專利名稱：閃存器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)器件及其制造方法，更特別地，涉及在存儲(chǔ)器件中形成單元和外圍區(qū)域之間的邊界區(qū)域。
背景技術(shù)：
在存儲(chǔ)器件例如NAND閃存(flash)中，隔離槽(isolation trench)的節(jié)距(pitch)隨著技術(shù)進(jìn)步而變得越來越小。隔離槽是填充以氧化物膜的槽從而形成場(chǎng)氧化物結(jié)構(gòu)(FOX)或隔離結(jié)構(gòu)。這樣的氧化物膜通常利用高密度等離子體(HDP)方法形成。隨著隔離槽以更小節(jié)距設(shè)置，隔離結(jié)構(gòu)的臺(tái)階覆蓋失效(step-coverage failure)更可能發(fā)生。
存儲(chǔ)單元區(qū)域中的臺(tái)階覆蓋失效是非常嚴(yán)重的。臺(tái)階覆蓋失效會(huì)在存儲(chǔ)單元的隔離結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生空洞，其會(huì)影響存儲(chǔ)單元的可靠性。針對(duì)這點(diǎn)，存儲(chǔ)單元區(qū)域的隔離槽的深度設(shè)定為2000或更小從而改善臺(tái)階覆蓋。
然而，在外圍區(qū)域隔離槽的深度傾向于顯著更深。即，應(yīng)用于器件的外圍部件的電壓通常不改變，即使技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)極大地減小了器件的尺寸。因此，形成在外圍區(qū)域中的晶體管繼續(xù)被提供以深隔離槽從而承受20V或更大的高電壓。
目前單元區(qū)域與外圍區(qū)域之間的邊界區(qū)域通過形成虛設(shè)有源區(qū)域(dummy active region)或形成隔離層來定義。如果形成虛設(shè)有源區(qū)域，在該虛設(shè)有源區(qū)域的邊緣處會(huì)發(fā)生柵極氧化物層薄化現(xiàn)象。如果在NAND閃存器件工作期間大約20V的高電壓應(yīng)用到柵極線，在柵極氧化物層的薄穿(thinned-out)部分會(huì)發(fā)生柵極氧化物擊穿。這將導(dǎo)致器件失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及在存儲(chǔ)器件中形成單元區(qū)域和外圍區(qū)域之間的邊界區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括具有單元區(qū)域和外圍區(qū)域的半導(dǎo)體襯底。單元陣列定義在所述單元區(qū)域內(nèi)，該單元陣列具有第一、第二、第三和第四側(cè)。第一譯碼器定義在所述外圍區(qū)域內(nèi)并與所述單元陣列的所述第一側(cè)相鄰設(shè)置。第一隔離結(jié)構(gòu)形成在設(shè)置于所述單元陣列的所述第一側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第一邊界區(qū)域處。第一虛設(shè)有源區(qū)域形成在設(shè)置于所述單元陣列的所述第二側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第二邊界區(qū)域處。第一隔離結(jié)構(gòu)包括具有第一深度的第一部分和具有第二深度的第二部分。
在另一實(shí)施例中，柵極線設(shè)置在所述第一邊界區(qū)域之上，其中所述柵極線不設(shè)置在所述第二邊界區(qū)域之上。阱拾取區(qū)域設(shè)置在所述第二邊界區(qū)域。所述襯底具有形成在所述單元區(qū)域內(nèi)的阱區(qū)域，所述阱拾取區(qū)域比設(shè)置在所述單元區(qū)域內(nèi)的阱區(qū)域具有更高的摻雜劑濃度。第二譯碼器定義在所述外圍區(qū)域內(nèi)并與所述單元陣列的第三側(cè)相鄰設(shè)置。第二虛設(shè)有源區(qū)域形成在設(shè)置于所述單元陣列的所述第三側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第三邊界區(qū)域處。第二柵極線設(shè)置在所述第三邊界區(qū)域之上。
在另一實(shí)施例中，一種用于形成半導(dǎo)體器件的方法包括提供具有單元區(qū)域和外圍區(qū)域的半導(dǎo)體襯底。該單元區(qū)域具有單元陣列，該單元陣列具有第一、第二、第三和第四側(cè)。該單元陣列在設(shè)置于所述單元陣列的所述第一側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第一邊界處具有第一譯碼器。在定義于所述單元陣列的所述第一側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第一邊界區(qū)域處形成第一隔離結(jié)構(gòu)。在定義于所述單元陣列的所述第二側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第二邊界區(qū)域處形成第一虛設(shè)有源區(qū)域。在所述第一邊界區(qū)域之上形成第一柵極線。在形成所述隔離結(jié)構(gòu)和所述虛設(shè)有源區(qū)域之后，在所述虛設(shè)有源區(qū)域內(nèi)形成阱拾取區(qū)域。所述阱拾取區(qū)域利用與形成在所述單元區(qū)域內(nèi)的阱區(qū)域的雜質(zhì)相同的雜質(zhì)形成。
在又一實(shí)施例中，所述第一隔離結(jié)構(gòu)如下形成蝕刻第一槽從而形成所述第一隔離結(jié)構(gòu)的第一部分，該第一槽具有第一深度；以及蝕刻第二槽從而形成所述第一隔離結(jié)構(gòu)的第二部分，該第二槽具有第二深度。所述第一和第二槽定義突變界面，該突變界面在后續(xù)熱處理期間可損害所述半導(dǎo)體襯底。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例在單元區(qū)域與外圍區(qū)域之間的邊界區(qū)域具有隔離結(jié)構(gòu)的閃存器件的橫截面圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的存儲(chǔ)單元區(qū)域和外圍區(qū)域的邊界區(qū)域的橫截面圖，柵極線不被設(shè)置在該邊界區(qū)域之上；圖3A示出具有一側(cè)字線(W/L)編碼結(jié)構(gòu)的單元陣列；圖3B示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例具有一側(cè)W/L編碼結(jié)構(gòu)的單元陣列的邊界區(qū)域；圖4A示出具有兩側(cè)W/L編碼結(jié)構(gòu)的單元陣列；圖4B示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例具有兩側(cè)W/L編碼結(jié)構(gòu)的單元陣列的邊界區(qū)域。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及在存儲(chǔ)器件例如NAND閃存器件中形成單元區(qū)域與外圍區(qū)域之間的邊界區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所形成的邊界區(qū)域的類型取決于是否在邊界區(qū)域之上設(shè)置柵極線。例如，如果柵極線設(shè)置在邊界區(qū)域之上，則形成場(chǎng)氧化物(FOX)結(jié)構(gòu)，當(dāng)柵極線不設(shè)置在邊界區(qū)域之上時(shí)，則形成虛設(shè)有源區(qū)域。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例在單元區(qū)域A與外圍區(qū)域C之間的邊界區(qū)域B具有隔離結(jié)構(gòu)111b的閃存器件100的橫截面圖。閃存器件100具有半導(dǎo)體襯底110、單元區(qū)域A中的多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)111a、邊界區(qū)域B處的隔離結(jié)構(gòu)111b、柵極線112、以及外圍區(qū)域C中的阱拾取區(qū)域(well pickup region)113。
阱拾取區(qū)域113用于在閃存器件的擦除操作期間均勻地分布偏置(bias)。在本實(shí)施例中，阱拾取區(qū)域通過注入與用于在襯底上(例如單元區(qū)域中)形成其它阱區(qū)域的雜質(zhì)相同的雜質(zhì)(或摻雜劑)例如硼而形成。阱拾取區(qū)域的雜質(zhì)濃度比單元區(qū)域中阱區(qū)域的雜質(zhì)濃度高。例如，在本實(shí)施例中用于阱拾取區(qū)域的雜質(zhì)濃度是5E14至5E15離子/cm2。
存儲(chǔ)器件100在邊界區(qū)域B具有隔離結(jié)構(gòu)(或FOX)111b，因?yàn)闁艠O線112設(shè)置在邊界區(qū)域之上。如果虛設(shè)有源區(qū)域形成在邊界區(qū)域，形成在柵極線112之下的柵極氧化物層(未示出)在邊界區(qū)域邊緣會(huì)薄穿。當(dāng)高電壓應(yīng)用于柵極線時(shí)，該薄化效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致柵極氧化物擊穿。
然而，在邊界區(qū)域B形成大的隔離結(jié)構(gòu)例如隔離結(jié)構(gòu)111b具有某些不期望的影響。隔離結(jié)構(gòu)111b包括第一部分121a和第二部分121b。第一部分121a通過填充與單元區(qū)域相關(guān)的第一隔離槽而形成，第二部分121b通過填充與外圍區(qū)域相關(guān)的第二隔離槽而形成。第一和第二隔離槽具有不同深度并且利用不同蝕刻步驟形成。結(jié)果，突變的“V狀”形狀(或界面)122在第一和第二隔離槽匯合的區(qū)域形成。在后續(xù)熱處理期間該突變界面122會(huì)在硅襯底中引起缺陷。
另外，該隔離結(jié)構(gòu)111b當(dāng)被拋光時(shí)由于其大的橫向尺寸而會(huì)經(jīng)歷凹陷并在其上形成溝(groove)。當(dāng)后續(xù)進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)浮置柵極工藝時(shí)，多晶硅殘留物會(huì)形成在該溝內(nèi)。溝的尺寸通常對(duì)應(yīng)于隔離結(jié)構(gòu)111b的橫向尺寸。因此，為了最小化多晶硅殘留物的形成，應(yīng)當(dāng)減小隔離結(jié)構(gòu)111b的橫向尺寸(或存儲(chǔ)單元區(qū)域A與阱拾取區(qū)域113之間的距離)。優(yōu)選地，該隔離結(jié)構(gòu)111b當(dāng)其使用不是必需時(shí)不應(yīng)當(dāng)被使用。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例在單元區(qū)域A和外圍區(qū)域C之間的邊界區(qū)域B具有虛設(shè)有源區(qū)域201的閃存器件200的橫截面圖。注意，不同于圖1的器件100，柵極線未設(shè)置在邊界區(qū)域B之上。因此，代替隔離結(jié)構(gòu)使用虛設(shè)有源區(qū)域，因?yàn)樵谶吔鐓^(qū)域沒有柵極氧化物擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。在本實(shí)施例中，當(dāng)柵極線不形成在邊界區(qū)域B之上時(shí)，在邊界區(qū)域B形成虛設(shè)有源區(qū)域。
再參照?qǐng)D2，閃存器件200具有半導(dǎo)體襯底210、單元區(qū)域中的隔離結(jié)構(gòu)211a、外圍區(qū)域C中的隔離結(jié)構(gòu)211b、邊界區(qū)域處的虛設(shè)有源區(qū)域214、以及邊界區(qū)域B處的阱拾取區(qū)域213。
在該實(shí)施例中，虛設(shè)有源區(qū)域214也用作阱拾取區(qū)域213從而減小器件尺寸。如上面已經(jīng)說明的，阱拾取區(qū)域用于在閃存器件的擦除操作期間均勻地分布偏置。阱拾取區(qū)域213的雜質(zhì)濃度比單元區(qū)域中阱區(qū)域的雜質(zhì)濃度高。阱拾取區(qū)域213的雜質(zhì)濃度是5E14至5E15離子/cm2。
通過在邊界區(qū)域B形成阱拾取區(qū)域213作為虛設(shè)有源區(qū)域214的部分，可以減小器件尺寸。在現(xiàn)有技術(shù)中，虛設(shè)有源區(qū)域和阱拾取區(qū)域在分開的區(qū)域中形成。例如，虛設(shè)有源區(qū)域和阱拾取區(qū)域彼此分隔開約2μm。如果虛設(shè)有源區(qū)域和阱拾取區(qū)域兩者都形成在相同的邊界區(qū)域中，器件尺寸可以相應(yīng)地減小。
在一個(gè)實(shí)施例中，虛設(shè)有源區(qū)域和隔離結(jié)構(gòu)形成在單元陣列的不同邊界區(qū)域。虛設(shè)有源區(qū)域形成在其上沒有設(shè)置柵極線的第一邊界區(qū)域(或單元陣列的第一側(cè))，而隔離結(jié)構(gòu)形成在其上設(shè)置有柵極線的第二邊界區(qū)域(或單元陣列的第二側(cè))。即，該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的給定單元陣列在不同邊界區(qū)域具有圖1和2所示的兩種類型結(jié)構(gòu)。
圖3A示出具有單元陣列302的存儲(chǔ)器件300，單元陣列302具有一側(cè)字線(W/L)編碼結(jié)構(gòu)。單元陣列302具有四側(cè)。譯碼器304設(shè)置在存儲(chǔ)器件300的外圍區(qū)域中并與單元陣列302的四側(cè)之一相鄰。譯碼器304是X譯碼器。
圖3B示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例單元陣列302的多個(gè)邊界區(qū)域的形成。隔離結(jié)構(gòu)312形成在單元陣列的設(shè)置有譯碼器304的一側(cè)，因?yàn)闁艠O線將設(shè)置在該邊界區(qū)域之上。虛設(shè)有源區(qū)域314形成在其它三個(gè)邊界區(qū)域，因?yàn)闁艠O線將不設(shè)置在這些邊界區(qū)域之上。在該實(shí)施例中，阱拾取區(qū)域(未示出)設(shè)置在虛設(shè)有源區(qū)域的一個(gè)或更多內(nèi)。
圖4A示出具有單元陣列402的存儲(chǔ)器件400，單元陣列402具有兩側(cè)字線(W/L)編碼結(jié)構(gòu)。單元陣列402具有四側(cè)。第一譯碼器404設(shè)置在單元陣列402的四側(cè)中的一側(cè)。第二譯碼器406設(shè)置在單元陣列402的另一側(cè)。這兩個(gè)譯碼器都設(shè)置在存儲(chǔ)器件400的外圍區(qū)域。
圖4B示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例單元陣列402的多個(gè)邊界區(qū)域的形成。第一和第二隔離結(jié)構(gòu)412和414形成在單元陣列的形成有第一和第二譯碼器404和406的側(cè)，因?yàn)闁艠O線將設(shè)置在這些邊界區(qū)域之上。虛設(shè)有源區(qū)域416形成在其它兩個(gè)邊界區(qū)域，因?yàn)闁艠O線將不設(shè)置在這些邊界區(qū)域之上。在該實(shí)施例中，阱拾取區(qū)域(未示出)設(shè)置在虛設(shè)有源區(qū)域的一個(gè)或更多內(nèi)。
如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例具有下列優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或更多。第一，因?yàn)槿绻麞艠O線設(shè)置在邊界區(qū)域之上則隔離結(jié)構(gòu)形成在該邊界區(qū)域，所以減少了柵極氧化物擊穿。第二，如果柵極線將不設(shè)置在邊界區(qū)域之上則虛設(shè)有源區(qū)域形成在該邊界區(qū)域，從而最小化后續(xù)熱處理期間對(duì)半導(dǎo)體襯底造成損害的可能性。第三，阱拾取區(qū)域形成在虛設(shè)有源區(qū)域內(nèi)從而減小器件尺寸。
本發(fā)明的上述實(shí)施例是示例性的而非限制性的。各種替代和等價(jià)物是可能的。本發(fā)明不被這里描述的沉積、蝕刻、拋光、以及構(gòu)圖步驟的類型所限制。本發(fā)明也不局限于半導(dǎo)體器件的具體類型。例如，上面根據(jù)NAND閃存器件描述了本發(fā)明，但本發(fā)明可以在NOR閃存器件或其它存儲(chǔ)器件中實(shí)施。其它增加、減少、或修改由于本公開而是顯然的并落在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，具有單元區(qū)域和外圍區(qū)域；單元陣列，定義在所述單元區(qū)域內(nèi)，該單元陣列具有第一、第二、第三和第四側(cè)；第一譯碼器，定義在所述外圍區(qū)域內(nèi)并與所述單元陣列的所述第一側(cè)相鄰設(shè)置；第一隔離結(jié)構(gòu)，形成在設(shè)置于所述單元陣列的所述第一側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第一邊界區(qū)域處；以及第一虛設(shè)有源區(qū)域，形成在設(shè)置于所述單元陣列的所述第二側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第二邊界區(qū)域處。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括第一柵極線，設(shè)置在所述第一邊界區(qū)域之上，其中所述第二邊界區(qū)域不具有設(shè)置在所述第二邊界區(qū)域之上的柵極線，且其中所述第一隔離結(jié)構(gòu)包括具有第一深度的第一部分和具有第二深度的第二部分。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括柵極線，設(shè)置在所述第一邊界區(qū)域之上，其中柵極線不設(shè)置在所述第二邊界區(qū)域之上；以及阱拾取區(qū)域，設(shè)置在所述第二邊界區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底具有形成在所述單元區(qū)域內(nèi)的阱區(qū)域，所述阱拾取區(qū)域比設(shè)置在所述單元區(qū)域內(nèi)的該阱區(qū)域具有更高的摻雜劑濃度。
5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，還包括第二譯碼器，定義在所述外圍區(qū)域并與所述單元陣列的所述第三側(cè)相鄰設(shè)置；第二虛設(shè)有源區(qū)域，形成在設(shè)置于所述單元陣列的所述第三側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第三邊界區(qū)域處；以及第二柵極線，設(shè)置在所述第三邊界區(qū)域之上。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件是非易失性存儲(chǔ)器件。
7.一種用于形成半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有單元區(qū)域和外圍區(qū)域，該單元區(qū)域具有單元陣列，該單元陣列具有第一、第二、第三和第四側(cè)，該單元陣列在設(shè)置于所述單元陣列的所述第一側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第一邊界處具有第一譯碼器；在定義于所述單元陣列的所述第一側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第一邊界區(qū)域處形成第一隔離結(jié)構(gòu)；在定義于所述單元陣列的所述第二側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第二邊界區(qū)域處形成第一虛設(shè)有源區(qū)域；以及在所述第一邊界區(qū)域之上形成第一柵極線。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在形成所述隔離結(jié)構(gòu)和所述虛設(shè)有源區(qū)域之后，在所述虛設(shè)有源區(qū)域內(nèi)形成阱拾取區(qū)域。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述阱拾取區(qū)域利用與形成在所述單元區(qū)域內(nèi)的阱區(qū)域的雜質(zhì)相同的雜質(zhì)形成。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述阱拾取區(qū)域具有比所述單元區(qū)域內(nèi)的所述阱區(qū)域的雜質(zhì)濃度更高的雜質(zhì)濃度。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述阱拾取區(qū)域的雜質(zhì)濃度為5E14至5E15離子/cm2。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述第一隔離結(jié)構(gòu)的步驟包括蝕刻第一槽從而形成所述第一隔離結(jié)構(gòu)的第一部分，該第一槽具有第一深度；以及蝕刻第二槽從而形成所述第一隔離結(jié)構(gòu)的第二部分，該第二槽具有第二深度，其中所述第一和第二槽定義突變界面，該突變界面在后續(xù)熱處理期間可損害所述半導(dǎo)體襯底。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在定義于所述單元陣列的所述第三側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第三邊界區(qū)域處形成第二隔離結(jié)構(gòu)；在定義于所述單元陣列的所述第四側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第四邊界區(qū)域處形成第二虛設(shè)有源區(qū)域；以及設(shè)置在所述第三邊界區(qū)域之上的第二柵極線。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中柵極線不設(shè)置在所述第一或第二虛設(shè)有源區(qū)域之上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，其具有單元區(qū)域和外圍區(qū)域。單元陣列定義在所述單元區(qū)域內(nèi)，該單元陣列具有第一、第二、第三和第四側(cè)。第一譯碼器定義在所述外圍區(qū)域內(nèi)并與所述單元陣列的所述第一側(cè)相鄰設(shè)置。第一隔離結(jié)構(gòu)形成在設(shè)置于所述單元陣列的所述第一側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第一邊界區(qū)域處。第一虛設(shè)有源區(qū)域形成在設(shè)置于所述單元陣列的所述第二側(cè)與所述外圍區(qū)域之間的第二邊界區(qū)域處。第一隔離結(jié)構(gòu)包括具有第一深度的第一部分和具有第二深度的第二部分。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1913160SQ20061010811
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
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