專利名稱：一種電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)單元的制造方法。更具體地，涉及一種具有改進(jìn)的隧道氧化物窗口輪廓、從而具有較小尺寸的EEPROM單元的制造方法。
背景技術(shù)：
電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)是一種應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體存儲器件，它既有隨機(jī)存取存儲器(RAM)在聯(lián)機(jī)操作中可讀可寫的特性，又具有非易失性只讀存儲器(ROM)在掉電后仍能保存所有存儲數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是可直接用電信號擦除，也可用電信號寫入。
EEPROM單元通常由一個(gè)選擇晶體管和一個(gè)存儲晶體管組成。其中存儲晶體管包括由浮柵極和控制柵極構(gòu)成的疊層?xùn)艠O結(jié)構(gòu)，浮柵極用來存儲電子，而控制柵極用來控制信息的存取。漏區(qū)與源區(qū)形成在襯底中，分別位于疊層?xùn)艠O結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。在控制柵極和浮柵極之間具有一個(gè)介電層。在浮柵極與漏區(qū)交疊的部分具有一層非常薄的隧道氧化層。EEPROM是利用隧道效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)信息的寫入和擦除的。
圖1A-1L表示EEPROM的傳統(tǒng)制造工藝流程。首先利用硅的局部氧化工藝(LOCOS)或淺溝槽隔離工藝(STI)在P型硅襯底100上形成場氧化物103，從而定義出幾個(gè)隔離區(qū)域低壓外圍電路區(qū)110、高壓外圍電路區(qū)120和存儲區(qū)130。
建立隔離區(qū)之后，在硅襯底100上沉積一層犧牲氧化層105。然后涂覆一層光刻膠106并對其進(jìn)行圖形曝光、顯影，并進(jìn)行離子注入，所注入的離子為As或P，形成兩個(gè)n型區(qū)域131。接著，去除光刻膠和犧牲氧化層，并沉積厚柵極氧化物層132。
然后進(jìn)行隧道氧化物的開窗操作。在柵極氧化物層132上涂覆一層光刻膠107，利用掩模進(jìn)行圖形曝光、顯影，從而形成一個(gè)開口135，把隧道氧化物窗口預(yù)留位置處的柵極氧化物暴露出來，準(zhǔn)備進(jìn)行濕法刻蝕。
然后進(jìn)行濕法刻蝕。將開口135底部的柵極氧化物腐蝕掉暴露出硅襯底，形成隧道氧化物窗口134。在窗口區(qū)134沉積隧道氧化物薄層136。
接下來，沉積第一多晶硅層137并進(jìn)行光刻、腐蝕，形成選擇柵極141、浮柵極142和高壓柵極121。然后沉積氧化物/氮化物/氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)層138并刻蝕形成覆蓋在浮柵極142上面的介電層138a。沉積低壓區(qū)氧化物。再沉積第二多晶硅層并進(jìn)行光刻、腐蝕，形成控制柵極143和低壓柵極111。
最后再經(jīng)過n+或p+離子注入、層間電介質(zhì)的沉積和平面化等后續(xù)處理工藝，完成EEPROM的制造過程。
圖3示出了按照上述傳統(tǒng)工藝制造得出的EEPROM單元的隧道氧化物窗口的輪廓。
EEPROM的傳統(tǒng)制造工藝存在一個(gè)缺點(diǎn)在隧道氧化物開窗操作中，在柵極氧化物層上涂覆光刻膠并對其進(jìn)行圖案化后，直接利用濕法刻蝕對柵極氧化層進(jìn)行腐蝕來形成一個(gè)窗口。由于在濕法刻蝕時(shí)腐蝕液與光刻膠、氧化物、硅襯底同時(shí)接觸，而這些不同的材料具有不同的表面特性，這就引起了較強(qiáng)的橫向刻蝕效應(yīng)。當(dāng)濕法刻蝕結(jié)束時(shí)，橫向刻蝕甚至?xí)^縱向刻蝕深度。這就造成了最終形成的隧道氧化物窗口輪廓不規(guī)則，窗口邊界參差不齊、有鋸齒。因此無法高精度地控制隧道氧化物窗口的形狀和尺寸，器件的進(jìn)一步微型化就受到了限制。同時(shí)，不規(guī)則的隧道氧化物窗口輪廓還會導(dǎo)致器件可靠性差。
由于存在這些缺陷，需要對傳統(tǒng)的EEPROM制造工藝進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種改進(jìn)的EEPROM制造工藝，以便更好地控制隧道氧化物窗口輪廓，得到具有更規(guī)則的隧道氧化物窗口的EEPROM單元。
為此，本發(fā)明提供了一種電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法，包括提供硅襯底；在所述硅襯底上形成柵極氧化物層；在所述柵極氧化物層上涂覆光刻膠并對其進(jìn)行圖案化，以在光刻膠中形成一開口，暴露出下面的柵極氧化物；以該圖案化的光刻膠作為掩模，通過所述開口進(jìn)行離子注入；進(jìn)行濕法腐蝕，腐蝕掉所述開口下方的柵極氧化物，從而形成隧道氧化物窗口；去除光刻膠；以及在所述窗口位置處形成隧道氧化物薄層。
即在傳統(tǒng)的EEPROM制造工藝中，在隧道氧化物窗口濕法腐蝕之前加入了離子注入的步驟。在采用p型硅襯底的情況下，所注入的離子通常為As或P。
本發(fā)明中所用的硅襯底可以是p型硅襯底也可以是n型硅襯底。本發(fā)明中形成柵極氧化物和隧道氧化物的方法可以是熱氧化或沉積(包括化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積等)。另外，氧化物和氮化物的光刻、腐蝕等步驟都與傳統(tǒng)工藝相同，是本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的。
在形成隧道氧化物薄層后，還需要沉積第一多晶硅層并對其進(jìn)行刻蝕，以形成浮柵極和選擇柵極；沉積氧化物/氮化物/氧化物層并對其進(jìn)行刻蝕，以在所述浮柵極上形成介電層；沉積第二多晶硅層并對其進(jìn)行刻蝕，以在所述介電層上形成控制柵極；以及其它后續(xù)處理步驟。
由于在本發(fā)明所公開的技術(shù)方案中，在隧道氧化物窗口濕法腐蝕之前進(jìn)行離子注入，改變了窗口區(qū)域的柵極氧化物的性質(zhì)。摻入了離子的柵極氧化物區(qū)域的蝕刻速度遠(yuǎn)大于未攙雜的區(qū)域。因此，通過精確控制濕法腐蝕的時(shí)間，可以抑制橫向刻蝕對窗口輪廓的不利影響。因此，利用本發(fā)明所公開的技術(shù)方案，可以在EEPROM的制造過程中更精確地限定隧道氧化物窗口的邊界輪廓、控制它的形狀和尺寸，這樣提高了器件的可靠性，減少了缺陷的發(fā)生概率，提高了產(chǎn)品的合格率。由于可以精確地控制隧道氧化物窗口的形狀，可以更容易地減小整個(gè)器件的尺寸。


圖1是傳統(tǒng)的EEPROM制造工藝流程中各步驟的示意性橫截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的EEPROM制造工藝流程中各步驟的示意性橫截面圖。
圖3是使用傳統(tǒng)工藝制造的EEPROM單元中的隧道氧化物窗口的輪廓圖。
圖4是使用本發(fā)明的方法制造的EEPROM單元中的隧道氧化物窗口的輪廓圖。
具體實(shí)施例方式
通過下面結(jié)合附圖對對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)將會變得很明顯。
圖2A-2M是示意性的橫截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的EEPROM的制造工藝流程的各個(gè)步驟。
如圖2A和圖2B所示，首先提供一個(gè)P型的硅襯底200。盡管以P型硅襯底為例描述本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能理解，也可以采用N型硅襯底。然后在硅襯底200上順序沉積氧化硅層201和氮化硅層202，并利用硅的局部氧化工藝(LOCOS)或淺溝槽隔離工藝(STI)在硅襯底200上形成幾個(gè)由場氧化物203隔開的區(qū)域低壓外圍電路區(qū)210、高壓外圍電路區(qū)220和存儲區(qū)230。
建立隔離區(qū)域之后，參見圖2C，在硅襯底200上沉積一層犧牲氧化層205。接著，如圖2D所示，在犧牲氧化層205上涂覆一層光刻膠206，并通過曝光、顯影等工藝對其進(jìn)行圖案化，以露出將要進(jìn)行離子注入的區(qū)域。接著，以該圖案化的光刻膠206作為掩模進(jìn)行離子注入，所注入的離子為n型物質(zhì)如As或P等，從而形成兩個(gè)n型區(qū)域231。然后，如圖2E所示，去除光刻膠206和下面的犧牲氧化層205，再通過例如熱氧化或化學(xué)氣相沉積(CVD)等方法在整個(gè)器件表面沉積一層厚度例如為100-500A的用于高壓電路的厚柵極氧化物232。
然后進(jìn)行隧道氧化物的開窗操作。如圖2F所示，在柵極氧化物層232上涂覆一層光刻膠207，利用掩模進(jìn)行圖形曝光、顯影，從而在光刻膠中形成一個(gè)開口235，把隧道氧化物窗口預(yù)留位置處的柵極氧化物232暴露出來，準(zhǔn)備進(jìn)行濕法刻蝕。
上述步驟與EEPROM的傳統(tǒng)制造工藝類似。
本發(fā)明的EEPROM制造方法不同于傳統(tǒng)工藝之處在于在進(jìn)行濕法刻蝕之前，在隧道氧化物窗口區(qū)進(jìn)行自對準(zhǔn)離子注入。如圖2G所示，使用在前一步驟中形成的具有開口235的光刻膠207作掩模進(jìn)行離子注入。注入的離子為n型，通常是As或P，其劑量例如可以是1E13-1E15/cm2。
在進(jìn)行離子注入之后，再進(jìn)行濕法刻蝕。使用含有氫氟酸和氟化銨的腐蝕液將位于開口235下方的摻入了As或P離子的柵極氧化物腐蝕掉，從而形成隧道氧化物窗口234。
然后，如圖2I所示，去除光刻膠207，并通過熱氧化或CVD等方法在窗口區(qū)234形成一層厚度約為60～100A的用于電子隧穿的隧道氧化物薄層236。
接下來，如圖2J所示，通過例如CVD方法在器件表面沉積厚度例如為700-4000A的第一多晶硅層237。然后通過光刻、干法刻蝕等步驟對第一多晶硅層237進(jìn)行定義，以形成EEPROM單元的選擇柵極241和浮柵極242，以及高壓柵極221，如圖2K所示。接著，通過例如CVD方法在器件表面沉積氧化物/氮化物/氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)層238，并對該ONO層238進(jìn)行刻蝕，以形成覆蓋浮柵極242的介電層238a。
然后，在器件表面涂覆光刻膠并對其進(jìn)行圖案化(未示出)，以覆蓋高壓區(qū)而露出位于低壓電路區(qū)的柵極氧化層232。去除該未被光刻膠覆蓋的柵極氧化層232部分，露出下面的硅襯底200，經(jīng)過必要的清洗步驟后，再利用熱氧化或CVD工藝沉積厚度例如為15-200A的低壓電路區(qū)氧化層233。接著，再通過CVD工藝沉積第二多晶硅層，并通過光刻、腐蝕工藝，形成EEPROM單元的控制柵極243和低壓柵極211，如圖2L所示。
接著，經(jīng)公知的輕攙雜漏極(LDD)工藝、n+或p+離子注入等步驟，分別形成存儲單元以及高壓晶體管和低壓晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。最后再經(jīng)過層間電介質(zhì)的沉積和平面化等后續(xù)處理工藝，完成EEPROM的制造過程。
圖4示出了按照本發(fā)明的制造工藝所得到的EEPROM單元的隧道氧化物窗口的輪廓。它的輪廓形狀明顯好于利用傳統(tǒng)工藝制造的EEPROM。
以上描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。盡管在特定實(shí)施例中描述了本發(fā)明，本發(fā)明也可以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它替代方式來實(shí)現(xiàn)，并可以應(yīng)用在集成電路的制造中。以上所述實(shí)施例，包括所采用的材料、參數(shù)均為示例性的，其僅是用來說明本發(fā)明的原理與要點(diǎn)，而并非是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明的技術(shù)原理與精神的情況下對實(shí)施例進(jìn)行的各種修改均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法，包括提供硅襯底；在所述硅襯底上形成柵極氧化物層；在所述柵極氧化物層上涂覆光刻膠并對其進(jìn)行圖案化，以在光刻膠中形成一開口，暴露出下面的柵極氧化物；以所述圖案化的光刻膠作為掩模，通過所述開口進(jìn)行離子注入；進(jìn)行濕法腐蝕，腐蝕掉所述開口下方的柵極氧化物，從而形成隧道氧化物窗口；去除光刻膠；以及在所述窗口位置處形成隧道氧化物薄層。
2.如權(quán)利要求1所述的電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法，其特征在于，在形成所述隧道氧化物層后進(jìn)行如下操作沉積第一多晶硅層并對其進(jìn)行刻蝕，以形成浮柵極和選擇柵極；沉積氧化物/氮化物/氧化物層并對其進(jìn)行刻蝕，以形成覆蓋所述浮柵極的介電層；以及沉積第二多晶硅層并對其進(jìn)行刻蝕，以在介電層上形成控制柵極。
3.如權(quán)利要求1所述的電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法，其特征在于，通過所述開口進(jìn)行離子注入使用的離子是As或P。
4.如權(quán)利要求3所述的電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法，其特征在于，所述As或P離子的注入劑量為1E13-1E15/cm2。
5.如權(quán)利要求1所述的電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法，其特征在于，所述隧道氧化物層的厚度為60～100A。
6.如權(quán)利要求1所述的電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法，其特征在于，所述形成柵極氧化物層的方法為化學(xué)氣相沉積或熱氧化。
7.如權(quán)利要求1所述的電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法，其特征在于，所述形成隧道氧化物層的方法為化學(xué)氣相沉積或熱氧化。
8.如權(quán)利要求1所述的電可擦除可編程只讀存儲器單元的制造方法，其特征在于，對柵極氧化物進(jìn)行濕法腐蝕時(shí)所用的溶液包括氫氟酸和氟化銨。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)單元的制造方法，包括提供硅襯底；在所述硅襯底上形成柵極氧化物層；在所述柵極氧化物層上涂覆光刻膠并對其進(jìn)行圖案化，以在光刻膠中形成一開口，暴露出下面的柵極氧化物；以該圖案化的光刻膠作為掩模，通過所述開口進(jìn)行離子注入；進(jìn)行濕法腐蝕，腐蝕掉所述開口下方的柵極氧化物，從而形成隧道氧化物窗口；去除光刻膠；以及在所述窗口位置處形成隧道氧化物薄層。利用本發(fā)明所公開的技術(shù)方案，可以在EEPROM的制造過程中更精確地限定隧道氧化物窗口的邊界輪廓、控制它的形狀和尺寸，可以更容易地減小器件的尺寸。
文檔編號H01L21/70GK1591835SQ03150638
公開日2005年3月9日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者詹奕鵬, 吳佳特 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司