专利名称：闪存器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种闪存器件及其制造方法。
背景技术：
随着便携式电子设备的高速发展，对数据存储的要求越来越高。通常，用于存储数据的半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器，易失性存储器易于在电源断电时丢失数据，而非易失性存储器即使在电源中断时仍可保存数据。因此，非易失性存储器成为便携式电子设备中最主要的存储部件，其已广泛地应用于移动通信系统。和其它非易失性存储器相比，由于闪存(flash memory)可以达到很高的芯片存储密度，并且没有引入新的材料，且制造工艺与CMOS工艺兼容，因此，闪存已经成为非易失性存储器件中最重要的器件。闪存器件可分为NOR型结构和NAND型结构，在NOR型结构的闪存中，存储单元在位线和地线之间并联排列，在NAND型结构的闪存中，存储单元在位线和地线之间串列排列。具有串联结构的NAND型闪存具有较低的读取速度，但是却具有较高的写入速度，从而NAND型闪存适合用于存储数据，其优点在于小型化。闪存器件根据存储单元的结构可分为叠置栅极型和分离栅极型，并且根据电荷存储层的形状分为浮置栅极器件和硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(S0N0Q器件。其中，SONOS型闪存器件具有比浮置栅极型闪存器件更优的可靠性，并能够以较低的电压执行编程和擦除操作，且SONOS型闪存器件具有很薄的单元，并且便于制造。详细的，请参考图IA至图1C，其为现有的SONOS型闪存器件的制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图。参考图IA所示，首先提供半导体衬底100，所述半导体衬底100上形成有栅极结构以及位于所述栅极结构侧壁的间隙壁120，其中，所述栅极结构包括栅极介电层111以及位于所述栅极介电层111上的栅极电极112。其中，栅极介电层是由底部氧化层111a、氮化物层Illb和顶部氧化层Illc所组成的堆栈结构(0N0结构)。栅极电极112的材料可以是多晶硅，所述栅极电极112可通过化学气相沉积或物理气相沉积等方法形成，为了减小所述栅极结构的电阻率，通常在所述多晶硅中掺入杂质离子，例如掺入硼离子。参考图1Β，接着在半导体衬底100上涂覆一定厚度的光刻胶，并利用曝光和显影工艺在所述栅极结构上形成光刻胶层130。参考图1C，以所述光刻胶层130和所述间隙壁120为掩膜，在所述半导体衬底100 中进行一定深度的离子注入，以在所述半导体衬底100内形成源极140和漏极150。参考图1D，去除栅极电极112上的光刻胶层130，以形成闪存器件。然而，由于所述栅极结构的栅极电极112内掺入了杂质离子，在形成所述光刻胶层130后，所述杂质离子经常会从多晶硅中逃逸出来，而与所述光刻胶层130发生化学反应，影响光刻胶层130对后续注入的离子的掩蔽效果，降低了闪存器件的可靠性。并且，由于光刻胶是一种极为昂贵的化学材料，且所述光刻胶的保质期通常只有半年左右，而一旦所述栅极结构上的光刻胶层130是利用过期的光刻胶形成的，则所述栅极电极111内的杂质离子更易于与过期的光刻胶发生反应，导致半导体衬底100上大面积的光刻胶层130均被严重破坏，使得被破坏的光刻胶层无法作为后续的离子注入工序的掩膜层，直接导致产品报废，给工艺生产带来巨大的损失。
发明内容
本发明提供一种闪存器件及其制造方法，该方法可解决现有的栅极结构中杂质离子与光刻胶反应，而导致光刻胶层被破坏，进而使得离子注入工序无法正常进行，降低闪存器件的可靠性的问题为解决上述技术问题，本发明提供一种闪存器件的制造方法，该方法包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极结构以及位于所述栅极结构侧壁的间隙壁；在所述栅极结构的顶部形成隔离氧化层；在所述隔离氧化层上形成光刻胶层；以所述光刻胶层和所述间隙壁为掩膜，对所述半导体衬底执行离子注入工艺，以在所述半导体衬底内形成源极和漏极。可选的，形成所述源极和所述漏极后，所述制造方法还包括去除所述光刻胶层的步骤。可选的，所述栅极结构包括栅极介电层以及位于所述栅极介电层上的栅极电极， 所述栅极介电层包括依次形成的底部氧化层、氮化物层和顶部氧化层，所述栅极电极的材质为掺有杂质离子的多晶硅。可选的，所述隔离氧化层是利用氧气等离子体处理工艺形成的。可选的，所述氧气等离子体处理工艺的温度为200 300°C，所述氧气等离子体处理工艺中射频功率源的输出功率为500 3000W，所述氧气等离子体处理工艺中氧气的流量为1000 9000sccm，所述氧气等离子体处理工艺中氮气的流量为100 900sccm，所述氧气等离子体处理工艺的通射频的时间为5 50sec，所述氧气等离子体处理工艺中反应室内的压力为300 IOOOmT。可选的，所述隔离氧化层的厚度为10 100人。本发明还提供一种闪存器件，所述闪存器件包括形成在半导体衬底上的栅极结构；位于所述栅极结构侧壁的间隙壁；位于所述栅极结构顶部的隔离氧化层；形成在所述半导体衬底内并位于所述栅极结构两侧的源极和漏极。可选的，所述栅极结构包括栅极介电层以及位于所述栅极介电层上的栅极电极， 所述栅极介电层包括依次形成的底部氧化层、氮化物层和顶部氧化层，所述栅极电极的材质为掺有杂质离子的多晶硅。可选的，所述隔离氧化层是利用氧气等离子体处理工艺形成的。可选的，所述氧气等离子体处理工艺的温度为200 300°C，所述氧气等离子体处理工艺中射频功率源的输出功率为500 3000W，所述氧气等离子体处理工艺中氧气的流量为1000 9000sccm，所述氧气等离子体处理工艺中氮气的流量为100 900sccm，所述氧气等离子体处理工艺的通射频的时间为5 50sec，所述氧气等离子体处理工艺中反应室内的压力为300 IOOOmT。可选的，所述隔离氧化层的厚度为10~100人。
与现有技术相比，本发明所提供的制造方法包括在栅极结构的顶部形成隔离氧化层的步骤，所述隔离氧化层可隔离所述栅极结构与后续形成的光刻胶层，避免栅极结构中的杂质离子与光刻胶反应而破坏所述光刻胶层，确保光刻胶层的掩蔽效果，提高闪存器件的可靠性。
图IA ID为现有的闪存器件的制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图；图2为本发明实施例提供的闪存器件的制造方法的流程图；图3A 3E为本发明实施例提供的闪存器件的制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图。
具体实施例方式在背景技术中已经提及，由于现有的闪存器件的栅极电极内掺入了杂质离子，在形成光刻胶层后，这些杂质离子经常会从栅极电极中逃逸出来，而与光刻胶发生化学反应， 影响光刻胶层对后续注入的离子的掩蔽效果，降低闪存器件的可靠性。尤其是对于已经过期的光刻胶，栅极电极内的杂质离子更易于与其发生反应，导致半导体衬底上大面积的光刻胶层均被严重破坏，使得被破坏的光刻胶层无法作为后续的离子注入工序的掩膜层，直接导致产品报废，给工艺生产带来巨大的损失。本发明的核心思想在于，提供一种闪存器件及其制造方法，所述闪存器件在栅极结构的顶部形成了隔离氧化层，所述隔离氧化层可隔离所述栅极结构与光刻胶层，解决了现有的栅极结构中杂质离子与所述光刻胶层反应，而导致光刻胶层被破坏，降低闪存器件的可靠性，甚至导致产品报废的问题。请参考图2，其为本发明实施例提供的闪存器件的制造方法的流程图，结合所述图，所述方法包括如下步骤步骤21，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极结构以及位于所述栅极结构侧壁的间隙壁；步骤22，在所述栅极结构的顶部形成隔离氧化层；步骤23，在所述隔离氧化层上形成光刻胶层；步骤24，以所述光刻胶层和所述间隙壁为掩膜，对所述半导体衬底执行离子注入工艺，以在所述半导体衬底内形成源极和漏极。本发明还提供一种闪存器件，所述闪存器件包括形成在半导体衬底上的栅极结构、位于所述栅极结构侧壁的间隙壁、位于所述栅极结构顶部的隔离氧化层、以及形成在所述半导体衬底内并位于所述栅极结构两侧的源极和漏极。本发明通过在栅极结构的顶部形成隔离氧化层，所述隔离氧化层可隔离栅极结构与光刻胶层，避免所述栅极结构中的杂质离子与光刻胶反应而破坏所述光刻胶层，可确保光刻胶层的掩蔽效果，有利于提高闪存器件的可靠性。下面将结合剖面示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应所述理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。参照图3A，首先提供半导体衬底300，所述半导体衬底300上形成有栅极结构以及位于栅极结构侧壁的间隙壁320，其中，所述栅极结构包括栅极介电层311以及位于所述栅极介电层311上的栅极电极312。其中，栅极介电层311是由底部氧化层311a、氮化物层311b和顶部氧化层311c所组成的堆栈结构(0N0结构)，所述底部氧化层311a作为隧穿氧化层，所述氮化物层311b作为电荷存储层，所述顶部氧化层311c作为阻挡氧化层。所述栅极电极312的材料可以是多晶硅，其可通过化学气相沉积或物理气相沉积等方法形成，为了减小栅极结构的电阻率，通常在所述多晶硅中掺入杂质离子，例如掺入硼
1 子。本发明的关键步骤是，在所述栅极结构的顶部形成隔离氧化层360，所述隔离氧化层360可隔离所述栅极结构与后续形成的光刻胶层，避免所述栅极结构中的杂质离子与光刻胶反应而破坏所述光刻胶层，可确保光刻胶层的掩蔽效果，有利于提高闪存器件的可靠性。参考图3B，可利用氧气等离子体处理工艺在所述栅极结构的栅极电极312的顶部形成较薄的隔离氧化层360。具体的说，形成隔离氧化层360的工艺过程如下将所述具有栅极结构的半导体衬底300传送入反应室，所述反应室内通常是低压环境，并对所述半导体衬底300加热升温，将氮气和氧气按一定的比例通入反应室内并引入电子流，利用射频功率源产生射频电场使电子加速，使各个电子与气体分子发生碰撞而转移动能，从而使各个气体分子发生电离产生等离子体。使得在所述半导体衬底300的高温表面具有很多具有很强活性的氧气等离子体，所述氧气等离子体快速的与所述栅极电极312表面发生反应，即与所述栅极电极 312表面的硅的悬挂键以及硅原子结合生成隔离氧化层360。在本发明的一个具体实施例，所述隔离氧化层360的厚度为10 IOOA,由于所述隔离氧化层360非常薄，因此不会对半导体衬底300上的其它膜层或结构产生影响，也不会影响闪存器件的电学性能，但是却可以有效地隔离栅极结构与后续形成的光刻胶层，避免栅极电极312中掺入的杂质离子与光刻胶反应而破坏所述光刻胶层，可确保光刻胶层的掩蔽效果。当然，本发明并不对具体的隔离氧化层厚度和工艺参数进行限定，因为根据不同闪存器件的电学性能要求，以及不同的光刻胶类型和杂质离子的数量，需要不同厚度的隔离氧化层，相应的需要不同的工艺条件来制作隔离氧化层。
较佳的，所述氧气等离子体处理工艺的温度可以为200 300°C，所述氧气等离子体处理工艺中射频功率源的输出功率可以为500 3000W。所述氧气等离子体处理工艺中氧气的流量可以为1000 9000SCCm，所述氧气等离子体处理工艺中氮气的流量可以为100 900SCCm。根据不同的隔离氧化层厚度要求，所述氧气等离子体处理工艺的射频功率源输出功率的时间为5 50sec，反应室内的压力为300 1000mT。当然，所述氧气等离子处理工艺也可以分为几个时间阶段进行，每个阶段射频功率源的输出功率可以不同，且每个阶段的氧气和氮气流量也可以根据实际情况相应调整， 同样，每个阶段反应室内的压力也可以不同，本领域技术人员通过试验即可获得经验数值。本发明的一个具体实施例中，是利用氧气等离子体处理工艺在所述栅极结构的顶部形成隔离氧化层360。然而应当认识到，在本发明的其它具体实施例中，还可以利用其它方法在栅极结构顶部形成隔离氧化层，例如，通过原位生成水蒸气氧化工艺，也能够在较短的时间内生成隔离氧化层。参考图3C，在所半导体衬底300上涂覆一定厚度的光刻胶，并利用公知的曝光和显影工艺在所述栅极结构上形成光刻胶层330。参考图3D，接着以光刻胶层330和间隙壁320共同掩膜，在半导体衬底300中进行一定深度的离子注入，以在半导体衬底300内形成源极340和漏极350，所述源极340和漏极350分别位于所述栅极结构的两侧。其中，所述离子注入的深度为现有技术，可根据不同的注入深度要求调整离子注入的能量和剂量。形成所述源极340和漏极350的工艺为现有技术，在本发明的一个具体实施例中，半导体衬底300的材料选用ρ型硅，对源极340和漏极350进行N型低掺杂离子注入，注入离子如砷离子和磷离子等。参考图3E，接下来可利用公知的方法去除所述隔离氧化层360上的光刻胶层330， 进而形成包括半导体衬底300、栅极结构、间隙壁320、隔离氧化层360、以及源极340和漏极 350的闪存器件。由于所述栅极结构上形成了隔离氧化层360，因此栅极电极312中掺杂的杂质离子无法从多晶硅中逃逸出来而与所述光刻胶层330发生化学反应，确保形成质量良好的光刻胶层330，因此，所述光刻胶层330可与间隙壁320共同作为掩膜层，有利于提高闪存器件的可靠性一旦使用了过期的光刻胶形成光刻胶层，所述隔离氧化层360同样可起到良好的隔离效果，因此即使过期的光刻胶也不会与栅极电极312中的杂质离子发生化学反应，可确保离子注入工艺的顺利进行，无需更换新的价格昂贵的光刻胶，有利于节约生产成本。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种闪存器件的制造方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极结构以及位于所述栅极结构侧壁的间隙壁；在所述栅极结构的顶部形成隔离氧化层；在所述隔离氧化层上形成光刻胶层；以所述光刻胶层和所述间隙壁为掩膜，对所述半导体衬底执行离子注入工艺，以在所述半导体衬底内形成源极和漏极。
2.如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，形成所述源极和所述漏极后，还包括去除所述光刻胶层的步骤。
3.如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述栅极结构包括栅极介电层以及位于所述栅极介电层上的栅极电极。
4.如权利要求3所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述栅极介电层包括依次形成的底部氧化层、氮化物层和顶部氧化层。
5.如权利要求3所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述栅极电极的材质为掺有杂质离子的多晶硅。
6.如权利要求1所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述隔离氧化层是利用氧气等离子体处理工艺形成的。
7.如权利要求6所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺的温度为200 300°C。
8.如权利要求6所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺中射频功率源的输出功率为500 3000W。
9.如权利要求6所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺中氧气的流量为1000 9000sccm。
10.如权利要求6所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺中氮气的流量为100 900sccm。
11.如权利要求6所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺的射频功率源输出功率的时间为5 50sec。
12.如权利要求6所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺中反应室内的压力为300 IOOOmT。
13.如权利要求1至12中任意一项所述的闪存器件的制造方法，其特征在于，所述隔离氧化层的厚度为 ο ιοοΑ。
14.一种闪存器件，包括形成在半导体衬底上的栅极结构；位于所述栅极结构侧壁的间隙壁；位于所述栅极结构顶部的隔离氧化层；形成在所述半导体衬底内并位于所述栅极结构两侧的源极和漏极。
15.如权利要求14所述的闪存器件，其特征在于，所述栅极结构包括栅极介电层以及位于所述栅极介电层上的栅极电极。
16.如权利要求15所述的闪存器件，其特征在于，所述栅极介电层包括依次形成的底部氧化层、氮化物层和顶部氧化层。
17.如权利要求15所述的闪存器件，其特征在于，所述栅极电极的材质为掺有杂质离子的多晶硅。
18.如权利要求14所述的闪存器件，其特征在于，所述隔离氧化层是利用氧气等离子体处理工艺形成的。
19.如权利要求18所述的闪存器件，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺的温度为 200 300"C。
20.如权利要求18所述的闪存器件，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺中射频功率源的输出功率为500 3000W。
21.如权利要求18所述的闪存器件，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺中氧气的流量为2000 8000sccm。
22.如权利要求18所述的闪存器件，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺中氮气的流量为200 900sccm。
23.如权利要求18所述的闪存器件，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺的通射频的时间为5 50sec。
24.如权利要求18所述的闪存器件，其特征在于，所述氧气等离子体处理工艺中反应室内的压力为300 IOOOmT。
25.如权利要求14至M中任意一项所述的闪存器件，其特征在于，所述隔离氧化层的厚度为10~100人。
全文摘要
本发明揭露了一种闪存器件及其制造方法，所述制造方法包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极结构以及位于所述栅极结构侧壁的间隙壁；在所述栅极结构的顶部形成隔离氧化层；在所述隔离氧化层上形成光刻胶层；以所述光刻胶层和所述间隙壁为掩膜，对所述半导体衬底执行离子注入工艺，以在所述半导体衬底内形成源极和漏极。所述隔离氧化层可隔离栅极结构与光刻胶层，避免栅极结构中的杂质离子与光刻胶反应而破坏所述光刻胶层，可确保光刻胶层的掩蔽效果，提高闪存器件的可靠性。
文档编号H01L27/115GK102237313SQ201010164280
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者占琼, 周俊, 陈薇宇 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司, 武汉新芯集成电路制造有限公司