專利名稱：快閃存儲器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制作工藝，尤其是一種快閃存儲器及其制作方法。
背景技術(shù)：
快閃存儲器是一類非易失性存儲器，即使在供電電源關(guān)閉后仍能保持片內(nèi)信息； 在系統(tǒng)電可擦除和可重復(fù)編程，而不需要特殊的高電壓；快閃存儲器具有成本低、密度大的 特點。快閃存儲器，一般是被設(shè)計成具有堆棧式柵極(Stack-Gate)結(jié)構(gòu)，此結(jié) 構(gòu)包括隧穿氧化層、用來儲存電荷的多晶硅浮置柵極、氧化硅/氮化硅/氧化硅 (Oxide-Nitride-Oxide, ΟΝΟ)結(jié)構(gòu)的柵間介電層以及用來控制數(shù)據(jù)存取的多晶硅控制柵 極?，F(xiàn)有快閃存儲器的制作過程如圖1至圖4所示。參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100 ’然 后，于半導(dǎo)體襯底100上形成隧穿氧化層106，隧穿氧化層106的材質(zhì)是氧化硅；傳統(tǒng)形成 隧穿氧化層106的工藝是熱氧化法，在高溫環(huán)境下，將半導(dǎo)體襯底100暴露在含氧環(huán)境中， 所述工藝通常在爐管中實現(xiàn)。如圖2所示，在隧穿氧化層106上形成第一導(dǎo)電層108，所述第一導(dǎo)電層108的材 質(zhì)例如是摻雜多晶硅，其形成的方法例如是低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)，以硅甲烷為氣體 源沉積一層多晶硅層后，再進行摻雜植入制作工藝；接著，于第一導(dǎo)電層108上形成柵間介 電層116，此柵間介電層116的材質(zhì)例如是氧化硅、氧化硅/氮化硅或氧化硅/氮化硅/氧 化硅(ONO)；因快閃存儲器要求與浮置柵極接觸的氧化硅層須具備良好的電性，以避免在 正常電壓下，發(fā)生用來儲存電荷的浮置柵極發(fā)生漏電或是過早電崩潰的問題；以柵間介電 層116的材質(zhì)是氧化硅/氮化硅/氧化硅為例，以低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)形成一層 均勻的氧化硅層110，接著以低壓化學(xué)氣相沉積法在氧化硅層110上形成氮化硅層112，然 后再以低壓化學(xué)氣相沉積法形成另一層氧化硅層114。然后，用化學(xué)氣相沉積法在柵間介電層116之上形成第二導(dǎo)電層118，第二導(dǎo)電層 118的材質(zhì)例如是摻雜復(fù)晶硅與金屬硅化物；用化學(xué)氣相沉積法在第二導(dǎo)電層118上形成 頂蓋層120，所述頂蓋層120的材料為氮化硅。在頂蓋層120上形成光阻層(未示出)，經(jīng) 過曝光、顯影工藝，定義柵極圖形；以光阻層為掩膜，刻蝕頂蓋層120和第二導(dǎo)電層118，形 成控制柵極118a ；繼續(xù)以光阻層為掩模蝕刻柵間介電層116、第一導(dǎo)電層108及隧穿氧化層 106，形成浮置柵極108a ；由頂蓋層120、控制柵極118a、柵間介電層116、浮置柵極108a及 隧穿氧化層106構(gòu)成堆棧柵極結(jié)構(gòu)。請參照圖3，灰化去除光阻層；以堆棧柵極結(jié)構(gòu)為掩模，向堆棧柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半 導(dǎo)體襯底100內(nèi)注入離子，形成源/漏極延伸區(qū)122 ；然后，與堆棧柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻 124 ；以堆棧柵極結(jié)構(gòu)和側(cè)墻124為掩膜，向半導(dǎo)體襯底100內(nèi)注入離子，形成源極/漏極 102。如圖4所示，用化學(xué)氣相沉積法在半導(dǎo)體襯底100上形成層間介質(zhì)層101 ；在層間介質(zhì)層101上旋涂光阻層(未示出)，經(jīng)過光刻工藝后，在光阻層上定義出通孔圖形；以光 阻層為掩膜，沿通孔圖形刻蝕層間介質(zhì)層101至露出源極或漏極；向通孔內(nèi)填充滿導(dǎo)電物 質(zhì)，形成導(dǎo)電插塞103 ；接著，于導(dǎo)電插塞103上形成金屬連線104，通過導(dǎo)電插塞103與源 極或漏極電連接?，F(xiàn)有形成快閃存儲器過程中，由于后段形成高密度等離子體化學(xué)氣相沉積層時所 采用的沉積工藝、刻蝕工藝、合金工藝中會有等離子體或氫離子擴散至隧穿氧化層106中， 導(dǎo)致快閃存儲器編程/擦除循環(huán)過程中耐用性降低，并且導(dǎo)致編程和擦除速率降低，影響 快閃存儲器的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種快閃存儲器及其制作方法，防止快閃存儲器編程/ 擦除循環(huán)過程中耐用性降低，以及編程和擦除速率降低，影響快閃存儲器的壽命。本發(fā)明提供一種快閃存儲器的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底 上形成有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有源極和漏極，半導(dǎo)體襯底上形成 有覆蓋柵極結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層，其中層間介質(zhì)層中包含有貫穿層間介質(zhì)層露出源極或漏極 或柵極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電插塞；在導(dǎo)電插塞和部分層間介質(zhì)層上形成金屬連線；在層間介質(zhì)層和 金屬連線上形成阻擋層。本發(fā)明還提供一種快閃存儲器，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)襯底上的柵極結(jié)構(gòu)； 位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源極和漏極；位于半導(dǎo)體襯底上且覆蓋柵極結(jié)構(gòu)的層間 介質(zhì)層；貫穿層間介質(zhì)層與源極或漏極或柵極結(jié)構(gòu)連接的導(dǎo)電插塞；位于導(dǎo)電插塞和部分 層間介質(zhì)層上的金屬連線；位于層間介質(zhì)層和金屬連線上的阻擋層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在形成金屬連線后，進行后段工藝前，在 層間介質(zhì)層和金屬連線上形成阻擋層。使后段工藝的沉積、刻蝕及合金過程中的等離子體 和氫離子無法穿過阻擋層進入隧穿氧化層中，提高了隧穿氧化層捕獲電荷的能力，提高了 快閃存儲器的編程和擦除速率，進而提高了編程/擦除循環(huán)的耐用性，使快閃存儲器的壽 命延長。


圖1至圖4是現(xiàn)有制作快閃存儲器的示意圖；圖5是本發(fā)明形成快閃存儲器的具體實施方式
流程圖；圖6至圖10是本發(fā)明制作快閃存儲器的實施例示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明形成快閃存儲器的流程如圖5所示，執(zhí)行步驟S11，提供半導(dǎo)體襯底，所述 半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有源極和漏極，半導(dǎo)體 襯底上形成有覆蓋柵極結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層，其中層間介質(zhì)層中包含有貫穿層間介質(zhì)層露出 源極或漏極或柵極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電插塞；執(zhí)行步驟S12，在導(dǎo)電插塞和部分層間介質(zhì)層上形成 金屬連線；執(zhí)行步驟S13，在層間介質(zhì)層和金屬連線上形成阻擋層?；谏鲜鰧嵤┓绞叫纬傻目扉W存儲器包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)襯底上的柵極結(jié)構(gòu)；位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源極和漏極；位于半導(dǎo)體襯底上且覆蓋柵極結(jié)構(gòu) 的層間介質(zhì)層；貫穿層間介質(zhì)層與源極或漏極或柵極結(jié)構(gòu)連接的導(dǎo)電插塞；位于導(dǎo)電插塞 和部分層間介質(zhì)層上的金屬連線；位于層間介質(zhì)層和金屬連線上的阻擋層。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。圖6至圖10是本發(fā)明制作快閃存儲器的實施例示意圖。如圖6所示，提供半導(dǎo)體 襯底200 ；接著，在半導(dǎo)體襯底200上用原位蒸汽產(chǎn)生氧化法或爐管氧化法形成隧穿氧化層 206 ；將帶有隧穿氧化層206的半導(dǎo)體襯底200放入爐管205內(nèi)，對隧穿氧化層206進行退 火，使隧穿氧化層206中的氧化硅與半導(dǎo)體襯底200界面附近的硅的懸掛鍵終結(jié)。如圖7所示，將帶有隧穿氧化層206的半導(dǎo)體襯底200從爐管205中取出；然后在 隧穿氧化層206上形成第一導(dǎo)電層208，其材料例如是摻雜多晶硅，形成第一導(dǎo)電層208的 方法例如是利用化學(xué)氣相沉積法形成一層未摻雜多晶硅層后，進行離子摻雜步驟而形成； 然后再于第一層電層208上形成柵間介電層216，柵間介電層216的材料例如是氧化硅、氧 化硅/氮化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)等，形成方法例如是低壓化學(xué)氣相沉積法； 用化學(xué)氣相沉積法在柵間介電層216上形成第二導(dǎo)電層218，第二導(dǎo)電層218的材料例如是 摻雜多晶硅或金屬硅化物；用化學(xué)氣相沉積法在第二導(dǎo)電層218上形成頂蓋層220，頂蓋層 220的材料具有蝕刻選擇性與后續(xù)形成的內(nèi)層介電層具有不同蝕刻選擇性，例如氮化硅。本實施例中，柵間介電層216的材料為氧化硅/氮化硅/氧化硅，其中第一層氧 化硅210的厚度為40埃 40埃，優(yōu)選50埃；氮化硅212的厚度為80埃 100埃，優(yōu)選90 埃；第二層氧化硅214的厚度為30埃 50埃，優(yōu)選40埃。繼續(xù)參考圖7，用旋涂法在頂蓋層220上形成第一光阻層(未圖示)，經(jīng)過曝光顯 影工藝，定義柵極圖形；以第一光阻層為掩模，蝕刻頂蓋層220和第二導(dǎo)電層218，將蝕刻后 的第二導(dǎo)電層218作為控制柵極218a ；同時繼續(xù)以光阻層為掩模，蝕刻柵間介電層216、第 一導(dǎo)電層208與隧穿氧化層206至露出半導(dǎo)體襯底，將蝕刻后的第一導(dǎo)電層208作為浮置 柵極208a ；由頂蓋層220、控制柵極218a、柵間介電層216、浮置柵極208a及隧穿氧化層206 構(gòu)成堆棧柵極結(jié)構(gòu)。如圖8所示，灰化去除第一光阻層；以堆棧柵極結(jié)構(gòu)為掩模，向堆棧柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè) 的有源區(qū)204的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)注入離子，接著進行退火工藝，形成源/漏極延伸區(qū)222 ； 然后，于堆棧柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成側(cè)墻224，側(cè)墻224的形成步驟例如先形成一層絕緣層(未 圖示)，此絕緣層的材料為蝕刻選擇性與后續(xù)形成的內(nèi)層介電層具有不同蝕刻選擇性，例如 氮化硅，然后利用非等向性蝕刻法移除部分絕緣層，于堆棧柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻224 ；接 著以堆棧柵極結(jié)構(gòu)和側(cè)墻224為掩膜，向半導(dǎo)體襯底200內(nèi)注入離子，形成源極/漏極202。如圖9所示，用化學(xué)氣相沉積法在半導(dǎo)體襯底200上形成層間介質(zhì)層201，所述層 間介質(zhì)層201的材料可以是氧化硅、正硅酸乙酯等；在層間介質(zhì)層201上旋涂光阻層(未圖 示)，經(jīng)過光刻工藝后，在光阻層上定義出通孔圖形；以光阻層為掩膜，用干法刻蝕法沿通 孔圖形刻蝕層間介質(zhì)層201至露出源極或漏極或柵極結(jié)構(gòu)表面。去除光阻層后，在層間介 質(zhì)層201表面形成導(dǎo)電物質(zhì)層，并將通孔內(nèi)填充滿導(dǎo)電物質(zhì)；用化學(xué)機械拋光法對層間介 質(zhì)層201上的導(dǎo)電物質(zhì)層進行平坦化至露出層間介質(zhì)層201，形成導(dǎo)電插塞203。接著，用 化學(xué)氣相沉積法或電鍍法于層間介質(zhì)層201和導(dǎo)電插塞203上形成金屬連線204，刻蝕采用 刻蝕方法在部分層間介質(zhì)層201和導(dǎo)電插塞203上保留金屬連線204，使其通過導(dǎo)電插塞203與源極或漏極或柵極結(jié)構(gòu)電連接。由于后段沉積工藝、刻蝕工藝、合金工藝中會有等離子體或氫離子擴散至隧穿氧 化層206中，導(dǎo)致快閃存儲器編程/擦除循環(huán)過程中耐用性降低，并且導(dǎo)致編程和擦除速率 降低，影響快閃存儲器的壽命。為解決上述問題，如圖10所示，用化學(xué)氣相沉積法在層間介 質(zhì)層201和金屬連線204上形成厚度為200埃 600埃的阻擋層223，所述阻擋層223可以 是單層的氧化硅層或氮化硅層。阻擋層223能防止后段工藝的沉積、刻蝕及合金過程中的 等離子體和氫離子穿過進入隧穿氧化層206中，提高了隧穿氧化層206捕獲電荷的能力，提 高了快閃存儲器的編程和擦除速率，進而提高了編程/擦除循環(huán)的耐用性，使快閃存儲器 的壽命延長。而由于堆棧式柵極的擦除操作是通過多晶硅-多晶硅至隧穿氧化層進行的，而編 程操作是利用漏極區(qū)熱載流子注入進行的，因此編程/擦除耐用性的降低在快閃存儲器的 擦除操作中比編程操作中更重要。另外，由于位于阻擋層223上的氧化層是采用高密度等 離子體氣相沉積法形成的氧化硅，其厚度為6000埃 8000埃，在形成氧化層的過程中等離 子體和氫離子很容易穿過其它膜層進入隧穿氧化層206中。雖然，阻擋層223的主要作用 是隔絕層，可以很好的隔絕氧化層制作中的等離子體對金屬連線的傷害，并防止等離子體 向隧穿氧化層中游弋；但是針對上述原因，還需要對所述阻擋層223的厚度進行選擇，當(dāng)阻 擋層223的材料為氧化硅時，厚度越厚阻擋效果越好，因此阻擋層223厚度為600埃的第一 氧化層的隔絕效果明顯優(yōu)于200埃。但是阻擋層223的厚度也不能過厚，會影響器件的導(dǎo) 電性能?；谏鲜鰧嵤├纬傻目扉W存儲器包括半導(dǎo)體襯底200 ；柵極結(jié)構(gòu)，位于半導(dǎo)襯 底200上，其中柵極結(jié)構(gòu)包含位于半導(dǎo)體襯底200上的隧穿氧化層206，位于隧穿氧化層 206上的浮置柵極208a，位于浮置柵極208a上的柵間介電層216，位于柵間介電層216上的 控制柵極218a，位于控制柵極218a上的頂蓋層220 ；源/漏極延伸區(qū)222，位于柵極結(jié)構(gòu)兩 側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)；側(cè)墻224，位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)；源極/漏極202，位于柵極結(jié)構(gòu)和側(cè) 墻224兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)，處于源/漏極延伸區(qū)222下方；層間介質(zhì)層201，位于半 導(dǎo)體襯底200上且覆蓋柵極結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電插塞203，貫穿層間介質(zhì)層201與源極或漏極或柵極 結(jié)構(gòu)連接；金屬連線204，位于導(dǎo)電插塞203和部分層間介質(zhì)層201上；阻擋層223，位于層 間介質(zhì)層201和金屬連線204上。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種快閃存儲器的制作方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有源極和漏極，半導(dǎo)體襯底上形成有覆蓋柵極結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層，其中層間介質(zhì)層中包含有貫穿層間介質(zhì)層露出源極或漏極或柵極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電插塞；在導(dǎo)電插塞和部分層間介質(zhì)層上形成金屬連線；在層間介質(zhì)層和金屬連線上形成阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述快閃存儲器的制作方法，其特征在于所述阻擋層的材料為氧化硅或氮化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述快閃存儲器的制作方法，其特征在于形成阻擋層的方法是化 學(xué)氣相沉積法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述快閃存儲器的制作方法，其特征在于所述阻擋層的厚度為200埃 600埃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述快閃存儲器的制作方法，其特征在于形成所述阻擋層后還包 括步驟用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法在阻擋層上形成厚度為6000埃 8000埃的氧化層。
6.一種如權(quán)利要求1所述制作方法形成的快閃存儲器，包括半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)襯 底上的柵極結(jié)構(gòu)，位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源極和漏極，位于半導(dǎo)體襯底上且覆 蓋柵極結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層，貫穿層間介質(zhì)層與源極或漏極或柵極結(jié)構(gòu)連接的導(dǎo)電插塞，位 于導(dǎo)電插塞和部分層間介質(zhì)層上的金屬連線；其特征在于，還包括位于層間介質(zhì)層和金 屬連線上的阻擋層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述快閃存儲器，其特征在于所述阻擋層的材料為氧化硅或氮化娃。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述快閃存儲器，其特征在于所述阻擋層的厚度為200埃 600埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述快閃存儲器，其特征在于還包括位于阻擋層上的氧化層。
全文摘要
本發(fā)明提出一種快閃存儲器及其制作方法。其中快閃存儲器的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有源極和漏極，半導(dǎo)體襯底上形成有覆蓋柵極結(jié)構(gòu)的層間介質(zhì)層，其中層間介質(zhì)層中包含有貫穿層間介質(zhì)層露出源極或漏極或柵極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電插塞；在導(dǎo)電插塞和部分層間介質(zhì)層上形成金屬連線；在層間介質(zhì)層和金屬連線上形成阻擋層。本發(fā)明提高了快閃存儲器的編程和擦除速率，進而提高了編程/擦除循環(huán)的耐用性，使快閃存儲器的壽命延長。
文檔編號H01L21/8247GK101894802SQ200910051850
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者張艷紅, 楊林宏 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司