專利名稱：制作快閃存儲器的方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種制作快閃存儲器的方法，尤指一種可以提高柵極耦合值 的快閃存儲器制作方法。
背景技術：
快閃存儲器具有可重復抹除與讀寫的特性，加上傳輸快速、低耗電，所 以應用層面非常廣泛，已成為許多信息、通訊及消費性電子產品中的必要元 件。為了提供輕巧及高品質的電子元件產品，提升快閃存儲器的元件集成度 與品質便成為當前信息產業(yè)與存儲器制造業(yè)發(fā)展的重點。一般而言，在快閃存儲器的結構中，利用絕緣淺溝槽結構來隔離各存儲 單元元件，以隔絕快閃存儲器中相鄰存儲單元元件。然而，由于快閃存儲器 中存儲單元元件的集成度日漸提高，使得絕緣淺溝槽結構的傳統(tǒng)制作方法與 品質皆面臨考驗，無法有效隔絕相鄰存儲單元，容易發(fā)生短路或漏電流而影響快閃存儲器的操作效能。請參考圖1至圖6,圖1至圖6為已知制作一快 閃存儲器IO的工藝示意圖。首先如圖l所示，提供硅基底12,然后依序在 硅基底12上形成薄氧化層14、第一多晶硅層16與掩模層18。隨后進行光 刻暨蝕刻工藝，移除部分掩模層18、第一多晶硅層16、氧化層14以及硅基 底12，而在硅基底12表面形成多個淺溝槽20。然后如圖2所示，在淺溝槽20表面形成襯墊層(liner) 22,然后進行 高密度等離子體(high density plasma, HDP)沉積工藝，在硅基底12上形 成HDP氧化層24，填入淺溝槽20內，以用來當作絕緣淺溝槽結構的絕緣材 料。由于現(xiàn)行快閃存儲器10的集成度較高，亦即淺溝槽20的高寬比(aspect ratio )亦較高，且HDP沉積工藝所形成的氧化材料填洞能力(gap-fill ability) 較差，所以HDP氧化層24無法完全填滿淺溝槽20，容易在淺溝槽20的上 部形成如圖2所示的孔隙26。接著，在HDP沉積工藝之后，另進行燒結 (sinter)工藝，以使原來結構較為松散的HDP氧化層24致密化。然后如圖3所示，進行研磨工藝，移除高于掩模層18表面的HDP氧化
層24,并使孔隙26暴露出來。請參考圖4，接著移除掩模層18，使HDP 氧化層24高于第一多晶硅層16以及硅基底12的表面，以完成絕緣淺溝槽 結構28的制作。由于硅基底12上的掩模層18被移除了 ，因此相鄰絕緣淺 溝槽結構28之間皆具有凹陷區(qū)域30。請參考圖5,在硅基底12上沉積第二多晶硅層32,覆蓋于第一多晶硅 層16以及絕全彖淺溝槽結構28上，并填入凹陷區(qū)域30以及孔隙26內。然后 如圖6所示，以絕緣淺溝槽結構24當作停止層而進行化學機械拋光工藝， 移除高于絕緣淺溝槽結構24上表面的第二多晶硅層32。在凹陷區(qū)域30中剩 下的第二多晶硅層32與第一多晶硅層16即共同形成浮置柵極34。然而，由 于在孔隙26中仍然填滿有第二多晶硅層32，和浮置柵極34的距離非常接近， 因此很容易造成相鄰浮置柵極34和孔隙26內第二多晶硅層32之間發(fā)生橫 向漏電流或有源區(qū)域短路等問題，嚴重影響快閃存儲器10的操作效能和可 信賴性。因此，如何改善已知快閃存儲器的工藝方法或結構，以提供操作性能佳 且具有高可信賴性的快閃存儲器，仍為業(yè)界亟待的重要議題。發(fā)明內容本發(fā)明的主要目的在于提供一種快閃存儲器的制作方法，其在淺溝槽中 填入具有不同蝕刻率的氧化層，以解決上述已知的快閃存儲器工藝方法所造 成漏電流及有源區(qū)域短路的問題。根據(jù)本發(fā)明的權利要求，提供一種制作快閃存儲器的方法，首先提供表 面包含掩模層的基底，移除部分掩模層以及基底以形成多個淺溝槽，然后在 基底上形成第一氧化層以填入淺溝槽中，再移除部分高于掩模層表面的第一 氧化層。在第一氧化層和掩模層上形成第二氧化層，且第二氧化層與第一氧 化層具有不相同的蝕刻率，隨后移除高于掩模層表面的第二氧化層，使第一 與第二氧化層在各淺溝槽中形成絕緣淺溝槽結構。接著移除掩模層，使相鄰 絕緣淺溝槽結構之間分別具有凹陷區(qū)域，最后在凹陷區(qū)域內填入第 一 導電 層，以形成設于各凹陷區(qū)域內的浮置柵極。由于本發(fā)明方法將第二氧化層填入第 一氧化層中的孔隙內，可以避免已 知方法中因多晶硅層或其他導電材料填入孔隙而產生的漏電流與有源區(qū)域 短路等問題，可以提高快閃存儲器的品質和可信賴性。


圖1至圖6為已知制作快閃存儲器的工藝示意圖。圖7至圖16為本發(fā)明制作快閃存儲器的方法的工藝示意圖。 附圖標記說明10快閃存儲器12硅基底14薄氧化層16第一多晶硅層18掩模層20淺溝槽22 .襯墊層24HDP氧化層26孔隙28絕緣淺溝槽結構30凹陷區(qū)域32第二多晶硅層34浮置柵極50快閃存儲器52半導體基底54浮置柵極介電層56多晶硅層58掩模層60淺溝槽62襯墊層64第一氧化層66孑L隙68多晶硅層70濕式氧化工藝72第二氧化層74絕緣淺溝槽結構76凹陷區(qū)域78第一導電層80浮置柵極82絕緣淺溝槽結構表面84介電層86第二導電層具體實施方式
請參考圖7至圖16,圖7至圖16為本發(fā)明制作一快閃存儲器50的方法 的工藝示意圖。首先如圖7所示，提供半導體基底52,其可為硅基底。半導 體基底52表面包含浮置柵極介電層54、多晶硅層56以及掩模層58，其中 浮置柵極介電層54為薄氧化層，而掩模層58可包含氮化硅材料。然后，進 行光刻暨蝕刻工藝，移除半導體基底52表面的部分材料，以形成多個設于 半導體基底52中的淺溝槽60。為了提高快閃存儲器50的集成度，淺溝槽 60的高寬比優(yōu)選大于5。
請參考圖8，接著進行氧化工藝，在淺溝槽60表面形成襯墊層62,再 進行HDP化學氣相沉積工藝而在半導體基底52表面形成HDP氧化層，如 圖8所示的第一氧化層64,由于以HDP沉積工藝所制成的第一氧化層64 的填洞能力較差，且淺溝槽60的高寬比較大，因此在HDP沉積工藝中會在 各淺溝槽60的上部分別形成設于第一氧化層64內的至少一孔隙66。接著， 如圖9所示，進行回蝕刻工藝以移除高于掩模層58表面的部分第一氧化層 64,并暴露出第一氧化層64內的孔隙66。待暴露出淺溝槽60上部的孔隙66后，在孔隙66內再填入第二氧化層， 其形成方式請參考圖10至12。如圖IO所示，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，可 先進行低壓化學氣相沉積(low-pressure chemical vapor deposition, LPCVD ) 工藝以在半導體基底52表面全面形成多晶硅層68,同時使多晶硅層68填入 暴露出的孔隙66中。然后請參考圖11,在高溫環(huán)境下進行濕式氧化工藝70， 氧化多晶硅層68而形成第二氧化層72。接著如圖12所示，以掩^^莫層58當 作停止層，進行化學機械拋光工藝，移除部分第二氧化層72,剩下的第二氧 化層72則設于孔隙66內，且第二氧化層72與第一氧化層64在各淺溝槽60 內共同形成絕緣淺溝槽結構74。值得注意的是，由于以LPCVD工藝形成的多晶硅層68具有優(yōu)選的階梯 覆蓋能力，因此能有效填滿孔隙66。此外，因為濕式氧化工藝系在長時間的 高溫環(huán)境下所進行，所以此濕式氧化工藝可同時致密化第一氧化層64，以取 代現(xiàn)有技術中的燒結工藝。再者，以氧化多晶硅層68而形成的第二氧化層 72與包含HDP氧化硅材料的第一氧化層64具有不相同的蝕刻率，且第二氧 化層72具有優(yōu)選的薄膜品質和絕緣能力，能提供快閃存儲器10良好的可信 賴性。然而，雖然在本發(fā)明優(yōu)選實施例中介紹先制作多晶硅層68、再將多晶硅 層68氧化以形成第二氧化層72的方法，但在本發(fā)明的其他實施例中，第二 氧化層72還可以其他工藝制作而包含TEOS硅氧材料或HDP硅氧材料，其 形成方式可利用四乙氧基硅烷(tetra-ethyl-ortho-silicate, TEOS )為前驅體， 并以LPCVD工藝來形成TEOS硅氧材料，或者利用等離子體增強化學氣相 沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD )的HDP工藝再 配合燒結工藝以形成致密的HDP硅氧材料。接著，請參考圖13,完成絕緣淺溝槽結構74的制作后，移除半導體基
底52表面的掩模層58，而在相鄰絕緣淺溝槽結構74之間形成凹陷區(qū)域76。 然后如圖14所示，進^f亍沉積工藝，在半導體基底52上全面形成第一導電層 78,其中第一導電層78優(yōu)選包含多晶硅材料。然后利用絕緣淺溝槽結構74 當作停止層，進行化學機械拋光工藝以移除部分第一導電層78，剩下的第一 導電層78設于凹陷區(qū)域76內且與多晶硅層56共同形成浮置柵極80。請參考圖15,接著對絕緣淺溝槽結構74內的第一氧化層64與第二氧化 層72進行回蝕刻工藝，其優(yōu)選為濕式蝕刻工藝，以移除絕緣淺溝槽結構74 上部的部分第一氧化層64與第二氧化層72。值得注意的是，由于第二氧化 層72由多晶硅材料氧化所形成，而第一氧化層64以HDP工藝所制作，因 此兩者具有不相同的蝕刻率，在此回蝕刻工藝中即可利用第一氧化層64與 第二氧化層72蝕刻率的差異性，使蝕刻后淺溝槽60內剩下的絕緣淺溝槽結 構74具有中心下凹的階梯狀表面82,如圖15所示，類似于回蝕刻工藝前第 一氧化層64與第二氧化層72的交界面的形狀。請參考圖16,在半導體基底52表面依序沉積氧化硅層、氮化硅層以及 氧化硅層而形成介電層84,覆蓋在浮置柵極80的表面與絕緣淺溝槽結構74 的表面82上。最后，進行沉積工藝而在半導體基底52表面形成包含多晶硅 材料的第二導電層86,同時填入淺溝槽60的上部并覆蓋介電層84表面，以 形成控制柵極。由圖16可知，由于在淺溝槽60上部的介電層84階梯覆蓋絕緣淺溝槽 結構74的表面82，因此和浮置柵極80之間具有較大的耦合面積，能夠增加 存儲單元的耦合比，能夠有效提高快閃存儲器50的寫入速度。再者，根據(jù) 本發(fā)明的方法，可以避免絕^^淺溝槽結構74內存在因已知工藝所產生的孔 隙缺陷，能解決現(xiàn)有技術中的有源區(qū)域短路以及漏電流等問題。相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明方法先后在淺溝槽中形成蝕刻率以及品質不同 的第一與第二氧化層，以解決現(xiàn)有技術中因HDP氧化層階梯覆蓋能力不足 而產生的孔隙及其導致的有源區(qū)域短路以及漏電流等問題，提高快閃存儲器 的可信賴性。此外，本發(fā)明亦利用第一與第二氧化層蝕刻率不同的特性，能 在后續(xù)回蝕刻工藝中形成表面中心下凹的絕緣淺溝槽結構，有效提高控制柵 極與浮置柵極間的耦合比，進而改善快閃存儲器的操作品質。再者，本發(fā)明 工藝中第二氧化層的制作方法先沉積多晶硅層，再經(jīng)由高溫氧化而形成，因 此薄膜品質佳，且其高溫氧化工藝可以取代現(xiàn)有技術中HDP氧化材料的燒 結工藝，能達到簡化工藝的功能。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的等同變 化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1、一種制作快閃存儲器的方法，包含提供基底，其表面包含掩模層；移除部分該掩模層以及該基底以形成多個淺溝槽；在該基底上形成第一氧化層，填入這些淺溝槽中；移除高于該掩模層表面的部分該第一氧化層；在該第一氧化層以及該掩模層上形成第二氧化層，且該第二氧化層與該第一氧化層具有不相同的蝕刻率；移除高于該掩模層表面的部分該第二氧化層，且該第一與該第二氧化層在各該淺溝槽中形成絕緣淺溝槽結構；移除該掩模層，使相鄰的這些絕緣淺溝槽結構之間分別具有凹陷區(qū)域；以及在這些凹陷區(qū)域內填入第一導電層，以在各該凹陷區(qū)域內形成浮置柵極。
2、 如權利要求1所述的方法，其中該方法在形成這些浮置柵極之后， 還包含下列步驟進行回蝕刻工藝，以移除部分這些絕緣淺溝槽結構，并利用該第一與該 第二氧化層的蝕刻率不相同的特性，使剩下的這些絕緣淺溝槽結構具有不平 坦的表面；在該基底表面形成介電層，覆蓋于這些浮置柵極以及這些絕緣淺溝槽結 構的表面；以及在該基底上形成第二導電層，覆蓋該介電層。
3、 如權利要求2所述的方法，其中在該回蝕刻工藝之后，剩下的這些 絕緣淺溝槽結構具有階梯狀的表面。
4、 如權利要求1所述的方法，其中移除高于該掩模層表面的部分該第 一氧化層的步驟包含回蝕刻工藝。
5、 如權利要求1所述的方法，其中在各該凹陷區(qū)域內填入該第一導電 層的方法包含在該基底上形成該第一導電層；以及進行研磨工藝，以該絕緣淺溝槽結構當作停止層，移除部分該第一導電 　層，使剩下的該第 一導電層在各該凹陷區(qū)域內形成這些浮置柵極。
6、 如權利要求1所述的方法，其中填入這些淺溝槽中的該第一氧化層包含位于該淺溝槽的上部的至少 一孔隙，之后移除高于該掩模層表面的部分 該第一氧化層，暴露出該孔隙。
7、 如權利要求6所述的方法，其中形成該第二氧化層的方法包含 在該基底上形成多晶硅層，同時填入暴露出的該孔隙中； 氧化該多晶硅層，以使該多晶硅層形成該第二氧化層；以及 進行研磨工藝，以該掩模層當作停止層而移除部分該第二氧化層。
8、 如權利要求7所述的方法，其中氧化該多晶硅層的步驟包含濕式氧 化工藝。
9、 如權利要求7所述的方法，其中形成該多晶硅層的步驟包含進行低 壓化學氣相沉積工藝。
10、 如權利要求6所述的方法，其中該第二氧化層的形成方法包含 進行高密度等離子體沉積工藝，以在該基底上形成高密度等離子體氧化層以及進行燒結工藝，以使該高密度等離子體氧化層致密化。
11、 如權利要求10所述的方法，其中該高密度等離子體沉積工藝為等 離子體增強化學氣相沉積工藝。
12、 如權利要求l所述的方法，其中該第二氧化層包含四乙氧基硅烷的 硅氧材料。
13、 如權利要求12所述的方法，其還包含進行低壓化學氣相沉積工藝， 以形成該第二氧化層。
14、 如權利要求l所述的方法，其中該第一氧化層通過高密度等離子體 沉積工藝所形成。
15、 如權利要求l所述的方法，其中該第一導電層包含多晶硅材料。
16、 如權利要求l所述的方法，其中該基底表面還包含浮置柵極介電層 與多晶硅層，設于該掩模層的下方。
17、 如權利要求16所述的方法，其中在移除該掩模層之后，該多晶硅 層曝露于這些凹陷區(qū)域內，而后續(xù)形成于這些凹陷區(qū)域內的該第一導電層與 該多晶硅層共同形成這些浮置柵極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制作快閃存儲器的方法，首先提供表面包含掩模層的基底，然后在基底表面形成多個淺溝槽，再于基底上形成第一氧化層以填入淺溝槽中，接著移除高于掩模層表面的部分第一氧化層，然后在掩模層和第一氧化層上形成第二氧化層，其中第二氧化層與第一氧化層具有不相同的蝕刻率。移除高于掩模層表面的第二氧化層，使第一與第二氧化層在各該淺溝槽中分別形成絕緣淺溝槽結構。移除掩模層，使相鄰絕緣淺溝槽結構之間具有凹陷區(qū)域，最后在凹陷區(qū)域內填入導電層，以形成浮置柵極。
文檔編號H01L21/762GK101399234SQ20071016198
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月27日 優(yōu)先權日2007年9月27日
發(fā)明者楊立民, 王炳堯, 許嘉哲 申請人:力晶半導體股份有限公司