分离栅式快闪存储器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种分离栅式快闪存储器的制造方法。包括：提供半导体衬底和形成第一绝缘层；形成两两相邻成对的栅极叠层，并在所述栅极叠层的侧面覆盖栅极侧墙；沉积第一高压栅氧化层；刻蚀去除部分第一高压栅氧化层；覆盖第二高压栅氧化层；刻蚀去除部分的第二高压栅氧化层和部分第一高压栅氧化层；采用快速热退火或现场水汽生成退火进行膜层修复处理工艺。本发明通过经过多道步骤在形成浮置栅极和字线之间的间隙氧化层之后，采用快速热退火或现场水汽生成退火对间隙氧化层中的第一高压栅氧化层进行膜层修复处理工艺，从而减少第一高压栅氧化层中的不稳定键，从而提高器件的稳定性。
【专利说明】分离栅式快闪存储器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路制造工艺，尤其涉及一种分离栅式快闪存储器的制造方法。
【背景技术】
[0002] 闪存以其便捷，存储密度高，可靠性好等优点成为非挥发性存储器中研究的热点。 从二十世纪八十年代第一个闪存产品问世以来，随着技术的发展和各类电子产品对存储的 需求，闪存被广泛用于手机、笔记本、掌上电脑和U盘等移动和通讯设备中。闪存为一种非 易变性存储器，其运作原理是通过改变晶体管或存储单元的临界电压来控制门极通道的开 关以达到存储数据的目的，使存储在存储器中的数据不会因电源中断而消失，而闪存为电 可擦除且可编程的只读存储器的一种特殊结构。如今闪存已经占据了非挥发性半导体存储 器的大部分市场份额，成为发展最快的非挥发性半导体存储器。
[0003] 然而现有的闪存在迈向更高存储密度的时候，由于受到编程电压的限制，通过缩 小器件尺寸来提高存储密度将会面临很大的挑战，因而研制高存储密度的闪存是闪存技术 发展的重要推动力。传统的闪存在迈向更高存储密度的时候，由于受到结构的限制，实现 器件的编程电压进一步减小将会面临着很大的挑战。一般而言，闪存为分栅结构或堆叠栅 结构或两种结构的组合。分栅式闪存由于其特殊的结构，相比堆叠栅闪存在编程和擦除的 时候都体现出其独特的性能优势，因此分栅式结构由于具有高的编程效率，字线的结构可 以避免"过擦除"等优点，应用尤为广泛。但是由于分栅式闪存相对于堆叠栅闪存多了一个 字线从而使得芯片的面积也会增加，为了把较高组装密度的存储器单元引进半导体存储器 件，存储器件电路的设计布局也必须随之而采用越来越小的尺寸。为了解决由存储器单元 的高密度组装所引起的各种问题，必须改进半导体存储器件的结构，以实现更加小型化且 更为耐用的半导体存储器件。
[0004] 分离栅式快闪存储器的制造领域广泛采用源极注入机制（Source side injection)作为编程过程，其中浮置栅极和字线之间的间隙氧化层则作为编程过程的氧化 层。这层浮置栅极和字线之间的间隙氧化层的质量成为器件性能、产品良率以及可靠性的 关键影响因素，由于浮置栅极和字线之间的间隙氧化层引起的单个比特位（bit)的失效成 为业界广泛关注的话题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种能够提高浮置栅极和字线之间的间隙氧化层的质量， 进而提高分离栅式快闪存储器的性能。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种分离栅式快闪存储器的制造方法，包括：
[0007] 提供半导体衬底，并在所述半导体衬底上形成第一绝缘层；
[0008] 在所述第一绝缘层上形成依次叠加的浮置栅极、第二绝缘层、控制栅极以及硬掩 膜层，构成两两相邻成对的栅极叠层，并在所述栅极叠层的侧面覆盖栅极侧墙；
[0009] 沉积第一高压栅氧化层；
[0010] 在相邻成对的两栅极叠层的顶壁的相对外半部以及相对的外侧侧壁上形成第一 光刻胶图形，刻蚀去除暴露的第一高压栅氧化层和第一绝缘层，其后去除所述第一光刻胶 图形；
[0011] 沉积第二高压栅氧化层；
[0012] 在相邻成对的两栅极叠层的顶壁相对的内半部、相对的内侧侧壁以及两栅极叠层 之间的半导体衬底上形成第二光刻胶图形，刻蚀去除暴露的第二高压栅氧化层、第一高压 栅氧化层和第一绝缘层，其后去除第二光刻胶图形；
[0013] 采用快速热退火或现场水汽生成退火进行膜层修复处理工艺。
[0014] 进一步的，采用快速热退火或现场水汽生成退火进行膜层修复处理工艺，退火过 程中通入气体为一氧化二氮、一氧化氮或者氮气、一氧化二氮及一氧化氮中的一种或几种 与氧气的混合气体，退火温度为950°C?1100°C，退火时间为10秒?60秒。
[0015] 进一步的，所述栅极侧墙的厚度为200A?220A。
[0016] 进一步的，所述第一高压栅氧化层的厚度为60A?80A。
[0017] 进一步的，所述第二高压栅氧化层的厚度为100 A?140 A。
[0018] 进一步的，在刻蚀去除暴露的第二高压栅氧化层和部分第一高压栅氧化层，去除 暴露的第一高压栅氧化层的厚度为160A-. 180人。
[0019] 进一步的，在去除第二光刻胶图形和进行退火工艺的步骤之间，还包括利用热氧 化法在暴露的半导体衬底上生长低压栅氧化层。
[0020] 进一步的，所述低压栅氧化层的厚度为20 A?40 A。
[0021] 进一步的，在相邻的栅极叠层之间形成擦除栅极，在相邻的栅极叠层两侧形成字 线，所述栅极叠层和字线之间的栅极侧墙、第一高压栅氧化层以及低压栅氧化层构成了浮 置栅极和字线之间的间隙氧化层。
[0022] 综上所述，本发明通过采用快速热退火或现场水汽生成退火对第一高压栅氧化层 进行膜层修复处理工艺，减少不稳定键，从而提高浮置栅极和字线之间的绝缘性，进而提高 器件的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明一实施例中分离栅式快闪存储器的制造方法的流程示意图；
[0024] 图2?图9是本发明一实施例中分离栅式快闪存储器的制造过程的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一 步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也 涵盖在本发明的保护范围内。
[0026] 其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说 明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
[0027] 图1是本发明一实施例中分离栅式快闪存储器的制造方法的流程示意图，如图1 所示，本发明提供一种分离栅式快闪存储器的制造方法，包括以下步骤：
[0028] 步骤SOI :提供半导体衬底，并在所述半导体衬底上形成第一绝缘层；
[0029] 步骤S02 :在所述第一绝缘层上形成依次叠加的浮置栅极、第二绝缘层、控制栅极 以及硬掩膜层，构成两两相邻成对的栅极叠层，并在所述栅极叠层的侧面覆盖栅极侧墙；
[0030] 步骤S03 :沉积第一高压栅氧化层；
[0031] 步骤S04 :在相邻成对的两栅极叠层的顶壁的相对外半部以及相对的外侧侧壁 上形成第一光刻胶图形，刻蚀去除暴露的第一高压栅氧化层，其后去除所述第一光刻胶图 形；
[0032] 步骤S05 :沉积第二高压栅氧化层；
[0033] 步骤S06 :在相邻成对的两栅极叠层的顶壁相对的内半部、相对的内侧侧壁以及 两栅极叠层之间的半导体衬底上形成第二光刻胶图形，刻蚀去除暴露的第二高压栅氧化 层、部分第一高压栅氧化层和第一绝缘层，其后去除第二光刻胶图形；
[0034] 步骤S07 :采用快速热退火或现场水汽生成退火进行膜层修复处理工艺。
[0035] 图2?图9是本发明一实施例中分离栅式快闪存储器的制造过程的结构示意图。 以下结合图1?图9,详细说明分离栅式快闪存储器的制造方法：
[0036] 如图2所示，在步骤S01中，提供半导体衬底100,并在所述半导体衬底100上形成 第一绝缘层101 ;所述半导体衬底100的材质可以为单晶硅、多晶硅、无定形硅、硅锗化合物 或绝缘体上硅（SOI)等，在半导体衬底100中可以形成掺杂区等。所述第一绝缘层101的 材质为二氧化硅，可以采用热氧化生长法或化学气相沉积法形成，其中较佳的方法为热氧 化生长法，采用热氧化生长法形成的第一绝缘层101具有更好的致密结构。
[0037] 继续参考图2,在步骤S02中，在所述第一绝缘层101上形成浮置栅极102、第二绝 缘层106、控制栅极110以及硬掩膜层112,构成两两相邻成对的栅极叠层，并在所述栅极叠 层的侧面覆盖栅极侧墙108 ;进一步的，所述栅极侧墙108的厚度为200A?220人。具体的， 所述栅极叠层的总厚度可以为2300A?2500人。其中浮置栅极102和控制栅极110的材质 可以为多晶硅。第二绝缘层106较佳的可以依次由氧化物、氮化物及氧化物三层组成的0N0 三明治结构，本【技术领域】人员应当理解的是，第二绝缘层106也可以为一层氮化物或一层 氧化物，或一层氮化物上形成一层氧化物等绝缘结构等。硬掩膜层112在后续制作方法中 作为化学机械平坦化停止层，可以为氮化硅层。另外浮置栅极102、第二绝缘层106、控制栅 极110及硬掩膜层112侧边形成栅极侧墙108具有绝缘作用。
[0038] 如图3所示，在步骤S03中，沉积第一高压栅氧化层114 ;所述第一高压栅氧化层 114的厚度为60Α?80入。
[0039] 如图4和图5所示，在步骤S04中，在相邻成对的两栅极叠层的顶壁的相对外半部 以及相对的外侧侧壁上形成第一光刻胶图形116,刻蚀去除暴露的第一高压栅氧化层114 和第一绝缘层101，其后去除所述第一光刻胶图形116 ;在去除所述第一光刻胶图形116之 后，在相邻的栅极叠层之间的半导体衬底中注入形成源区，形成源区的过程为本领域技术 人员所熟知的技术内容，故不赘述。
[0040] 如图5所示，在步骤S05中，覆盖第二高压栅氧化层118 ;所述第二高压栅氧化层 118较佳的厚度为10〇A?14〇A"
[0041] 如图6和图7所示，在步骤S06中，在相邻成对的两栅极叠层的顶壁相对的内半 部、相对的内侧侧壁以及两栅极叠层之间的半导体衬底100上形成第二光刻胶图形120,刻 蚀去除暴露的第二高压栅氧化层118、部分第一高压栅氧化层114和第一绝缘层101，其后 去除第二光刻胶图形120 ;进一步的，在刻蚀去除暴露的第二高压栅氧化层118和部分第一 高压栅氧化层114,其中去除暴露的第一高压栅氧化层114的厚度为160Λ?180A,..
[0042] 如图7所示，在去除第二光刻胶图形120和进行退火工艺的步骤之间，还包括利用 热氧化法在暴露的半导体衬底100上生长低压栅氧化层121。在较佳的实施例中，所述低压 栅氧化层121的厚度为2〇A_.~4〇A。其后，还可以进行一步改善分离栅式快闪存储器写入过 程的热处理步骤。
[0043] 如图8所示，在步骤S07中，采用快速热退火或现场水汽生成退火进行膜层修复处 理工艺。在较佳的实施例中，采用快速热退火或现场水汽生成退火进行膜层修复处理工艺 中，退火过程中通入气体可以为一氧化二氮、一氧化氮或者氮气、一氧化二氮及一氧化氮中 的一种或几种与氧气的混合气体，退火温度为950°C?1100°C，退火时间为10秒?60秒。 在此步骤中，通过对第一高压栅氧化层114进行膜层修复处理工艺，使第一高压栅氧化层 114中的悬挂键转化为更稳定的价键，例如硅-氮键，进而提高第一高压栅氧化层114的绝 缘能力。
[0044] 如图9所示，此后，在相邻的栅极叠层之间形成擦除栅极122,在相邻的栅极叠层 两侧形成字线124,从而栅极叠层和字线124之间的栅极侧墙108、第一高压栅氧化层114 以及低压栅氧化层121则构成了浮置栅极102和字线124之间的间隙氧化层，经过修复后 的第一高压栅氧化层114具有更佳的绝缘能力，从而使浮置栅极102和字线124之间的间 隙氧化层具有更好的绝缘能力，进而提高分离栅式快闪存储器的存储能力。
[0045] 综上所述，本发明通过经过多道步骤在形成浮置栅极和字线之间的间隙氧化层之 后，采用快速热退火或现场水汽生成退火对间隙氧化层中的第一高压栅氧化层进行膜层修 复处理工艺，从而减少第一高压栅氧化层中的不稳定键，从而提高器件的稳定性。
[0046] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发 明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护 范围。
【权利要求】
1. 一种分离栅式快闪存储器的制造方法，包括： 提供半导体衬底，并在所述半导体衬底上形成第一绝缘层； 在所述第一绝缘层上形成依次叠加的浮置栅极、第二绝缘层、控制栅极以及硬掩膜层， 构成两两相邻成对的栅极叠层，并在所述栅极叠层的侧面覆盖栅极侧墙； 沉积第一高压栅氧化层； 在相邻成对的两栅极叠层的顶壁的相对外半部以及相对的外侧侧壁上形成第一光 刻胶图形，刻蚀去除暴露的第一高压栅氧化层和第一绝缘层，其后去除所述第一光刻胶图 形； 沉积第二高压栅氧化层； 在相邻成对的两栅极叠层的顶壁相对的内半部、相对的内侧侧壁以及两栅极叠层之间 的半导体衬底上形成第二光刻胶图形，刻蚀去除暴露的第二高压栅氧化层、部分第一高压 栅氧化层和第一绝缘层，其后去除第二光刻胶图形； 采用快速热退火或现场水汽生成退火进行膜层修复处理工艺。
2. 如权利要求1所述的分离栅式快闪存储器的制造方法，其特征在于，采用快速热 退火或现场水汽生成退火进行膜层修复处理工艺，退火过程中通入气体为一氧化二氮、一 氧化氮或者氮气、一氧化二氮及一氧化氮中的一种或几种与氧气的混合气体，退火温度为 950°C?1KKTC，退火时间为10秒?60秒。
3. 如权利要求1或2所述的分离栅式快闪存储器的制造方法，其特征在于，所述栅极侧 墙的厚度为200A?220A "
4. 如权利要求1或2所述的分离栅式快闪存储器的制造方法，其特征在于，所述第一高 压栅氧化层的厚度为60 A-.-80 A。
5. 如权利要求1或2所述的分离栅式快闪存储器的制造方法，其特征在于，所述第二高 压栅氧化层的厚度为100A?140 A。
6. 如权利要求1或2所述的分离栅式快闪存储器的制造方法，其特征在于，在刻蚀去除 暴露的第二高压栅氧化层和部分第一高压栅氧化层，去除暴露的第一高压栅氧化层的厚度 为 160 A?180 A。
7. 如权利要求1至2所述的分离栅式快闪存储器的制造方法，其特征在于，在去除第二 光刻胶图形和进行退火工艺的步骤之间，还包括： 利用热氧化法在暴露的半导体衬底上生长低压栅氧化层。
8. 如权利要求7所述的分离栅式快闪存储器的制造方法，其特征在于，所述低压栅氧 化层的厚度为20 A?40 A。
9. 如权利要求1或2所述的分离栅式快闪存储器的制造方法，其特征在于，在相邻的 栅极叠层之间形成擦除栅极，在相邻的栅极叠层两侧形成字线，所述栅极叠层和字线之间 的栅极侧墙、第一高压栅氧化层以及低压栅氧化层构成了浮置栅极和字线之间的间隙氧化 层。
【文档编号】H01L21/8247GK104157614SQ201310178626
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】王友臻, 周儒领 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司