng)用控制柵的金屬層之前發(fā)生構(gòu)圖柵結(jié)構(gòu)，在構(gòu)圖期間，柵結(jié)構(gòu)的高寬比相對(duì)低。因此，蝕刻工序更加可靠。此外，在構(gòu)圖期間沒有金屬層，可以使用相對(duì)強(qiáng)的濕法蝕刻溶液來除去任何剩余聚合物，由于濕法蝕刻溶液對(duì)金屬層的損壞的危害不是問題。
第三個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，由于柵結(jié)構(gòu)的下部具有相對(duì)低的高寬比，減輕由于機(jī)械應(yīng)力的柵結(jié)構(gòu)的傾斜或彎曲的危險(xiǎn)。因此改進(jìn)了器件制造產(chǎn)量和操作可靠性。
第四個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，由于在鑲嵌(Damascene)類工序中施加控制柵的金屬層圖形，在形成層間介質(zhì)絕緣層之后，可以將金屬層圖形形成為任意期望的厚度，并具有擴(kuò)大的寬度，如上參照?qǐng)D2、4A和4B的第二實(shí)施例所示。用于提供所得器件的字線的相對(duì)厚和寬的金屬層，導(dǎo)致在所得字線中降低的阻抗。
第五個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，第二多晶硅層40和金屬層70之間的控制柵中的阻擋層對(duì)于本發(fā)明的制造工序來說不是重要的。這是因?yàn)閷?duì)于提高金屬層和多晶硅層之間的粘附，以及防止多晶硅層的硅原子和金屬層的金屬原子發(fā)生反應(yīng)的減小的需求。由于在本發(fā)明中不在金屬層上執(zhí)行后氧化工序，在此方式中不加熱金屬層，其可引起上述問題。鑒于此，包括阻擋層對(duì)于本發(fā)明的器件及制造方法來說不是至關(guān)重要的，因此，可以獲得控制柵的所得厚度的進(jìn)一步減小。
盡管參照其優(yōu)選實(shí)施例具體示出并描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在此可以做出各種形式和細(xì)節(jié)上的變化，而不背離由所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括順序地在襯底上提供氧化物層、第一多晶硅層、以及第二多晶硅層；在第二多晶硅層上提供第一硬掩模圖形；使用第一硬掩模圖形作為掩模，構(gòu)圖氧化物層、第一多晶硅層和第二多晶硅層，以形成包括氧化物圖形、第一多晶硅圖形和第二多晶硅圖形的下柵結(jié)構(gòu)；氧化下柵結(jié)構(gòu)，以提供下柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的氧化層；在包括氧化層的下柵結(jié)構(gòu)上提供絕緣層；除去第一硬掩模圖形，以在絕緣層中形成第一開口，該第一開口露出第二多晶硅圖形；以及在第二多晶硅圖形上的第一開口中形成金屬圖形，該第二多晶硅圖形具有其側(cè)壁上的氧化層。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中金屬圖形部分地填充第一開口，并且該方法還包括擴(kuò)大第一開口的剩余上部，以形成擴(kuò)大的第一開口；以及在金屬圖形上的第一開口中形成第二硬掩模圖形。
3.如權(quán)利要求2的方法，還包括通過使用第二硬掩模圖形作為蝕刻掩模蝕刻絕緣層，在絕緣層中形成第二開口，該第二開口露出部分襯底；以及使用導(dǎo)電材料填充第二開口，以形成層間接觸。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中層間接觸的上部具有大于層間接觸的下部的寬度，并且其中層間接觸的上部重疊部分金屬圖形。
5.如權(quán)利要求4的方法，還包括連接交替柵結(jié)構(gòu)的金屬圖形，以形成非易失性存儲(chǔ)器件的晶體管選擇線。
6.如權(quán)利要求4的方法，其中層間接觸的上部還重疊與下柵結(jié)構(gòu)相鄰的襯底中的隔離區(qū)。
7.如權(quán)利要求2的方法，還包括在第一多晶硅層和第二多晶硅層之間提供柵間介質(zhì)層，并且其中構(gòu)圖還包括構(gòu)圖柵間介質(zhì)層，以形成柵間介質(zhì)圖形。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中第一多晶硅圖形包括浮置柵，并且其中第二多晶硅圖形和金屬圖形包括非易失半導(dǎo)體器件的控制柵。
9.如權(quán)利要求7的方法，其中柵間介質(zhì)層包括氧化物/氮化物/氧化物(ONO)層。
10.如權(quán)利要求7的方法，還包括在金屬圖形和第二多晶硅層圖形之間形成阻擋層圖形。
11.如權(quán)利要求10的方法，還包括在形成金屬圖形之前擴(kuò)大第一開口，以形成擴(kuò)大的第一開口，并且其中在擴(kuò)大的第一開口中形成金屬圖形。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中金屬圖形部分地填充擴(kuò)大的第一開口，并且該方法還包括進(jìn)一步擴(kuò)大該擴(kuò)大的第一開口的剩余上部，以形成進(jìn)一步擴(kuò)大的第一開口；以及在金屬圖形上的進(jìn)一步擴(kuò)大的第一開口中形成第二硬掩模圖形。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中氧化下柵結(jié)構(gòu)包括加熱下柵結(jié)構(gòu)，并將該結(jié)構(gòu)浸入包括氧的氣氛。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中提供氧化物層包括在襯底的第一區(qū)中以第一厚度形成氧化物層，并且在襯底的第二區(qū)中以第二厚度形成氧化物層，其中第一厚度和第二厚度不同。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中在第一區(qū)中形成的半導(dǎo)體器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且其中在第二區(qū)中形成的半導(dǎo)體器件是浮置柵晶體管，并且其中第二厚度大于第一厚度。
16.如權(quán)利要求1的方法，還包括連接相鄰柵結(jié)構(gòu)的金屬圖形，以形成半導(dǎo)體器件的字線和位線之一。
17.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上順序地提供隧道氧化物層、浮置柵多晶硅層、柵間介質(zhì)層以及控制柵多晶硅層；在控制柵多晶硅層上提供第一硬掩模圖形；使用第一硬掩模圖形作為掩模，構(gòu)圖隧道氧化物層、浮置柵多晶硅層、柵間介質(zhì)層以及控制柵多晶硅層，以形成包括隧道氧化物圖形、浮置柵多晶硅圖形、柵間介質(zhì)圖形和控制柵多晶硅圖形的下柵結(jié)構(gòu)；氧化下柵結(jié)構(gòu)，以在下柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上提供氧化層；在包括氧化層的下柵結(jié)構(gòu)上提供絕緣層；除去第一硬掩模圖形，以在絕緣層中形成第一開口，該第一開口露出控制柵多晶硅圖形；以及在控制柵多晶硅圖形上的第一開口中形成金屬圖形，該控制柵多晶硅圖形具有在其側(cè)壁上的氧化層。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中柵間介質(zhì)層包括氧化物/氮化物/氧化物(ONO)層。
19.如權(quán)利要求17的方法，其中氧化下柵結(jié)構(gòu)包括加熱下柵結(jié)構(gòu)，并將該結(jié)構(gòu)浸入包括氧的氣氛。
20.如權(quán)利要求17的方法，其中金屬圖形部分地填充第一開口，并且該方法還包括擴(kuò)大第一開口的剩余上部，以形成擴(kuò)大的第一開口；以及在金屬圖形上的第一開口中形成第二硬掩模圖形。
21.如權(quán)利要求20的方法，還包括通過使用第二硬掩模圖形作為蝕刻掩模蝕刻絕緣層，在絕緣層中形成第二開口，該第二開口露出部分襯底；以及使用導(dǎo)電材料填充第二開口，以形成層間接觸。
22.如權(quán)利要求21的方法，其中層間接觸的上部具有大于層間接觸的下部的寬度，并且其中層間接觸的上部重疊部分金屬圖形。
23.如權(quán)利要求22的方法，還包括連接交替柵結(jié)構(gòu)的金屬圖形，以形成非易失性存儲(chǔ)器件的晶體管選擇線。
24.如權(quán)利要求22的方法，其中層間接觸的上部還重疊在相鄰于下柵結(jié)構(gòu)的襯底中的隔離區(qū)。
25.如權(quán)利要求17的方法，還包括在金屬圖形和控制柵多晶硅層圖形之間形成阻擋層圖形。
26.如權(quán)利要求25的方法，還包括在形成金屬圖形之前擴(kuò)大第一開口，以形成擴(kuò)大的第一開口，并且其中在擴(kuò)大的第一開口中形成金屬圖形。
27.如權(quán)利要求26的方法，其中金屬圖形部分地填充擴(kuò)大的第一開口，并且該方法還包括進(jìn)一步擴(kuò)大該擴(kuò)大的第一開口的剩余上部，以形成進(jìn)一步擴(kuò)大的第一開口；以及在金屬圖形上的進(jìn)一步擴(kuò)大的第一開口中形成第二硬掩模圖形。
28.如權(quán)利要17的方法，其中提供氧化物層包括在襯底的第一區(qū)中以第一厚度形成氧化物層，并且在襯底的第二區(qū)中以第二厚度形成氧化物層，其中第一厚度和第二厚度不同。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中在第一區(qū)中形成的半導(dǎo)體器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且其中在第二區(qū)中形成的半導(dǎo)體器件是浮置柵晶體管，并且其中第二厚度大于第一厚度。
30.如權(quán)利要求17的方法，還包括連接相鄰柵結(jié)構(gòu)的金屬圖形，以形成半導(dǎo)體器件的字線和位線之一。
31.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；襯底上的隧道氧化物層圖形；隧道氧化物層圖形上的浮置柵多晶硅層圖形；浮置柵多晶硅層圖形上的柵間介質(zhì)層圖形；柵間介質(zhì)層圖形上的控制柵多晶硅層圖形；控制柵多晶硅層圖形上的控制柵金屬層圖形，其中控制柵金屬層圖形的寬度大于控制柵多晶硅層圖形的寬度。
32.如權(quán)利要求31的半導(dǎo)體器件，其中隧道氧化物層圖形、浮置柵多晶硅層圖形、柵間介質(zhì)層圖形、控制柵多晶硅層圖形和控制柵金屬層圖形包括浮置柵結(jié)構(gòu)，并且其中浮置柵結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)上，并且其中源區(qū)和漏區(qū)在相鄰于浮置柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底中。
33.如權(quán)利要求31的半導(dǎo)體器件，其中在半導(dǎo)體襯底上提供多浮置柵結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步包括襯底上和多浮置柵結(jié)構(gòu)上的絕緣層，并進(jìn)一步包括在一對(duì)多浮置柵結(jié)構(gòu)之間的絕緣層中的層間接觸。
34.如權(quán)利要求33的半導(dǎo)體器件，其中層間接觸具有比其下部寬的上部，并且其中層間接觸的上部重疊部分控制柵金屬層圖形。
35.如權(quán)利要求33的半導(dǎo)體器件，其中連接相鄰浮置柵結(jié)構(gòu)的控制柵金屬層圖形，以提供半導(dǎo)體器件的字線和位線之一。
36.如權(quán)利要求33的半導(dǎo)體器件，還包括控制柵金屬層圖形上的硬掩模圖形，其中硬掩模圖形的寬度大于控制柵金屬層圖形的寬度，并且其中硬掩模圖形用于層間接觸的自對(duì)準(zhǔn)。
37.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；多柵結(jié)構(gòu)，每個(gè)包括襯底上的隧道氧化物層圖形；隧道氧化物層圖形上的第一多晶硅層圖形；第一多晶硅層圖形上的第二多晶硅層圖形；第二多晶硅層圖形上的金屬層圖形；以及金屬層圖形上的硬掩模圖形，其中硬掩模圖形的寬度大于金屬層圖形的寬度；襯底和多柵結(jié)構(gòu)上的絕緣層；以及在一對(duì)多柵結(jié)構(gòu)之間的絕緣層中的層間接觸，其中硬掩模圖形用于層間接觸的自對(duì)準(zhǔn)。
38.如權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，其中金屬層圖形的寬度大于第二多晶硅層圖形的寬度。
39.如權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，其中第一多晶硅層圖形具有不同于第二多晶硅層圖形的摻雜濃度。
40.如權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，還包括第一多晶硅層圖形上的柵間介質(zhì)層圖形，并且其中半導(dǎo)體器件包括浮置柵器件。
41.如權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體器件包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
42.如權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，還包括在鄰近于柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底中的源區(qū)和漏區(qū)。
43.如權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，其中層間接觸具有比其下部寬的上部，以及其中層間接觸的上部重疊部分金屬層圖形。
44.如權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，其中連接相鄰柵結(jié)構(gòu)的金屬層圖形，以提供半導(dǎo)體器件的字線、位線和晶體管選擇線之一。
全文摘要
在用于制造半導(dǎo)體器件的方法中，順序地在襯底上提供氧化物層、第一多晶硅層、以及第二多晶硅層。在第二多晶硅層上提供第一硬掩模圖形。使用第一硬掩模圖形作為掩模，構(gòu)圖氧化物層、第一多晶硅層和第二多晶硅層，以形成包括氧化物圖形、第一多晶硅圖形和第二多晶硅圖形的下柵結(jié)構(gòu)。蝕刻下柵結(jié)構(gòu)，以提供下柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的氧化層。在包括氧化層的下柵結(jié)構(gòu)上提供絕緣層。除去第一硬掩模圖形，以在絕緣層中形成第一開口，該第一開口露出第二多晶硅圖形。在第二多晶硅圖形上的第一開口中形成金屬圖形，該第二多晶硅圖形具有其側(cè)壁上的氧化層。
文檔編號(hào)H01L29/788GK1913132SQ20061010689
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日
發(fā)明者金兌炅, 崔定爀 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社