专利名称：构造浮栅的方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，特别涉及构造浮栅的方法。
背景技术：
自对准工艺(Self-aligned-Process，SAP)由于可以实现浮栅(FloatingGate， FG)与浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation, STI)之间良好的自对准性能，因此被广泛 应用于闪存(flash memory)的存储单元制造过程中。图1示出了现有技术的一种分离栅级(Split-Gate)存储器的数据存储单元 (bit-cell)的制造过程中，晶圆典型结构剖面的变化示意图。初始晶圆为硅基底，其上表面 沉积的氧化硅薄膜，在氧化硅薄膜上再沉积一层氮化硅薄膜。通过STI蚀刻(STI-ET)-过程 在晶圆上定义出浅沟槽图形，取晶圆中具有典型结构单元的片段剖面如图1中的IA所示。 该剖面包括硅基底101、氧化硅薄膜102和氮化硅薄膜103，硅基底101上具有浅沟槽结构。对氮化硅薄膜103进行水平方向消退处理，使浅沟槽上口宽度增大，然后对晶圆 进行STI沉积(STI-DEP)处理，实际就是在所述浅沟槽中沉积氧化硅，再经过STI平坦化 (STI-CMP)过程处理后得到如IB所示剖面。接着进行移除氮化硅的处理，得到如IC所示剖 面。氮化硅原先所在的位置形成了空位。然后用氢氟酸(HF)为主要成份的酸性溶液对晶 圆表面进行预清洗，在晶圆表面生长栅氧层，再进行re沉积过程，在所述空位处沉积多晶 硅105，得到如ID所示剖面。再进行re平坦化(re-CMP)处理过程，当填充氧化硅104露 出表面则停止re-CMP。通过re-CMP处理使填充在不同空位中的多晶硅彼此分离而形成FG 105，得到如IE所示剖面。然后进行针对多晶硅的选择性蚀刻(re-Etch Back)过程，使得 剩余多晶硅的厚度减少到目标厚度；以及使填充在STI中的填充氧化硅104消退，以便获得 控制栅极(Control Gate, CG)与TO之间一定的耦合率(Couple Ratio)，得到薄层多晶硅 形成的re 105，剖面如图2中的IF所示。随着器件关键尺度的不断减小，相邻re之间的间隔越来越小，对于re形状的控制 要求变得越来越苛刻。如果re之间的间隔太小，控制栅极(Control Gate, CG)和TO之间 的耦合率(Couple Ratio)也会-比较小，这样在记录电位状态时需要采用更大的电流来补 偿电位状态的有效性。更糟糕的情况是，re之间间隔太小可能会引起相邻re之间的短路， 而造成器件失效。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提出一种构造浮栅的方法，可以使相邻浮栅之间保 持足够的间隔，避免由于间隔太小而造成的种种问题。本发明实施例提出一种构造浮栅的方法，包括如下步骤A、在晶圆的硅基底上表面依次沉积氧化硅薄膜和氮化硅薄膜；B、通过浅沟槽STI光刻和氮化硅蚀刻过程在晶圆上定义出浅沟槽图形；C、在所述浅沟槽中沉积氧化硅后，对晶圆上表面进行第一次平坦化处理；
D、进行移除氮化硅的处理，在氮化硅原先所在的位置形成了空位；E、用氢氟酸为主要成份的酸性溶液对晶圆表面进行预清洗，在晶圆表面生长栅氧 层，再在所述空位处沉积多晶硅；F、对所述晶圆上表面进行第二次平坦化处理，使填充在不同空位中的多晶硅彼此 分离而形成浮栅；在所述步骤D和步骤E之间，进一步包括在所述氧化硅的侧壁形成保护性间隙壁，所述保护性间隙壁与氢氟酸的反应速率 小于氧化硅与氢氟酸的反应速率。所述在所述氧化硅的侧壁形成保护性间隙壁的步骤包括采用低压热沉积方法在晶圆表面沉积一层氮化硅或氮氧化硅薄膜；采用干蚀刻的方法对所述氮化硅或氮氧化硅薄膜进行垂直方向的干性蚀刻，当硅 基底表面以及填充氧化硅的上表面的氮化硅或氮氧化硅薄膜消耗完毕则停止该蚀刻反应。所述氮化硅或氮氧化硅薄膜的厚度为70埃至100埃。所述保护性间隙壁的厚度约为50埃士 10埃。所述步骤F之后，进一步包括针对多晶硅的选择性蚀刻过程，以及使浮栅之间填 充在浅沟槽中的填充氧化硅消退，并去除所述保护性间隙壁。从以上技术方案可以看出，在移除氮化硅之后，构造填充在STI中的氧化硅侧壁 上的间隙壁，该间隙壁相当于保护层，可以阻止预清洗步骤中酸性溶液对氧化硅的腐蚀，从 而使最终得到的相邻浮栅之间具有足够的间隔，从而避免由于浮栅间隔过小带来的种种问题。
图1为现有技术的构造浮动栅极的过程从构造STI到re平坦化处理过程中的晶 圆典型结构的剖面变化示意图；图2为现有技术最终得到晶圆典型结构的剖面变化示意图；图3为本发明实施例构造浮动栅极的过程，从移除氮化硅到多晶硅沉积过程中晶 圆典型结构的剖面变化示意图；图4为本发明实施例的构造浮栅的流程图。
具体实施例方式发明人通过对现有的re构造过程进行分析，发现如下因素可能导致相邻re之间 的距离过小移除氮化硅的处理过程是湿法蚀刻过程，该过程除了移除氮化硅103，对于填充在 STI中的氧化硅也有腐蚀作用，使得被移除的氮化硅形成的空位体积增大。而在此之后的 两步氢氟酸预清洗过程又使填充氧化硅进一步损耗，空位之间的填充氧化硅宽度减小。从 图1中的剖面IB到剖面IC可以明显看出这种变化趋势。这样在后续沉积多晶硅的步骤 中，沉积在空位中的多晶硅体积显著大于原先的氮化硅的体积，而以此为基础形成的re宽 度也会偏大，而导致re之间的间隙过小。从以上分析中可以发现，在移除氮化硅之后，对于填充氧化硅的侧壁缺乏保护机制，使得填充氧化硅被过度消耗。因此本发明方案对于re的构造流程进行如下改进在移除氮化硅的步骤之后，以及对晶圆进行预清洗的步骤之前，增加如下步骤在 填充氧化硅的侧壁形成保护性间隙壁，所述保护性间隙壁与氢氟酸的反应速率小于氧化硅 与氢氟酸的反应速率，就可以使氧化硅的宽度损失降低，从而使最终相邻re之间的间隔满 足器件加工的要求。如图3所示，本发明实施例提出一种形成保护性间隙壁的具体做法根据图1所示，移除氮化硅的处理得到如IC所示的剖面，其中，填充浅沟槽的氧化 硅层的表面远高于其它位置。在此之后，采用低压热沉积方法在晶圆表面沉积一层氮化硅 或氮氧化硅(SION)薄膜，厚度约为70埃至100埃，该氮化硅或氮氧化硅薄膜完全覆盖所述 的浅沟槽隔离结构的氧化硅层以及其他位置的氧化硅层，得到图3中如2A所示的剖面。采用干蚀刻的方法对所述氮化硅或氮氧化硅薄膜进行垂直方向的干性蚀刻，当位 于水平平面上的氮化硅或氮氧化硅薄膜消耗完毕则停止该蚀刻反应。所述水平平面包括浅 沟槽隔离结构的氧化硅层顶部水平平面以及浅沟槽以外位置的氧化硅形成的水平平面。蚀 刻之后的晶圆剖面如图3中的2B所示。通过以上两步处理，在填充氧化硅的侧壁形成厚度约为50埃士 10埃的保护性间 隙壁。该间隙壁几乎对氢氟酸的腐蚀作用免疫，使得填充氧化硅的宽度在预清洗步骤中保 持不变，并且也不会对后续的加工工艺造成不良副作用。接下来用酸性溶液进行预清洗，并 且沉积多晶硅，得到的剖面如图3中的2C所示。可见由于保护性间隙壁的保护，氧化硅的 宽度在预清洗步骤中没有受到损失。假设图3中IC所示剖面的氧化硅宽度为350埃，则最 终得到的相邻TO之间的宽度约为450埃(350埃加上两个间隙壁的宽度50埃)，可以避免 现有技术中由于re间隔过小带来的问题。图4示出了本发明实施例的构造re的流程，包括如下步骤步骤401 在晶圆的硅基底上表面依次沉积氧化硅薄膜和氮化硅薄膜；步骤402 通过浅沟槽STI光刻和氮化硅蚀刻过程在晶圆上定义出浅沟槽图形；定义浅沟槽的方法例如在晶圆表面涂布光刻胶，对光刻胶进行曝光并显影，将预 定义的图形转印到光刻胶上。然后以剩余的光刻胶为掩膜进行蚀刻，晶圆未被光刻胶覆盖 的部分被依次刻蚀氮化硅薄膜，氧化硅薄膜，以及硅基底，形成浅沟槽，该浅沟槽的底部位 于硅基底中。步骤403 在所述浅沟槽内以及氮化硅薄膜上沉积氧化硅层，对晶圆上表面进行 第一次平坦化处理，去除位于氮化硅层之上的氧化硅层；步骤404:进行移除氮化硅的处理，在氮化硅原先所在的位置形成了空位，使填充 浅沟槽的氧化硅层的表面远高于其它位置。步骤405 在所述氧化硅的侧壁形成保护性间隙壁，所述保护性间隙壁与氢氟酸 的反应速率小于氧化硅与氢氟酸的反应速率。形成保护性间隙壁的具体做法参见前文对图 3的描述。步骤406 用氢氟酸为主要成份的酸性溶液对晶圆表面进行预清洗，清洗之后在 晶圆表面生长栅氧层，再在所述空位处沉积多晶硅。在这一步中，所述的多晶硅层实际上 也会沉积在浅沟槽隔离结构的氧化硅层上，并且完全覆盖所述的浅沟槽隔离结构的氧化硅层。
步骤407 对所述晶圆上表面进行第二次平坦化处理，当暴露出浅沟槽隔离结构 的氧化硅层后，进行一定量的过抛光以保证工艺窗口则停止平坦化处理，使填充在不同空 位中的多晶硅彼此分离而形成浮栅。后续还可以进行针对多晶硅的选择性蚀刻(re-Etch back)过程，使得剩余多晶 硅的厚度减少到目标厚度；以及使填充在STI中的填充氧化硅消退，以便获得控制栅极 (Control Gate, CG)与 FG 之间一定的耦合率(CoupleRatio)。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种构造浮栅的方法，包括如下步骤A、在晶圆的硅基底上表面依次沉积氧化硅薄膜和氮化硅薄膜；B、通过浅沟槽光刻和氮化硅蚀刻过程在晶圆上定义出浅沟槽图形；C、在所述浅沟槽中沉积氧化硅，并对晶圆上表面进行第一次平坦化处理；D、进行移除氮化硅的处理，在氮化硅原先所在的位置形成了空位；E、用氢氟酸为主要成份的酸性溶液对晶圆表面进行预清洗，在晶圆表面生长栅氧层， 再在所述空位处沉积多晶硅；F、对所述晶圆上表面进行第二次平坦化处理，使填充在不同空位中的多晶硅彼此分离 而形成浮栅；其特征在于，在所述步骤D和步骤E之间，进一步包括在所述氧化硅的侧壁形成保护性间隙壁，所述保护性间隙壁与氢氟酸的反应速率小于 氧化硅与氢氟酸的反应速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述氧化硅的侧壁形成保护性间 隙壁的步骤包括采用低压热沉积方法在晶圆表面沉积一层氮化硅或氮氧化娃薄膜；采用干蚀刻的方法对所述氮化硅或氮氧化硅薄膜进行垂直方向的干性蚀刻，当硅基底 表面以及填充氧化硅的上表面的氮化硅或氮氧化硅薄膜消耗完毕则停止该蚀刻反应。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氮化硅或氮氧化硅薄膜的厚度为70 埃至100埃。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述保护性间隙壁的厚度约为50 埃士 10埃。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤F之后，进一步包括针 对多晶硅的选择性蚀刻过程，以及使浮栅之间填充在浅沟槽中的填充氧化硅消退，并去除 所述保护性间隙壁。
全文摘要
本发明公开了一种构造浮栅的方法，包括如下步骤A、在晶圆的硅基底上表面依次沉积氧化硅薄膜和氮化硅薄膜；B、通过浅沟槽光刻和氮化硅蚀刻过程在晶圆上定义出浅沟槽图形；C、在所述浅沟槽中沉积氧化硅后，对晶圆上表面进行第一次平坦化处理；D、进行移除氮化硅的处理，在氮化硅原先所在的位置形成了空位；在所述氧化硅的侧壁形成保护性间隙壁，所述保护性间隙壁与氢氟酸的反应速率小于氧化硅与氢氟酸的反应速率；E、用氢氟酸为主要成份的酸性溶液对晶圆表面进行预清洗，在晶圆表面生长栅氧层，再在所述空位处沉积多晶硅；F、对所述晶圆上表面进行第二次平坦化处理，使填充在不同空位中的多晶硅彼此分离而形成浮栅。
文档编号H01L21/28GK102005375SQ20091019501
公开日2011年4月6日 申请日期2009年9月2日 优先权日2009年9月2日
发明者周儒领, 王友臻, 詹奕鹏 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司