一种存储器的制备方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种存储器的制备方法。


背景技术：

2.随着微电子的发展，存储器需要提供更高的速度，更低的功耗和更高的集成度，对于传统的多晶硅浮栅存储器而言，多晶硅浮栅的厚度随着器件特征尺寸的减小而降低，当具有高能量的入射电子增多时，大量高能入射电子会穿过所述多晶硅浮栅对衬底造成损伤，产生更多的缺陷，影响器件的可靠性。为了克服这一问题，以金属代替多晶硅作为浮栅的方案被提出。但由于金属浮栅层所使用的金属材料在高温等条件下的稳定性较差，金属浮栅层容易在存储器的制备及使用过程中发生膜层不连续的问题，影响金属浮栅存储器的可靠性。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种存储器的制备方法，以解决现有的金属浮栅连续性较差的问题。
4.为了达到上述目的，本发明提供了一种存储器的制备方法，包括：
5.提供衬底，所述衬底上形成有依次堆叠的第一氧化层、字线材料层、第二氧化层及硬掩模层；
6.刻蚀所述硬掩模层、所述第二氧化层、所述字线材料层、所述第一氧化层及所述衬底的部分厚度，以形成沟槽；
7.在所述沟槽内形成金属浮栅材料层，所述金属浮栅材料层覆盖所述沟槽的内壁并延伸覆盖所述硬掩模层；
8.对所述金属浮栅材料层进行氮化处理。
9.可选的，形成所述沟槽之后，形成所述金属浮栅材料层之前，还包括：
10.在所述沟槽内形成阻挡材料层，所述阻挡材料层覆盖所述沟槽的内壁并延伸覆盖所述硬掩模层；
11.对所述阻挡材料层进行退火工艺。
12.可选的，对所述金属浮栅材料层进行氮化处理之后还包括：
13.在所述金属浮栅材料层上形成阻挡氧化层，所述阻挡氧化层覆盖所述沟槽的内壁并延伸覆盖所述硬掩模层上的所述金属浮栅材料层；
14.以所述阻挡氧化层为掩模除去所述硬掩模上及所述沟槽底部的所述金属浮栅材料层及所述阻挡材料层，剩余的所述金属浮栅材料层及所述阻挡材料层分别构成所述金属浮栅层及阻挡层；
15.除去剩余的所述阻挡氧化层；
16.在所述沟槽内形成源线层，所述源线层至少填充部分所述沟槽；
17.除去所述硬掩模层、所述第二氧化层、部分所述字线材料层及部分所述第一氧化
层，剩余的所述字线材料层及所述第一氧化层分别构成字线层及遂穿氧化层。
18.可选的，所述退火工艺包括尖峰退火工艺或激光退火工艺。
19.可选的，对所述阻挡材料层进行所述退火工艺时通入氧气。
20.可选的，通入氧气的流量小于5slm。
21.可选的，所述氮化处理为去耦合等离子掺氮工艺。
22.可选的，所述去耦合等离子掺氮工艺的有效功率小于500w。
23.可选的，所述氮化处理包括对所述金属浮栅材料层进行氨气退火。
24.可选的，所述氨气退火的温度为500℃～1100℃。
25.本发明提供了一种存储器的制备方法，包括：提供衬底，所述衬底上形成有依次堆叠的第一氧化层、字线材料层、第二氧化层及硬掩模层；刻蚀所述硬掩模层、所述第二氧化层、所述字线材料层、所述第一氧化层及所述衬底的部分厚度，以形成沟槽；在所述沟槽内形成金属浮栅材料层，所述金属浮栅材料层覆盖所述沟槽的内壁并延伸覆盖所述硬掩模层；对所述金属浮栅材料层进行氮化处理，以修补所述金属浮栅材料层中的离子空缺，形成稳定的金属化合物晶体结构，防止游离金属离子扩散影响所述金属浮栅材料层的连续性，进而保证后续形成的金属浮栅层的连续性。
26.此外，在本发明所述存储器的制备方法中，在所述金属浮栅材料层与所述沟槽的内壁之间形成阻挡材料层，所述阻挡材料层可以防止金属浮栅材料层中游离的金属离子向其他膜层扩散，进而提高所述金属浮栅材料层的连续性；且对所述阻挡材料层进行退火工艺可以修复所述阻挡材料层中的氧空位，防止氧空位捕获所述金属浮栅材料层中的游离金属离子。
附图说明
27.图1为本发明实施例提供存储器的制备方法的制备方法的流程图；
28.图2～14为本发明实施例提供的存储器的制备方法的制备方法的相应步骤对应的结构示意图；
29.其中，附图标记为：
30.100-衬底；101-第一氧化层；102-字线材料层；103-第二氧化层；104-硬掩模层；105-遂穿氧化层；106-阻挡材料层；107-金属浮栅材料层；108-阻挡氧化层；111-源线层；112-源区；113-漏区；
31.20-沟槽；21-第一侧墙；22-第二侧墙；24-阻挡层；25-金属浮栅层；26-字线层；27-栅极介质层；28-介质层；29-擦除栅。
具体实施方式
32.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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。
33.在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤并非必须是可执行这些步骤的
唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些文本未描述的其它步骤可被添加到该方法。
34.本实施例提供了一种存储器的制备方法的制备方法，图1为所述存储器的制备方法的制备方法的流程图。如图1所示，所述存储器的制备方法的制备方法包括：
35.步骤s1：提供衬底，所述衬底上形成有依次堆叠的第一氧化层、字线材料层、第二氧化层及硬掩模层；
36.步骤s2：刻蚀所述硬掩模层、所述第二氧化层、所述字线材料层、所述第一氧化层及所述衬底的部分厚度，以形成沟槽；
37.步骤s3：在所述沟槽内形成金属浮栅材料层，所述金属浮栅材料层覆盖所述沟槽的内壁并延伸覆盖所述硬掩模层；
38.步骤s4：对所述金属浮栅材料层进行氮化处理。
39.图2～14为本实施例提供的存储器的制备方法的制备方法的相应步骤的结构示意图。接下来，将结合图2～14对所述存储器的制备方法的制备方法进行详细说明。
40.如图2所示，提供衬底100，在所述衬底100上依次形成堆叠的第一氧化层101、字线层材料层102、第二氧化层103及硬掩模层104。
41.如图3所示，刻蚀所述硬掩模层104及所述第二氧化层103，直至露出所述字线材料层102，以形成开口；在所述开口内形成第一侧墙21，所述第一侧墙21覆盖所述开口的侧壁。
42.如图4所示，以所述第一侧墙21为掩模继续向下刻蚀所述字线材料层102及所述第一氧化层101，加深所述开口直至露出所述衬底100；在所述开口内形成第二侧墙22，所述第二侧墙22覆盖所述字线材料层102及所述第一氧化层101的侧壁，并延伸覆盖部分所述第一侧墙21的侧壁；然后以所述第一侧墙21和所述第二侧墙22为掩模继续刻蚀部分所述衬底100，以使所述开口延伸至所述衬底100内，构成沟槽20，其中，所述沟槽20位于所述衬底100内的深度为
43.进一步地，如图5所示，以所述沟槽20为对准窗口，对所述沟槽20底部的所述衬底100进行第一离子注入工艺，以在所述沟槽20底部的所述衬底100内形成源区112；然后在所述沟槽20内形成遂穿氧化层105，所述遂穿氧化层105覆盖所述沟槽20位于所述衬底100内的部分的内壁。
44.如图6所示，在所述沟槽20内形成阻挡材料层106，所述阻挡材料层106覆盖所述沟槽20的内壁并延伸覆盖所述第一侧墙21及所述硬掩模层104的顶面。
45.其中，所述阻挡材料层106的材料为氧化铪、氧化钛、氧化锆等金属氧化物，且所述阻挡材料层106的厚度为由于所述阻挡材料层106的厚度较小，一般采用原子层沉积工艺形成。由于阻挡材料层106中存在氧空位，氧空位会对半导体器件的性能造成影响。
46.接下来，对所述阻挡材料层106进行退火工艺，所述退火工艺在低压条件下进行并在进行退火工艺的过程中向退火腔内通入氧气，以修复所述阻挡材料层106的氧空位。其中，所述低压条件的压强小于20torr，通入氧气的流量小于5slm，提供足量氧离子修复氧空位的同时，防止氧气与所述阻挡材料层106进一步反应，避免所述阻挡材料层106膜层加厚或性质改变对所述存储器造成的不良影响。本实施例中所述退火工艺包括尖峰退火工艺或
激光退火工艺，所述退火工艺的温度小于900℃，以较低的温度实现氧空位的修复，避免退火过程中的高温造成更多的氧空位。
47.如图7所示，在所述阻挡材料层106上形成金属浮栅材料层107，所述金属浮栅材料层107覆盖所述阻挡材料层106。对所述金属浮栅材料层107进行氮化处理。
48.所述金属浮栅材料层107的厚度为
49.由于所述金属浮栅材料层107的材料一般为氮化钛(四氮化三钛，ti3n4)，氮化钛晶胞中的氮钛化合键会在高温下发生断裂，形成游离的钛离子及氮缺位，游离的钛离子会向所述第一侧墙21、所述第二侧墙22及所述阻挡氧化层108等氧化物扩散，导致所述金属浮栅材料层107不连续甚至断裂。在本实施例中，在所述第一侧墙21、所述第二侧墙与所述金属浮栅材料层107之间形成了阻挡材料层106，以防止所述金属浮栅材料层107中游离的钛离子向所述第一侧墙21及所述第二侧墙22扩散；同时本实施例还采用退火工艺修复了所述阻挡材料层106中的氧空位，进一步防止所述阻挡材料层106中的氧空位捕获游离的钛离子，进而保证所述金属浮栅材料层107的连续性。
50.本实施例中所述氮化处理工艺为去耦合等离子掺氮工艺，且所述去耦合等离子掺氮处理的有效功率小于500w，所述有效功率为射频功率与占空比的乘积。通过去耦合等离子掺氮工艺将氮离子掺杂到所述金属浮栅材料层107内，以修补所述金属浮栅材料层107内的氮缺位，使游离的钛离子与氮离子重新聚合为稳定的晶格结构，以阻挡剩余的钛离子向其它膜层扩散，更好的保证所述金属浮栅材料层107的连续性。此外，控制去耦合等离子掺氮工艺的有效功率也可以避免高能量的离子注入对晶格结构的损伤。
51.进行去耦合等离子掺氮工艺还可以进一步进行氮化后退火工艺，进一步促进游离的钛离子与氮离子的聚合，同时修复去耦合等离子掺氮工艺过程中造成的晶格损伤。
52.在其它可选实施例中，所述氮化处理工艺可以为氨气退火工艺，对所述金属浮栅层107进行氨气退火工艺，利用退火过程中提供的能量使氮离子与游离的钛离子重新聚合，修补所述金属浮栅材料层中的氮缺位，改善所述金属浮栅材料层107的连续性。其中，所述氨气退火的温度为500℃～1100℃，控制温度防止工艺高温造成的氮钛化合键断裂。
53.如图8所示，在所述阻挡材料层106上形成阻挡氧化层108，所述阻挡氧化层108覆盖所述阻挡材料层106。所述阻挡氧化层108的厚度为由于所述阻挡材料层106、所述金属浮栅层107及所述阻挡氧化层108均具有较小的厚度，因此所述阻挡材料层106、所述金属浮栅层107及所述阻挡氧化层108构成的叠层仅覆盖所述沟槽20的内壁，并未充满所述沟槽20。
54.如图9所示，采用同向异性刻蚀法除去所述第一侧墙21、所述硬掩模层104及所述沟槽20底部上的所述阻挡氧化层108，剩余的所述阻挡氧化层108覆盖所述沟槽20侧壁上的所述金属浮栅材料层107；
55.如图10所示，以所述阻挡氧化层108为掩模除去所述第一侧墙21、所述硬掩模层104及所述沟槽20底部上的所述金属浮栅材料层107及所述阻挡材料层106，剩余的所述阻挡材料层106与所述金属浮栅材料层107依次覆盖所述沟槽20的侧壁以形成阻挡层24及金属浮栅层25；
56.如图11所示，除去剩余的所述阻挡氧化层108。
57.如图12所示，在所述沟槽20内形成栅极介质层27，所述栅极介质层27覆盖所述金
属浮栅层25的侧壁，由于所述阻挡氧化层在刻蚀工艺中会被刻蚀剂腐蚀，影响膜层的性质，重新生成所述栅极介质层27有利于保证所述存储器的可靠性；最后在所述沟槽20内形成源线层111，所述源线层111至少充满部分所述沟槽20。
58.如图13所示，除去所述硬掩模层104及所述第二氧化层103，并以所述第一侧墙21为掩模刻蚀所述字线材料层102及所述第一氧化层101，剩余的所述字线材料层102构成字线层26。
59.进一步地，如图14所示，对所述字线层26外侧的所述衬底100进行第二离子注入工艺，以在每个所述字线层26外侧的所述衬底100内形成漏区113；接着在所述衬底100上形成介质层28及擦除栅29，所述介质层28覆盖所述字线层26及所述源线层111，所述擦除栅29位于所述介质层28上并与所述金属浮栅层25相对应。
60.综上，本发明实施例提供了一种存储器的制备方法，包括：提供衬底100，所述衬底100上形成堆叠的第一氧化层101、字线层材料层102、第二氧化层103及硬掩模层104；刻蚀所述硬掩模层104、所述第二氧化层103、所述字线材料层102、所述第一氧化层101及所述衬底100的部分厚度，以形成沟槽20；在所述沟槽20内形成金属浮栅材料层107，所述金属浮栅材料层107覆盖所述沟槽20的内壁并延伸覆盖所述硬掩模层104；对所述金属浮栅材料层107进行氮化处理，以修补所述金属材料浮栅层107中的离子空缺，形成稳定的金属化合物晶体结构，防止游离金属离子扩散影响所述金属浮栅材料层107的连续性，进而保证后续所述金属浮栅材料层107构成的金属浮栅层25的连续性。
61.此外，在本发明所述存储器的制备方法中，在所述金属浮栅材料层107与所述沟槽20之间形成阻挡材料层108，所述阻挡材料层108可以防止金属浮栅材料层107中游离的金属离子向其他膜层扩散，进而提高所述金属浮栅材料层107的连续性；且对所述阻挡材料层108进行退火工艺可以修复所述阻挡材料层108中的氧空位，防止氧空位捕获所述金属浮栅材料层107中游离的金属离子。
62.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。