專利名稱：制造高電容極間電介質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種形成電介質(zhì)復(fù)合材料層的方法，更具體地說涉及一種形成ONO復(fù)合材料層的四氮化三硅薄膜的方法，此復(fù)合層用作極間電介質(zhì)。
背景技術(shù)：
包含具有二氧化硅/四氮化三硅/二氧化硅層的ONO電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的極間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)是已知的技術(shù)。ONO電介質(zhì)用于制造非易失存儲(chǔ)器件例如EPROM(電可編程只讀存儲(chǔ)器)，EEPROM(電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)，F(xiàn)LASH及其他電容器器件。
在已有技術(shù)中，非易失存儲(chǔ)器器件通常包括一系列存儲(chǔ)單元。每一存儲(chǔ)單元包括形成在基底表面上的源區(qū)及漏區(qū)，一位于源區(qū)及漏區(qū)之間的絕緣層，一在該絕緣層上的浮柵，一在該浮柵上的絕緣電介質(zhì)層以及一在該絕緣電介質(zhì)上的控制柵。浮柵持有電荷，該絕緣電介質(zhì)使浮柵絕緣，幫助浮柵保持其電荷。一二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在浮柵中，該數(shù)據(jù)的值是電荷的函數(shù)，所以電荷的失去或增加可以改變數(shù)據(jù)的值。因此每一個(gè)浮柵能夠長期保持電荷是很重要的。
浮柵保持其電荷的能力主要決定于所用的使浮柵絕緣的電介質(zhì)材料。為了防止電荷失去，該電介質(zhì)必需具有足夠高的擊穿電壓以當(dāng)有一高電壓在編程過程中加在控制柵上時(shí)，能夠阻止電子從浮柵跑到控制柵上去。用于把電荷引進(jìn)浮柵的能量是浮柵及控制柵之間的電容的函數(shù)并且與電介質(zhì)層的厚度有關(guān)。因?yàn)殡娙菖c電介質(zhì)常數(shù)及電介質(zhì)層的表面面積成正比，增加表面面積或降低電介質(zhì)層的厚度將增加存儲(chǔ)單元的電容。當(dāng)使用存儲(chǔ)單元的器件的密度較小時(shí)，每個(gè)器件占據(jù)的面積就變小，結(jié)果較小的器件的電容就較低。因此，人們就希望把絕緣電介質(zhì)層的厚度盡可能減小，以使電荷進(jìn)出浮柵所需要的能量盡量減小并且希望可以增加器件的電容。
ONO電介質(zhì)復(fù)合材料層有一層二氧化硅，一中間層，此中間層由覆蓋該二氧化硅的四氮化三硅組成；以及一覆蓋該四氮化三硅層的二氧化硅層。對(duì)ONO復(fù)合材料層的四氮化三硅層進(jìn)行氧化可以使四氮化三硅層變薄，從而使絕緣電介質(zhì)的厚度盡量降低。授予Chang等人的美國專利5,619,052號(hào)提供了加工處理的步驟，例如，提供了氧化氮化物層的步驟，氮化物層制成比諸氧化物層為薄。
授予Hong等人的美國專利5,504,021號(hào)敘述了制造一種ONO疊層電介質(zhì)的方法。此方法涉及在硅基底表面上淀積一層厚度約20-60埃()的薄的氮化物層。該氮化物層用低壓乾氧化工藝進(jìn)行氧化以形成ONO疊層電介質(zhì)。
不幸的是，當(dāng)電介質(zhì)的厚度降低時(shí)，通過針孔的電荷漏泄及存在于電介質(zhì)中的其他缺陷就增加。
授予Srinivasan等人的美國專利5,882,978號(hào)提供了一種降低電容器電介質(zhì)中的四氮化三硅層內(nèi)的缺陷的方法。該方法涉及先在基底上形成一第一層四氮化三硅，該四氮化三硅有一其中形成針孔的外表面，將針孔用濕的酸性蝕刻溶液(例如用磷酸)加以加寬。然后在此第一層上及加寬后的針孔內(nèi)形成一包含硅的第二層，對(duì)第二層的硅進(jìn)行氮化以形成四氮化三硅，從而形成一包含四氮化三硅的層，此層包括第一、第二層的四氮化三硅。
采用這種方法無法降低ONO復(fù)合電介質(zhì)中的四氮化三硅層的厚度。但是，如上所述，電介質(zhì)層愈薄，電容就愈大。
因此本發(fā)明的目的是提供一種制造具有薄的四氮化三硅層且具有優(yōu)良機(jī)械性能例如具有較少缺陷的ONO復(fù)合材料層的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造具有薄的四氮化三硅層且具有優(yōu)良電性能的ONO復(fù)合材料層的方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種增加極間電介質(zhì)的電容的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種制造一極間電介質(zhì)的方法，該極間電介質(zhì)具有低的漏電電流且具有高的可靠性。
本發(fā)明概要本發(fā)明提供一種制造二氧化硅/四氮化三硅/二氧化硅疊式復(fù)合材料層ONO的方法，此ONO疊式復(fù)合材料層具有人們所希望的減小的缺陷密度的薄的四氮化三硅層的特點(diǎn)。具有較低缺陷密度的薄的四氮化三硅層有助于形成高電容極間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。降低電介質(zhì)的厚度可以增加電容而降低缺陷的密度可以防止從存儲(chǔ)單元的浮柵泄漏電流(漏電)，此浮柵是由電介質(zhì)結(jié)構(gòu)絕緣的。
在形成ONO復(fù)合材料層時(shí)，在一基底例如多晶硅上形成一底二氧化硅層。在該底二氧化硅層上形成一四氮化三硅層并進(jìn)行氧化以使其變薄。四氮化三硅薄膜的氧化通過反應(yīng)消耗掉一些四氮化三硅，此反應(yīng)產(chǎn)生二氧化硅層及氨。用氫氟酸稀釋除去此二氧化硅層。然后對(duì)四氮化三硅層通過再次氧化而使之再度減薄。在此四氮化三硅層層上生長一第二二氧化硅層。一第二層多晶硅淀積在此四氮化三硅上，形成一極間電介質(zhì)。令人驚訝的是，ONO電介材料的四氮化三硅層比用傳統(tǒng)方法減薄的ONO電介材料的四氮化三硅層來得薄而且比具有同樣厚度的四氮化三硅但用傳統(tǒng)方法減薄的ONO電介質(zhì)的缺陷為少。從而可以提供具有較高電容的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明形成的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)可以用于EEPROM，EPPROM，F(xiàn)LASH單元及其他電容器器件之中。
附圖簡(jiǎn)單介紹

圖1(A)～圖1(E)示出了采用本發(fā)明的方法在二氧化硅基底上形成一薄的ONO電介質(zhì)復(fù)合材料層時(shí)的情況。
圖2是一極間電介質(zhì)的示意圖，此極間電介質(zhì)具有采用圖1(A)～圖1(E)所示的本發(fā)明的方法形成的ONO電介質(zhì)材料。
實(shí)施本發(fā)明的較佳方式下面的方法提供本發(fā)明形成ONO電介質(zhì)的方法。圖1A示出了一第一二氧化硅層14。該二氧化硅層14可以用多種已有技術(shù)方法形成，例如用在O2環(huán)境中進(jìn)行熱生長、在N2O環(huán)境中進(jìn)行熱生長、低溫化學(xué)汽相淀積(400℃)以及高溫化學(xué)汽相淀積(800-1000℃)。高溫化學(xué)汽相淀積法比較用得多，因?yàn)榇朔椒墚a(chǎn)生低濃度缺陷的氧化膜。它還可以生產(chǎn)出一氧化膜，此氧化膜與下面的多晶硅層52(示于圖2)的表面是可相符合或相一致的。此二氧化硅層的厚度可以例如在幾個(gè)埃(A)到幾百個(gè)埃(A)的范圍內(nèi)。
在形成了底二氧化硅層14以后，在該二氧化硅層14上形成一四氮化三硅層16。該四氮化三硅層16可以用多種已有技術(shù)的方法形成在底氧化物層14上，其中例如包括化學(xué)汽相淀積及快速熱處理(RTP)，該氮化物層最好在溫度650℃～780℃之間使用SiH2Cl2/NH3的化學(xué)汽相淀積法形成。
在形成了四氮化三硅層16之后，對(duì)該四氮化三硅進(jìn)行氧化。在四氮化三硅層16的氧化期間熱生長一層臨時(shí)性的二氧化硅層18。此二氧化硅層18是在溫度高于800℃下用H2及O2氣體的高溫蒸汽氧化法熱生長在氮化物層16上的，此氧化法是已知的已有技術(shù)。在另一個(gè)例子中，是使用已知的已有技術(shù)的乾氧化法在O2的環(huán)境中或N2的環(huán)境中熱生長二氧化硅層的。
四氮化三硅層的氧化消耗掉了一些四氮化三硅或者說使四氮化三硅變薄了些，同時(shí)產(chǎn)生了二氧化硅，其反應(yīng)式如下
氧化工藝過程可以變化以產(chǎn)生不同厚度的四氮化三硅。
所產(chǎn)生的二氧化硅層18用通常的氧化物除去或脫除溶液例如氫氟酸稀釋除去。稀釋可以在室溫下進(jìn)行。使用稀釋溶液是為了獲得良好的工藝過程控制。稀釋的配方通常含有緩沖劑，例如氟化銨(NH4F)。此緩沖劑有助于防止氟離子耗盡從而維持穩(wěn)定的蝕刻特性。氧化物除去總的反應(yīng)如下
在二氧化硅18除去以后，四氮化三硅16變薄了些，對(duì)此四氮化三硅層16再次進(jìn)行氧化。通過如上所述的高溫蒸汽氧化方法在氮化物層16上面熱生長一層頂氧化物層20。在另一個(gè)例子中，如上所述使用了乾氧化法進(jìn)行再氧化。四氮化三硅層16的再氧化使四氮化三硅層變薄并產(chǎn)生在頂二氧化硅層20。此頂二氧化硅層20的厚度可以例如在幾埃()到幾百埃()的范圍內(nèi)。
如圖1E及圖2所示，所得到的ONO復(fù)合材料層40具有減薄的四氮化三硅層。該四氮化三硅層被減薄了兩次，因此在再氧化完成后，初始的四氮化三硅層的淀積厚度足以形成所需最終厚度的部分。所得到的四氮化三硅層16厚度可在幾埃()到幾百埃()的范圍內(nèi)。用本發(fā)明的方法形成的ONO復(fù)合材料層40被用來制造如圖2所示的極間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的制造過程中，ONO復(fù)合層40的底部的二氧化硅層14(圖1)可以先用如上所述的淀積技術(shù)或上其他技術(shù)或已有技術(shù)形成在下面多晶硅層52之上(圖2)，然后淀積四氮化三硅層16，對(duì)四氮化三硅層16進(jìn)行氧化，除去氧化物18，然后對(duì)該四氮化三硅進(jìn)行再次氧化，如上所述。然后，再在二氧化硅層20的頂部用本技術(shù)領(lǐng)域的已知方法淀積一第二多晶硅層54從而形成極間電介質(zhì)70。多晶硅層52可以為用于種種器件的存儲(chǔ)單元形成一浮柵，而多晶硅層54可以形成一控制柵。
使用本發(fā)明的方法產(chǎn)生了一ONO復(fù)合層，此復(fù)合層具有一薄的四氮化三硅層。薄的四氮化三硅是有利的，因?yàn)槭顾牡璧暮穸缺M量薄可以加強(qiáng)ONO復(fù)合層的保持電荷的性能。例如，本發(fā)明的四氮化三硅層所能提供的電容比淀積的具有同樣厚度，或者比使用傳統(tǒng)技術(shù)減薄到同樣厚度的四氮化三硅來得大。本發(fā)明的有利之處還包括四氮化三硅層的缺陷密度低于使用傳統(tǒng)技術(shù)淀積成同樣厚度的ONO復(fù)合層的四氮化三硅層或減薄到同樣厚度的四氮化三硅層中的缺陷密度。
用本發(fā)明的方法制成的極間電介質(zhì)70(圖2)由高度的結(jié)構(gòu)上的完整性可以防止電荷漏泄并提供高的電容能級(jí)。極間電介質(zhì)70可用于制造EPROM，EEPROM及FLASH器件及其他器件而形成可靠的存儲(chǔ)器件。
權(quán)利要求
1.一種形成一ONO電介質(zhì)的方法，該方法包括在第一二氧化硅層上形成一四氮化三硅層；氧化該四氮化三硅層，在所述四氮化三硅層上產(chǎn)生一臨時(shí)性二氧化硅層；除去該臨時(shí)性二氧化硅層，再氧化該四氮化三硅層，在所述四氮化三硅層上形成一頂二氧化硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述臨時(shí)性二氧化硅是用氫氟酸稀釋除去的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述氫氟酸稀釋是在室溫下進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述酸稀釋包括一緩沖劑。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述緩沖劑是氟化銨。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氧化是用高溫蒸汽氧化方法進(jìn)行的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述溫度大于800℃。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氧化使四氮化三硅層變薄。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所形成的四氮化三硅層具有降低的缺陷密度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述ONO復(fù)合電介質(zhì)是位于一極間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述臨時(shí)性二氧化硅層是形成在多晶硅基底上的。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，一層多晶硅淀積在所述頂二氧化硅層上。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成所述臨時(shí)性二氧化硅層是由氧化所述多晶硅基底形成的。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，四氮化三硅層是通過在第一二氧化硅層上淀積一層氮化物薄膜形成的。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述淀積是用化學(xué)汽相淀積方法淀積的。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，再氧化是用高溫蒸汽氧化方法進(jìn)行的。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氧化是用乾氧化方法進(jìn)行的。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述再氧化是用乾氧化方法進(jìn)行的。
19.一種制造高電容極間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在一底部多晶硅基底上形成一第一層二氧化硅；在所述二氧化硅上形成一層四氮化三硅層；氧化所述四氮化三硅層，在所述四氮化三硅層上形成一臨時(shí)性二氧化硅層；除去所述臨時(shí)性二氧化硅層；再氧化所述四氮化三硅層，形成一頂二氧化硅層；以及在所述頂二氧化硅層上淀積一第二多晶硅層。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述氧化用的是高溫蒸汽氧化方法。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述再氧化用的是高溫蒸汽氧化方法。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述極間電介質(zhì)具有增加的電容。
全文摘要
一種用于制造一二氧化硅/四氮化三硅/二氧化硅(ONO)疊式復(fù)合層(40)的方法。此復(fù)合層具有一薄的四氮化三硅層(16)用于提供一高電容極間電介質(zhì)結(jié)構(gòu)(70)。在形成復(fù)合層時(shí)，先在一基底上例如一多晶硅(52)上形成一底二氧化硅層(14)。然后，在該底二氧化硅層上形成一四氮化三硅層(16)，并用氧化法使該層(16)變薄。四氮化三硅薄膜(16)的氧化通過反應(yīng)消耗了一些四氮化三硅，此反應(yīng)產(chǎn)生另一二氧化硅層(18)，此層(18)用氫氟酸稀釋加以去除。接著再次對(duì)四氮化三硅層(16)進(jìn)行氧化而再次使之變薄，并在該層(16)上形成一頂二氧化硅層(20)而形成ONO疊式復(fù)合層(40)。然后，在該ONO疊式復(fù)合層上淀積一第二多晶硅層(54)，從而形成極間電介質(zhì)(70)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1500289SQ02807234
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2002年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月28日
發(fā)明者M·A·古德, A·S·凱爾科, M A 古德, 凱爾科 申請(qǐng)人:愛特梅爾股份有限公司