專利名稱：Sonos快閃存儲器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件的制作方法，尤其是一種SONOS快閃存儲器的制
作方法。
背景技術：
通常，用于存儲數據的半導體存儲器分為易失性存儲器和非易失性存儲 器，易失性存儲器易于在電源中斷時丟失其數據，而非易失性存儲器即使在 電中斷時仍可保存其數據。與其它的非易失性存儲技術(例如，磁盤驅動器) 相比，非易失性半導體存儲器相對較小。因此，非易失性存儲器已廣泛地應 用于移動通信系統、存儲卡等。
近來，已經提出了具有硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)結構 的非易失性存儲器，即SONOS快閃存儲器。SONOS快閃存儲器具有很薄的單 元，其便于制造且容易結合至例如集成電路的外圍區(qū)域(peripheral region)和/ 或邏輯區(qū)域(logic region)中。
現有技術中SONOS快閃存儲器的制作方法參考附圖1至附圖7所示，其 中附圖7還包括附圖7A至附圖7C,首先，參考附圖1，提供一半導體襯底 200,并在所述半導體村底200上形成介質層-捕獲電荷層-介質層的三層堆 疊結構210，所述三層堆疊結構210包括形成在半導體襯底200上的介質層 210a，形成在介質層210a上的捕獲電荷層210b以及形成在捕獲電荷層210b 上的介質層210c。
參考附圖2所示，在三層堆疊結構210上依次形成第一多晶硅層220、腐 蝕阻擋層230,并在腐蝕阻擋層230上形成光刻膠層280，并曝光、顯影光刻 膠層280形成開口，以光刻膠為掩膜，依次刻蝕第一腐蝕阻擋層130、第一多
晶硅層120以及介質層-捕獲電荷層-介質層的三層堆疊結構210，直至曝露 出半導體襯底200,所述光刻膠開口的位置與半導體襯底200內需要形成源極 和漏極的位置相對應。
參考附圖3所示，以光刻膠層280為掩膜，在半導體襯底200中進行一 定深度的離子注入，形成源極240和漏極250。參考附圖4所示，去除光刻膠 層280,并在源極和漏極區(qū)域對應的半導體襯底200上以及腐蝕阻擋層230的 表面形成介電層260,并采用化學機械拋光工藝平坦化介電層260，直至完全 曝露出腐蝕阻擋層230的表面。
參考附圖5所示，去除腐蝕阻擋層230,暴露第一多晶硅層220。參考附 圖6所示，在第一多晶硅層220以及介電層260上形成第二多晶硅層270,多 晶硅的厚度應該完全覆蓋介電層260。參考附圖7所示，在第二多晶硅層270 上形成光刻膠層(圖中未示出)，并曝光顯影所述光刻膠層沿位線方向形成開 口 ，并以光刻膠為掩膜，刻蝕第二多晶硅層270 ，使第二多晶硅層270將SONOS 快閃存儲器的各個柵極結構連接起來，形成字線，最后，去除所述光刻膠層。
最后，本發(fā)明形成的SONOS快閃存儲器的結構如圖7以及7A、 7B和7C所 示，其中，圖7是本發(fā)明形成所述SONOS快閃存儲器的俯視圖；圖7A、 7B和 7C分別為圖7所示快閃存儲器在A-A、 B-B、 C-C方向的截面結構示意圖。 其中A-A為存儲器的位線方向，B-B以及C-C為存儲器的字線方向。從附 圖7A和附圖7C可以看出，刻蝕第二多晶硅層270以及第一多晶硅層220的工藝 過程中，會在介電層260側壁形成多晶硅殘留2卯，殘留的多晶硅會導致存儲 單元之間發(fā)生短路。
專利號為US6797565的美國專利也提供了 一種SONOS存儲器的制作工 藝，與附圖1至7描述的現有技術相同，在刻蝕第二多晶硅層形成字線的過程 中，也會在介電層側壁以及介電層之間形成多晶硅殘留，導致不同存儲單元 之間產生短路的現象。 為了避免在介電層側壁以及介電層之間形成多晶硅殘留，可以在刻蝕第
二多晶硅層270的工藝中增加刻蝕劑的用量，由于刻蝕劑的各向同性刻蝕特
性，又會導致第一多晶硅層和第二多晶硅層的過刻蝕，造成多晶硅的底部變 窄、多晶硅層表面變得粗糙。
發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是現有技術制作SONOS快閃存儲器的方法會在介電 層側壁形成多晶硅殘留的缺陷。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種SONOS快閃存儲器的制作方法，包括 如下步驟
提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有多晶硅柵極結構、位于多晶 硅柵極結構之間的介電層以及半導體襯底內位于柵極結構兩側的源極和漏 極，所述多晶硅柵極結構具有作為柵極的第一多晶硅層；
在多晶硅柵極結構以及介電層表面形成第二多晶硅層；
刻蝕第二多晶硅層和第 一多晶硅層形成字線；
采用濕法刻蝕工藝刻蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層。
其中，采用濕法刻蝕工藝刻蝕第二多晶硅層和第 一 多晶硅層的刻蝕劑包 括NH40H，H202和H20， H202與NH40H的體積比為1 10; H20與NH40H的 體積比為10 250。刻蝕溫度為40°C至90°C ，刻蝕時間為3至10分鐘。
其中，所述的柵極結構具有依次位于半導體襯底上的介質層-捕獲電荷 層-介質層的三層堆疊結構和第一多晶硅層；
與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點采用本發(fā)明所述的工藝方法， 首先采用現有技術刻蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層形成字線，之后，采用 濕法刻蝕工藝再次刻蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層，去除現有技術中在介
電層的側壁產生的多晶硅殘留，防止漏電流發(fā)生，提高了形成的SONOS快閃 存儲器的性能。同時，通過控制刻蝕劑的種類、流量、刻蝕時間以及刻蝕溫 度等工藝參數，避免對第二多晶硅層和第一多晶硅層造成過刻蝕。
圖1至圖6是現有技術形成SONOS快閃存儲器的制作方法工藝流程不同 步驟的截面結構示意圖7是現有技術形成的SONOS快閃存儲器的俯視圖7A、 7B和7C分別為圖7所示快閃存儲器在A-A、 B-B、 C-C方 向的截面結構示意圖8至圖14以及圖15A、圖16A為本發(fā)明所述SONOS快閃存儲器的制 作方法工藝流程不同步驟沿字線方向的截面結構示意圖15B以及圖16B分別為圖15A、圖16A沿圖中所示剖切方向的截面結 構示意圖17是本發(fā)明形成的SONOS快閃存儲器的俯視圖17A、 17B和17C分別為圖17所示快閃存儲器在A-A、 B-B、 C-C方向的截面結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。本發(fā)明僅僅對快 存存儲器的一個存儲單元進行描述，其外圍電路的結構以及形成工藝與現有 技術相同，具體形成工藝可參考專利號為US6797565的美國專利，在此不做 進一步的描述。
首先，本發(fā)明提供一種SONOS快閃存儲器的制作方法，包括如下步驟 提供半導體襯底，所述半導體村底上形成有多晶硅柵極結構、位于多晶
硅柵極結構之間的介質層以及半導體襯底內位于柵極結構兩側的源極和漏
極，所述多晶硅柵極結構具有作為柵極的第一多晶硅層；
在多晶硅柵極結構以及介質層表面形成第二多晶硅層；
在第二多晶硅層上形成第二腐蝕阻擋層以及在存儲器字線方向具有開口 的掩膜；
刻蝕第二腐蝕阻擋層以及第二多晶硅層和第一多晶硅層； 去除第二腐蝕阻擋層；
采用濕法刻蝕工藝刻蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層。 下面結合附圖詳細描述本發(fā)明的具體工藝步驟。
首先，提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有多晶硅柵極結構、位 于多晶硅柵極結構之間的介質層以及半導體襯底內位于柵極結構兩側的源極 和漏極。所述多晶硅柵極結構以及介質層、源極和漏極的形成工藝參考附圖8 至附圖13所示。
參考附圖8所示，提供一半導體襯底100,所述半導體襯底100較好的是 半導體硅，可以為n型或者P型半導體，也可以是絕緣體上硅等。在所述半 導體襯底100上形成介質層-捕獲電荷層-介質層的三層堆疊結構，所述介 質層-捕獲電荷層-介質層的三層堆疊結構較好的是氧化物-氮化物-氧化 物層110,所述的氧化物-氮化物-氧化物層110包括形成在半導體襯底100 上的氧化物層110a,形成在氧化物110a上的氮化物層U0b以及形成在氮化 物層110b上的氧化物層110c，形成氧化物-氮化物-氧化物層110的工藝為 現有技術，例如化學氣相沉積法和氧化法。
所述的氧化物層最好的是氧化硅，還可能包括氮化物例如氮氧化硅以及 其它可以優(yōu)化器件性能的摻雜劑，所述的氮化層可以是富含硅、氮以及其它 可以提高器件性能的摻雜劑例如氧等，最優(yōu)選的為氮化硅。所述氧化物-氮
化物-氧化物層110目前最優(yōu)化的為氧化硅-氮化硅-氧化硅。
之后，在氧化物-氮化物-氧化物層110上形成第一多晶硅層120，所述 第一多晶硅層120的形成工藝也可以選用任何現有工藝，較好的為化學氣相 沉積法，厚度可以設定在600~ 800A。之后，在第一多晶硅層120上形成第 一腐蝕阻擋層130,所述第一腐蝕阻擋層130為氮化硅、氮氧化硅、炭化硅等， 形成工藝也可以選擇現有技術的任何常規(guī)工藝，較好的是采用化學氣相沉積 法。
參考附圖9所示，在第一腐蝕阻擋層130上形成光刻膠層180，并曝光、 顯影形成光刻膠開口 ，所述光刻膠開口的位置與需要形成源極區(qū)域和漏極區(qū) 域的位置相對應，以光刻膠為掩膜，依次沿位線方向刻蝕第一腐蝕阻擋層130、 第一多晶硅層120以及氧化物-氮化物-氧化物層110，直至曝露出半導體襯 底IOO?？涛g刻蝕第一腐蝕阻擋層130、第一多晶硅層120以及氧化物-氮化 物-氧化物層110的工藝為現有技術，較好的例如采用干法刻蝕?？涛g后的 第一多晶硅層120以及氧化物-氮化物-氧化物層IIO構成所述SONOS快閃 存儲器的多晶硅柵極。
參考附圖10所示，以光刻膠層180為掩膜，沿位線方向在半導體襯底100 中進行一定深度的離子注入，形成源極140和漏極150，離子注入的深度為現 有技術，可根據不同的注入深度要求調整離子注入的能量和劑量。其中，形 成源極140和漏極150的工藝為現有技術，在本發(fā)明的一個實施例中，半導 體襯底100材料選用p型珪，對源極和漏極進行N型低摻雜離子注入，注入 離子如砷離子、磷離子等。將所述的若干源極140或者所述的若干漏極150 連接起來，就構成所述SONOS快閃存儲器的位線。
參考附圖11所示，去除光刻膠層180,在源極140和漏極150區(qū)域對應 的半導體襯底100上以及第一腐蝕阻擋層130的表面形成介電層160。介電層 160的形成工藝為現有技術的任何常規(guī)工藝，比較優(yōu)選的例如化學氣相沉積法。介電層160的材料較好的為氧化硅、氮氧化硅等，本發(fā)明最優(yōu)選的為氧
化硅層，采用等離子體化學氣相沉積法形成。之后，參考附圖12所示，采用 化學機械拋光工藝平坦化介電層160，直至完全曝露出第一腐蝕阻擋層130的 表面。
參考附圖13所示，去除第一腐蝕阻擋層130,只留下第一多晶硅層120。 去除第一腐蝕阻擋層130的工藝為現有技術的常規(guī)工藝，本發(fā)明優(yōu)選采用濕 法刻蝕工藝。上述工藝形成本發(fā)明所述SONOS快閃存儲器的柵極結構。
參考附圖14所示，在第一多晶硅層120以及介電層160上形成第二多晶 硅層170,多晶硅的厚度應該完全覆蓋介電層160。形成第二多晶硅層170的 工藝可以是現有技術的任何常規(guī)工藝，例如與形成第一多晶硅層120的工藝 相同，采用等離子體化學氣相沉積法。
之后，參考附圖15A所示，在第二多晶硅層170上依次形成第二腐蝕阻 擋層190以及光刻膠層111，并且曝光、顯影光刻膠層111,使光刻膠層111 沿字線方向形成開口。其中，附圖15B是附圖15在剖切面15B方向的截面結 構示意圖，所述剖切面15B為SONOS快閃存儲器的位線方向。
之后，以光刻膠層lll為掩膜，依次刻蝕第二腐蝕阻擋層190、第二多晶 硅層170以及第一多晶硅層120形成字線，具體結構如附圖16A以及附圖16B 所示。刻蝕第二腐蝕阻擋層190的工藝為現有技術，在此不作進一步的描述。 第二多晶硅層170以及第一多晶硅層120的刻蝕工藝也可以是現有技術，本 發(fā)明優(yōu)選采用干法刻蝕，例如采用Cl2或者HBr作為蝕刻氣體。附圖14、附圖 15A和附圖15B以及附圖16A和附圖16B所述的工藝使第二多晶硅層將各個柵 極結構連接起來，形成字線。
但是，如背景技術中所描述的，由于在字線方向刻蝕第二多晶硅層170 以及第一多晶硅層120的過程中并不會對介電層進行刻蝕，而且刻蝕深度較大，因此會在介質層的側壁形成多晶硅的殘留。
最后，去除所述光刻膠層111以及第二氮化硅層190,隨后，針對介質層 的側壁形成的多晶硅殘留，對字線方向的第二多晶硅層以及第 一 多晶硅層再 一次進行濕法刻蝕，刻蝕的關鍵在于對刻蝕劑的選擇，所選用的刻蝕劑對第 一多晶硅層和第二多晶硅層以及殘留的多晶硅進行刻蝕，主要用于在于去除 介質層的側壁形成的多晶硅殘留，同時，也可以控制刻蝕劑的用量以及刻蝕 溫度和刻蝕時間等參數，避免對第二多晶硅層以及第一多晶硅層造成過刻蝕。
本發(fā)明選用包含NH40H、 11202和H20的刻蝕劑，其中所述H202與NH40H的體 積比為1 10; H20與NH40H的體積比為10 250，刻蝕溫度為40。C至90°C, 刻蝕時間為3至10分鐘。
在本發(fā)明的一個具體實施例中，采用NH40H、 11202和H20的刻蝕劑，選 定NH40H: H202: &0的體積比為1: 2: 50，在50。C的工藝條件下，刻蝕5 分鐘，即可去除介質層的側壁的多晶硅殘留，并且不會對作為多晶硅柵極的 第一多晶硅層和用于連接柵極結構的第二多晶硅層造成過刻蝕。
最后，本發(fā)明形成的SONOS快閃存儲器的結構如圖17以及17A、 17B 和17C所示，其中，圖16是本發(fā)明形成所述SONOS快閃存儲器的俯視圖； 圖17A、 17B和17C分別為圖17所示快閃存儲器在A-A、 B-B、 C-C方 向的截面結構示意圖。其中，A-A方向為形成的SON()S快閃存儲器的位線 方向，B-B、 C-C方向為形成的SONOS快閃存儲器的字線方向。
雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改， 因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種SONOS快閃存儲器的制作方法，包括如下步驟提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有多晶硅柵極結構、位于多晶硅柵極結構之間的介電層以及半導體襯底內位于柵極結構兩側的源極和漏極，所述多晶硅柵極結構具有作為柵極的第一多晶硅層；在多晶硅柵極結構以及介電層表面形成第二多晶硅層；刻蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層形成字線；采用濕法刻蝕工藝刻蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層的步驟。
2. 根據權利要求1所述SONOS快閃存儲器的制作方法，其特征在于，采 用濕法刻蝕工藝刻蝕第二多晶硅層和第 一 多晶硅層的刻蝕劑包括NH40H, H202和H20。
3. 根據權利要求2所述SONOS快閃存儲器的制作方法，其特征在于，H202 與NH4OH的體積比為1~10; H20與NH40H的體積比為10 250。
4. 根據權利要求1所述SONOS快閃存儲器的制作方法，其特征在于，濕 法刻蝕工藝刻蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層的刻蝕溫度為40。C至90°C,刻 蝕時間為3至10分鐘。
5. 根據權利要求1所述SONOS快閃存儲器的制作方法，其特征在于，刻 蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層形成字線的工藝步驟為在第二多晶硅層上 形成第二腐蝕阻擋層以及在存儲器字線方向具有開口的掩膜；刻蝕第二腐蝕 阻擋層以及第二多晶硅層和第 一多晶硅層；去除第二腐蝕阻擋層。
6. 根據權利要求5所述SONOS快閃存儲器的制作方法，其特征在于，刻 蝕第二腐蝕阻擋層以及第二多晶硅層和第一多晶硅層的刻蝕工藝為干法刻 蝕。
7. 根據權利要求1所述SONOS快閃存儲器的制作方法，其特征在于，所 述的柵極結構還具有位于半導體襯底和第 一 多晶硅層之間的介質層-捕獲電荷層-介質層的三層堆疊結構。
8. 根據權利要求1所述SONOS快閃存儲器的制作方法，其特征在于，所 述介質層-捕獲電荷層-介質層的三層堆疊結構為氧化硅-氮化硅-氧化硅層。
9. 根據權利要求1所述SONOS快閃存儲器的制作方法，其特征在于，所 述第 一腐蝕阻擋層和第二腐蝕阻擋層材料為氮化硅層。
10. 根據權利要求1所述SONOS快閃存儲器的制作方法，其特征在于，所 述介電層材料為氧化硅。
全文摘要
一種SONOS快閃存儲器的制作方法，包括如下步驟提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有多晶硅柵極結構、位于多晶硅柵極結構之間的介質層以及半導體襯底內位于柵極結構兩側的源極和漏極，所述多晶硅柵極結構具有作為柵極的第一多晶硅層；在多晶硅柵極結構以及介質層表面形成第二多晶硅層；刻蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層形成字線；采用濕法刻蝕工藝刻蝕第二多晶硅層和第一多晶硅層。本方法避免在介電層的側壁產生多晶硅殘留，而且不會對第一多晶硅層和第二多晶硅層造成過刻蝕。
文檔編號H01L21/70GK101197328SQ20061011906
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月4日 優(yōu)先權日2006年12月4日
發(fā)明者丹 徐, 蔡信裕, 陳文麗 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司