專利名稱：半導(dǎo)體元件和在其中形成多晶硅層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件的制造方法，特別是涉及一種在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有習(xí)知的半導(dǎo)體制程中，多晶硅的沉積通常是藉由在低壓下進(jìn)行硅甲烷(SiH4)熱分解而形成的，一般來說，多晶硅較常被應(yīng)用于內(nèi)存元件的制程，其例如是閃存(flash memory device)元件。在閃存元件中，其中多晶硅層是作為浮置閘極(floating gate)或控制閘極(control gate)之用。
由于低溫化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)具有成本低廉、高產(chǎn)能(productionthroughput)以及所沉積的薄膜性質(zhì)良好等優(yōu)點，因此一般形成多晶硅層是采用現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)的低溫化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)。多晶硅的沉積大約在攝氏620度下進(jìn)行，此外，若為非晶硅材料，則可在相對低溫(攝氏560度)下進(jìn)行沉積，然后該非晶硅可以藉由熱回火制程而轉(zhuǎn)變成多晶硅。然而，在回火制程所形成的多晶硅層中，其通常會生成具有較大晶粒的晶界(grainboundary)，該界面會使得電子容易陷于多晶硅與閘氧化層界面之間，其電荷陷入所造成的原因說明請參閱圖1。
請參閱圖1所示，是現(xiàn)有習(xí)知的一種半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。該半導(dǎo)體元件形成的方式，是首先在基底10上形成閘氧化層12，之后，進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積法以在閘氧化層12上形成多晶硅層14，其中該多晶硅層14是由硅晶體所構(gòu)成，而這些硅晶體藉由晶界16彼此分開，如此會造成閘氧化層12與多晶硅層14之間的界面產(chǎn)生氧化層波谷(oxide valley)18，這些波谷18的形成會使得內(nèi)存元件在進(jìn)行抹除(erase)時電荷會陷入其中，而造成快閃記憶胞無法維持一致的運(yùn)作。
由此可見，上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件和在其中形成多晶硅層的制造方法仍存在有缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件和在其中形成多晶硅層的制造方法的缺陷，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。
有鑒于上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件和在其中形成多晶硅層的制造方法存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及其專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的形成具有微晶粒的多晶硅層的制造方法，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件和在其中形成多晶硅層的制造方法，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷研究、設(shè)計，并經(jīng)反復(fù)試作及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法存在的缺陷，而提供一種新的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，所要解決的技術(shù)問題是提供一種形成具有微晶粒的多晶硅層的方法，使其在回火制程所形成的多晶硅層中不會生成具有較大晶粒的晶界，從而更加適于實用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法，所要解決的技術(shù)問題是使例如快閃記憶胞的半導(dǎo)體元件的多晶硅層不會在回火制程其間生成具有較大晶粒的晶界，所以該界面不會使得電子容易陷于多晶硅與閘氧化層界面之間。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其包括提供一基底；在該基底上形成一氧化層；在該氧化層上沉積一第一硅層，其中該第一硅層包括微晶多晶硅；在第一硅層上沉積一非晶硅層；以及回火該非晶硅層以形成一多晶硅層。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。
前述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其中所述的在該氧化層上沉積該第一硅層的步驟是在一爐管溫度介于攝氏500至700度之間施行。
前述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其中所述的在該氧化層上沉積該第一硅層的步驟是在爐管壓力介于0.2m torr至5torr之間。
前述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其中所述的在該氧化層上沉積該第一硅層的步驟是為在一包含硅的反應(yīng)氣體與一載體氣體的存在下進(jìn)行低溫化學(xué)氣相沉積法。
前述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其中所述包含硅的反應(yīng)氣體是選自包含硅甲烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、氘硅甲烷(SiD4)、二氯氘硅烷(SiD2Cl2)、三氯氘硅烷(SiDCl3)、三氯硅烷(SiHCl3)、氯氘硅烷(SiD3Cl)與氯化硅烷(SiH3Cl)的族群。
前述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其中所述的載體氣體是選自氫(H2)、氘(D2)與氚(D3)。
前述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其中所述的載體氣體的流速是介于100至5000sccm之間。
前述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其中所述的第一硅層的厚度是介于50至2000埃之間。
前述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其中所述的非晶硅層的厚度是介于100至2000埃之間。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其包括以下步驟提供一基底；在該基底上形成一氧化層；在該氧化層上形成一多晶硅浮置閘極，包括提供具有微晶多晶硅的一底部晶種層；在該底部晶種層上形成一頂部非晶硅層；以及回火該頂部非晶硅層；在該浮置閘極上提供一多晶硅層間介電層；以及在該多晶硅層間介電層上形成一多晶硅控制閘極。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。
前述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中在形成該晶種層的步驟中；爐管的制程溫度是介于攝氏500至700度之間。
前述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中所述的提供該底部晶種層的步驟是在爐管壓力介于0.2m torr至5torr之間施行。
前述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中所述的底部晶種層的沉積是為在一包含硅的反應(yīng)氣體與一載體氣體的存在下進(jìn)行低溫化學(xué)氣相沉積法。
前述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中所述的包含硅的反應(yīng)氣體是選自包含硅甲烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、氘硅甲烷(SiD4)、二氯氘硅烷(SiD2Cl2)、三氯氘硅烷(SiDCl3)、三氯硅烷(SiHCl3)、氯氘硅烷(SiD3Cl)與氯化硅烷(SiH3Cl)的族群。
前述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中所述的載體氣體是選自氫(H2)、氘(D2)與氚(D3)。
前述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中所述的載體氣體的流速是介于100至5000sccm之間。
前述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中所述的底部晶種層的厚度是介于50至2000埃之間。
前述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中所述的非晶硅層的厚度是介于100至2000埃之間。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，為了達(dá)到前述發(fā)明目的，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下本發(fā)明提出一種在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，該方法是首先提供一基底，之后，在該基底上形成氧化層。然后，在氧化層上沉積第一硅層，其中第一硅層包括微晶多晶硅(microcrystalline polysilicon)。接著，在第一硅層上沉積非晶硅層。之后，回火非晶硅層，以形成一多晶硅層。
本發(fā)明還提出了一種半導(dǎo)體元件的制造方法，該方法是首先提供一基底，之后，在該基底上形成氧化層。然后，在氧化層上形成多晶硅浮置閘極，其中形成多晶硅浮置閘極的步驟包括提供具有微晶多晶硅的一底部晶種層，再在底部晶種層上形成一頂部非晶硅層，之后回火該非晶硅層。接著，在浮置閘極上提供多晶硅層間介電層。之后，在多晶硅層間介電層上形成多晶硅控制閘極。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明可以克服現(xiàn)有的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法存在的缺陷，而使多晶硅層在回火制程其間不會生成具有較大晶粒的晶界。而且，本發(fā)明還可以克服現(xiàn)有的快閃記憶胞的制造方法存在的缺陷，而避免多晶硅層在回火制程其間生成具有較大晶粒的晶界，所以該界面不會使得電子容易陷于多晶硅與閘氧化層界面之間。
綜上所述，本發(fā)明特殊的半導(dǎo)體元件和在其中形成多晶硅層的制造方法，具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，并在同類產(chǎn)品制造方法中未見有類似的設(shè)計公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在方法上或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，且較現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件和在其中形成多晶硅層的制造方法具有增進(jìn)的多項功效，從而更加適于實用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進(jìn)步、實用的新設(shè)計。
本發(fā)明的目的與優(yōu)點將在以下的實施例中提出，而且亦可藉由以下的實施例或是依照本發(fā)明的內(nèi)容加以施行而使本發(fā)明的優(yōu)點與目的更淺顯易見。除此之外，本發(fā)明的目的與優(yōu)點可以藉由申請專利范圍來加以實施并達(dá)到其目的。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
圖1是現(xiàn)有習(xí)知的一種多晶硅閘極結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖2是依照本發(fā)明一較佳實施例的一種半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖3是依照本發(fā)明一較佳實施例的另一種半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
10、22、32基底12、24、34氧化層14、26、28、36、38多晶硅層16晶界18氧化層波谷 20、30內(nèi)存元件40浮置閘極42多晶硅層間介電層44控制閘極
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的半導(dǎo)體元件和在其中形成多晶硅層的制造方法其具體方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
以下舉出來一較佳實施例來說明本發(fā)明，在該實施例的圖標(biāo)與文字?jǐn)⑹鲋校嗤蛳嗨频膮㈤啒?biāo)號是指相同的或相似的部分。
請參閱圖2、圖3所示，是依照本發(fā)明一較佳實施例的半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。首先請參閱圖2所示，依照本發(fā)明一較佳實施例的一種半導(dǎo)體元件如內(nèi)存元件20的制造方法，主要包括以下步驟首先提供一基底22。之后，在基底22上形成一層薄的閘氧化層24。然后，在閘氧化層24上形成第一多晶硅層26，其中第一多晶硅層26包括微晶多晶硅。在一實施例中，第一多晶硅層26的厚度是介于50埃至2000埃之間，此外，第一多晶硅層26的形成方式是為在包含硅的反應(yīng)氣體與載體氣體(carrier gas)的存在下進(jìn)行低溫化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)，其反應(yīng)氣體是選自包含硅甲烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、氘硅甲烷(SiD4)、二氯氘硅烷(SiD2Cl2)、三氯氘硅烷(SiDCl3)、三氯硅烷(SiHCl3)、氯氘硅烷(SiD3Cl)與氯化硅烷(SiH3Cl)的族群，其載體氣體是選自氫(H2)、氘(D2)與氚(D3)，且載體氣體的流速是介于100至5000sccm之間。
在一實施例中，第一多晶硅層26的形成方式是為進(jìn)行低溫化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)以在閘氧化層24上形成一層微晶多晶硅層，其中進(jìn)行LPCVD的爐管溫度是介于攝氏500至700度之間，而壓力是介于0.2m torr至5torr之間。若進(jìn)行單一晶圓的制程，其溫度是介于攝氏580至800度之間，而壓力是介于攝氏150至500torr之間。
接著，形成第二多晶硅層28，形成第二多晶硅層28的方法是在第一多晶硅層26上沉積一層非晶硅層，其中形成非晶硅層的方法例如是采用一般常用于制程的現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)。之后，對于非晶硅層進(jìn)行回火制程以形成第二多晶硅層28。在一實施例中，第二多晶硅層28的厚度是介于100至2000埃之間。
由于第一多晶硅層26的存在，因此第二多晶硅層28的晶粒大小較無限制，且該第二多晶硅層28的晶粒大小比一般現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)所得晶粒尺寸小，所以結(jié)合的第一多晶硅層26與第二多晶硅層28可以更容易進(jìn)行圖案化與蝕刻。除此之外，位于多晶硅層與閘氧化層之間界面且會造成電荷陷入的波谷(valleys)亦可藉由本發(fā)明縮減其大小，甚至是將波谷完全去除，所以利用本發(fā)明所制作出來的閃存將可進(jìn)行更快速地抹除(erase)。
請參閱圖3所示，在閃存元件中結(jié)合多晶硅層26、28的復(fù)合多晶硅層可以作為浮置閘極。閃存元件30的制作方法，是首先提供基底32。之后，在基底32上形成氧化層34。然后，在氧化層34上形成多晶硅浮置閘極40，其中形成浮置閘極40包括二個步驟，其是先形成底層的微晶多晶硅層36，然后在底層上形成頂層多晶硅層38，其是先在底層上方形成非晶硅層，之后并對該非晶硅層進(jìn)行回火制程以形成多晶硅層38。除此之外，記憶胞30更包括在浮置閘極40上形成多晶硅層間介電層(inter-poly dielectriclayer)42，以及在多晶硅層間介電層42上形成多晶硅控制閘極44。該多晶硅層間介電層42例如是具有三層的材料層，其包括二層氧化硅層與一層氮化硅層，其中氮化硅層位于氧化硅層之間。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其特征在于其包括提供一基底；在該基底上形成一氧化層；在該氧化層上沉積一第一硅層，其中該第一硅層包括微晶多晶硅；在第一硅層上沉積一非晶硅層；以及回火該非晶硅層以形成一多晶硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其特征在于其中所述的在該氧化層上沉積該第一硅層的步驟是在一爐管溫度介于攝氏500至700度之間施行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其特征在于其中所述的在該氧化層上沉積該第一硅層的步驟是在爐管壓力介于0.2m torr至5torr之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其特征在于其中所述的在該氧化層上沉積該第一硅層的步驟是為在一包含硅的反應(yīng)氣體與一載體氣體的存在下進(jìn)行低溫化學(xué)氣相沉積法。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其特征在于其中所述的包含硅的反應(yīng)氣體是選自包含硅甲烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、氘硅甲烷(SiD4)、二氯氘硅烷(SiD2Cl2)、三氯氘硅烷(SiDCl3)、三氯硅烷(SiHCl3)、氯氘硅烷(SiD3Cl)與氯化硅烷(SiH3Cl)的族群。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其特征在于其中所述的載體氣體是選自氫(H2)、氘(D2)與氚(D3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其特征在于其中所述的載體氣體的流速是介于100至5000sccm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其特征在于其中所述的第一硅層的厚度是介于50至2000埃之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體元件中形成多晶硅層的制造方法，其特征在于其中所述的非晶硅層的厚度是介于100至2000埃之間。
10.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于其包括以下步驟提供一基底；在該基底上形成一氧化層；在該氧化層上形成一多晶硅浮置閘極，包括提供具有微晶多晶硅的一底部晶種層；在該底部晶種層上形成一頂部非晶硅層；以及回火該頂部非晶硅層；在該浮置閘極上提供一多晶硅層間介電層；以及在該多晶硅層間介電層上形成一多晶硅控制閘極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于其中在形成該晶種層的步驟中，爐管的制程溫度是介于攝氏500至700度之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于其中所述的提供該底部晶種層的步驟是在爐管壓力介于0.2mtorr至5torr之間施行。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于其中所述的底部晶種層的沉積是為在一包含硅的反應(yīng)氣體與一載體氣體的存在下進(jìn)行低溫化學(xué)氣相沉積法。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于其中所述的包含硅的反應(yīng)氣體是選自包含硅甲烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、氘硅甲烷(SiD4)、二氯氘硅烷(SiD2Cl2)、三氯氘硅烷(SiDCl3)、三氯硅烷(SiHCl3)、氯氘硅烷(SiD3Cl)與氯化硅烷(SiH3Cl)的族群。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于其中所述的載體氣體是選自氫(H2)、氘(D2)與氚(D3)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于其中所述的載體氣體的流速是介于100至5000sccm之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于其中所述的底部晶種層的厚度是介于50至2000埃之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于其中所述的非晶硅層的厚度是介于100至2000埃之間。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體元件和在其中形成多晶硅層的制造方法。該半導(dǎo)體元件的制造方法，是首先提供一基底，之后，在該基底上形成氧化層。然后，在氧化層上形成多晶硅浮置閘極，其中形成多晶硅浮置閘極的步驟包括提供具有微晶多晶硅的底部晶種層，在底部晶種層上形成一頂部非晶硅層，之后回火該頂部非晶硅層。接著，在浮置閘極上提供一多晶硅層間介電層。之后，在多晶硅層間介電層上形成多晶硅控制閘極。
文檔編號H01L21/205GK1630036SQ20031012127
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者駱統(tǒng) 申請人:旺宏電子股份有限公司