专利名称：具有高压晶体管、非易失性存储器晶体管及逻辑晶体管的半导体器件的制造方法
具有高压晶体管、非易失性存储器晶体管 及逻辑晶体管的半导体器件的制造方法技术领域
图2显示了在氧化物层18上进行脱耦等离子体氮化 (DPN)以在氧化物层18上形成富氮氧化物层20之后的半导体器件 10。该富氮氧化物层优选很薄，不大于10埃，充分均匀以完全覆盖 氧化物层18，以及具有不大于IO原子百分比的氮浓度。DPN能够在 获得小于10埃的厚度的同时获得这种均匀性。而且典型的氮化物沉 积工艺无法形成这样的薄层或者具有氮的期望低浓度。甚至已经发 现，对于氮化物，原子层沉积(ALD)直到沉积了大约5层或更多，或者无法获得氮的期望低浓度。使 用DPN,甚至连5埃也可以获得。作为选择，远距等离子体氮化同 样可以有效形成富氮氧化物层20。虽然不是化学计量比氮化硅，但 是富氮氧化物层20具有氮化物的许多特性。特别地，它对某些用来 蚀刻氧化物的蚀刻剂具有高选择性。例如，氢氟酸蚀刻氧化物远快于 蚀刻富氮氧化物，例如层20。虽然希望具有充足的氮浓度以获得这 种期望的蚀刻特性，但同样希望具有低的氮浓度，小于10原子百分 比，以尽量保留氧化物的电特性。有效的DPN工艺或者该平衡的获 得是使晶片暴露于远距氮等离子体下，等离子体功率在200W 600W 之间，氮分压在lmTorr 5mTorr之间以及晶片温度在25。C 300。C之 间。
图4显示了对区域22上方的富氮氧化物层20及氧化物 层18进行图形化蚀刻之后的半导体器件10。使蚀刻与隔离区17对 齐因而容易实现对准。
图7显示了在区域16上方进行图形化蚀刻以使区域16 暴露之后的半导体器件10。
图10显示了在区域34上方进行图形化蚀刻以使区域34 暴露之后的半导体器件10。0017图11显示了通过在区域34上生长氧化物来形成栅极电 介质36之后的半导体器件10。栅极电介质36优选约为20埃厚。
图12显示了形成晶体管38、 40、 42及44之后的半导体 器件10，其中晶体管38是在区域14之上及之中的高压晶体管；晶 体管40是在区域22之上及之中的NVM晶体管；晶体管42是在区 域16之上及之中的I/O晶体管；以及晶体管44是在区域34之上及 之中的逻辑晶体管。因而高压晶体管具有氧化物层18及富氮氧化物 层20作为它的栅极电介质。NVM晶体管具有氧化物层24构成的栅 极电介质以及在例如纳米晶28的纳米晶上方及周围的氧化物层30构 成的存储层。I/O晶体管具有氧化物层32作为它的栅极电介质。逻 辑晶体管具有氧化物层36作为它的栅极电介质。
益处、其他优点，以及问题的解决方案已经在上文针对 具体的实施方案进行了描述。但是，益处、优点、问题的解决方案， 以及可以促使任何益处、优点或解决方案产生或者变得更显著的任何 要素不应被看作是关键的、必需的或本质的特征或者是任何或所有权 利要求的要素。如在此所使用的，术语"包含"、"包括"，或其任何其 他形式变形均意指涵盖非排它的包含，使得包含列示的要素的过程、 方法、物品，或装置不只是包括那些要素而且还可以包括没有明确列 出的或者非此类过程、方法、物品或装置所固有的其他要素。术语一 或一个，如在此所4吏用的，净皮定义为一个或一个以上。术语多个，如 在此所使用的，被定义为两个或两个以上。术语另一个，如在此所使 用的，被定义为至少第二个或更多。术语包括和/或具有，如在此所 使用的，被定义为包含(即，开放的语言)。术语耦合的，如在此所 使用的，被定义为连接的，虽然不一定直接连接，也不一定机械上连 接。[0022从一个角度来看，半导体器件被制造在半导体基板上。12第 一绝缘层被形成于半导体基板上以用作半导体基板第 一 区域内的高 压晶体管的栅极电介质。在第一绝缘层形成之后，第二绝缘层被形成 于半导体基板上以用作在基板的第二区域内的非易失性存储器晶体管 的栅极电介质。在第二绝缘层形成之后，第三绝缘层被形成于半导体 基板上以用作在基板的第三区域内的逻辑晶体管的栅极电介质。此 外，在形成第二绝缘层的步骤之后，方法可以在半导体基板的上方形 成纳米晶。此外，方法还可以包括在形成第二绝缘层的步骤之前于第 一绝缘层上方形成第四绝缘层以及在形成第三绝缘层的步骤之前去除 第一区域及第三区域上方的纳米晶。此外，方法还可以包括在形成第 二绝缘层的步骤之前去除第二区域上方的第一及第四绝缘层。此外， 方法还包括在去除第二区域上方的第一及第四层的步骤之后以及在形 成第三绝缘层的步骤之前去除第三区域上方的第一及第四绝缘层。作 为选择，方法的特征还可以在于形成第四绝缘层的步骤包括对第一层 进行脱耦等离子体氮化的步骤。另外，方法的特征还可以在于形成第 四绝缘层的步骤，其特征还在于第四绝缘层包含富氮氧化物。另外， 方法的特征还可以在于形成第四绝缘层的步骤，其特征还在于第四绝缘层的厚度不超过10埃。另外，方法的特征还可以在于形成第四绝 缘层的步骤，其特征还在于第四绝缘层具有不超过10原子百分比的氮浓度。另外，方法的特征还可以在于去除纳米晶的步骤包含使用氢 氟酸进行湿法蚀刻。另外，方法的特征还可以在于形成第一绝缘层的 步骤包含在半导体基板上生长氧化物。另外， 一方面，方法还可以包括在形成第二绝缘层的步骤之后于半导体基板上形成用作I/O晶体管的栅极电介质的第五绝缘层。[0023从另一个角度来看，有在半导体基板上制造半导体器件 的方法。第一氧化物层生长在半导体基板上。在第一氧化物层上进行 等离子体氮化以在第一氧化物层上形成富氮氧化物层。第一氧化物层 及富氮层被选择性地去除以留下在基板的第 一氧化区域上方的第 一氧 化物层及富氮氧化物层以及去除基板的第二区域上方的第一氧化物层 及富氮氧化物层。第二氧化物层生长在第二区域上。纳米晶层在生长第二氧化物层的步骤之后被形成于半导体基板的上方。去除基板的第一区域及第三区域上方的纳米晶层。在去除纳米晶层的步骤之后，选择性地去除第 一氧化物层及富氮氧化物层以留下基板的第 一 区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物层以及去除基板的第三区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物层。第三氧化物层生长在第三区域上。第一种类型的第一晶体管被形成于第一区域之中及之上，使用第一氧化物层及富氮氧化物层作为该第一晶体管的栅极电介质。第二种类型的第二晶体管被形成于第二区域之中及之上，使用第二氧化物层作为该第二晶体管的栅极电介质。第三种类型的第三晶体管被形成于第三区域之中及之上，使用第三氧化物层作为该第三晶体管的栅极电介质。方法的特征还可以在于生长第 一氧化物层的步骤，其特征还在于第 一氧化物层具有第一厚度，生长第二氧化物层的步骤，其特征还在于第二氧化物层具有小于第一厚度的第二厚度，以及生长笫三氧化物层的步骤，其特征还在于第三氧化物层具有小于第二厚度的第三厚度。同样，方法的特征还可以在于形成第一晶体管的步骤，其特征还在于第一晶体管是高压晶体管，形成第二晶体管的步骤，其特征还在于第二晶体管是非易失性存储器晶体管，以及形成第三晶体管的步骤，其特征还在于第三晶体管是逻辑晶体管。同样，方法的特征还可以在于去除纳米晶层的步骤还包括去除基板的第四区域上方的纳米晶层，以及方法还可以包含在去除纳米晶的步骤之后选择性地去除第一氧化物层及富氮氧化物层，以留下基板的第一区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物层以及去除基板的第四区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物层，在第四区域上方生长第四氧化物层，以及在第四区域之中及之上形成第四种类型的第四晶体管，使用第四氧化物层作为该第四晶体管的栅极电介质。同样，方法的特征还可以在于进行脱耦等离子体氮化
的步骤，其特征还在于富氮氧化物层的厚度不大于10埃。同样，方
法的特征还可以在于进行脱耦等离子体氮化的步骤，其特征还在于富
氮氧化物层具有不超过10原子百分比的氮浓度。
00241从另一个角度来看，半导体器件包括高压晶体管、非易
14失性存储器晶体管、逻辑晶体管。高压晶体管具有包含氧化物层及富
氮氧化物层的栅极电介质，其中富氮氧化物层不大于10埃厚并且具
有没有超过10原子百分百的氮浓度；其中氧化物层具有第一厚度。
非易失性存储器晶体管具有小于第一厚度的第二厚度的栅极电介质。逻辑晶体管具有小于第二厚度的第三厚度的栅极电介质。此外，半导
体器件可以还包括具有大于第三厚度且小于第 一厚度的第四厚度的栅极电介质的I/O晶体管。
权利要求
1.一种在半导体基板上制造半导体器件的方法，包括以下步骤在半导体基板上形成第一绝缘层以用作半导体基板的第一区域中的高压晶体管的栅极电介质；在形成第一绝缘层的步骤之后，于半导体基板上形成第二绝缘层以用作在基板的第二区域中的非易失性存储器晶体管的栅极电介质；以及在形成第二绝缘层的步骤之后，于半导体基板上形成第三绝缘层以用作在基板的第三区域中的逻辑晶体管的栅极电介质。
2. 根据权利要求l的方法，还包括以下步骤 在形成第二绝缘层的步骤之后，在半导体基板的上方形成纳米晶。
3. 根据权利要求2的方法，还包括以下步骤 在形成第二绝缘层的步骤之前于第一绝缘层的上方形成第四绝缘层；在形成第三绝缘层的步骤之前去除第一区域及第三区域上方的 纳米晶。
4. 根据权利要求3的方法，还包括以下步骤 在形成第二绝缘层的步骤之前去除第二区域上方的第一及第四绝缘层。
5. 根据权利要求4的方法，还包括以下步骤 在去除第二区域上方的第一及第四层的步骤之后以及在形成第三绝缘层的步骤之前去除第三区域上方的第一及第四绝缘层。
6. 根据权利要求3的方法，其中形成第四绝缘层的步骤包括对 第 一层进行脱耦等离子体氮化的步骤。
7. 根据权利要求6的方法，其中形成第四绝缘层的步骤的特征 还在于第四绝缘层包含富氮氧化物。
8. 根据权利要求7的方法，其中形成第四绝缘层的步骤的特征 还在于第四绝缘层的厚度不超过10埃。
9. 根据权利要求8的方法，其中形成第四绝缘层的步骤的特征 还在于第四绝缘层具有不超过10原子百分比的氮浓度。
10. 根据权利要求9的方法，其中去除纳米晶的步骤包括使用 氬氟酸进行湿法蚀刻。
11. 根据权利要求10的方法，其中形成第一绝缘层的步骤包括 在半导体基板上生长氧化物。
12. 根据权利要求11的方法，还包括在形成第二绝缘层的步骤 之后于半导体基板上形成用作I/O晶体管的栅极电介质的第五绝缘层 的步骤。
13. —种在半导体基板上制造半导体器件的方法，包括以下步骤在半导体基板上生长第一氧化物层；在第一氧化物层上进行脱耦等离子体氮化以在第一氧化物层上 形成富氮氧化物层；选择性地去除第 一氧化物层及富氮层以留下在基板的第 一氧化区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物层，以及去除基板的第二区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物层； 在第二区域上方生长第二氧化物层；在生长第二氧化物层的步骤之后于半导体基板的上方形成纳米晶层;去除基板的第一区域及第三区域上方的纳米晶层； 在去除纳米晶层的步骤之后，选择性地去除第一氧化物层及富 氮氧化物层以留下基板的第一区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物 层，以及去除基板的第三区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物层； 在第三区域上方生长第三氧化物层；在第一区域之中及之上形成第一类型的第一晶体管，使用第一 氧化物层及富氮氧化物层作为该第一晶体管的栅极电介质；在第二区域之中及之上形成第二类型的第二晶体管，使用第二 氧化物层作为该第二晶体管的栅极电介质；以及在第三区域之中及之上形成第三类型的第三晶体管，使用第三 氧化物层作为该第三晶体管的栅极电介质。
14. 根据权利要求13的方法，其中生长第一氧化物层的步骤的特征还在于第一氧化物层具有第一厚度；生长第二氧化物层的步骤的特征还在于第二氧化物层具有小于第一厚度的第二厚度；生长第三氧化物层的步骤的特征还在于第三氧化物层具有小于第二厚度的第三厚度。
15. 根据权利要求13的方法，其中形成第一晶体管的步骤的特征还在于第一晶体管是高压晶体管；形成第二晶体管的步骤的特征还在于第二晶体管是非易失性存储器晶体管；以及形成第三晶体管的步骤的特征还在于第三晶体管是逻辑晶体管。
16. 根据权利要求13的方法，其中去除纳米晶层的步骤还包括 去除基板的第四区域上方的纳米晶层，所述方法还包括以下步骤在去除纳米晶的步骤之后，选择性地去除第一氧化物层及富氮 氧化物层以留下基板的第一区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物 层，以及去除基板的第四区域上方的第一氧化物层及富氮氧化物层； 以及在第四区域上方生长第四氧化物层，以及 在第四区域上及上方形成第四类型的第四晶体管，使用第四氧 化物层作为该第四晶体管的栅极电介质。
17. 根据权利要求13的方法，其中进行脱耦等离子体氮化的步 骤的特征还在于富氮氧化物层的厚度不大于10埃。
18. 根据权利要求13的方法，其中进行脱耦等离子体氮化的步 骤的特征还在于富氮氧化物层具有不超过IO原子百分比的氮浓度。
19. 一种半导体器件，包括具有包含氧化物层及富氮氧化物层的栅极电介质的高压晶体 管，其中富氮氧化物层不大于10埃厚并且具有不超过10原子百分比的氮浓度；其中氧化物层具有第一厚度；具有小于第 一厚度的第二厚度的栅极电介质的非易失性存储器晶体管；以及具有小于第二厚度的第三厚度的栅极电介质的逻辑晶体管。
20.根据权利要求19的半导体器件，还包括具有大于第三厚度 且小于第一厚度的第四厚度的栅极电介质的1/0晶体管°
全文摘要
公开一种在半导体基板(12)上制造的半导体器件。第一绝缘层(18)被形成于半导体基板上以用作半导体基板(12)的第一区域(14)内的高压晶体管(38)的栅极电介质。在第一绝缘层(18)形成之后，第二绝缘层(24)被形成于半导体基板(12)上以用作基板(12)的第二区域(22)内的非易失性存储器晶体管(40)的栅极电介质。在第二绝缘层(24)形成之后，第三绝缘层(36)被形成于半导体基板(12)上以用作基板(12)的第三区域(34)内的逻辑晶体管(44)的栅极电介质。
文档编号H01L21/8247GK101569006SQ200880001261
公开日2009年10月28日 申请日期2008年1月10日 优先权日2007年1月26日
发明者R·A·劳, R·穆拉利德哈 申请人:飞思卡尔半导体公司