專利名稱：制造快閃存儲器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造非易失性存儲器件的方法，更尤其涉及制造釆用氧 化鋁(Ah03)層作為介電層的非易失性存儲器件的方法。
背景技術(shù)：
如果不供給電源，那么常規(guī)的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)器件丟 失存儲數(shù)據(jù)。在常規(guī)的DRAM器件中，晶體管作為開關(guān)元件，電容器 作為數(shù)據(jù)存儲器元件。因此，DRAM器件是一種易失性存儲器件，其 中當(dāng)電源斷開時內(nèi)部數(shù)據(jù)丟失。為克服DRAM的這種缺點，對非易失性存儲器件進(jìn)行研究，在一 種DRAM中實現(xiàn)DRAM的高速寫入能力以及非易失性能。即，已經(jīng)開發(fā)非易失性存儲器件以具有可在其中儲存數(shù)據(jù)的晶體 管，使得在DRAM電源斷開時存儲在電容器中的數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)讲⒋?儲在晶體管中，由此表現(xiàn)出類似于快閃存儲器件的性能。眾所周知，非易失性存儲器件具有配置有浮置柵極結(jié)構(gòu)和單柵極結(jié) 構(gòu)的柵極疊層。浮置柵極結(jié)構(gòu)和單柵極結(jié)構(gòu)使用高K氧化物層作為介電層，例如， Ah03層。通常，使用含有三氯硼烷(BCl3)氣體和甲烷(CH4)氣體的氣體混合物進(jìn)行Al203的蝕刻，其中BCl3氣體用作主氣體。然而，在使用BCl3氣體的情況下，入1203層與下層(underlying layer)例如多晶珪層和氮化物層的蝕刻選擇性比最多為約3:1。BC13氣體和氧化鋁層之間的化學(xué)反應(yīng)表示為下式1。<formula>formula see original document page 4</formula>式1)由式1可知，BCl3氣體與入1203層反應(yīng)從而產(chǎn)生氯化鋁(AICW氣 體和氧化硼(B-O)。此時，AlCl3產(chǎn)物揮發(fā)，但是B-O產(chǎn)物留下妨礙A1203 層的蝕刻，因此導(dǎo)致相對于下層的蝕刻選擇性比降低。為形成具有垂直剖面的柵極疊層，A1203層也必須形成為具有垂直 剖面。然而，BCl3氣體對下層具有低的蝕刻選擇性比，這使得難以充分 地進(jìn)行獲得垂直剖面所需的過蝕刻，使得難以蝕刻氧化鋁層以具有角度 大于87。的基本上垂直剖面。因此，蝕刻的氧化鋁層最終變?yōu)榫哂袃A斜的剖面，其可在后續(xù)使用 柵極疊層作為自對準(zhǔn)掩模以將摻雜劑注入襯底的離子注入工藝期間導(dǎo) 致缺陷。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施方案涉及提供制造非易失性存儲器件的方法，其可蝕 刻氧化鋁層以具有基本上垂直的剖面。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制造非易失性存儲器件的方法。所 述方法包括在襯底上形成包括氧化鋁層作為介電層的柵極疊層和使用 包含硅的氣體來蝕刻所述柵極疊層的氧化鋁層。


圖1A ~ 1C是才艮據(jù)本發(fā)明的第一實施方案制造非易失性存儲器件的 方法的橫截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案制造非易失性存儲器件的方法的 橫截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案制造非易失性存儲器件的方法的橫截面圖。
具體實施方式
本發(fā)明的實施方案涉及制造非易失性存儲器件的方法。圖1A~1C是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施方案制造非易失性存儲 器件方法的橫截面圖。在本發(fā)明的第一實施方案中，以下將示例性描述 具有硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)結(jié)構(gòu)的非易失性存儲器件。參考圖1A，在襯底101上形成隧道氧化物層102、氮化物層103、 氧化鋁層104、多晶硅層105和硅化鵠層106，以形成SONOS結(jié)構(gòu)。在此，襯底101可以為經(jīng)歷非易失性存儲器件工藝的半導(dǎo)體襯底。 在SONOS結(jié)構(gòu)中氮化物層103用于存儲電荷。多晶硅層105和鵠層106 用作柵電極。隧道氧化物層102可以形成為具有約60A ~約80A的厚度， 氮化物層103可以形成為具有約50A 約70A的厚度，氧化鋁層104 可以形成為具有約100A~約150A的厚度，多晶硅層105可以形成為具 有約600A~約800A的厚度，珪化鵠層106可以形成為具有約1000A~ 約1200A的厚度。在硅化鵠層106上形成圖案化的氧氮化硅(SiON)層107和圖案化的 硬掩模氧化物層108。在此，SiON層107可以形成為具有約300A 約 500^的厚度,硬掩模氧化物層108可以形成為具有約1000A~約1500A 的厚度。參考圖1B，蝕刻硅化鵠層106和多晶硅層105。參考圖1C，然后 蝕刻氧化鋁層104。具體地，使用包含硅的氣體例如四氯化硅(SiCl4) 氣體或含有SiCl4氣體和三氯硼烷(BCl3)氣體的氣體混合物來蝕刻氧化鋁層i04。此外，將選自甲烷(cao氣體、乙炔(<:2112)氣體和含有CH4氣體與C2H2氣體的氣體混合物的保護(hù)氣體(shielding gas )加入所述包 含硅的氣體中，并在約100。C或更低的溫度下蝕刻氧化鋁層104。然后 進(jìn)行過蝕刻以得到具有基本垂直剖面的氧化鋁層104，同時不施加底部 功率。以這種方法，當(dāng)蝕刻氧化鋁層104時，通過使用包含硅的氣體例如包含SiCU氣體的氣體，氧化鋁層104與下層例如氮化物層、氧化物層、 多晶硅層(在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，氮化物層是目標(biāo)下層)的蝕刻 選擇比可以保持在約5:1或更大。因此，可以有效地過蝕刻氧化鋁層104 而不侵蝕下層，由此實現(xiàn)基本垂直的剖面。與在使用BC13氣體情況下相比，在使用包含硅氣體的情況下能夠?qū)?現(xiàn)與下層的更高蝕刻選擇比的原因由下式2顯而易見。SiCl4 + A1203 ■> A1C13(T) + Si-O--------------------(式2)由式2可知，SiCU與入1203反應(yīng)以產(chǎn)生AlCU和硅氧化物(Si-O)。 此時，AlCl3產(chǎn)物揮發(fā)掉而保留少量的Si-O。然而，因為下層例如氮化 物(Si3N4)層、氧化物(Si()2)層和多晶硅層中含有硅，殘留的Si-O沉積在 所述下層上，導(dǎo)致蝕刻選擇性比增加。因此，能確保與下層的蝕刻選擇 性比為約5:1或更大。此外，BCl3氣體具有-107。C的熔點和12.4'C的沸點，SiCU氣體具有 -70'C的熔點和57.6。C的沸點，即，SiCU氣體也具有與BCl3氣體一樣低的熔點和沸點。因為SiCl4氣體在室溫下以液態(tài)存在并具有強(qiáng)的揮發(fā)性，所以在氧化鋁的蝕刻過程中應(yīng)用SiCU沒有問題。在氧化鋁層104的蝕刻期間，與包含硅的氣體一起使用的保護(hù)氣體， 例如選自CH4氣體、C2H2氣體和含有CH4氣體與C2H2氣體的氣體混合 物中的一種，可防止與其它層相比氧化鋁層104被過度蝕刻。因為氟基或硼基氣體具有很高的熔點或沸點并由此不易揮發(fā)，所以 不可利用氟(F)基氣體或硼(B)基氣體作為蝕刻氧化鋁層104的其它氣 體。尤其是，氟基氣體與氧化鋁層104反應(yīng)以產(chǎn)生三氟化鋁(A1F3)與六 氟化鎢(WF6)，其不揮發(fā)而是沉積，從而妨礙氧化鋁層104的蝕刻。在 使用硼基氣體例如HBr氣體的情況下，留下殘渣并可以形成凸起。因此，通過使用包含珪的氣體例如包含SiCU氣體的氣體，氧化鋁 層104與下層比如氮化物層、氧化物層、和多晶硅層的蝕刻選擇性比可 以保持在約5:1或更大，由此使得其能夠?qū)⒀趸X層104蝕刻為具有基 本上垂直的剖面。盡管第一優(yōu)選實施方案舉例說明了蝕刻用于SONOS結(jié)構(gòu)中的氧化鋁層的情況，本發(fā)明也可應(yīng)用于浮置柵極結(jié)構(gòu)或金屬-Al203-氮化物國氧化物-硅(MANOS)結(jié)構(gòu)，其將更詳細(xì)地記栽于本發(fā)明的第二和第三實施 方案中。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案制造非易失性存儲器件的方法的 橫截面圖。在本發(fā)明的第二實施方案中，將示例性描述具有浮置柵極結(jié) 構(gòu)的非易失性存儲器件。參考圖2，在襯底201上形成隧道氧化物層202。在隧道氧化物層 202上設(shè)置柵極疊層。柵極疊層包括順序提供在隧道氧化物層202上的 用于浮置柵極的多晶硅層203、用于介電層的氧化鋁層204、氮化鈦(TiN) 層205、鴒(W)層206和硬掩模層207。在此，氮化鈥層205和鵠層206 用作柵電極。鵠層206可包括硅化鵠(WSix)層。類似于第一實施方案，在第二優(yōu)選實施方案中，使用包含硅的氣體 例如包含SiCU氣體的氣體來蝕刻氧化鋁層204,使得氧化鋁層204與 下面的多晶硅層203的蝕刻選擇性比可以保持為約5:1或更大，由此得 到具有基本上垂直剖面的柵極疊層。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施方案制造非易失性存儲器件的方 法的橫截面圖。根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施方案的非易失性存儲器件具有 MANOS結(jié)構(gòu)。參考圖3,在襯底301上形成隧道氧化物層302。在隧道氧化物層 302上形成柵極疊層。柵極疊層包含順序提供在隧道氧化物層302上的 用于電荷儲存的氮化物層303、用于介電層的氧化鋁層304、氮化鈦層 305、鴒層306和硬掩模層307。在此，氮化鈦層305和鵠層306用作柵 電極。或者，可以使用氮化鉭層代替氮化鈦層305。鎢層306可包括硅化 鴒層。類似于第一實施方案，在第三優(yōu)選實施方案中，使用包含硅的氣體 例如包含SiCl4氣體的氣體來蝕刻氧化鋁層304，使得氧化鋁層304相對于下面的多晶硅層303的蝕刻選擇性比可以保持為約5:1或更大，由 此得到具有基本上垂直剖面的柵極疊層。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，使用包含硅的氣體例如包含SiCU氣體的 氣體來蝕刻氧化鋁層。優(yōu)點在于氧化鋁層相對于下層的蝕刻選擇性比可 以保持為約5:1或更大，因此將氧化鋁層蝕刻為具有基本上垂直的剖面。根據(jù)本發(fā)明，可確保氧化鋁層相對于下層的高的蝕刻選擇性比，從 而實現(xiàn)氧化鋁的基本上垂直的剖面。因此，能在將摻雜劑注入襯底的離子注入的后續(xù)工藝期間防止缺 陷，因此顯著增加良品率。雖然關(guān)于具體的實施方案已經(jīng)說明了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員 而言顯而易見的是，可以進(jìn)行各種的變化和改變而不離開如所附權(quán)利要求 限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造非易失性存儲器件的方法，所述方法包括在襯底上形成柵極疊層，所述柵極疊層包括作為介電層的氧化鋁層；和使用包含硅的氣體蝕刻所述柵極疊層的氧化鋁層。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中所述包含硅的氣體包括四氯化硅(SiCU)氣 體。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中所述包含珪的氣體包括含有SiCU氣體和三 氯硼烷(BCl3)氣體的氣體混合物。
4. 權(quán)利要求l的方法，其中所述柵極疊層具有在所述氧化鋁層下方的 包含珪的下層。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中所述下層包括多晶硅層、氮化硅層和二氧 化硅層。
6. 權(quán)利要求4的方法，其中所述氧化鋁層與所述下層的蝕刻選擇性比 是約5:1或更大。
7. 權(quán)利要求2的方法，其中所述包含硅的氣體添加有保護(hù)氣體。
8. 權(quán)利要求4的方法，其中所述保護(hù)氣體包括選自甲烷(CH4)氣體、乙 炔(<:2112)氣體和包含CH4氣體與C2H2氣體的氣體混合物中的一種。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中在約100。C或更低的溫度下進(jìn)行所述氧化鋁 層的蝕刻。
10. 權(quán)利要求1的方法，還包括在蝕刻所述氧化鋁層之后，進(jìn)行過蝕刻。
11. 權(quán)利要求7的方法，其中進(jìn)行所述過蝕刻而不施加底部功率。
12. 權(quán)利要求1的方法，其中所述柵極疊層具有堆疊結(jié)構(gòu)，在所述堆疊 結(jié)構(gòu)中在所述襯底上形成有氧化物層、多晶硅層、氧化鋁層、氮化鈦層、 和鎢層或硅化鎢層。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中所述柵極疊層具有堆疊結(jié)構(gòu)，在所述堆疊 結(jié)構(gòu)中在所述襯底上形成有氧化物層、氮化物層、氧化鋁層、鈦層或氮 化鈦層、和鴒層或硅化鴒層。
全文摘要
一種制造非易失存儲器件的方法，所述方法包括在襯底上形成包括作為介電層的氧化鋁層的柵極疊層和使用包含硅的氣體蝕刻所述柵極疊層的氧化鋁層。
文檔編號H01L21/311GK101252084SQ20071019532
公開日2008年8月27日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日
發(fā)明者鄭臺愚 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司