專利名稱：在閃存裝置的柵極間形成介電層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造閃存裝置的方法，具體而言，本發(fā)明涉及一種在閃存裝置中的柵極之間形成一介電層的方法。
背景技術(shù)：
閃存裝置中的編程和擦除等作業(yè)是藉由儲存電荷至一浮動?xùn)艠O中或自一浮動?xùn)艠O擦除電荷來達成。編程和擦除等屬性取決于介于該浮動?xùn)艠O與該控制柵極之間的耦合比率。因此必須在該浮動?xùn)艠O與該控制柵極之間形成一厚度均勻的介電層。
將參考圖1來解說制造閃存裝置的現(xiàn)有方法。
在一半導(dǎo)體基板10上形成一柵極圖案G，該柵極圖案G是由一隧穿氧化物膜11、一浮動?xùn)艠O12、一ONO介電層13及一控制柵極14所組成。一雜質(zhì)被摻雜至該半導(dǎo)體基板10中，藉此形成源極/漏極15。該浮動?xùn)艠O12是使用一摻雜型硅膜所形成，該ONO介電膜13是藉由層疊一下方氧化物膜ONO1、一氮化物膜ONO2及一上方氧化物膜ONO3所形成。
如果藉由前文提及的方法來制造閃存裝置，則在退火工藝過程中，該浮動?xùn)艠O12與由硅形成的該下方氧化物膜ONO1會互相反應(yīng)。于是，發(fā)生再氧化，因而產(chǎn)生一厚型下方氧化物膜ONO1。例如，在退火工藝之前該下方氧化物膜ONO1厚度″t1″增加至厚度″t2″。例如，該下方氧化物膜ONO1之邊緣處發(fā)生的再氧化更為活躍，導(dǎo)致邊緣相對厚的鳥嘴形。由于該下方氧化物膜ONO1厚度增加，因而減小介于該浮動?xùn)艠O12與該控制柵極14之間的耦合比率。另外，由于在整個晶片上，該下方氧化物膜ONO1的厚度會不均勻增加，所以在裝置的編程和擦除等作業(yè)時，由于閾值電壓分散增加而導(dǎo)致成品率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示一種在閃存裝置中的柵極之間形成一介電層的方法，該方式可禁止一浮動?xùn)艠O與一氧化物膜發(fā)生反應(yīng)，藉此防止該介電層厚度變化。
為了實現(xiàn)該目的，在一種制造一具有一介電層的閃存裝置的方法中，其中該介電層由介于該浮動?xùn)艠O與一控制柵極之間的至少一氧化物膜所組成，本發(fā)明提供一種用于防止由于該氧化物膜與該浮動?xùn)艠O的反應(yīng)而導(dǎo)致該氧化物膜變厚的方法。為此目的，在一構(gòu)成該浮動?xùn)艠O的硅膜的表面上形成一Si-F鍵合層。在氮氣體環(huán)境中退火處理該Si-F鍵合層，藉此形成一Si-N鍵合層。接著形成一介電層。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種制造閃存裝置的方法，包括下列步驟形成一構(gòu)成一浮動?xùn)艠O的硅膜圖案；在一供應(yīng)氟的氣體環(huán)境中，在該硅膜圖案的表面上形成一硅-氟(Si-F)鍵合層；在一氮氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝，藉此在該硅膜圖案的表面上形成一硅-氮(Si-N)鍵合層；在具有該Si-N鍵合層的該硅膜圖案上形成一具有至少一氧化物膜的介電層；以及在該介電層上形成一用于一控制柵極的導(dǎo)電膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種制造閃存裝置的方法，包括下列步驟形成一用于形成一浮動?xùn)艠O之硅膜；在一供應(yīng)氟的氣體環(huán)境中，在該硅膜之表面上形成一硅-氟(Si-F)鍵合層；在一氮氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝，藉此在該硅膜的表面上形成一硅-氮(Si-N)鍵合層；在具有該Si-N鍵合層的該硅膜上形成一具有至少一氧化物膜的介電層；在該介電層上形成一用于一控制柵極的導(dǎo)電膜；以及圖案化具有該導(dǎo)電膜的該硅膜、該介電層及該Si-N鍵合層。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供一種制造閃存裝置之方法，包括下列步驟形成一構(gòu)成一浮動?xùn)艠O之硅膜圖案；執(zhí)行一使用HF的清潔工藝，藉此在該硅膜圖案之表面上形成一Si-F鍵合層；在NH3氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝，藉此在該硅膜圖案的表面上形成一Si-N鍵合層；在具有該Si-N鍵合層的該硅膜圖案上，層疊一下方氧化物膜、一氮化物膜及一上方氧化物膜，藉此形成一介電層；以及在該介電層上形成一控制柵極。


圖1顯示用于解說相關(guān)技術(shù)形成的閃存裝置的柵極圖案的斷面圖；圖2A到圖2H顯示用于解說根據(jù)本發(fā)明一具體實施例的制造閃存裝置方法的斷面圖；以及圖3A到圖3C顯示用于解說根據(jù)本發(fā)明一具體實施例的制造閃存裝置方法的斷面圖。
符號說明100 半導(dǎo)體基板110 隧穿氧化物膜111 隧穿氧化物膜圖案120 硅膜121 硅膜圖案130 Si-F鍵合層140 Si-N鍵合層150 介電層151 介電層圖案160 導(dǎo)電膜161 控制柵極ONO1 下方氧化物膜ONO2 氮化物膜ONO3 上方氧化物膜具體實施方式
將參考附圖來說明本發(fā)明的較佳具體實施例。僅基于讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本發(fā)明的目的來提供這些具體實施例，請注意，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可用各種方式來修改所說明的具體實施例，并且本發(fā)明的范疇不限定于本文所說明的具體實施例。另外，在附圖式中，基于便于解說且清楚明白考慮而夸大各層的厚度及大小。會使用相似的參考數(shù)字標(biāo)示相同或相似的零件。同時，假使描述某一層膜位于其它層膜或一半導(dǎo)體基板“之上”時，該層膜可能直接接觸于該其它層膜或該半導(dǎo)體基板，或者，一第三層膜可被插入在該層膜與該其它層膜或該半導(dǎo)體基板之間。
現(xiàn)在將參考圖2A到圖2H來詳細說明根據(jù)本發(fā)明一具體實施例的制造閃存裝置的方法。
請參考圖2A，在一半導(dǎo)體基板100上相繼形成一隧穿氧化物膜110及一用于浮動?xùn)艠O的硅膜120。使用非晶硅膜來形成該硅膜120。形成的該硅膜120的厚度為300至500埃。可使用濃度為2.1×1021/cm2至5×1021/cm2的磷(P)來摻雜該硅膜120?？捎糜谛纬稍摴枘?20的沉積工藝中摻雜磷(P)，或可在沉積該硅膜120之后通過執(zhí)行離子注入來摻雜磷(P)。
接著，圖案化該硅膜120以形成一硅膜圖案121，如圖2B所示?？山逵尚纬梢唤缍ㄒ桓?xùn)艠O的蝕刻掩模(圖中未描繪)，并接著選擇性蝕刻該硅膜120，以此方式形成該硅膜圖案121。在形成該硅膜圖案121的工藝過程中，也可蝕刻該隧穿氧化物膜110，藉此形成一隧穿氧化物膜圖案111。
之后，剝除該蝕刻掩模，并且執(zhí)行一用于剝除蝕刻殘留物的蝕刻后清潔工藝。
可按如下數(shù)項工藝來執(zhí)行該蝕刻后清潔工藝。也就是說，使用一H2SO4、H2O2和H2O的混合溶液來執(zhí)行piranha清潔。接著，使用緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)溶液(混和比率為300∶1之NH4F與HF混和溶液)來執(zhí)行清潔。接著，在25℃溫度下使用一NH4OH、H2O2和H2O之混合溶液來執(zhí)行長達10分鐘之SC-1。其間，為了防止該硅膜圖案121瓦解，在不供應(yīng)超音波震蕩(Megasonic)能量之情況下來執(zhí)行該蝕刻后清潔工藝。
接著，如圖2C所示，在一供應(yīng)氟的氣體環(huán)境中，在該硅膜圖案121的表面上形成一硅-氟(Si-F)鍵合層130。形成Si-F鍵合層130可防止形成一天然氧化物膜。執(zhí)行一使用HF的清潔工藝，藉此形成該Si-F鍵合層130?？墒褂肏與F混和比率為40∶1至60∶1的HF溶液來執(zhí)行長達10秒至30秒的清潔工藝，藉此形成厚度為3埃至5埃的該Si-F鍵合層130。在執(zhí)行使用HF的清潔工藝之后，可執(zhí)行漂洗工藝。可在QDR(quick-dump rinse；省水漂洗)及溢流(over flow)模式，使用約75℃的去離子(DI)水來執(zhí)行該漂洗工藝。藉此執(zhí)行HF清潔工藝及漂洗工藝，就可降低粒子吸附力。
之后，在形成該Si-F鍵合層130的兩小時內(nèi)，將該半導(dǎo)體基板100移至一反應(yīng)室中。此時，可將該半導(dǎo)體基板100引入一裝載室，且接著移至一連接至該裝載室的該反應(yīng)室中。為了禁止產(chǎn)生天然氧化物膜，可在下列狀態(tài)下將該半導(dǎo)體基板100從該裝載室移至該反應(yīng)室中在維持400℃至500℃溫度及2mTorr至3mTorr壓力下，供應(yīng)2slm至4.5slm的N2氣體。
如圖2D所示，在一氮氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝，藉此在該硅膜圖案的表面上形成一硅-氮(Si-N)鍵合層140?？稍谙铝袟l件下來執(zhí)行該退火工藝在650℃至800℃溫度及2mTorr至5.5mTorr壓力下，供應(yīng)5slm至7slm的N2氣體至該反應(yīng)室。另外，可執(zhí)行該退火工藝長達22至28分鐘，藉此形成厚度為10埃至15埃的該Si-N鍵合層140。
藉由使用氮來取代該Si-F鍵合層130中的氟，就可形成該Si-N鍵合層140。由于鍵合衍生Si-F的自由能高于鍵合衍生Si-N的自由能，所以會根據(jù)下列方程式1選擇性衍生Si-F鍵合。

如圖2E所示，在具有該Si-N鍵合層140的該硅膜圖案121上形成一具有至少一氧化物膜的介電層150。可在原位形成該Si-N鍵合層140與該介電層150。
根據(jù)本發(fā)明一項具體實施例，可藉由相繼層疊一下方氧化物膜ONO1、一氮化物膜ONO2及一上方氧化物膜ONO3來形成該介電膜150。藉由高溫氧化(HTO)方法，供應(yīng)2slm至4slm的SiH2Cl2及1.5slm至2slm的N2O，就可形成該下方氧化物膜ONO1及該上方氧化物膜ONO3。可在780℃至830℃溫度及2mTorr至3.5mTorr壓力下，形成該下方氧化物膜ONO5及該上方氧化物膜ONO3。形成的該下方氧化物膜ONO1的厚度為35埃至45埃。可使用SiH2Cl2及NH3來成該氮化物膜ONO2在沉積該下方氧化物膜ONO1之后，為了防止由于降低溫度的工藝期間的熱應(yīng)力而導(dǎo)致該下方氧化物膜ONO1品質(zhì)惡化，可按10℃/分鐘至25℃/分鐘的速度來降低溫度。以此方式降低溫度時，可供應(yīng)N2氣體至該反應(yīng)室。
接著，如圖2F所示，在該介電層150上形成一用于一控制柵極的導(dǎo)電膜160。可使用一硅膜來形成該導(dǎo)電膜。此外，可藉由在該硅膜上層疊一硅化物膜或一金屬來形成該導(dǎo)電膜。
之后，圖案化該導(dǎo)電膜160及該介電層150，藉由形成一控制柵極161及一介電層圖案151，如圖2G所示。
如圖2H所示，在該半導(dǎo)體基板100中形成源極/漏極170。接著執(zhí)行退火工藝。
該退火工藝過程中發(fā)生的氧原子擴散成正比于介于該硅膜圖案121與該下方氧化物膜ONO1之間界面的平坦度。根據(jù)本發(fā)明，藉由在該硅膜圖案121上形成該Si-F鍵合層130，就可以防止在該硅膜圖案121上形成天然氧化物膜，因而增加平坦度。另外，該Si-N鍵合層140可防止介于擴散之氧原子與該硅膜圖案121之間的反應(yīng)，藉此防止該下方氧化物膜ONO1厚度增加。據(jù)此，用于編程和擦除裝置的臨限電壓變化可維持在0.2V至0.4V范圍內(nèi)。另外，還會改良該浮動?xùn)艠O與該介電層的界面屬性，因而改良該下方氧化物膜ONO1的崩潰電壓(BV)屬性達10％至30％。
現(xiàn)在將參考圖3A到圖3C來詳細說明根據(jù)本發(fā)明另一具體實施例的制造閃存裝置之方法。
如圖3A所示，在一半導(dǎo)體基板100上相繼形成一隧穿氧化物膜110及一用于浮動?xùn)艠O之硅膜120。在一供應(yīng)氟的氣體環(huán)境中，在該硅膜圖案120之表面上形成一Si-F鍵合層130。執(zhí)行一使用HF的清潔工藝，藉此形成該Si-F鍵合層130。
接著，在已完成形成該Si-F鍵合層130的該半導(dǎo)體基板100移至一反應(yīng)室中。然后在一氮氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝，藉此在該硅膜120的表面上形成一Si-N鍵合層140。
如圖3C所示，在具有該Si-N鍵合層140的該硅膜圖案120上相繼形成一具有至少一氧化物膜的介電層150及一用于控制柵極的導(dǎo)電膜160?？山逵蓪盈B一下方氧化物膜ONO1、一氮化物膜ONO2及一上方氧化物膜ONO3來形成該介電膜150?？稍谠恍纬稍揝i-N鍵合層140與該介電層150。
接著，圖案化該導(dǎo)電膜160、該介電層150及具有該Si-N鍵合層140的該硅膜圖案120，藉由形成一控制柵極161、一介電層圖案151及一具有該Si-N鍵合層140之硅膜圖案121及一隧穿氧化物膜圖案111，如圖2G所示。
執(zhí)行一如用于形成源極/漏極的后續(xù)工藝。
根據(jù)本發(fā)明，能夠在退火工藝中防止介于一浮動?xùn)艠O與一控制柵極之間的介電層厚度增加。還可以防止介電層邊緣變厚的鳥嘴形。據(jù)此，由于改良介于該浮動?xùn)艠O與該控制柵極之間的耦合比率，因而能夠顯著降低用于編程和擦除裝置的臨限電壓分布。因此顯著提高成品率。同時，柵極線寬愈窄，產(chǎn)生鳥嘴形的影響愈大。本發(fā)明可高效率禁止產(chǎn)生鳥嘴形，并且促進增加高集成之閃存裝置的成品率。
雖然本發(fā)明已參考其目前優(yōu)選的具體實施例進行說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)知道可進行各種變更及修改，而不會脫離本發(fā)明的精神與范疇。
權(quán)利要求
1.一種制造閃存裝置的方法，包括下列步驟形成一構(gòu)成一浮動?xùn)艠O之硅膜圖案；在一供應(yīng)氟的氣體環(huán)境中，在該硅膜圖案的表面上形成一硅-氟(Si-F)鍵合層；在一氮氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝，以此方式在該硅膜圖案的表面上形成一硅-氮(Si-N)鍵合層；在具有該Si-N鍵合層的該硅膜圖案上形成一具有至少一氧化物膜的介電層；以及在該介電層上形成一用于形成一控制柵極的導(dǎo)電膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用一HF溶液來形成該Si-F鍵合層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成該硅膜的步驟之后，進一步包括下列步驟使用H2SO4、H2O2和H2O的混合溶液來執(zhí)行清潔；使用NH4F和HF的混合溶液來執(zhí)行清潔；以及使用NH4OH、H2O2和H2O的混合溶液來執(zhí)行清潔。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中藉由在NH3氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝來形成該Si-N鍵合層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在原位執(zhí)行形成該Si-N鍵合層的步驟與形成該介電層的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述介電層是通過在具有該Si-N鍵合層的該硅膜圖案上層疊一下方氧化物膜、一氮化物膜及一上方氧化物膜形成的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中使用非晶硅膜來形成該硅膜。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中使用摻雜磷(P)的非晶硅膜來形成該硅膜。
9.一種制造閃存裝置的方法，包括下列步驟形成一用于形成一浮動?xùn)艠O的硅膜；在一供應(yīng)氟的氣體環(huán)境中，在該硅膜的表面上形成一硅-氟(Si-F)鍵合層；在一氮氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝，藉此在該硅膜的表面上形成一硅-氮(Si-N)鍵合層；在具有該Si-N鍵合層的該硅膜上形成一具有至少一氧化物膜的介電層；在該介電層上形成一用于形成一控制柵極的導(dǎo)電膜；以及圖案化具有該導(dǎo)電膜的該硅膜、該介電層及該Si-N鍵合層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中使用HF溶液來形成該Si-F鍵合層。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中藉由在NH3氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝來形成該Si-N鍵合層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在原位執(zhí)行形成該Si-N鍵合層的步驟與形成該介電層的步驟。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述介電層是通過在具有該Si-N鍵合層的該硅膜上層疊一下方氧化物膜、一氮化物膜及一上方氧化物膜形成的。
14.一種制造閃存裝置的方法，包括下列步驟形成一構(gòu)成一浮動?xùn)艠O的硅膜圖案；執(zhí)行一使用HF的清潔工藝，藉此在該硅膜圖案的表面上形成一Si-F鍵合層；在NH3氣體環(huán)境中執(zhí)行一退火工藝，藉此在該硅膜圖案的表面上形成一Si-N鍵合層；在具有該Si-N鍵合層的該硅膜圖案上，層疊一下方氧化物膜、一氮化物膜及一上方氧化物膜，藉此形成一介電層；以及在該介電層上形成一控制柵極。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中形成該硅膜的步驟之后，進一步包括下列步驟使用一H2SO4、H2O2和H2O的混合溶液來執(zhí)行清潔；使用一NH4F和HF的混合溶液來執(zhí)行清潔；以及使用一NH4OH、H2O2和H2O的混合溶液來執(zhí)行清潔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于防止一氧化物膜變厚的方法，這是由于在制造一具有一介電層之閃存裝置的方法中，該氧化物膜與一浮動?xùn)艠O的反應(yīng)而導(dǎo)致該氧化物膜變厚，其中該介電層系由介于該浮動?xùn)艠O與一控制柵極之間的至少一氧化物膜所組成。為此目的，在一構(gòu)成該浮動?xùn)艠O的硅膜之表面上形成一Si－F鍵合層。在一氮氣體環(huán)境中退火處理該Si－F鍵合層，藉此形成一Si－N鍵合層。接著形成一介電層。
文檔編號H01L21/8247GK1691312SQ20051005427
公開日2005年11月2日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者樸相昱 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司