专利名称：一种otp存储器的硅化金属电极制作方法
技术领域：
本发明涉及OTP存储器的制造工艺，尤其涉及一种OTP存储器的硅化金属 电极制作方法。
背景抹术
浮栅晶体管目前已经成为非易失性半导体存储器的基础器件结构。在制作 具有浮栅的存储器时，可采用双层多晶硅结构来形成堆叠的控制栅与浮栅，也 可以采用单层多晶硅结构来形成平行排布的浮栅与控制栅。双层多晶硅结构可 有效提高存储器的密度，但其制程却与标准CMOS制程不兼容，需要制作额外 的光罩且增加额外的步骤，从而造价较高，现通常用于闪存(FLASH)和电可 擦除可编程只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory; 简称EEPROM)中。单层多晶硅结构可与标准晶体管制程兼容，从而造价较低， 现通常应用于一次可编程(One Time Programming Memory;简称OTP)存储器 中。
参见图1和图2,其显示了 OTP存储器的俯视图和组成结构示意图，为简 化图示，未对掺杂区进行显示。如图1和图2所示，所述OTP存储器包括依次 排布的第一控制栅CG1、第一浮栅FG1、第二浮栅FG2和第二控制栅CG2。所 述OTP存储器还具有位线区BL、第一源极区SL1、第二源极区SL2、硅化金属 阻止区SABA和硅化金属电极区SAEA。位线区BL位于第一浮栅FG1与第二 浮栅FG2之间。第一源极区SL1位于第一控制栅CG1远离第一浮栅FG1的一 侧，第二源极区SL2位于第二控制栅CG2远离第二浮栅FG2的一侧。所述硅化 金属电极区SAEA包括第一控制栅CG1、第二控制栅CG2、位线区BL、第一源 极区SL1和第二源极区SL2。
当完成第一控制栅CG1、第一浮栅FG1、第二控制栅CG2和第二浮栅FG2 及其对应侧墙的制作后，需要在硅化金属电极区SAEA上制作硅化金属电极SAE。现有技术制作硅化金属电极SAE的详细步骤为首先沉积阻止氧化层， 阻止氧化层的厚度范围为300至2000埃；然后涂敷光刻胶且光刻出硅化金属电 极区SAEA的形状；接着通过干法刻蚀工艺形成硅化金属阻止层SAB;之后使 用稀释后的氢氟酸(DHF)去除氧化物残留；最后，通过物理气相沉积工艺、 热处理工艺和残留金属去除工艺在硅化金属电极区SAEA上形成硅化金属电极 SAE。在上述制程中，由于第一浮栅FG1与第二浮栅FG2间的间距较小(可小 至0.28微米或更小)，采用光刻胶光刻的工艺很难精准的形成位线区BL。
为克服上述问题，现有技术中又有人提出了采用在涂覆光刻胶前先沉积一 层有机底部抗反射涂层(Bottom Anti-Reflective Coating;筒称BARC)或无机底 部抗反射涂层(Dielectric Anti-Reflectivity Coating;简称DARC)的方法。BARC 和DARC可通过控制衬底在光刻时的反射率来得到更好的线宽控制和更宽的工 艺窗口 ，从而可提高位线区BL的光刻质量。但涂敷BARC时易在第一浮栅FGl 与第二浮栅FG2间的狭小空间内残留BARC从而影响位线区BL的刻蚀。采用 DARC时，DARC易残留在第一浮栅FG1与第二浮栅FG2上从而降低数据的保 持性能。
因此，如何提供一种OTP存储器的硅化金属电极制作方法，来克服普通光 刻胶光刻工艺无法满足OTP存储器中位线区的特征尺寸日趋減小的需求，并同 时兼顾OTP存储器的数据保持性能，已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种OTP存储器的硅化金属电极制作方法，通过所 述方法可克服光刻工艺无法满足OTP存储器中位线区的特征尺寸日趋减小的需 求，并同时兼顾OTP存储器的数据保持性能，适应OTP存储器小型化的发展趋 势。
本发明的目的是这样实现的 一种OTP存储器的珪化金属电极制作方法， 其在制作完依次排布的第一控制栅、第一浮栅、第二浮栅和第二控制栅后进行， 该OTP存储器具有硅化金属阻止区以及硅化金属电极区，该硅化金属电极区包 括位于第一浮栅与第二浮栅间的位线区，该方法包括以下步骤a、沉积阻止氧 化层；b、沉积第一硬掩模层；c、涂敷光刻胶并光刻出位线区；d、进行刻蚀工
5艺在第一硬掩模层上形成位线区图形；e、沉积第二硬掩模层；f、刻蚀第二硬掩 模层以在第一硬掩模层的位线区图形两侧壁上形成掩模侧墙；g、在第一硬掩模 层及掩才莫侧墙的遮蔽下进^f亍刻蚀工艺以在阻止氧化层上形成位线区图形；h、去 除第一硬掩模层及掩模侧墙；i、涂敷光刻胶并通过光刻工艺去除硅化金属阻止 区和位线区外的光刻胶；j、进行刻蚀工艺以形成硅化金属阻止层；k、在硅化金 属电极区制作硅化金属电极。
在上述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法中，在步骤a中，该阻止氧 化层的厚度范围为300至2000埃。
在上述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法中，在步骤g中，刻蚀工艺 刻蚀去除位线区阻止氧化层厚度的80%至98%。
在上述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法中，该步骤j包括以下步骤 jl、进行干法刻蚀工艺刻蚀去除阻止氧化层厚度的80%至98%; j2、去除硅化金 属阻止区和位线区上的光刻胶；j3、进行湿法刻蚀工艺去除硅化金属电极区上的 阻止氧化层，并形成硅化金属阻止层。
在上述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法中，在步骤j3中，湿法刻蚀 工艺的刻蚀液是氢氟酸，或者是氢氟酸和氟化氨的混合液。
在上述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法中，该第一硬掩模层和第二 硬掩模层均包括氮化硅。
在上述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法中，该第一硬掩模层和第二 硬掩模层均通过等离子增强化学气相沉积工艺或低压化学气相沉积工艺沉积。
在上述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法中，该第一硬掩模层和第二 硬掩模层的厚度范围均为200至1800埃，该第一硬掩模层和第二硬掩模层的厚 度与位线区的电极的宽度负相关。
在上述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法中，步骤k包括以下步骤 kl、进行物理气相沉积工艺沉积金属；k2、进行热处理以在硅化金属电极区形 成硅化金属电极；k3、去除未反应的金属。
在上述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法中，该金属包括钴、钛或镍， 该硅化金属电极包括硅化钴电极、硅化钛电极和硅化镍电极。
与现有技术中采用单层光刻胶或光刻胶搭配BARC的光刻工艺来完成硅化金属阻止层的光刻，无法满足硅化金属阻止层特征尺寸较小的光刻需求相比，
本发明的OTP存储器的硅化金属电极制作方法采用硬掩模光刻工艺来光刻出特 征尺寸较小的图形，之后采用光刻胶为掩模的光刻工艺定义出其他特征尺寸较 大的图形，从而适应硅化物金属阻止层特征尺寸不断减小的需求，同时也适应 OTP存储器小型化的需求。
与现有技术中采用DARC搭配光刻胶的光刻工艺易影响OTP存储器的数据 保持性能相比，本发明采用易于去除的双层硬掩模，既满足硅化金属阻止层具 有较小特征尺寸图形的光刻需求，同时又不会残留在第一浮栅和第二浮栅上影
响OTP存储器的数据保持性能。
本发明的OTP存储器的硅化金属电极制作方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明中OTP存储器的俯视图2为本发明中OTP存储器的组成结构示意图3为进行本发明的OTP存储器的硅化金属电极制作方法前OTP存储器的
组成结构示意图4为本发明的OTP存储器的硅化金属电极制作方法的流程图； 图5至图17分别为完成图3中步骤S10至S18、 S20、 S21、 S22、 S24后
OTP存储器的组成结构示意图。
具体实施例方式
以下将对本发明的OTP存储器的硅化金属电极制作方法作进一步的详细描述。
参见图3，其显示了在制作硅化金属电极之前的OTP存储器的组成结构示 意图，如图所示，所述OTP存储器包括依次排布的第一控制栅CGl、第一浮栅 FG1、第二浮栅FG2和第二控制栅CG2及其对应侧墙。所述OTP存储器具有位 线区BL、第一源极区SL1、第二源极区SL2、硅化金属阻止区SABA和硅化金 属电极区SAEA。位线区BL位于第一浮栅FG1与第二浮栅FG2之间。第一源极区SL1位于第一控制栅CG1远离第一浮栅FG1的一侧，第二源极区SL2位 于第二控制栅CG2远离第二浮栅FG2的一侧。所述硅化金属电极区SAEA包括 第一控制栅CG1、第二控制栅CG2、位线区BL、第一源极区SL1和第二源极 区SL2。
需说明的是，为简化图示及说明，本实施例中附图均未显示阱和掺杂区。 参见图4，其显示了本发明的OTP存储器的硅化金属电极制作方法的实施 例的流程图，所述方法首先进行步骤SIO,沉积阻止氧化层，其中，所述阻止氧 化层的厚度范围为300至2000埃，可采用等离子增强化学气相沉积(PECVD) 或低压化学气相沉积(LPCVD)工艺沉积而成。在本实施例中，所述阻止氧化 层的厚度为1600埃，采用的是LPCVD工艺。
参见图5，结合参见图3，图5显示了完成了步骤S10后OTP存储器的结 构，如图所示，阻止氧化层IO覆盖了硅化金属阻止区SABA和硅化金属电极区 SAEA。
接着继续步骤Sll,通过化学气相沉积工艺沉积第一硬掩才莫层，其中，所述 第一硬掩模层的厚度范围为200至1800埃，所述化学气相沉积工艺可为等离子 增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)工艺。在本实施 例中，所述第一硬掩模层通过LPCVD工艺制成，所述第一硬掩模层厚度为1000 埃，所述第一硬掩模层为氮化硅。
参见图6，结合参见图3和图5，图6显示了完成了步骤Sll后OTP存储 器的结构，如图所示，第一硬掩模层11覆盖在阻止氧化层10上。
接着继续步骤S12,涂敷光刻胶并光刻出位线区。
参见图7，结合参见图3、图5和图6，图7显示了完成了步骤S12后OTP 存储器的结构，如图所示，光刻胶12覆盖在第一硬掩模层11上，且光刻胶12 上具有位线区图形120。
接着继续步骤S13,进行刻蚀工艺在第一硬掩才莫层上形成位线区图形。在本 实施例中，所述步骤中的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺，刻蚀气体包括氧气(02) 和四氟化碳(CF4)。
参见图8,结合参见图3、图5至图7，图8显示了完成了步骤S13后OTP 存储器的结构，如图所示，第一石更掩^^莫层11上形成了位线区图形110。
8接着继续步骤S14，通过化学气相沉积工艺沉积第二硬掩模层，其中，所述 第二硬掩模层的厚度范围为200至1800埃，所述化学气相沉积工艺可为LPCVD 或PECVD。在本实施例中，所述第二硬掩模层通过LPCVD工艺制成，所述第 二硬掩模层厚度为800埃，所述第二硬掩模层为氮化硅。
参见图9，结合参见图3、图5至图8，图9显示了完成了步骤S14后OTP 存储器的结构，如图所示，第二硬掩才莫层13覆盖在第一石更掩才莫层11上且部分 填充了位线区图形110。
接着继续步骤S15,刻蚀第二硬掩模层以在第一硬掩模层的位线区图形两侧 壁上形成掩^t侧墙。在本实施例中，所述步骤中的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺， 刻蚀气体包括氧气(02)和四氟化碳(CF4)。
参见图10,结合参见图3、图5至图9，图10显示了完成了步骤S15后OTP 存储器的结构，如图所示，掩;f莫侧墙111和112形成在位线区图形110的两侧 壁上。
接着继续步骤S16,在第一硬掩模层及掩才莫侧墙的遮蔽下进行刻蚀工艺以在 阻止氧化层上形成位线区图形，其中，刻蚀工艺刻蚀去除位线区阻止氧化层厚 度的80%至98%。在本实施例中，所述刻蚀工艺为干法刻蚀，刻蚀气体包括02 和CF4，刻蚀去除位线区阻止氧化层厚度的90%,即刻蚀去除了 1440埃的阻止 氧化层。
参见图11，结合参见图3、图5至图10,图11显示了完成了步骤S16后 OTP存储器的结构，如图所示，阻止氧化层IO上形成了位线区图形100，位线 区SL上残留有160埃的阻止氧化层。
接着继续步骤S17，通过湿法刻蚀工艺去除第一硬掩模层及掩模侧墙。在本 实施例中，刻蚀液为磷酸。
参见图12，结合参见图3、图5至图11,图12显示了完成了步骤S17后 OTP存储器的结构，如图所示，第一硬掩模层ll、掩模侧墙111和112均已去 除。
接着继续步骤S18，涂敷光刻胶并通过光刻工艺去除珪化金属阻止区和位线 区外的光刻胶。
参见图13，结合参见图3、图5至图12,图13显示了完成了步骤S18后OTP存储器的结构，如图所示，光刻胶14覆盖在位线区BL及珪化金属阻止区 SABA上。
接着继续步骤S19,进行干法刻蚀工艺刻蚀去除阻止氧化层厚度的80%至 98%。在本实施例中，所述刻蚀工艺为干法刻蚀，刻蚀气体包括02和CF4,刻 蚀去除了阻止氧化层厚度的90°/。，即刻蚀去除了 1440埃的阻止氧化层。
接着继续步骤S20，去除硅化金属阻止区和位线区上的光刻胶。
参见图14,结合参见图3、图5至图13，图14显示了完成了步骤S20后 OTP存储器的结构，如图所示，珪化金属阻止区SABA上的阻止氧化层厚度为 1600埃，其余区域为160埃。
接着继续步骤S21,进行湿法刻蚀工艺去除硅化金属电极区上的阻止氧化 层，并形成硅化金属阻止层，其中，湿法刻蚀工艺的刻蚀液为氢氟酸或氢氟酸 和氟化氨NH4F的混合液。在本实施例中，刻蚀液为氢氟酸。
参见图15，结合参见图3、图5至图14,图15显示了完成了步骤S21后 OTP存储器的结构，如图所示，硅化金属阻止区SABA生成了硅化金属阻止层 SAB。
接着继续步骤S22，进行物理气相沉积工艺沉积金属，其中，所述金属可为 钴、钛或镍等。在本实施例中，所述金属为钴。
参见图16，结合参见图3、图5至图15，图16显示了完成了步骤S22后 OTP存储器的结构，如图所示，金属层15覆盖在OTP存储器表面。
接着继续步骤S23，进行热处理以在硅化金属电极区形成硅化金属电极，所 述硅化金属电极包括硅化钴电极、硅化钛电极和硅化镍电极，金属易与硅发生 反应形成硅化金属，金属不与氧化硅发生反应，因此被氧化硅覆盖的区域不形 成硅化金属电极。在本实施例中，所述珪化金属电极为硅化钴电极。
接着继续步骤S24,去除未反应的金属。在本实施例中，通过SPM清洗液 (硫酸H2S04与双氧水H202的混合液)和AMP清洗液(氨水NH40H、双氧 水H202与水H20的混合液)清洗液去除未反应的钴。
参见图17，结合参见图3、图5至图16,图17显示了完成了步骤S24后 OTP存储器的结构，硅化金属电极区SAEA具有硅化金属电极SAE，其他区域 即硅化金属阻止区SABA上无金属残留。需说明的是，第一硬掩模层11和第二硬掩模层13的厚度与位线区BL的电 极的宽度负相关，可以通过调大(或调小)第一硬掩模层11和第二硬掩模层13 的厚度来调小(或调大)位线区BL的电极的宽度。
综上所述，本发明的OTP存储器的珪化金属电极制作方法先沉积阻止氧化 层，然后沉积第一硬掩模层和第二硬掩模层，并通过光刻及刻蚀工艺在第一硬 掩模层上形成位线区图形及掩模侧墙，如此在第一硬掩模层及掩模侧墙的掩模 下刻蚀形成特征尺寸较小的位线区图形，之后采用光刻胶为掩模的光刻工艺定 义出其他特征尺寸较大的图形，从而适应硅化物金属阻止层特征尺寸不断减小 的需求，同时也适应OTP存储器小型化的需求。
权利要求
1、一种OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其在制作完依次排布的第一控制栅、第一浮栅、第二浮栅和第二控制栅后进行，该OTP存储器具有硅化金属阻止区以及硅化金属电极区，该硅化金属电极区包括位于第一浮栅与第二浮栅间的位线区，其特征在于，该方法包括以下步骤a、沉积阻止氧化层；b、沉积第一硬掩模层；c、涂敷光刻胶并光刻出位线区；d、进行刻蚀工艺在第一硬掩模层上形成位线区图形；e、沉积第二硬掩模层；f、刻蚀第二硬掩模层以在第一硬掩模层的位线区图形两侧壁上形成掩模侧墙；g、在第一硬掩模层及掩模侧墙的遮蔽下进行刻蚀工艺以在阻止氧化层上形成位线区图形；h、去除第一硬掩模层及掩模侧墙；i、涂敷光刻胶并通过光刻工艺去除硅化金属阻止区和位线区外的光刻胶；j、进行刻蚀工艺以形成硅化金属阻止层；k、在硅化金属电极区制作硅化金属电极。
2、 如权利要求1所述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其特征在于， 在步骤a中，该阻止氧化层的厚度范围为300至2000埃。
3、 如权利要求1所述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其特征在于， 在步骤g中，刻蚀工艺刻蚀去除位线区阻止氧化层厚度的80°/。至98%。
4、 如权利要求1所述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其特征在于， 该步骤j包括以下步骤jl、进行干法刻蚀工艺刻蚀去除阻止氧化层厚度的80% 至98%; j2、去除硅化金属阻止区和位线区上的光刻胶；j3、进行湿法刻蚀工艺 去除硅化金属电极区上的阻止氧化层，并形成硅化金属阻止层。
5、 如权利要求4所述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其特征在于， 在步骤j3中，湿法刻蚀工艺的刻蚀液是氢氟酸，或者是氢氟酸和氟化氨的混合 液0
6、 如权利要求1所述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其特征在于， 该第一硬掩模层和第二硬掩模层均包括氮化硅。
7、 如权利要求6所述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其特征在于， 该第 一硬掩模层和第二硬掩模层均通过等离子增强化学气相沉积工艺或低压化 学气相沉积工艺沉积。
8、 如权利要求1所述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其特征在于， 该第一硬掩模层和第二硬掩模层的厚度范围均为200至1800埃，该第一硬掩模 层和第二硬掩模层的厚度与位线区的电极的宽度负相关。
9、 如权利要求1所述的OTP存储器的珪化金属电极制作方法，其特征在于， 步骤k包括以下步骤kl、进行物理气相沉积工艺沉积金属；k2、进行热处理 以在硅化金属电极区形成硅化金属电极；k3、去除未反应的金属。
10、 如权利要求9所述的OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其特征在 于，该金属包括钴、钛或镍，该硅化金属电极包括硅化钴电极、硅化钛电极和 硅化镍电极。
全文摘要
本发明提供了一种OTP存储器的硅化金属电极制作方法，其在制作完依次排布的第一控制栅、第一浮栅、第二浮栅和第二控制栅后进行，该OTP存储器具有硅化金属阻止区以及硅化金属电极区，该金属电极区包括位于第一浮栅与第二浮栅间的位线区。现有技术中仅通过光刻胶或搭配底部抗反射涂层为掩模的光刻工艺来形成位线区图形，因位线区尺寸较小，难以实现位线区图形质量和OTP存储器质量的兼顾。本发明先沉积阻止氧化层，然后沉积双层硬掩模层，并刻蚀形成位线区的掩模图形，接着通过硬掩模光刻工艺光刻出尺寸小的位线区，然后通过光刻胶光刻工艺光刻出其他较大特征尺寸的图形。本发明可实现光刻质量与OTP存储器保持性能的兼顾，并满足其小型化的需求。
文档编号H01L27/115GK101593729SQ200910049790
公开日2009年12月2日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者刘正超, 徐爱斌, 栋 李, 李荣林, 董耀旗 申请人:上海宏力半导体制造有限公司