专利名称：非易失性存储器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种非易失性存储器的制造方法，且特别涉及一种结合化学 机械抛光技术的非易失性存储器的制造方法。
背景技术：
可储存非易失性信息的存储装置，例如只读存储器(Read Only Memory, ROM),可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory, PROM),可抹 除可编程只读存储器(Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM) 与其他高阶的存储装置都应用于世界各地的产业中。高阶存储装置通常涉及 更复杂的制造程序与测试步骤，高阶存储装置包含电子可抹除可编程只读存 卡者器(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory, EEPROM), 快闪EEPROM(flash EEPROM)与氮化物存储器(nitride trap memory)。这些高 阶存储器可以完成许多ROM做不到的工作，例如使用EEPROM装置的电 路可以利用内建于EEPROM装置中的抹除及或写入功能。氮化物存储器的主要特点就是它是双位存储单元，而双位存储单元具有 多重阈值电压等级，每两个阈值电压等级一起储存一不同位，且其他阈值电 压等级将储存一位于存储单元的一侧。传统的氮化物存储器结构与制造方法 在许多文章与参考文献里都有详细的说明。请参照图1A-1C是以传统的方式制造氮化物存储器的剖面流程图。如 图1A所示，氮化物存储器10的两个栅极结构13已经形成在基材11上，再 将埋入式扩散氧化物(buried diffusion oxide， BD oxide)19沉积在基材11之上。 这些栅极结构是被一层厚度为1600A或更厚且组成为氮化硅层16的终止层覆盖着o接着，将整个元件浸泡于氢氟酸中，用以局部地蚀刻埋入式扩散氧化物，如图IB所示。位在两个栅极结构13间埋入式扩散氧化物层19b已经低于先 前的沉积高度，位在氮化硅层16上的埋入式扩散氧化物19也只残留小尖角 19a。由此可以观察出在埋入式扩散氧化物19b与两个栅极结构13之间的界面也会暴露于氢氟酸中， 一个脆弱的界面20可能在此阶段形成。之后如图1C所示，将氮化硅层16蚀刻去除，请同时参考图IB,在其 上的小尖角19a也会随着移除，此称为剥离(lift-off)工艺。基材ll会浸泡在 腐蚀性极强的磷酸溶液中将近一小时，之后氮化硅层16才会被完全的剥离。 磷酸溶液可能会顺着埋入式扩散氧化物层19c与栅极结构13之间的裂缝20' 流到基材11而侵蚀基材11。基材上的化学性破坏会严重地升高随机单一位 (Random Single Bit, RSB)生产的失败率。发明内容本发明涉及一种非易失性存储器制造方法，且特别是一种关于利用化学 机械抛光取代以湿蚀刻的工艺将存储单元之间的介电层研磨平整的制造方 法，用以减少化学破坏而降低任一随机位的失败率，进而增加成品率。根据本发明的一方面提出一种非易失性存储器的制造方法，此方法包括 下列步骤(a)准备基材；(b)在基材上生长堆叠层；(c)将堆叠层图案化 以形成多个独立的堆叠单元，堆叠单元其中任意二者之间具有开口； (d)在 各堆叠单元两侧的基材内分别形成漏极区域与源极区域；(e)生长介电层在 开口中与堆叠单元之上；(f)利用化学机械抛光工艺去除位于堆叠单元之上 与开口之外的介电层。根据本发明的另 一方面提出 一种非易失性存储器的制造方法，此方法包 括下列步骤(a)准备基材；(b)在基材上生长堆叠层；(c)将堆叠层图案 化以形成多个独立的堆叠单元，堆叠单元其中任意二者之间具有开口； (d)在各堆叠单元两侧的基材内分别形成漏极区域与源极区域；(e)生长介电层 在开口中与堆叠单元之上；(f)利用化学机械抛光工艺去除位于堆叠单元之 上与开口之外的介电层；(g)透过即时监视屏幕决定化学机械抛光的结束点。 为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附 图，fH羊细i兌明:^下。
图1A、 1B和1C依序分别为传统方式制造氮化物存储器的剖面流程图； 图2A、 2B、 2C、 2C，和2D依序分别为依照本发明第一实施例的非易失 性存储器的制造方法的流程图；以及为依照本发明的第二实施例的非易失性存储器的制 造方法的流程图。附图标记说明 10氮化物存储器 16氮化硅层 20'裂缝 114漏才及区122、 222第一上氧化物层 126、 226第一下氧化物层11、 110基材 13栅极结构19、 19b、 19c埋入式扩散氧化物20界面 100、 200存储器单元 112源极区120、 120，、 220 0NO层 124、 224第一氮化物层 123、 223堆叠单元123，堆叠层 130、 130，多晶硅层 140开口150、 150，介电层 152尖角 235终止层19a小尖角 228第二氮化物层229第二下氧化物层H10、 H20、 Hll、 H21、 H31、 H32、 H33厚度具体实施方式
第一实施例请参照图2A 2D，其绘示依照本发明第一实施例的非易失性存储器的制 造方法的流程图。非易失性存储器可以是只读存储器、可编程只读存储器、 可抹除可编程只读存储器、电子可抹除可编程只读存储器、快闪电子可抹除 可编程只读存储器或是氮化物存储器。非易失性存储器的制造方法包括下列 步骤。首先如图2A所示，准备基材110,并且在基材上形成堆叠层123，。堆 叠层123，至少包含氧化物-氮化物-氧化物(Oxide-Nitride-Oxide， ONO)层120， 与多晶硅层130，。 ONO层120，形成在基材110上，多晶硅层130，则形成在 ONO层120，上。ONO层120，包含上氧化物层、氮化物层以及下氧化物层。之后如图2B所示，将图2A的堆叠层123，图案化以形成多个独立的堆 叠单元123，每二个堆叠单元123之间具有开口 140。堆叠单元123则包括 了多晶硅层130与ONO层120。 ONO层120包括第一上氧化物层122、第 一氮化物层124以及第一下氧化物层126。第一上氧化物层122与第一下氧 化物层126的厚度需大于20A用以阻断任何直接的穿遂效应(tunneling effect)。第一上氧化物层122较佳的厚度H10为90A，第一氮化物层124较佳的厚度H20为70A。多晶硅层130、ONO层120及基材110可形成SONOS 结构。然而本发明并未限定是SONOS结构，只要是透过多层介电层的结构， 例如上氧化物-氮化物-下氧化物层，阻挡直接的穿遂效应，皆属于本发明的 范围内。之后，将基材110经由开口 140进行两次离子注入工艺，以形成两 摻杂区(即源极区112与漏极区114),两掺杂区分别形成在各堆叠单元123 两侧的基材110内，如图2B所示。接着如图2C所示，介电层150，沉积在堆叠单元123之上。介电层150， 可以包含高密度等离子体形成的氧化物(High Density Plasma Oxide, HDP oxide)、四乙氧基硅烷(Tetraethoxysilane, TEOS)或硼磷硅酸盐玻璃(Boro Phospho Silicate Glass, BPSG)。如图2C所示，介电层150，不仅填满图2B的 开口 140,还沉积在堆叠单元123之上。沉积在堆叠单元123之上的介电层 150，形成尖角152，造成不平坦的介电层150，表面。最后利用化学机械抛光工艺去除位于堆叠单元123之上与开口 140之外 的介电层150，如图2D所示。化学机械抛光工艺是一种结合化学试剂(例如 研磨剂)与机械方式(例如研磨垫)用以从半导体元件表面移除材料的研磨技 术。研磨剂氧化半导体元件最上层的材料，研磨垫则以机械的方式从表面移 除已氧化的材料。化学机械抛光工艺的关键在于如何决定此研磨工艺已经完 成了没。假如研磨过头，存储器单元100则沦为无用的产品。假如研磨不够， 存储器单元100则需重新安装回化学机械抛光机台再继续研磨。化学机械抛光工艺由顶面研磨存储器单元100。在尖角152被磨除如图 图2C，所示之后，化学机械抛光工艺将继续进行直到多晶硅层130不再埋藏 在介电层150，内。因此，本实施例的非易失性存储器在其顶端会同时显露出 介电层150与多晶硅层130。换句话说，在化学机械抛光工艺刚开始时，介 电层150，会直接碰触到研磨机台，也可说是唯一与研磨剂产生反应的材料， 但在化学机械抛光工艺结束的时候，多晶硅层130与介电层150会同时在研 磨表面与研磨剂产生反应(请参考图2D)。在上述实施例中，化学机械抛光工艺的结束点可以利用即时监视屏幕或 高选择比的研磨剂来决定。即时研磨速率监控器(In-Situ-Rate-Monitor， ISRM) 是一种即时监视屏幕，装设在研磨机器上，因为介电层150，与多晶硅层130 的反射率不同，故研磨速率监控器可以利用研磨表面反射率的变化去定义出 化学机械抛光工艺的结束点。进一步来说，在化学机械抛光工艺刚开始时，介电层150，会直接碰触到研磨机台，是唯一与研磨剂产生反应的材料，此时 研磨速率监控器仅会侦测到介电层150'的反射率。但在化学机械抛光工艺即 将结束的时候，多晶硅层130与介电层150会同时在研磨表面与研磨剂产生 反应，此时研磨速率监控器会侦测到由多晶硅层130所造成的反射率变化。 一旦侦测到存储器单元IOO表面的反射率改变时，化学机械抛光工艺就需马 上结束。除此之外，另一种有效定义出化学机械抛光工艺结束点的方式是使用高 选择比的研磨剂。研磨剂的选择比的定义在于一种材料(例如是氧化物)移除 速率与另一种材料(例如是多晶硅)移除速率的比例。使用介电层与多晶硅层选择比高的研磨剂，则移除介电层速率会高于移除多晶硅层的速率。因此， 当研磨到多晶硅层时，研磨速率会降低。 一旦侦测到研磨速率开始下降时， 化学机械抛光工艺需马上结束。本实施例中对介电层与多晶硅层具高选择比 的研磨剂较佳的是以二氧化铈(Ce02)为基底的研磨剂。经由实验结果得知， 利用以二氧化铈为基底的研磨剂对高密度等离子体产生的氧化物移除速率 为2914A/min，对多晶硅的移除速率则仅为360A/min,因此研磨剂移除多晶 硅层与介电层的速率比至少为1: 7。上述实验可证明以二氧化铈为基底的研 磨剂可针对介电层与多晶硅层提供很高的选择比。另外，以二氧化铈为基底 的研磨剂也对于多晶硅层与其他材料(例如是四乙氧基硅烷(TEOS)或硼磷硅 酸盐玻璃(BPSG))有很高的选择比。本实施例的介电层表面与传统制造非易失性存储器的介电层表面比较 起来明显平坦许多。此显著的效果主要是因为在本实施例中并没有使用到酸 剂或蚀刻剂，减少了存储单元遭受到化学性破坏，提升了随机单一位的成品 率，也相对的提高了产率。此外，利用两种不同的研磨剂于化学机械抛光工艺可以进一步地提高研 磨效率。首先，提供一种没有选择性但对氧化物具有高移除率的研磨剂(例 如是以二氧化硅为基底的研磨剂)，用来迅速地移除介电层。直到介电层150，如图2C，所示实质上形成平整的表面之后，再利用另一种可提供氧化物与多 晶硅高选择比的研磨剂来侦测出化学机械抛光工艺的结束点。利用上述的方 式，可减少研磨剂的消耗也可以节省研磨所需的时间。化学机械抛光工艺亦 可同时使用研磨速率监控器与高选择比的研磨剂更精准的同步判断结束点。 第二实施例第二实施例与前实施例最大的不同在于本实施例在研磨过程中多了一层位于堆叠层的顶面的终止层以及ONO层的结构。在下述的流程图中相同的部位将标上相同的标记凄t目。请参照图3A 3D，其绘示依照本发明的第二实施例的非易失性存储器的 制造方法的流程图。首先如图3A所示，存储器单元200的数个堆叠单元223 形成于基材110上。本实施例的堆叠单元223包括ONO层220、多晶硅层 130以及终止层235。多晶硅层130、 ONO层220及基材110可形成BE-SONOS 结构。举例来说，ONO层220包括第一上氧化物层222、第一氮化物层224、 第一下氧化物层226、第二氮化物层228及第二下氧化物层229。第一上氧 化物层222与第一下氧化物层226的厚度需大于20A用以阻断任何直接的穿 遂效应。第一上氧化物层222较佳的厚度H11为90A,第一氮化物层224较 佳的厚度H21为70A。另外，第一下氧化物层226、第二氮化物层228以及 第二下氧化物层229的厚度H31、 H32与H33分别小于20A。第二下氧化物 层229的厚度H33较佳的在5 20A之间，厚度H33更佳的是小于15A。第 二氮化物层228的厚度H32较佳的在10 20A之间。第一下氧化物层226厚 度H31较佳的在15 20A之间。举例来说，本实施例的第一下氧化物层226、 第二氮化物层228以及第二下氧化物层229的厚度H31、 H32与H33分别为 20A、 20A及15A。另外，本发明的优选实施例披露的BE-SONOS结构，也 可以是上述实施例的SONOS结构，只要是透过多层介电层的结构，例如上 氧化物-氮化物-下氧化物的堆叠结构，阻挡直接的穿遂效应，皆可应用于本 发明。之后两次的离子注入工艺会形成源极区112与漏极区114。在注入的时 候，终止层235是位于堆叠单元223的最上方可以阻挡离子的扩散，使得多 晶硅层130不会被离子掺杂。终止层对于后续的化学机械抛光工艺也有功效， 细节部分将在之后详述。终止层235较佳的是包括氮化硅(Si3N4)或过富氧化 硅(Super Silicon Rich Oxide，SSRO)。氮化硅的厚度最好是小于1000A。当终 止层为SSRO时可以做得更薄，终止层厚度甚至可以小于300A如图3B所示在离子注入后，介电层150，形成在基材上，它也会填满开 口 140与^隻盖在堆叠单元223之上。之后如图3C所示，在开口 140外与覆 盖在堆叠单元223之上的介电层150，会经由化学机械抛光工艺移除。在本实 施例中，当化学机械抛光工艺的结束时，介电层150与终止层235恰好位于非易失性存储器的最顶面。因此，化学机械抛光工艺的结束点可利用即时监视屏幕或高选择比的研磨剂来定义出，终止层235与介电层150仍有不同的 反射率。研磨速率监控器在化学机械抛光刚开始时仅会侦测到介电层150' 的反射率。在化学机械抛光工艺即将结束的时候，研磨速率监控器会侦测到 由终止层235所造成的反射率的变化。当研磨速率监控器侦测到反射率改变 时，化学机械抛光工艺需立即结束。另外使用以二氧化铈为基底的研磨剂也可对介电层与终止层提供高选 择比。更进一步的来说，介电层150'在此仍与第一实施例采用相同的高密度 等离子体所形成的氧化物，因此研磨剂移除介电层的速率亦为2914A/min。 如果终止层235是氮化硅层，则以二氧化铈为基底的研磨剂对氮化硅的移除 速率仅为28A/min,因此研磨剂移除终止层235与介电层150，的速率比至少 为1: 100。倘若终止层235是经由高密度等离子体所形成的过富氧化硅层， 则以二氧化铈为基底的研磨剂对高密度等离子体的过富氧化硅的移除速率 为396A/min,因此研磨剂移除高密度等离子体形成的过富氧化硅层与介电 层的速率比至少为1: 7。如果终止层235是经由化学气相沉积所形成的过富 氧化硅，则以二氧化铈为基底的研磨剂对化学气相沉积的过富氧化硅的移除 速率为1760A/min,因此研磨剂移除化学气相沉积形成的过富氧化硅层与介 电层的速率比至少为1: 1.5。最后如图3D所示，终止层235会利用湿蚀刻去除而使非易失性存储器 制作完成。蚀刻剂的选择决定于终止层235的材料特性，假使终止层235包 含氮化硅，用以移除氮化硅的蚀刻剂将包括预热的磷酸，假使终止层235包 含过富氧化硅，用以移除过富氧化硅的蚀刻剂将包括氢氟酸。根据先前所述， 终止层235的厚度极薄，所以蚀刻剂在本实施例使用上远少于先前技术。另代，所以蚀刻剂造成的破坏也大大的降低。综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本 发明。本发明所属技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当 可作各种更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种非易失性存储器的制造方法，至少包括步骤准备基材；在该基材上生长堆叠层；将该堆叠层图案化以形成多个独立的堆叠单元，该堆叠单元其中任意二者之间具有开口；在各该堆叠单元两侧的该基材内分别形成漏极区域与源极区域；生长介电层在该开口中与该堆叠单元之上；以及利用化学机械抛光工艺去除位于该堆叠单元之上与该开口之外的该介电层。
2. 如权利要求1所述的制造方法，其中该化学机械抛光工艺是利用即时 监视屏幕控制。
3. 如权利要求1所述的制造方法，其中该化学机械抛光工艺的结束点是 利用即时研磨速率监控器来控制。
4. 如权利要求1所述的制造方法，其中该堆叠层还包括终止层，该终止 层形成在该堆叠单元上，该非易失性存储器的制造方法还包括在该化学机械抛光后，利用蚀刻剂去除该终止层。
5. 如权利要求4所述的制造方法，其中该化学机械抛光工艺使用研磨 剂，用以提供该介电层和该终止层在化学机械抛光时的选择比。
6. 如权利要求5所述的制造方法，其中该终止层包含氮化硅，且用以去 除该终止层的该蚀刻剂包含^^酸。
7. 如权利要求6所述的制造方法，其中该介电层为高密度等离子体形成 的介电层，该研磨剂移除该终止层与该介电层的速率比至少为1: 100。
8. 如权利要求5所述的制造方法，其中该终止层包含过富氧化硅，用以 去除该终止层的该蚀刻剂包含氢氟酸。
9. 如权利要求8所述的制造方法，其中该过富氧化硅层包含高密度等离 子体形成的过富氧化硅层。
10. 如权利要求9所述的制造方法，其中该介电层为高密度等离子体形 成的介电层，该研磨剂移除该高密度等离子体形成的过富氧化硅层与该介电 层的速率比至少为1: 7。
11. 如权利要求8所述的制造方法，其中该过富氧化硅层包含化学气相 沉积形成的过富氧化硅层。
12. 如权利要求11所述的制造方法，其中该介电层为高密度等离子体形 成的介电层，该研磨剂移除该化学气相沉积形成的过富氧化硅层与该介电层 的速率比至少为1: 1.5。
13. 如权利要求5所述的制造方法，其中该研磨剂包含二氧化铈。
14. 如权利要求1所述的制造方法，其中该堆叠单元还包括 第一下氧化物层，形成于该基材上；第一氮化物层，形成于该第一下氧化物层上； 第一上氧化物层，形成于该第一氮化物层上；以及 多晶硅层，该多晶硅层形成于该第一上氧化物层之上。
15. 如权利要求14所述的制造方法，其中该堆叠单元还包含 第二氮化物层，形成于该第一下氧化物层之下；以及 第二下氧化物层，形成于该第二氮化物层之下。
16. 如权利要求15所述的制造方法，其中该第一下氧化物层、该第二氮 化物层、以及该第二下氧化物层的厚度分别小于20埃。
17. 如权利要求15所述的制造方法，其中该第二下氧化物层的厚度大约 介于5~20埃之间。
18. 如权利要求15所述的制造方法，其中该第二下氧化物层的厚度小于 15埃。
19. 如权利要求16所述的制造方法，其中该第二氮化物层的厚度大约介 于10 20埃之间。
20. 如权利要求16所述的制造方法，其中该第一下氧化物层的厚度大约 介于15 20埃之间。
21. 如权利要求14所述的制造方法，其中该化学机械抛光工艺使用研磨 剂，用以提供该介电层和该多晶硅层在化学机械抛光时的选择比。
22. 如权利要求21所述的制造方法，其中该介电层为高密度等离子体形 成的介电层，该研磨剂移除该多晶硅层与该介电层的速率比至少为1: 7。
23. 如权利要求21所述的制造方法，该研磨剂包含二氧化铈。
24. 如权利要求1所述的制造方法，其中该化学机械抛光工艺还包括 利用研磨剂研磨该介电层，直到该介电层实质上形成平整的表面；以及利用另 一研磨剂研磨该介电层，用以提供该介电层与该堆叠单元的研磨 选择比。
25. —种非易失性存储器的制造方法，至少包括步骤 准备基材；在该基材上生长堆叠层；将该堆叠层图案化以形成多个独立的堆叠单元，该堆叠单元其中任意二 者之间具有开口；在各该堆叠单元两侧的该基材内分别形成漏极区域与源极区域； 生长介电层在该开口中与该堆叠单元之上；利用化学机械抛光工艺去除位于该堆叠单元之上与该开口之外的该介 电层；以及透过即时监视屏幕决定该化学机械抛光的结束点。
26. 如权利要求25所述的制造方法，其中该即时监视屏幕侦测该化学机 械抛光时的反射率。
27. 如权利要求25所述的制造方法，其中该堆叠层还包括终止层，该终 止层形成在该堆叠单元上，该非易失性存储器的制造方法还包括在该化学机械抛光后，利用蚀刻剂去除该终止层。
28. 如权利要求27所述的制造方法，其中该化学机械抛光工艺使用研磨
29. 如权利要求28所述的制造方法，其中该终止层包含氮化硅，且用以 去除该终止层的该蚀刻剂包含磷酸。
30. 如权利要求29所述的制造方法，其中该介电层为高密度等离子体形 成的介电层，该研磨剂移除该终止层与该介电层的速率比至少为1: 100。
31. 如权利要求28所述的制造方法，其中该终止层包含过富氧化硅，用 以去除该终止层的该蚀刻剂包含氢氟酸。
32. 如权利要求31所述的制造方法，其中该过富氧化硅层包含高密度等 离子体形成的过富氧化硅层。
33. 如权利要求32所述的制造方法，其中该介电层为高密度等离子体形 成的介电层，该研磨剂移除该高密度等离子体形成的过富氧化硅层与该介电 层的速率比至少为1: 7。
34. 如权利要求31所述的制造方法，其中该过富氧化硅层包含化学气相沉积形成的过富氧化^5圭层。
35. 如权利要求34所述的制造方法，其中该介电层为高密度等离子体形 成的介电层，该研磨剂移除该化学气相沉积形成的过富氧化硅层与该介电层 的速率比至少为1: 1.5。
36. 如权利要求28所述的制造方法，其中该研磨剂包含二氧化铈。
37. 如权利要求25所述的制造方法，其中该堆叠单元还包括 第一下氧化物层，形成于该基材上；第一氮化物层，形成于该第一下氧化物层上； 第一上氧化物层，形成于该第一氮化物层上；以及 多晶硅层，该多晶硅层形成于该第一上氧化物层之上。
38. 如权利要求37所述的制造方法，其中该化学机械抛光工艺使用研磨 剂，用以提供该介电层和该多晶硅层在化学机械抛光时的选择比。
39. 如权利要求38所述的制造方法，其中该介电层为高密度等离子体形 成的介电层，该研磨剂移除该多晶硅层与该介电层的速率比至少为1: 7。
40. 如权利要求38所述的制造方法，该研磨剂包含二氧化铈。
41. 如权利要求25所述的制造方法，其中该化学机械抛光工艺还包括 利用研磨剂研磨该介电层，直到该介电层实质上形成平整的表面；以及 利用另 一研磨剂研磨该介电层，用以提供该介电层与该堆叠单元的研磨选择比。
全文摘要
本发明公开了一种非易失性存储器的制造方法，至少包括步骤(a)准备基材；(b)在基材上生长堆叠层；(c)将堆叠层图案化以形成多个独立的堆叠单元，堆叠单元其中任意二者之间具有开口；(d)在各堆叠单元两侧的基材内分别形成漏极区域与源极区域；(e)生长介电层在开口中于堆叠单元之上；(f)利用化学机械抛光工艺去除位于堆叠单元之上与开口之外的介电层。
文档编号H01L21/8247GK101246857SQ20081000263
公开日2008年8月20日 申请日期2008年1月14日 优先权日2007年2月12日
发明者叶金瓒, 罗智贤, 苏金达, 陈光钊 申请人:旺宏电子股份有限公司