专利名称：纳米晶快闪存储器栅极的制造方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造工艺，特别涉及一种纳米晶快闪存储器栅极的制造方法。
背景技术：
在过去的十几年里，快闪存储器(Flash)的市场迅猛扩大，快闪存储器尺寸不断减小，器件正向着高速、低功耗和高存储密度的方向发展，以满足市场的需求。这就要求快闪存储器单元的物理尺寸进一步缩小。市场中的快闪存储器大多采用连续的多晶硅浮栅来存储电荷。然而，随着快闪存储器的器件尺寸不断减小，形成于硅衬底上的隧穿氧化层也需要进一步减薄。这就导致浮栅中俘获的电荷很容易通过隧穿氧化层而返回到衬底中，从而使器件的数据保存能力退化，无法满足实际应用的要求。
为了解决上述问题，方法之一是采用分立电荷存储技术，即纳米晶电荷存储技术。 由于纳米晶之间被绝缘介质隔离，存储的电荷不会在纳米晶之间发生自由移动，从而解决了连续浮栅中因为局部的缺陷而导致电荷大量流失的问题，因此电荷的保存时间大大提尚ο
请参考图IA 1F，其为现有的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法的示意图。
首先，如图IA所示，提供一硅衬底10 ；
其次，如图IB所示，在所述硅衬底10上沉积一隧穿氧化层11 ；
再次，如图IC所示，在所述隧穿氧化层11上沉积一金属硅化物层12 ；
接着，如图ID所示，在所述金属硅化物层12上沉积一阻挡层13 ；
然后，如图IE所示，在氧气环境中进行快速热退火工艺，使得所述金属硅化物层 12转变成含有被绝缘介质14隔离的金属纳米晶15的浮栅16 ；
最后，如图IF所示，在所述阻挡层13上形成一控栅17，由此，便得到了纳米晶快闪存储器的栅极1。
但是，通过现有的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法得到的纳米晶快闪存储器的栅极1，其中，起到电荷俘获与存储作用的金属纳米晶15的分布不均勻。请参考图IE和IF 体表现为每一个金属纳米晶15之间没有被绝缘介质14 一一隔离开，由此，存储的电荷将在连接着的金属纳米晶15之间发生自由移动，降低了浮栅16的电荷俘获与存储能力，进一步的，提高了栅极1的擦写电压，降低了纳米晶快闪存储器的栅极1的可靠性。
经过发明人的理论与实践的研究和分析发现，导致每一个金属纳米晶15之间没有被绝缘介质14 一一隔离开的原因在于在氧气环境中进行快速热退火工艺，使得所述金属硅化物层12转变成含有被绝缘介质14隔离的金属纳米晶15的浮栅16的过程中，氧原子不能与金属硅化物中的硅形成快速有效的反应，无法结合生成足够的二氧化硅(SiO2), 从而将每一个金属纳米晶15之间一一隔离开。发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，用以解决现有的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法中金属纳米晶分布不均勻，从而降低了浮栅的电荷俘获与存储能力的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，包括 提供一硅衬底；在所述硅衬底上沉积一隧穿氧化层；在所述隧穿氧化层上沉积一金属硅化物层；在所述金属硅化物层上沉积一阻挡层；对所述金属硅化物层进行氟离子注入工艺； 在氧气环境中进行快速热退火工艺，使得所述金属硅化物层转变成浮栅，所述浮栅包括绝缘介质以及被绝缘介质隔离的金属纳米晶；在所述阻挡层上形成一控栅。
可选的，在所述硅衬底上形成一隧穿氧化层前，对所述硅衬底进行表面清洁处理。
可选的，在所述硅衬底上形成一隧穿氧化层的工艺包括沉积一硅化物层；进行第一快速热退火工艺。
可选的，所述硅化物层的厚度为30埃 150埃。
可选的，所述第一快速热退火工艺的退火温度为1000°C 1200°C。
可选的，所述金属硅化物层的厚度为40埃 150埃。
可选的，所述阻挡层的厚度为20埃 120埃，材料为非晶硅。
可选的，所述氟离子的注入量为IO13CnT3 1015cm_3。
可选的，所述快速热退火工艺的退火温度为800°C 1000°C。
可选的，所述控栅的厚度为600埃 1200埃，材料为多晶硅。
本发明提供的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，在氧气环境中进行快速热退火工艺之前，增加了对所述金属硅化物层进行氟离子注入工艺的步骤，由于氟原子能与金属硅化物层中的硅形成快速有效的反应，结合产生氟硅化学键，而后续的在氧气环境中进行快速热退火工艺时，氧原子极易取代氟硅化学键中的氟，与硅结合生成足够的二氧化硅，从而有效地将形成的金属纳米晶隔开，使得金属纳米晶分布均勻，从而提高了浮栅的电荷俘获与存储能力，进一步的，降低了栅极的擦写电压，提高了纳米晶快闪存储器的栅极的可靠性。
图IA IF是现有的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法的示意图2是本发明实施例的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法的流程图3A 3G是本发明实施例的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法作进一步详细说明。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。
本发明的核心思想在于，提供一种纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，在氧气环境中进行快速热退火工艺之前，增加了对所述金属硅化物层进行氟离子注入工艺的步骤， 由于氟原子能与金属硅化物层中的硅形成快速有效的反应，结合产生氟硅化学键，而后续的在氧气环境中进行快速热退火工艺时，氧原子极易取代氟硅化学键中的氟，与硅结合生成足够的二氧化硅，从而有效地将形成的金属纳米晶隔开，使得金属纳米晶分布均勻，从而提高了浮栅的电荷俘获与存储能力，进一步的，降低了栅极的擦写电压，提高了纳米晶快闪存储器的栅极的可靠性。
请参考图2和图3A 3G，其中，图2为本发明实施例的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法的流程图，图3A 3G为本发明实施例的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法的示意图。结合该图2和图3A 3G，该方法包括以下步骤
首先，执行步骤S20，提供一硅衬底。具体如图3A所示，提供一硅衬底20，在本实施例中，所述硅衬底20的材料为多晶硅。
其次，执行步骤S21，在所述硅衬底上沉积一隧穿氧化层。如图;3B所示，在硅衬底 20上沉积一隧穿氧化层21。
进一步的，在所述硅衬底20上形成一隧穿氧化层21前，可对硅衬底20进行表面清洁处理。通过对所述硅衬底20进行表面清洁处理，可提高隧穿氧化层21与硅衬底20之间的结合力，进一步提高纳米晶快闪存储器栅极的可靠性。
进一步的，在所述硅衬底20上沉积一隧穿氧化层21的工艺包括以下步骤首先， 沉积一硅化物层；然后，进行第一快速热退火工艺。
在本实施例中，所述硅化物层的材料为二氧化硅，所述硅化物层的厚度为30埃 150埃。沉积隧穿氧化层21的主要目的在于防止浮栅中俘获的电荷返回到衬底中，因此，所述硅化物层的厚度可以更厚一些；或者，为了满足快闪存储器尺寸减小的要求，也可以适当减薄一些。
在本实施例中，所述第一快速热退火工艺的退火温度为1000°C 1200°C。通过进行第一快速热退火工艺，可提高隧穿氧化层的致密度。
再次，执行步骤S22，在所述隧穿氧化层上沉积一金属硅化物层。如图3C所示，在隧穿氧化层21上沉积一金属硅化物层22，具体的，所述金属硅化物层22可以为硅化钨、硅化锗等。进一步的，所述金属硅化物层22可以通过低压化学气相沉积(LPCVD)的方式形成。 在本实施例中，所述金属硅化物层的厚度为40埃 150埃。所述金属硅化物层的厚度与后续形成金属纳米晶数量有关，即金属硅化物层的厚度越厚，形成金属纳米晶的数量越多，从而最终提高了栅极的电荷俘获与存储能力。因此，所述金属硅化物层的厚度也可根据对栅极的电荷俘获能力与存储能力以及栅极的尺寸要求进行在上述范围以外的调整。
接着，执行步骤S23，在所述金属硅化物层上沉积一阻挡层。如图3D所示，在金属硅化物层22上沉积一阻挡层23。所述阻挡层23除了可以隔离后续形成的浮栅与控栅之外，也可以起到保护金属硅化物层22的作用，防止金属硅化物层22与环境中的物质发生反应，从而提高产品可靠性。在本实施例中，所述阻挡层23的厚度为20埃 120埃，材料为非晶娃。
然后，执行步骤S24，对所述金属硅化物层进行氟离子注入工艺。如图3E所示，对金属硅化物层22进行氟离子注入工艺。由于氟原子能与金属硅化物层22中的硅形成快速有效的反应，结合产生氟硅化学键，而当进行后续的在氧气环境中进行快速热退火工艺时， 氧原子极易取代氟硅化学键中的氟，与硅结合生成足够的二氧化硅，从而有效地将形成的金属纳米晶隔开，使得金属纳米晶分布均勻，从而提高了浮栅的电荷俘获与存储能力。在本实施例中，所述氟离子的注入量例如为IO13CnT3 1015cm_3。
执行步骤S25，在氧气环境中进行快速热退火工艺，使得所述金属硅化物层转变成浮栅，所述浮栅包括绝缘介质以及被绝缘介质隔离的金属纳米晶。如图3F所示，通过执行氧气环境中进行快速热退火工艺，使得金属硅化物层22转变浮栅沈，所述浮栅沈包括被绝缘介质M以及被绝缘介质M隔离的金属纳米晶25。在本实施例中，所述快速热退火工艺的退火温度为800°C 1000°C，所述绝缘介质24的材料为二氧化硅。对所述金属硅化物层 22进行氟离子注入工艺后，在氧气环境中进行快速热退火工艺，得到了被绝缘介质M有效隔开的金属纳米晶25，从而使得金属纳米晶25分布均勻，进一步的，提高了浮栅沈的电荷俘获和存储能力。
通过实验数据得出，未对金属硅化物层进行氟离子注入工艺，而直接在氧气环境中进行快速热退火工艺的情况下，得到的金属纳米晶的分隔率在40% 50% ；而利用本发明实施例的方法，即，对金属硅化物层22进行氟离子注入工艺后，再在氧气环境中进行快速热退火工艺，得到的金属纳米晶的分隔率在75% 85%，由此，大大提高了所形成的浮栅26的电荷俘获与存储能力。
最后，执行步骤S26，在所述阻挡层上形成一控栅。如图3G所示，在阻挡层23上形成一控栅27，从而得到纳米晶快闪存储器的栅极1。在本实施例中，所述控栅27可通过沉积一厚度为600埃 1200埃的多晶硅层形成。
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
1.一种纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，包括提供一硅衬底；在所述硅衬底上沉积一隧穿氧化层；在所述隧穿氧化层上沉积一金属硅化物层；在所述金属硅化物层上沉积一阻挡层；对所述金属硅化物层进行氟离子注入工艺；在氧气环境中进行快速热退火工艺，使得所述金属硅化物层转变成浮栅，所述浮栅包括绝缘介质以及被绝缘介质隔离的金属纳米晶；在所述阻挡层上形成一控栅。
2.如权利要求1所述的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，在所述硅衬底上形成一隧穿氧化层前，对所述硅衬底进行表面清洁处理。
3.如权利要求1所述的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，在所述硅衬底上形成一隧穿氧化层的工艺包括沉积一硅化物层；进行第一快速热退火工艺。
4.如权利要求3所述的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，所述硅化物层的厚度为30埃 150埃。
5.如权利要求3所述的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，所述第一快速热退火工艺的退火温度为1000°c 1200°C。
6.如权利要求1所述的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，所述金属硅化物层的厚度为40埃 150埃。
7.如权利要求1所述的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，所述阻挡层的厚度为20埃 120埃，材料为非晶硅。
8.如权利要求1所述的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，所述氟离子的注入量为IO13CnT3 IO15CnT3。
9.如权利要求1所述的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，所述快速热退火工艺的退火温度为800°C 1000°C。
10.如权利要求1所述的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，其特征在于，所述控栅的厚度为600埃 1200埃，材料为多晶硅。
全文摘要
本发明提供一种纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，包括提供一硅衬底；在所述硅衬底上沉积一隧穿氧化层；在所述隧穿氧化层上沉积一金属硅化物层；在所述金属硅化物层上沉积一阻挡层；对所述金属硅化物层进行氟离子注入工艺；在氧气环境中进行快速热退火工艺，使得所述金属硅化物层转变成浮栅，所述浮栅包括绝缘介质以及被绝缘介质隔离的金属纳米晶；在所述阻挡层上形成一控栅。通过本发明提供的纳米晶快闪存储器栅极的制造方法，有效地将形成的金属纳米晶隔开，使得金属纳米晶分布均匀，从而提高了浮栅的电荷俘获与存储能力，进一步的，降低了栅极的擦写电压，提高了纳米晶快闪存储器的栅极的可靠性。
文档编号H01L21/28GK102543703SQ201010620308
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者叶文源, 王蒙, 黄柏喻 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司