專利名稱：雙位快閃存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，本發(fā)明涉及一種雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法。
背景技術(shù)：
作為一種集成電路存儲(chǔ)器件，快閃存儲(chǔ)器具有電可擦寫存儲(chǔ)信息的功能，因此，快 閃存儲(chǔ)器被廣泛應(yīng)用于如便攜式電腦、手機(jī)、數(shù)碼音樂(lè)播放器等電子產(chǎn)品中。通常的，依據(jù) 柵極結(jié)構(gòu)的不同，快閃存儲(chǔ)器分為堆疊柵極快閃存儲(chǔ)器及分離柵極快閃存儲(chǔ)器兩種類型， 這兩種快閃存儲(chǔ)器都需要將存儲(chǔ)單元以適合本身操作的陣列進(jìn)行排布，每一存儲(chǔ)單元都用 來(lái)儲(chǔ)存單一位的數(shù)據(jù)。這種快閃存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)陣列需要場(chǎng)氧化層或溝槽式絕緣層來(lái)分離存 儲(chǔ)單元，同時(shí)，為了提高快閃存儲(chǔ)器的擦寫效率，需要較大面積的存儲(chǔ)單元才能得到高電容 耦合比，因此，所述快閃存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的面積較為龐大，無(wú)法有效提高存儲(chǔ)密度。為了提高快閃存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度，美國(guó)專利第6538四2號(hào)提出了一種雙位快閃存 儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)，通過(guò)在一個(gè)快閃存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元上形成兩個(gè)對(duì)稱的存儲(chǔ)位，所述雙位快閃存 儲(chǔ)器提高了存儲(chǔ)密度。圖1為現(xiàn)有技術(shù)雙位快閃存儲(chǔ)器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示， 兩個(gè)用于存儲(chǔ)電荷的第一電荷俘獲層102和第二電荷俘獲層103位于襯底100上柵極結(jié)構(gòu) 的兩側(cè)，并由柵介電層101隔離，所述柵介電層101使得第一電荷俘獲層102和第二電荷俘 獲層103的存儲(chǔ)狀態(tài)不會(huì)互相影響?？刂茤?04位于第一電荷俘獲層102與第二電荷俘獲 層103上方，用于控制兩個(gè)電荷俘獲層上電荷的注入或移除。襯底100中還形成有漏區(qū)106 及源區(qū)105。所述雙位快閃存儲(chǔ)器以熱電子注入的方式進(jìn)行編程，以第二電荷俘獲層103為 例，在控制柵104及漏極106上施加高電平，并將源區(qū)105接地，熱電子被充分加速并注入 到第二電荷俘獲層103上，完成電荷寫入動(dòng)作。然而，受限于光刻工藝的最小線寬，所述雙位快閃存儲(chǔ)器的第一電荷俘獲層102、 第二電荷俘獲層103以及柵介電層101無(wú)法形成小于光刻最小線寬的圖形，因此，所述雙位 快閃存儲(chǔ)器的單元面積仍然相對(duì)較大，存儲(chǔ)密度無(wú)法提高。綜上，需要一種改進(jìn)的雙位快閃存儲(chǔ)器的制作方法，以進(jìn)一步提高存儲(chǔ)密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供了一種雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，柵介電層進(jìn)一步減小 了雙位快閃存儲(chǔ)器的單元面積，存儲(chǔ)密度得以提高。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種雙位快閃存儲(chǔ)器的制作方法，包括提供半導(dǎo) 體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介電層與柵電極層，刻蝕所述柵電極層及柵介電 層，形成柵極結(jié)構(gòu)；側(cè)向刻蝕柵介電層的部分區(qū)域，在柵介電層兩側(cè)形成開(kāi)口 ；在柵電極層 與半導(dǎo)體襯底表面形成隔離層；在半導(dǎo)體襯底及柵極結(jié)構(gòu)上形成電荷俘獲材料，所述電荷 俘獲材料為內(nèi)嵌納米晶硅的氧化鉿，所述電荷俘獲材料填充到柵介電層兩側(cè)的開(kāi)口內(nèi)，柵 電極層與半導(dǎo)體襯底表面的隔離層將所述電荷俘獲材料與柵電極層及半導(dǎo)體襯底隔離；刻蝕電荷俘獲材料，保留位于柵介電層兩側(cè)開(kāi)口內(nèi)的電荷俘獲材料，所述開(kāi)口內(nèi)的電荷俘獲 材料形成電荷俘獲層?？蛇x的，所述柵電極層為多晶硅，所述在柵電極層與半導(dǎo)體襯底表面形成隔離層 具體包括將所述半導(dǎo)體襯底置于氧化性氣氛中并進(jìn)行氧化，形成隔離層，所述隔離層為氧化硅?？蛇x的，所述柵介電層為氧化硅或氮氧化硅?？蛇x的，所述柵介電層的側(cè)向刻蝕為各向同性刻蝕。可選的，所述柵介電層的各向同性刻蝕為濕法腐蝕?？蛇x的，所述濕法腐蝕采用氫氟酸溶液，柵介電層為氧化硅條件下，所述氫氟酸溶 液中氟化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于2%，反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為20至25攝氏度，腐蝕速率 為20至60納米/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為30至200秒；柵介電層為氮氧化硅條件下，所述氫氟酸 溶液中氟化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%至5%，反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為20至25攝氏度，腐蝕速率為 25至60納米/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為30至200秒。可選的，所述柵介電層的各向同性刻蝕為各向同性干法刻蝕?？蛇x的，所述各向同性干法刻蝕的刻蝕氣體包括CF4、CHF3> CH2F2, CH3F, C4F8或C5F8 的一種或多種的組合，所述柵介電層為氧化硅條件下，所述干法刻蝕的反應(yīng)條件為反應(yīng)氣 壓為1至5毫托，氣體流量為100至500標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分，電源功率為200至1000瓦，偏 置電壓0至100伏；所述柵介電層為氮氧化硅條件下，所述干法刻蝕的反應(yīng)條件為反應(yīng)氣 壓1至5毫托，氣體流量為100至600標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分，電源功率為250至1000瓦，偏置 電壓為0至100伏?？蛇x的，形成所述內(nèi)嵌納米晶硅的氧化鉿的過(guò)程包括在隔離層表面形成第一氧 化鉿層，所述第一氧化鉿層沿柵介電層兩側(cè)的開(kāi)口表面生長(zhǎng)，所述開(kāi)口的口徑縮小；在第一 氧化鉿層表面形成納米晶硅，所述納米晶硅填充在口徑縮小后的開(kāi)口內(nèi)?？蛇x的，所述縮小后開(kāi)口的口徑與柵介電層兩側(cè)開(kāi)口原始口徑的比值為1 2至 1 10?？蛇x的，所述縮小后開(kāi)口的口徑為15至100埃?？蛇x的，所述納米晶硅的厚度為15至100埃。可選的，還包括在納米晶硅上形成第二氧化鉿層，所述第二氧化鉿層填滿柵介電 層兩側(cè)的開(kāi)口。可選的，所述氧化鉿采用原子層沉積方式形成。可選的，所述原子層沉積的反應(yīng)條件為反應(yīng)前驅(qū)物為[(CH3) (C2H5)N]4Hf與O2，反 應(yīng)氣壓為20至40毫托，反應(yīng)溫度為200至290攝氏度?？蛇x的，所述氧化鉿中鉿原子與氧原子的比例為1 1.5至1 2.5?？蛇x的，所述納米晶硅采用低壓化學(xué)氣相淀積形成?？蛇x的，所述低溫化學(xué)氣相淀積法形成納米晶硅的反應(yīng)條件為采用SiH2Cl2、 SiHCl3或SiCl4與稀釋性氣體為反應(yīng)氣體，所述稀釋性氣體為惰性氣體，SiH2Cl2, SiHCl3或 SiCl4與稀釋性氣體的體積比為1 20至1 200，稀釋性氣體的流量為20至100標(biāo)準(zhǔn)狀 態(tài)毫升/分，反應(yīng)溫度為700至900攝氏度，反應(yīng)壓力為50毫托至500毫托。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.現(xiàn)有技術(shù)采用光刻工藝形成雙位快閃存儲(chǔ)器的電荷俘獲層圖形，受限于光刻工 藝的最小線寬，所述雙位快閃存儲(chǔ)器的單元面積的相對(duì)較大；而本發(fā)明采用各向同性刻蝕 側(cè)向刻蝕雙位快閃存儲(chǔ)器柵極結(jié)構(gòu)中控制柵下方的柵介電層，形成了小于光刻工藝最小線 寬的電荷俘獲層及柵介電層，從而減小了雙位快閃存儲(chǔ)器的單元面積。2.本發(fā)明的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法采用自對(duì)準(zhǔn)的方法形成柵極結(jié)構(gòu)中的電荷 俘獲層結(jié)構(gòu)，減少了制作工藝中的光刻板數(shù)量，降低了工藝的復(fù)雜度。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)雙位快閃存儲(chǔ)器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法的流程示意圖。圖3至圖10是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例雙位快閃存儲(chǔ)器的閾值電壓變化曲線的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有技術(shù)在形成雙位快閃存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)時(shí)，需要通過(guò)多步的光刻工藝及各向 異性的干法刻蝕工藝在雙位快閃存儲(chǔ)器的柵極結(jié)構(gòu)形成兩個(gè)對(duì)稱的電荷俘獲層以及隔離 電荷俘獲層的柵介電層圖形，所述電荷俘獲層與柵介電層的圖形受限于光刻工藝的最小線 寬，無(wú)法進(jìn)一步縮小。不同于各向異性刻蝕，各向同性刻蝕工藝在刻蝕結(jié)構(gòu)時(shí)，既可以沿襯 底表面的法向方向刻蝕，還可以沿襯底表面的平面進(jìn)行刻蝕，因此，所述各向同性刻蝕工藝 可以在光刻工藝最小線寬的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減小圖形的橫向線寬。本發(fā)明采用各向同性刻蝕工藝，對(duì)雙位快閃存儲(chǔ)器控制柵下方的柵介電層進(jìn)行橫 向刻蝕，通過(guò)控制刻蝕時(shí)間來(lái)確定橫向刻蝕深度，之后利用具備極佳臺(tái)階覆蓋性的原子層 沉積技術(shù)將電荷俘獲材料填充至柵介電層兩側(cè)刻蝕開(kāi)口中以形成兩個(gè)對(duì)稱的電荷俘獲層； 本發(fā)明的雙位快閃存儲(chǔ)器制作工藝突破了光刻工藝最小線寬的限制，減小了存儲(chǔ)單元的面 積，實(shí)現(xiàn)了高密度的存儲(chǔ)陣列。為了更好的理解本發(fā)明的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的具 體實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導(dǎo)，而 并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。圖2是本發(fā)明實(shí)施例雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法的流程示意圖，包括如下步驟執(zhí) 行步驟S202，提供半導(dǎo)體襯底；執(zhí)行步驟S204，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵介電層；執(zhí)行步 驟S206，在柵介電層上形成柵電極層；執(zhí)行步驟S208，圖形化所述柵電極層與柵介電層，形 成柵極結(jié)構(gòu)；執(zhí)行步驟S210，各向同性刻蝕柵介電層，在柵電極層與半導(dǎo)體襯底間的柵介 電層兩側(cè)形成開(kāi)口 ；執(zhí)行步驟S212，在柵電極層與半導(dǎo)體襯底表面形成隔離層；執(zhí)行步驟 S214，在半導(dǎo)體襯底及柵極結(jié)構(gòu)上形成電荷俘獲材料，所述電荷俘獲材料填充到柵介電層 兩側(cè)的開(kāi)口內(nèi)；執(zhí)行步驟S216，以柵電極層為掩膜，干法刻蝕電荷俘獲材料，在柵介電層兩 側(cè)的開(kāi)口內(nèi)保留部分電荷俘獲材料，形成對(duì)稱的電荷俘獲層；執(zhí)行步驟S218，在半導(dǎo)體襯 底及柵極結(jié)構(gòu)上形成阻擋介電層，刻蝕所述阻擋介電層，形成側(cè)壁。圖3至圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖3所示，提供半導(dǎo)體襯底302，所述半導(dǎo)體襯底302為硅基襯底、SOI襯底、鍺 化硅襯底或其他半導(dǎo)體襯底，在具體實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底為P型摻雜的硅基襯底；之 后，在所述半導(dǎo)體襯底302上形成柵介電層304，在具體實(shí)施例中，所述柵介電層304為氧化 硅或氮氧化硅，柵介電層304的厚度為50至1000埃，優(yōu)選的，所述柵介電層304為熱氧化 形成的氧化硅，厚度為300埃。如圖4所示，在柵介電層304上形成柵電極層306，在具體實(shí)施例中，所述柵電極 層306為N型摻雜的多晶硅，所述多晶硅的摻雜材料為磷離子、砷離子或銻離子等，摻雜濃 度為1. 0E18至1. 0E22原子/立方厘米，所述柵電極層306的厚度為300至5000埃，優(yōu)選 的，所述柵電極層306的摻雜濃度為1.0E20原子/立方厘米，厚度為1000埃。在具體實(shí) 施例中，所述柵電極層306是以硅烷為反應(yīng)前驅(qū)物，采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法形成的。 之后，采用各向異性的干法刻蝕工藝圖形化所述柵電極層306及柵介電層304，形成柵極結(jié) 構(gòu)，在具體實(shí)施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)的最小線寬由光刻工藝的最小線寬決定。如圖5所示，采用各向同性的刻蝕工藝，側(cè)向刻蝕柵介電層304，在柵介電層304兩 側(cè)形成位于柵電極層306下方的第一開(kāi)口 308。在刻蝕柵介電層304時(shí)，受限于較薄的柵介 電層304，刻蝕氣體或液體只能輸運(yùn)到一定的深度，因此，柵介電層304兩側(cè)只有部分區(qū)域 被刻蝕，從而實(shí)現(xiàn)自限制(self-limited)停止刻蝕。第一開(kāi)口 308的高度與柵介電層304 的厚度相同，第一開(kāi)口 308的深度與各向刻蝕工藝有關(guān)，由柵介電層304側(cè)向刻蝕的寬度決 定，在具體實(shí)施例中，刻蝕后剩余的柵介電層304的寬度為200至1000埃，第一開(kāi)口 308的 高度為50至1000埃，第一開(kāi)口 308的深度為150至600埃。依據(jù)具體實(shí)施例的不同，形成所述第一開(kāi)口 308的各向同性刻蝕工藝可以為濕法 腐蝕工藝或者各向同性干法刻蝕工藝；在具體實(shí)施例中，所述濕法腐蝕采用氫氟酸溶液，柵 介電層為氧化硅條件下，所述氫氟酸溶液中氟化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于2%，反應(yīng)條件為 反應(yīng)溫度為20至25攝氏度，腐蝕速率為20至60納米/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為30至200秒；柵 介電層為氮氧化硅條件下，所述氫氟酸溶液中氟化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%至5%，反應(yīng)條件為 反應(yīng)溫度為20至25攝氏度，腐蝕速率為25至60納米/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為30至200秒。還可以采用干法刻蝕形成第一開(kāi)口 308，采用各向同性干法刻蝕柵介電層304時(shí)， 所述各向同性干法刻蝕的刻蝕氣體包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8或C5F8的一種或多種的組 合，所述柵介電層為氧化硅條件下，所述干法刻蝕的反應(yīng)條件為反應(yīng)氣壓為1至5毫托，氣 體流量為100至500標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分，電源功率為200至1000瓦，偏置電壓0至100伏； 所述柵介電層為氮氧化硅條件下，所述干法刻蝕的反應(yīng)條件為反應(yīng)氣壓1至5毫托，氣體 流量為100至600標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分，電源功率為250至1000瓦，偏置電壓為0至100伏。與現(xiàn)有技術(shù)相比，第一開(kāi)口 308的形成不依賴光刻工藝及后續(xù)各向異性干法刻蝕 工藝形成，因此，所述第一開(kāi)口 308的深度與剩余柵介電層304的線寬可以小于光刻工藝的 最小線寬。如圖6所示，在柵電極層306及半導(dǎo)體襯底302表面形成隔離層，所述隔離層為介 電材料。在具體實(shí)施例中，所述柵電極層306為摻雜的多晶硅，因此，所述在柵電極層306 及半導(dǎo)體襯底302表面形成隔離層包括將半導(dǎo)體襯底302置于氧化性氣氛的反應(yīng)腔體內(nèi)， 在所述氧化性氣氛的反應(yīng)腔體中，柵電極層306的表面氧化形成第一氧化層310，在具體實(shí) 施例中，由于柵電極層306為N型摻雜，所述第一氧化層310中也摻雜有N型離子，所述第一氧化層310的厚度為20至300埃；半導(dǎo)體襯底302的表面同時(shí)形成第二氧化層312，在具 體實(shí)施例中，由于半導(dǎo)體襯底302為P型摻雜，所述第二氧化層312中也摻雜有P型離子， 所述第二氧化層312的厚度為20至300埃。所述第一氧化層310與第二氧化層312構(gòu)成 了隔離層，所述隔離層使得圖5中的第一開(kāi)口 308的高度變小，在原第一開(kāi)口 308位置形成 第二開(kāi)口 314，在具體實(shí)施例中，所述第二開(kāi)口 314的高度由柵介電層304、第一氧化層310 以及第二氧化層312的厚度決定，具體為30至600埃。如圖7所示，在半導(dǎo)體襯底302上形成電荷俘獲材料316，所述電荷俘獲材料316 具體為內(nèi)嵌納米晶硅的氧化鉿，所述電荷俘獲材料316用于填充柵電極層306下方的第二 開(kāi)口 314。本發(fā)明的所述電荷俘獲材料316采用內(nèi)嵌納米晶硅的氧化鉿，主要納米晶硅與氧 化鉿相結(jié)合，可以更佳地保持電荷，防止隨著時(shí)間的推移，注入電荷從電荷俘獲材料中流 失，與介電層-硅界面的空穴發(fā)生復(fù)合，所述注入電荷的流失使得雙位快閃存儲(chǔ)器的閾值 電壓發(fā)生變化，從而影響雙位快閃存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)效果。在具體實(shí)施例中，形成所述內(nèi)嵌納米晶硅的氧化鉿的過(guò)程包括在隔離層表面形 成第一氧化鉿層，所述第一氧化鉿層沿柵介電層兩側(cè)的第二開(kāi)口 314表面生長(zhǎng)，所述第二 開(kāi)口 314的口徑縮小；在第一氧化鉿層表面形成納米晶硅，所述納米晶硅填充在口徑縮小 后的第二開(kāi)口 314內(nèi)。依據(jù)具體實(shí)施例的不同，所述縮小后的第二開(kāi)口 314的口徑與柵介電層兩側(cè)第二 開(kāi)口 314的原始口徑的比值為1 2至1 10，其中，所述第二開(kāi)口 314的口徑是指柵電極 層306下方隔離層表面至對(duì)應(yīng)位置半導(dǎo)體襯底302上方隔離層表面的距離；所述縮小后第 二開(kāi)口 314的口徑為15至100埃；相應(yīng)的，所述納米晶硅的厚度為15至100埃。由于縮小后的第二開(kāi)口 314的口徑相對(duì)較小，為實(shí)現(xiàn)整個(gè)第二開(kāi)口 314內(nèi)納米晶 硅的均勻填充，所述納米晶硅的形成方法必須有較好的臺(tái)階覆蓋能力。在具體實(shí)施例中， 納米晶硅采用低壓化學(xué)氣相淀積方式形成，所述低溫化學(xué)氣相淀積法形成納米晶硅的反應(yīng) 條件為采用3讓2(12、3讓(13或SiCl4與稀釋性氣體為反應(yīng)氣體，所述稀釋性氣體為惰性氣 體，3讓2(12、5讓(13或5比14與稀釋性氣體的體積比為1 20至1 200，稀釋性氣體的流 量為20至100標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分，反應(yīng)溫度為700至900攝氏度，反應(yīng)壓力為50毫托至 500毫托。采用上述工藝，縮小后的開(kāi)口內(nèi)可以恰好填滿納米晶硅，但是由于具體工藝條件 難以精確控制，為了擴(kuò)大工藝窗口，即使工藝條件易于實(shí)施，可以進(jìn)一步地在形成納米晶硅 之后添加一步形成第二氧化鉿層的步驟，以防止納米晶硅沒(méi)有填滿口徑縮小后的開(kāi)口。在具體實(shí)施例中，所述形成電荷俘獲材料316的過(guò)程還包括在納米晶硅上形成第 二氧化鉿層，所述第二氧化鉿層填滿柵介電層兩側(cè)的開(kāi)口并覆蓋整個(gè)柵極結(jié)構(gòu)。在后續(xù)的 電荷俘獲材料316的刻蝕過(guò)程中，所述第二氧化鉿層可以保護(hù)第二開(kāi)口 314內(nèi)納米晶硅不 被刻蝕，從而提高納米晶硅的質(zhì)量。電荷俘獲材料316中的氧化鉿采用原子層沉積方式形成，反應(yīng)條件為反應(yīng)前驅(qū) 物為[(CH3) (C2H5)N]4Hf (四(乙基甲氨基)鉿)與O2，反應(yīng)氣壓為20至40毫托，反應(yīng)溫度 為200至290攝氏度，優(yōu)選的，反應(yīng)氣壓為25毫托，反應(yīng)溫度為260攝氏度。在具體實(shí)施例 中，所述氧化鉿中鉿原子與氧原子的比例為1 1.5至1 2. 5，優(yōu)選的，鉿原子與氧原子的比例為1:2。如圖8所示，刻蝕半導(dǎo)體襯底上的電荷俘獲材料，只保留位于圖7中第二開(kāi)口 314 處的電荷俘獲材料，所述剩余的電荷俘獲材料形成電荷俘獲層318，在所述電荷俘獲材料的 刻蝕過(guò)程中，柵電極層306作為電荷俘獲材料刻蝕的自對(duì)準(zhǔn)掩膜。在具體實(shí)施例中，采用反 應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝刻蝕電荷俘獲材料；同時(shí)，所述反應(yīng)離子刻蝕電荷俘獲材料時(shí)，還會(huì) 側(cè)向刻蝕一定深度，在電荷俘獲層318側(cè)面形成第一缺口 320。電荷俘獲層318位于柵介電 層304的兩側(cè)，當(dāng)雙位快閃存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)寫入或擦除操作時(shí)，所述電荷俘獲層318捕獲電子， 而柵介電層304將兩側(cè)的兩個(gè)電荷俘獲層318隔離開(kāi)以確保其分別進(jìn)行電荷的存儲(chǔ)。如圖9所示，繼續(xù)在半導(dǎo)體襯底302上形成阻擋介電層322，所述阻擋介電層322 覆蓋在半導(dǎo)體襯底302表面及柵極結(jié)構(gòu)的周圍，在具體實(shí)施例中，所述阻擋介電層322為氧 化硅或氧化硅/氮化硅/氧化硅的ONO堆疊結(jié)構(gòu)。如圖10所示，干法刻蝕圖9中的阻擋介電層322，在柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成側(cè)壁 324 ；之后，以側(cè)壁3M及柵電極層306為掩膜，對(duì)半導(dǎo)體襯底302進(jìn)行離子注入，在所述半 導(dǎo)體襯底302中形成雙位快閃存儲(chǔ)器的源區(qū)3 與漏區(qū)328 ；在具體實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體 襯底302中的源區(qū)326與漏區(qū)328為N型摻雜，摻雜離子為磷離子、砷離子或銻離子等?；谏鲜龉に噷?shí)施，本發(fā)明的雙位快閃存儲(chǔ)器制作形成，所述雙位快閃存儲(chǔ)器包 括半導(dǎo)體襯底，半導(dǎo)體襯底中的源區(qū)與漏區(qū)，半導(dǎo)體襯底上的柵極結(jié)構(gòu)以及柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè) 的側(cè)壁，所述柵極結(jié)構(gòu)包含有柵電極層，所述柵電極層下方的柵介電層與電荷俘獲層，其 中，所述電荷俘獲層的材料為內(nèi)嵌納米晶硅的氧化鉿；所述電荷俘獲層對(duì)稱分布于柵介電 層兩側(cè)，柵電極層及半導(dǎo)體襯底表面形成有隔離層，所述隔離層將電荷俘獲層與半導(dǎo)體襯 底以及柵電極層隔離。衡量快閃存儲(chǔ)器性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)是電荷俘獲層上注入電荷的保持能力， 而電荷俘獲層上注入電荷值與雙位快閃存儲(chǔ)器的閾值電壓直接相關(guān)，因此，通過(guò)觀測(cè)雙位 快閃存儲(chǔ)器閾值電壓的變化，即可獲得電荷俘獲層中注入電荷的變化信息。圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例雙位快閃存儲(chǔ)器的閾值電壓變化曲線的示意圖。在具 體實(shí)施例中，在測(cè)試所述閾值電壓時(shí)，雙位快閃存儲(chǔ)器的控制柵極、源區(qū)、漏區(qū)及體區(qū)均接 地，所述雙位快閃存儲(chǔ)器的兩個(gè)存儲(chǔ)位獨(dú)立工作，一個(gè)存儲(chǔ)位的工作狀態(tài)是存儲(chǔ)電荷，另一 個(gè)存儲(chǔ)位的工作狀態(tài)是擦除電荷。如圖11所示，曲線1102是存儲(chǔ)電荷位的閾值電壓隨時(shí) 間的變化曲線，在10E8秒的時(shí)間內(nèi)，所述存儲(chǔ)電荷位的閾值電壓基本沒(méi)有變化，一直保持 在3. 9V的電位上，所述曲線1102說(shuō)明存儲(chǔ)電荷位的電荷俘獲層上保持的注入電荷沒(méi)有損 失；曲線1104是擦除電荷位的閾值電壓隨時(shí)間的變化曲線，在10E8秒的時(shí)間內(nèi)，所述閾值 電壓同樣也沒(méi)有變化，一直保持在2. 6V的電位上，曲線1104說(shuō)明擦除電荷位的電荷俘獲層 中沒(méi)有電荷注入。應(yīng)該理解，此處的例子和實(shí)施例僅是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不背離本 申請(qǐng)和所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，做出各種修改和更正。
權(quán)利要求
1.一種雙位快閃存儲(chǔ)器的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上依 次形成柵介電層與柵電極層，刻蝕所述柵電極層及柵介電層，形成柵極結(jié)構(gòu)；側(cè)向刻蝕柵介 電層的部分區(qū)域，在柵介電層兩側(cè)形成開(kāi)口 ；在柵電極層與半導(dǎo)體襯底表面形成隔離層； 在半導(dǎo)體襯底及柵極結(jié)構(gòu)上形成電荷俘獲材料，所述電荷俘獲材料為內(nèi)嵌納米晶硅的氧化 鉿，所述電荷俘獲材料填充到柵介電層兩側(cè)的開(kāi)口內(nèi)，柵電極層與半導(dǎo)體襯底表面的隔離 層將所述電荷俘獲材料與柵電極層及半導(dǎo)體襯底隔離；刻蝕電荷俘獲材料，保留位于柵介 電層兩側(cè)開(kāi)口內(nèi)的電荷俘獲材料，所述開(kāi)口內(nèi)的電荷俘獲材料形成電荷俘獲層。
2.如權(quán)利要求1所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述柵電極層為多晶 硅，所述在柵電極層與半導(dǎo)體襯底表面形成隔離層具體包括將所述半導(dǎo)體襯底置于氧化性氣氛中并進(jìn)行氧化，形成隔離層，所述隔離層為氧化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述柵介電層為氧化 硅或氮氧化硅。
4.如權(quán)利要求3所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述柵介電層的側(cè)向 刻蝕為各向同性刻蝕。
5.如權(quán)利要求4所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述柵介電層的各向 同性刻蝕為濕法腐蝕。
6.如權(quán)利要求5所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述濕法腐蝕采用氫 氟酸溶液，柵介電層為氧化硅條件下，所述氫氟酸溶液中氟化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于2%， 反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為20至25攝氏度，腐蝕速率為20至60納米/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為30 至200秒；柵介電層為氮氧化硅條件下，所述氫氟酸溶液中氟化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%至5%，反 應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為20至25攝氏度，腐蝕速率為25至60納米/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為30至 200 秒。
7.如權(quán)利要求4所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述柵介電層的各向 同性刻蝕為各向同性干法刻蝕。
8.如權(quán)利要求7所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述各向同性干法刻 蝕的刻蝕氣體包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8或C5F8的一種或多種的組合，所述柵介電層為 氧化硅條件下，所述干法刻蝕的反應(yīng)條件為反應(yīng)氣壓為1至5毫托，氣體流量為100至500 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分，電源功率為200至1000瓦，偏置電壓0至100伏；所述柵介電層為氮氧 化硅條件下，所述干法刻蝕的反應(yīng)條件為反應(yīng)氣壓1至5毫托，氣體流量為100至600標(biāo) 準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分，電源功率為250至1000瓦，偏置電壓為0至100伏。
9.如權(quán)利要求1所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，形成所述內(nèi)嵌納米晶 硅的氧化鉿的過(guò)程包括在隔離層表面形成第一氧化鉿層，所述第一氧化鉿層沿柵介電層 兩側(cè)的開(kāi)口表面生長(zhǎng)，所述開(kāi)口的口徑縮??；在第一氧化鉿層表面形成納米晶硅，所述納米 晶硅填充在口徑縮小后的開(kāi)口內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述縮小后開(kāi)口的口 徑與柵介電層兩側(cè)開(kāi)口原始口徑的比值為1 2至1 10。
11.如權(quán)利要求10所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述縮小后開(kāi)口的 口徑為15至100埃。
12.如權(quán)利要求10所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述納米晶硅的厚度為15至100埃。
13.如權(quán)利要求9所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，還包括在納米晶硅上 形成第二氧化鉿層，所述第二氧化鉿層填滿柵介電層兩側(cè)的開(kāi)口。
14.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述氧化鉿 采用原子層沉積方式形成。
15.如權(quán)利要求14所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述原子層沉積的 反應(yīng)條件為反應(yīng)前驅(qū)物為[(CH3) (C2H5)N]4Hf與O2，反應(yīng)氣壓為20至40毫托，反應(yīng)溫度為 200至290攝氏度。
16.如權(quán)利要求15所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述氧化鉿中鉿原 子與氧原子的比例為1 1.5至1 2.5。
17.如權(quán)利要求1 13中任一項(xiàng)要求所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所 述納米晶硅采用低溫化學(xué)氣相淀積形成。
18.如權(quán)利要求17所述的雙位快閃存儲(chǔ)器制作方法，其特征在于，所述低溫化學(xué)氣相 淀積法形成納米晶硅的反應(yīng)條件為采用SiH2Cl2、SiHCl3或SiCl4與稀釋性氣體為反應(yīng)氣 體，所述稀釋性氣體為惰性氣體，3讓2(12、5讓(13或SiCl4與稀釋性氣體的體積比為1 20 至1 200，稀釋性氣體的流量為20至100標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分，反應(yīng)溫度為700至900攝氏 度，反應(yīng)壓力為50毫托至500毫托。
全文摘要
一種雙位快閃存儲(chǔ)器的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成柵介電層與柵電極層，刻蝕所述柵電極層及柵介電層，形成柵極結(jié)構(gòu)；側(cè)向刻蝕柵介電層的部分區(qū)域，在柵介電層兩側(cè)形成開(kāi)口；在柵電極層與半導(dǎo)體襯底表面形成隔離層；在半導(dǎo)體襯底及柵極結(jié)構(gòu)上形成電荷俘獲材料，所述電荷俘獲材料為內(nèi)嵌納米晶硅的氧化鉿，所述電荷俘獲材料填充到柵介電層兩側(cè)的開(kāi)口內(nèi)，柵電極層與半導(dǎo)體襯底表面的隔離層將所述電荷俘獲材料與柵電極層及半導(dǎo)體襯底隔離；刻蝕電荷俘獲材料，保留位于柵介電層兩側(cè)開(kāi)口內(nèi)的電荷俘獲材料，所述開(kāi)口內(nèi)的電荷俘獲材料形成電荷俘獲層。
文檔編號(hào)H01L21/8247GK102110658SQ20091024749
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者三重野文健 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司