專利名稱：形成ono型記憶胞與高低壓晶體管的閘介電層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種單晶集成半導(dǎo)體元件的制造方法。特別是有關(guān)于單晶集成元件中，用于非揮發(fā)性可重復(fù)程式化記憶體，其電荷保存結(jié)構(gòu)的閘絕緣層的制造方法。此非揮發(fā)性可重復(fù)程式化記憶體，例如是眾所周知的ONO型堆疊。另外，也與同時(shí)形成相關(guān)的高壓晶體管與低壓晶體管的閘介電層相關(guān)。
共同擁有申請(qǐng)的相互參照以下一同等候?qū)彶榈拿绹?guó)專利申請(qǐng)案為本申請(qǐng)案發(fā)明人所擁有，其內(nèi)容在此揭露一并做為參考董忠(Zhong Dong)等人于2003年5月20日申請(qǐng)的第10/442759號(hào)(代理人備案號(hào)M-12978)申請(qǐng)案，原始篇名「改善以含鹵素的先驅(qū)物所形成的高溫氧化硅層的品質(zhì)的制造方法、產(chǎn)物及其設(shè)備(Methods forImproving Quality of High Temperature Oxide(HTO)Formed fromHalogen-Containing Precursor and Products Thereof and ApparatusTherefor)」；以及董忠(Zhong Dong)等人于2004年4月7日申請(qǐng)的第10/821100號(hào)(代理人備案號(hào)M-15295)申請(qǐng)案，原始篇名「縮減鳥嘴的ONO型側(cè)壁的制造方法(Method of Forming ONO-Type Sidewall with Reduced Bird’s Beak)」。
背景技術(shù)：
所謂的快閃記憶體元件以及相似類型的可重復(fù)電程式化非揮發(fā)性記憶體元件在商業(yè)上很受歡迎，其部分原因是由于它們可以在小而密集的模式下儲(chǔ)存資料的能力、重復(fù)且快速地再次程式化的能力，以及在非揮發(fā)方式下保存已程式化資料的能力，因此即使電力消失，儲(chǔ)存的資料仍得以維持。
這種可重復(fù)電程式化非揮發(fā)性記憶體中一種已知的相對(duì)簡(jiǎn)單的形式為垂直堆疊閘式結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，一個(gè)名為「浮置閘極」(floating gate，F(xiàn)G)的電極，絕緣地夾在下方的穿隧絕緣層與上方的閘間絕緣層(inter-gates insulator，IGI)之間。一個(gè)名為「控制閘極」(control gate，CG)的電極堆疊在閘間絕緣層上。在某些實(shí)施例(反及閘型快閃記憶體NANDFlash)中，還有選擇閘極(select gate，SG)，用在致動(dòng)一記憶胞群組。穿隧絕緣層(于浮置閘極下)之下通常會(huì)有一半導(dǎo)體通道區(qū)，其具有相反的源極區(qū)與汲極區(qū)用以定義出一多重閘極晶體管。
由于堆疊閘極記憶胞各層的堆疊方式，閘間絕緣層至少會(huì)夾在控制閘極與浮置閘極之間。通常閘間絕緣層會(huì)包含一系列不同的介電材料。傳統(tǒng)的組合依序是氧化硅(oxide)、氮化硅(nitride)與再一層的氧化硅(oxide)，因此稱之為ONO。這類不同種類的介電材料層夾于閘極之間，如與形成閘極的導(dǎo)電材料相同，可能會(huì)產(chǎn)生一些問題，稍后將會(huì)馬上作更進(jìn)一步的解釋。順帶一提，其他類型結(jié)構(gòu)的閘極有可能比控制閘極位于浮置閘極上的那種簡(jiǎn)單堆疊更為復(fù)雜。這些其他的結(jié)構(gòu)可能包括各種交錯(cuò)的閘極結(jié)構(gòu)。以較簡(jiǎn)單的堆疊閘極結(jié)構(gòu)用來描述此處所揭露的改善方法，就已經(jīng)足夠了。
即使當(dāng)外加電力關(guān)閉的時(shí)候，堆疊閘極記憶胞中絕緣地隔絕的浮置閘極用來儲(chǔ)存相對(duì)準(zhǔn)確數(shù)量的電荷，且保存所儲(chǔ)存的電荷量。我們可以用儲(chǔ)存在浮置閘極的電荷量來定義記憶胞的資料狀態(tài)。將額外的電荷移入浮置閘極可以改變記憶胞的資料狀態(tài)，這代表第一資料狀態(tài)；將電荷移出浮置閘極代表另一種資料狀態(tài)。將電荷注入或移出浮置閘極，可有不同的機(jī)制，包括有熱載子注入(hot carrier injection)和/或FN穿隧效應(yīng)(Fowler-Nordheim tunneling)。
對(duì)控制閘極施加記憶胞讀取電壓VGS-read，可以探測(cè)出浮置閘極是帶電荷或者未帶電荷的狀態(tài)。當(dāng)浮置閘極處在第一資料狀態(tài)下，這個(gè)記憶胞讀取電壓的選定于記憶胞源極區(qū)與汲極區(qū)之間會(huì)產(chǎn)生第一大小的導(dǎo)電電流，而當(dāng)浮置閘極處于另一種程式化的狀態(tài)之下，源極區(qū)與汲極區(qū)之間不會(huì)產(chǎn)生電流或是有不同大小的電流通過。(有些元件在每個(gè)記憶胞儲(chǔ)存多位元資料，其中，陷于浮置閘極中每種不同的電荷量，代表了不同的多位元模式。)資料寫入和/或抹除操作期間，在控制閘極施加一較大的電壓(VGS-write或是VGS-erase)，因此于浮置閘極與一個(gè)或是更多記憶胞內(nèi)的電極區(qū)域(包括源極區(qū)與汲極區(qū))之間誘發(fā)產(chǎn)生FN穿隧效應(yīng)和/或其他電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制是很常見的。
對(duì)于浮置閘極類型的記憶胞(如堆疊閘極記憶胞)產(chǎn)生各種讀取與寫入/抹除操作的效果來說，建立一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)強(qiáng)度模式跨越絕緣層是非常重要的，尤其是對(duì)于儲(chǔ)存電荷的浮置閘極附近的那些絕緣層。這些電場(chǎng)可能是由記憶胞控制閘極(CG)、汲極(D)、源極(S)和/或基底(U)等區(qū)域所產(chǎn)生的相對(duì)應(yīng)的適當(dāng)電壓所建立起來的。熟悉此技藝者會(huì)知道絕緣層(介電層)的電場(chǎng)強(qiáng)度(E)通常會(huì)是電壓差(V)除以介電層厚度(d)再乘以介電常數(shù)(k)的函數(shù)(E＝kV/d)。電容耦合(C)是平板面積除以介電層厚度(d)的函數(shù)(C＝f(kA/d))。為了在每一批大量制造的元件得到相同的一致的結(jié)果，在大量制造當(dāng)中，對(duì)于記憶胞形成前的平板面積、介電層厚度以及每個(gè)記憶胞的浮置閘極附近各種介電層的介電常數(shù)保持精確的控制，是非常重要的，因而在某特定控制閘極電壓(VCG)值之下，元件與元件間會(huì)得到相同的結(jié)果。換言之，一批大量生產(chǎn)的元件與下一批大量生產(chǎn)的元件之間，在沒有過量的漏電流下，控制閘極、浮置閘極、源極、汲極與基底間量測(cè)出來的電容耦合應(yīng)該會(huì)是相同的。
熟悉此技藝者會(huì)知悉，大多數(shù)的絕緣體是不完美的。小量的漏電流會(huì)通過它們。它們可以忍受高電壓崩潰。污染的化學(xué)物質(zhì)可以穿越絕緣體中的小孔洞或是其他缺陷。對(duì)于位于基底與浮置閘極間，以熱制程形成的閘氧化硅層，已有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。然而，夾在浮置閘極與控制閘極之間的閘間絕緣層，仍然存在著許多的問題。
閘間絕緣層特別容易有過度漏電流、過早電壓崩潰，以及大量生產(chǎn)的產(chǎn)品之間有結(jié)果不一致等問題。從事此技藝者發(fā)展出所謂的ONO解決辦法。根據(jù)基本的ONO制作，浮置閘極的材料(多為摻雜的多晶硅)沉積之后，三層絕緣層依序地氣相沉積。這三層絕緣層分別是由氧化硅(silicon-Oxide)、氮化硅(silicon-Nitride)以及氧化硅(silicon-Oxide)所組成的，因此稱為ONO?？刂崎l極的材料(通常是摻雜的多晶硅)接續(xù)地沉積在ONO型堆疊上。由于中間的氮化硅(Si3N4)，其介電常數(shù)多半大于頂層與底層的氧化硅，因此ONO結(jié)構(gòu)是較為有利的。ONO型堆疊中的氮化硅層的介電常數(shù)越高，與僅僅是由氧化硅所構(gòu)成的絕緣材料相比，在相同厚度之下所需要的閘極電壓較低，可以讓記憶胞設(shè)計(jì)者能夠使用較低的閘極電壓。維持較小的閘極電壓是有必要的。ONO型堆疊這個(gè)方法能夠達(dá)成這個(gè)需求。
盡管制造技術(shù)有所改善，ONO型堆疊仍然遭遇到各種不同的問題，包括ONO型堆疊中不同材料層之間會(huì)產(chǎn)生鳥嘴(Bird’s Beak)。一般認(rèn)為，由于中間氮化硅層的抗氧化性質(zhì)，使得在大量生產(chǎn)期間，品質(zhì)與方向一貫性俱佳的絕緣層難以形成。氮化硅比氧化硅更難以氧化。結(jié)果就是，當(dāng)ONO型堆疊中間的氮化硅沉積后，形成ONO型堆疊的頂氧化硅層時(shí)，氮化硅層周邊部分以及頂部相對(duì)地未被氧化，部分的氧化反應(yīng)無法均勻地?cái)U(kuò)散通過ONO型堆疊含氧的側(cè)壁區(qū)域，不均勻的擴(kuò)散增加了浮置閘極周邊部分的氧化硅厚度。這種不同的反應(yīng)常常導(dǎo)致鳥嘴情形的產(chǎn)生。(鳥嘴是一種形變，此形變?yōu)樾D(zhuǎn)90度的V型。)這么一來，介電材料的厚度不再均勻地分布在元件上。這使得大量生產(chǎn)的記憶胞欲保證一定的元件表現(xiàn)會(huì)更加地困難。由于鳥嘴的形成，ONO型堆疊的側(cè)壁看起來通常會(huì)稍微高于ONO型堆疊的中央。為何會(huì)如此的原因更詳細(xì)地解釋于下。本發(fā)明揭露如何減少這種討人厭的鳥嘴的形成。
ONO型堆疊中的介電絕緣體部分(即ONO次序)形成的同時(shí)，有時(shí)候，也有需要同時(shí)形成鄰近高壓和/或低壓晶體管的閘介電層，以便于降低制造成本。本發(fā)明揭露了此種同時(shí)形成鄰近晶體管的閘介電層，且同時(shí)減少ONO型堆疊中鳥嘴的形成，是如何達(dá)成的。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明揭露的結(jié)構(gòu)與方法可用來改善上述問題。
特別是依照本發(fā)明揭露的一部分，高動(dòng)力、干式氧化制程(原位蒸汽產(chǎn)生)至少用于初步形成ONO型堆疊中的氮化層上的額外的氧化層，此制程至少初步形成額外的氧化層，包括生成氧原子自由基，或是其他類似的短生命期氧化劑，在暴露出的含氮區(qū)域形成更均勻的氧化層，而與含硅區(qū)域上形成的氧化層一樣均勻。
依照本發(fā)明的ONO型堆疊的制造方法，包括(1)定義出ONO型堆疊中的底氧化層于基底穿隧氧化層以及浮置閘極層上；(2)在ONO型堆疊的底氧化層上定義出中間氮化層；(3)在基底上以熱成長(zhǎng)形成高壓閘氧化層；(4)高壓閘氧化層形成后，于上述ONO型堆疊的中間氮化層附近產(chǎn)生足夠的氧原子數(shù)量，以便于ONO型堆疊的的氮化層上至少開始產(chǎn)生額外的氧化層。在一實(shí)施例中，生成氧原子的這個(gè)步驟是干式原位蒸汽產(chǎn)生(dry In-SituStream Generation，dry ISSG)制程的一部分，包括(1.1)以氧分子流過ONO型堆疊；以及(1.2)以氫分子流過ONO型堆疊，氫氧流量體積比約小于0.2。
本發(fā)明揭露的其他部分會(huì)在下面的詳細(xì)敘述中交待。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。


圖1繪示ONO型記憶胞堆疊(部分形成)以及鄰近高壓與低壓晶體管(部分形成)的結(jié)構(gòu)側(cè)剖面圖。
圖2A繪示預(yù)定于頂氧化硅層形成前以熱制程形成高壓閘氧化層此常見制程的開始時(shí)的側(cè)剖面圖。頂氧化硅層是位于預(yù)形成而已圖案化的部分ONO記憶胞堆疊中的中間氮化硅層上。
圖2B繪示此常見制程的下一步，其中，高壓閘氧化層已經(jīng)形成。
圖2C繪示第二回蝕步驟的結(jié)果。
圖2D繪示一常見制程開始時(shí)的側(cè)剖面圖。此常見制程(高溫氧化法)是在預(yù)形成而已圖案化的部分ONO記憶胞堆疊的中間氮化硅層上形成頂氧化材料，以及在同一個(gè)大基底上的鄰近高壓與低壓閘氧化層區(qū)域同時(shí)形成氧化硅材料。
圖2E繪示圖2D(高溫氧化法)中的常見頂氧化硅制程，此為一般認(rèn)為造成鳥嘴結(jié)構(gòu)形成的原因。
圖3繪示ISSG制程開始時(shí)的側(cè)剖面圖，依照本發(fā)明所揭露，在預(yù)形成而已圖案化的部分ONO記憶胞堆疊的中間氮化硅層上形成頂氧化材料，以及在同一個(gè)單晶基底上的鄰近高壓與低壓閘氧化層區(qū)域同時(shí)形成氧化硅材料。
圖4A是第一張長(zhǎng)條圖，表示以高溫?zé)嵫趸ㄐ纬身斞趸鑼拥挠洃洶c以ISSG形成頂氧化硅層的記憶胞兩者側(cè)邊與中間的高度比。
圖4B是第二長(zhǎng)條圖，表示以高溫?zé)嵫趸ㄐ纬身斞趸鑼拥挠洃洶谋罎㈦妷号c以ISSG形成頂氧化硅層的記憶胞兩者的崩潰電壓。
圖4C是第三長(zhǎng)條圖，表示以高溫?zé)嵫趸ㄐ纬身斞趸鑼拥泥徑蛪壕w管與以ISSG形成頂氧化硅層的鄰近低壓晶體管兩者的崩潰電壓。
100堆疊結(jié)構(gòu)105、205、205’、205”、205、205””、305基底110、210、210’、210”、210、210””、310(部分完成的)ONO型記憶胞堆疊120、220”、320”(部分完成的)高壓晶體管130、230、330(部分完成的)低壓晶體管107、207、307源極區(qū)109、209、309汲極區(qū)108通道長(zhǎng)度111、211、311穿隧氧化層112、212、212”、212、212””、312多晶硅層(浮置閘極)114、116、214、216、219、221、236、256、314、316、356氧化硅層115、215、215’、215”、215、315氮化硅層117ONO堆疊118、218多晶硅層(控制閘極)126、226、226”、326”高壓閘氧化層128、138閘極136、236、336低壓閘氧化層200’第二中間階段200”第三中間階段200第四中間階段200””第五中間階段201層沉積202第一回蝕刻
203a、203b熱氧化步驟204第二回蝕刻210ONO型記憶胞堆疊217a、217b、217c、217d、217e、317d形成中的ONO堆疊250、250’氧化沉積制程252、253’、254’、353、354氧化劑253、254、255、355、358a、359流動(dòng)路徑256氧化沉積層257鳥嘴258高度差259犧牲氮化硅層300第四中間階段329羥基350、360原位蒸汽產(chǎn)生制程352自由氧原子360紅外線燈400、402、403長(zhǎng)條圖410、430垂直長(zhǎng)條421、422、431、432、441、451長(zhǎng)條具體實(shí)施方式
圖1為一側(cè)剖面示意圖，繪示一單晶的半導(dǎo)體基底105上部分完成的ONO型記憶胞堆疊110，其與部分完成的高壓晶體管120以及部分完成的低壓晶體管130相鄰。記憶胞以及鄰近的低壓與高壓晶體管在此時(shí)仍然在形成過程中。完成此集成電路尚需進(jìn)行更多的步驟。例如，源極區(qū)107與汲極區(qū)109尚未出現(xiàn)，因此以虛線表示出來，將會(huì)在稍后自行對(duì)準(zhǔn)側(cè)壁而進(jìn)行植入，此側(cè)壁并未出現(xiàn)在圖1。圖中所示的距離與其他方向的尺寸并沒有按照比例。圖1可以應(yīng)用在本發(fā)明的實(shí)施例中，也可以應(yīng)用在發(fā)明范圍之外的實(shí)施例，端視以何種制程用來達(dá)成圖式的堆疊結(jié)構(gòu)100。
部分完成的高壓晶體管120可以用來選擇性地于ONO型記憶胞堆疊110的控制閘極(由第二多晶硅層118所定義)施加高壓抹除和/或高壓寫入信號(hào)。部分完成的低壓晶體管130可以用來選擇性地于控制閘極(118)施加低壓讀取信號(hào)。低壓與高壓在此是相對(duì)的，這是依賴于特定通道長(zhǎng)度與堆疊結(jié)構(gòu)100的閘氧化層的厚度。當(dāng)然，高壓大于低壓。一般來說，如果漏電流是保持在相對(duì)小的狀態(tài)下，用來與高壓絕緣的閘氧化層比用來與低壓絕緣的閘氧化層需要較大的厚度和/或需要較好的絕緣性質(zhì)。N型與P型的源極/汲極區(qū)，如107與109，會(huì)在堆疊結(jié)構(gòu)110、高壓晶體管120、低壓晶體管130的橫向尺寸縮減后(例如，藉由側(cè)壁蝕刻)的后續(xù)制程中形成，以便于提供較短的通道長(zhǎng)度(如通道長(zhǎng)度108)。
當(dāng)晶體管制造步驟完成后，整個(gè)單晶集成電路的堆疊結(jié)構(gòu)100成為一可操作的整體(例如，完成包括金屬內(nèi)連線層以及與外接系統(tǒng)耦合的裝置)，完成的集成電路插入至一更大的電路后，各種不同強(qiáng)度的電壓，將會(huì)發(fā)展至相對(duì)應(yīng)的記憶胞的端點(diǎn)(ONO型記憶胞堆疊110只表現(xiàn)出一個(gè))、與高壓晶體管的端點(diǎn)(120只表現(xiàn)出一個(gè))與低壓晶體管的端點(diǎn)(130只表現(xiàn)出一個(gè))。預(yù)計(jì)在這些低壓與高壓之下，高壓晶體管120的高壓閘氧化層(HVOX)126相對(duì)來說做得較厚，而低壓晶體管130的低壓閘氧化層(LVOX)136則較薄。為了減少制程的步驟，因而節(jié)省成本與節(jié)省制造時(shí)間，形成高壓晶體管120的閘極128與低壓晶體管130的閘極138的同時(shí)，沉積所謂的第二多晶硅層118定義出ONO型記憶胞堆疊110的控制閘極118通常是被期望的。
圖1中所顯示的制造階段，已提供一單晶硅基底105，穿隧氧化層111已于基底105上形成，其形成方法例如是熱制程或其他方法。然后，第一多晶硅層112已經(jīng)形成，為了稍后要定義出相對(duì)應(yīng)的ONO型記憶胞堆疊110中的浮置閘極(第一多晶硅層112)。于第一多晶硅層112上形成第一氧化硅層114，第一氧化硅層是要用來著手定義所謂的ONO堆疊117。之后沉積第一氮化硅層115，再形成第二氧化硅層116。雖然圖1中的堆疊結(jié)構(gòu)100在此處已經(jīng)形成，然而這并非意指任何特定的工作例需已被圖1的敘述制造。由第一氧化硅層114、第一氮化硅層115與第二氧化硅層116定義的三層結(jié)構(gòu)會(huì)形成ONO堆疊117。(雖然在這個(gè)例子當(dāng)中是以習(xí)知氧化硅-氮化硅-氧化硅組合為敘述。在本發(fā)明的研究范圍內(nèi)，也可以提供其他介電材料取代基本的ONO堆疊117。例如，NONO堆疊可能包括氮氧化硅層。閘極可能是由摻雜多晶硅以外的導(dǎo)體材料所形成的。)圖1中，在第二氧化硅層116定義之后，而在ONO型記憶胞堆疊110以微影圖案化成為看似塔的形狀之前，沉積多晶硅層118，以便于之后定義出記憶胞的控制閘極。于多晶硅層118上，形成氮化硅的犧牲保護(hù)層(墊氮化硅層，未繪示)。然后，微影和/或其他圖案化步驟用以定義出蝕刻罩幕(未繪示)。以回蝕刻法蝕刻至半導(dǎo)體基底105的表面，以便基底105上留下圖示的塔形ONO型記憶胞堆疊110，如圖1所示。熟悉此技藝者一定明白，會(huì)有許多個(gè)ONO型記憶胞堆疊110突起于基底105上，這些記憶胞堆疊于回蝕刻法進(jìn)行過后，彼此之間會(huì)分隔開來。為了簡(jiǎn)化起見，只繪示一個(gè)塔形ONO型記憶胞堆疊110。熟習(xí)此技藝者必定也知悉回蝕此一具有不同材料層的塔形ONO型記憶胞堆疊110(也就是說，蝕刻這個(gè)例子中的氮化硅層、氧化硅層以及多晶硅層)，通常得需要使用不同的蝕刻劑，每種蝕刻劑有各自的選擇性以移除標(biāo)的材料。這類的細(xì)節(jié)與本發(fā)明并不相關(guān)。與本發(fā)明相關(guān)的是塔形ONO型記憶胞堆疊110是由不同的材質(zhì)所產(chǎn)生的，暴露于氧化環(huán)境下的反應(yīng)也不同。這會(huì)造成鳥嘴的形成，我們很快地會(huì)在后面談到。
圖2A繪示常見ONO型記憶胞堆疊210，以及相鄰的低壓與高壓晶體管(還未顯示)，其制程中間階段200的側(cè)剖面圖。用于表示圖2A中的元件參考標(biāo)號(hào)「200」系列，與圖1中的參考標(biāo)號(hào)「100」系列的類似號(hào)碼與符號(hào)，代表對(duì)應(yīng)的元件，但不一定是相同的元件。圖2A中，穿隧氧化層211、多晶硅層212、氧化硅層214與氮化硅層215這些層已經(jīng)由沉積或生成步驟所組成的ONO型記憶胞堆疊210而形成。熱氧化步驟203a開始氧化基底205與氮化硅層215暴露出來的表面。形成中的ONO堆疊217a包含氧化硅層214與氮化硅層215。
圖2B繪示常見制程后續(xù)的第二中間階段200’的側(cè)剖面圖。熱氧化步驟203b大約要結(jié)束了。于暴露出來的基底205上生成相對(duì)較厚的氧化硅層221，如圖所示，厚氧化硅層221之后會(huì)用來定義出預(yù)定的高壓晶體管220中的高壓閘氧化層226。氧化硅層221形成的同時(shí)，氮化硅層215’上形成了相對(duì)較薄的熱氧化硅層219。較薄的熱氧化硅層219的硅原子從氮化硅層215’中被清出。結(jié)果使得氮化硅層215’上的氮分子濃度增加。氮化硅層215’上的氮分子越多，會(huì)阻礙氧化，阻擋熱氧化硅層219的形成。形成中的ONO堆疊217b包含氧化硅層214、頂部富含氮的氮化硅層215’，以及熱氧化硅層219。
圖2C繪示常見制程之后續(xù)第三中間階段200”的側(cè)剖面圖。施加覆蓋罩幕的第二回蝕刻204留下塔形的部分形成的ONO型記憶胞堆疊結(jié)構(gòu)210”以及高壓晶體管220的部分形成的閘氧化層。形成中的ONO堆疊217c包含氧化硅層214以及富含氮分子的氮化硅層215”，但移除頂部較薄的氧化硅層219。
圖2D繪示常見制程后續(xù)的第四中間階段200的側(cè)剖面圖。氧化沉積制程250已經(jīng)著手，開始形成ONO堆疊217d的氧化硅層216。氧化沉積制程250多半是高溫氧化法。一特定的高溫氧化法制程以二氯硅烷(dichlorosilane)與一氧化二氮(N2O)流過暴露出來的ONO型記憶胞堆疊210(只繪示一個(gè))上，以引起放熱反應(yīng)，而沿著暴露出來的塔形的ONO型記憶胞堆疊210的頂端與側(cè)壁釋放分子氧化劑(如氧分子)。二氯硅烷與一氧化二氮的反應(yīng)同時(shí)分解二氯硅烷，提供硅原子于塔形的ONO型記憶胞堆疊210沉積與氧化。同時(shí)，于高壓閘氧化層226”上形成氧化沉積層256。于預(yù)定的低壓晶體管230上形成低壓閘氧化層236。雖然圖上并未顯示，然而以罩幕圖案化已沉積的氧化硅層216、氧化硅沉積層256以及低壓閘氧化層236，可以共同進(jìn)行，或者也可以在之后以回蝕刻法圖案化已沉積的氧化硅。
重要的是，在高溫氧化的氧化沉積制程250進(jìn)行期間，高溫氧化制程的氧化劑252并不會(huì)只是與ONO堆疊217d的頂部反應(yīng)，如圖上流動(dòng)路徑255所示。高溫氧化制程的氧化劑252也會(huì)和塔形的ONO型記憶胞堆疊210暴露出來的側(cè)壁進(jìn)行反應(yīng)，如圖上的流動(dòng)路徑253、流動(dòng)路徑254所示。多晶硅材料，例如多晶硅層212的側(cè)壁，容易在高溫氧化的氧化沉積制程釋放出的高溫氧分子存在下快速地氧化。另一方面，氮化硅，例如氮化硅層215的頂部及側(cè)壁通常不像多晶硅那樣容易氧化。氮化硅層215也會(huì)阻擋氧分子擴(kuò)散通過氮化硅。氧化硅層214可以容許流動(dòng)路徑254的氧分子很容易擴(kuò)散通過，而接觸到多晶硅層212上覆蓋有氧化硅的上表面。據(jù)此，當(dāng)常見的氧化制程(高溫氧化法)進(jìn)行時(shí)，塔形的ONO型記憶胞堆疊210側(cè)壁的氧化速率不同，就如同塔形的ONO型記憶胞堆疊210的氮化硅層215/氧化硅層216的上表面一樣。更特別的是，已經(jīng)觀察到下述情形沿著氮化硅側(cè)壁部分(如氮化硅215的垂直側(cè)壁)所形成的氧化硅的側(cè)壁被侵蝕距離大約是沿著多晶硅側(cè)壁部分(如多晶硅層212的垂直側(cè)壁)所形成的氧化硅的側(cè)壁侵蝕距離的十分之一。如此一來，導(dǎo)致介電材料的分布不均勻。
圖2E是繪示常見制程第五中間階段200””的側(cè)剖面圖。雖然氧化沉積制程250已經(jīng)完成，而以虛線的氧化沉積制程250’表示。在多晶硅層212””周圍快速形成的氧化硅產(chǎn)生了鳥嘴257(由氧化硅組成)。然后，形成一層多晶硅層218，用來定義控制閘極。于多晶硅層218上形成犧牲氮化硅層259。為了方便說明，只繪示塔形的ONO型記憶胞堆疊210””，而沒有顯示鄰近的低壓晶體管與高壓晶體管(圖2D中的220”與230)。如同高度差258所示，鳥嘴257容易產(chǎn)生高度上的扭曲。高度差258表示塔形的ONO型記憶胞堆疊210””的側(cè)壁部分(外側(cè)的邊界)的高度很明顯地高于塔形的ONO型記憶胞堆疊210””中央部分的高度。鳥嘴257的形成會(huì)在塔形的ONO型記憶胞堆疊210””上產(chǎn)生不受歡迎的壓力、使電場(chǎng)的分布不均勻、電容結(jié)構(gòu)的有效平板區(qū)域不同，以及過早的電壓崩潰。因此，假如有可行的方法能夠減少或去除鳥嘴的形成，且仍然能夠同時(shí)形成圖2D中的氧化硅層216、低壓晶體管220”的氧化硅層256以及高壓晶體管的氧化硅層236，可以獲得很大的益處。
圖3是繪示依照本發(fā)明另一種第四中間階段300的側(cè)剖面圖，取代圖2D中常見制程的第四中間階段200。用于表示圖3中的元件的參考符號(hào)與標(biāo)號(hào)「300」系列，與圖2D中的參考標(biāo)號(hào)「200」系列的類似標(biāo)號(hào)與符號(hào)，代表對(duì)應(yīng)的元件，但不一定是相同的元件。因此，重復(fù)的介紹是沒有必要的。圖3，不使用高溫氧化法，氧化沉積制程350以高動(dòng)力的干式氧化制程(干式原位蒸汽產(chǎn)生)代替之，其至少用于氧化塔形的ONO型記憶胞堆疊310上的氮化硅層315的初期。「ISSG」是產(chǎn)業(yè)上用來指稱In-Situ SteamGenneration的縮寫。然而，不管其名稱如何，濕的蒸汽不會(huì)在干式原位蒸汽產(chǎn)生制程中形成。相反地，氫蒸汽流通常在大量且較快速的氧蒸汽流，以及高溫的存在下供應(yīng)(高溫例如是由紅外線燈(紅外線光源)360所提供)。因此而產(chǎn)生的自由氧原子(例如是O--)和/或其他自由基(無分子鍵)，它們能夠與多層塔形的ONO型記憶胞堆疊310中的材料相結(jié)合，于氮化硅層315上形成頂端的氧化硅層316。以原位蒸汽產(chǎn)生法進(jìn)行氧化，可以在含氮表面(例如是氮化硅層315上)、在含氧表面(例如是高壓閘氧化層326”上)以及含硅表面(例如是區(qū)域330的基底305上，其中低壓閘氧化層336是以原位蒸汽產(chǎn)生制程350開始形成的)更均勻地形成氧化硅層。
使用干式ISSG制程發(fā)現(xiàn)可減少鳥嘴的形成，其將于下參考圖4A解釋。圖3的一組ISSG制程350的實(shí)施例中，H2/O2的體積流量比(每一項(xiàng)的單位為sccm)約小于0.2。在一小組的實(shí)施例中，H2/O2的體積流量比約小于0.1。在另一小組的實(shí)施例中，H2/O2的體積流量比約等于或小于0.02。
一般相信原位蒸汽產(chǎn)生制造出來的的自由氧原子(如繪示的O--自由氧原子352)和/或羥基(如繪示的OH-羥基329)和/或其他自由基容易在氧化硅介電材料開始形成的上部區(qū)域的鄰近處產(chǎn)生，亦即，在形成氧化硅層316處的氮化硅層315上側(cè)、在形成氧化硅層356處的高壓閘氧化層326”上側(cè)以及在形成低壓閘氧化層336處的基底305上區(qū)域330的上側(cè)。紅外線燈360的放射方向扮演了使自由基在上側(cè)優(yōu)先形成的角色。一般認(rèn)為原位蒸汽產(chǎn)生制造出來的部分自由基可能會(huì)繼續(xù)沿著非垂直的路徑353與路徑354形成，而可能會(huì)在橫向上產(chǎn)生鳥嘴氧化層，例如是在多晶硅層312與氧化硅層314之間。然而，這類側(cè)壁生成的自由基(非垂直的路徑353與路徑354)相對(duì)于圖3中垂直方向上生成的數(shù)量很大的流動(dòng)路徑355、358a與359來說，數(shù)量少且生命期短。結(jié)果，生命期較短的那些橫向生成的自由基的路徑353、354，其于塔側(cè)壁形成的鳥嘴，與圖2E中高溫氧化制程250’下所形成的鳥嘴(圖2E中的鳥嘴257)相形之下，已經(jīng)縮小許多。圖3的干式原位蒸汽產(chǎn)生制程350的實(shí)施例中，快速加熱晶圓(例如是以紅外線的方法進(jìn)行快速熱制程)到達(dá)約1000℃的高溫，使得晶圓上干燥而低壓的氫氣與氧氣的混合物被蒸發(fā)。供應(yīng)的反應(yīng)氣體與熱能相結(jié)合，會(huì)在塔形的ONO型記憶胞堆疊310的氮化硅層315暴露出來的上表面與塔形的ONO型記憶胞堆疊310暴露出來的側(cè)壁表面，產(chǎn)生氧原子(可能有帶電荷或是中性的，例如是O--、O-、O0、O+、O++)以及羥基(OH-)。氧原子和/或羥基可以在暴露出來的表面材料中以不同的擴(kuò)散速率擴(kuò)散，產(chǎn)生相關(guān)的氧化反應(yīng)產(chǎn)品。CenturaTM快速熱制程(Rapid-Thermal-Process，RTP)反應(yīng)器可以用來進(jìn)行干式原位蒸汽產(chǎn)生制程。CenturaTM快速熱制程機(jī)器(由美國(guó)加州Santa Clara的Applied Materials公司提供)可以調(diào)整提供原位蒸汽產(chǎn)生的氫氧流量體積比小于約0.3(就是30％)、小于約0.1(10％)，甚至是降低至0.02(2％)。
在一實(shí)施例中，更可以是根據(jù)本發(fā)明揭露的原位蒸汽產(chǎn)生處方，使用于Applied Materials公司的CenturaTM快速熱制程反應(yīng)器，如表1所示。

表1的步驟8是干式原位蒸汽產(chǎn)生最大量地發(fā)生時(shí)，使頂部氧化到達(dá)厚度約30～70埃的步驟。制程可以適度地調(diào)整以使得原位蒸汽產(chǎn)生所生成的頂部氧化層厚度約介于20埃到300埃之間。原位蒸汽產(chǎn)生的操作溫度可以依上表而設(shè)，或是調(diào)整在介于約850℃～1050℃之間。原位蒸汽產(chǎn)生制程維持時(shí)間可以依上表而設(shè)，或是調(diào)整至介于約20秒到300秒之間。氧氣流的速率可以依上表而設(shè)，或是調(diào)整到介于約3～10公升/分鐘之間。氫氣流的速率可以依上表而設(shè)，或是調(diào)整到介于約0.1～1公升/分鐘之間。氫氧流量體積比可以依上表而設(shè)，或是調(diào)整到介于約0.3到0.01之間。在一實(shí)施例中，氫氧流量體積比可以依上表而設(shè)，或是調(diào)整到介于約0.1到0.02之間?？焖贌嶂瞥谭磻?yīng)室內(nèi)的壓力可以依上表而設(shè)，或是在介于約5Torr到50Torr之間作調(diào)整。
仍然請(qǐng)參照?qǐng)D3，干式蒸汽產(chǎn)生制程350使氧化劑反應(yīng)的地方，經(jīng)過更詳細(xì)地檢查，澄清了幾個(gè)特征。雖然高壓晶體管介電材料的額外高度356繪示在高壓閘氧化層326”上，然而，一般認(rèn)為產(chǎn)生額外高度356的實(shí)際機(jī)制是從底部開始形成的。原位蒸汽產(chǎn)生所形成的氧化劑流動(dòng)路徑358a藉由擴(kuò)散繼續(xù)垂直地通過早已形成的高壓閘氧化層326”到達(dá)其下的基底305。在那兒，原位蒸汽產(chǎn)生氧化劑與硅發(fā)生反應(yīng)，形成新鮮的氧化硅，使得基底305上的高壓閘氧化層326”推得更高。為了方便說明，即使擴(kuò)散有穿透過高壓閘氧化層326”，這個(gè)持續(xù)進(jìn)行的流動(dòng)路徑358a仍然繪示于高壓閘氧化層326”的外部。持續(xù)進(jìn)行的流動(dòng)路徑358a中的部分氧化劑可能會(huì)與高壓閘氧化層326”中的氧化硅材料反應(yīng)，因此，增加了高壓閘氧化層326”的氧化程度，因而于高壓閘氧化層326”中形成了更好的二氧化硅組成。因此高壓閘氧化層326”的絕緣性質(zhì)加強(qiáng)了。稍后才會(huì)完成的高壓晶體管320”能夠忍受較大的電壓穿過其閘氧化層的能力提高。在圖4C中，低壓晶體管330中介電層性質(zhì)的改善間接地證明了這一點(diǎn)。
雖然氧原子(352)被認(rèn)為是主要的氧化劑，但是原位蒸汽產(chǎn)生制程的其他副產(chǎn)物(例如羥基329)也有可能作為氧化劑。在塔形的ONO型記憶胞堆疊310、晶體管區(qū)域320”和晶體管區(qū)域330的上表面的氧化劑(氧原子352/羥基329)被認(rèn)為是高度活化的，特別是以紅外線燈360照射供給能量之時(shí)。因而，它們能夠開始熱氧化生成氧化硅和/或氮氧化硅(SiOxNy)，即便是在富含氮的氮化硅層315上表面。我們認(rèn)為氮化硅層315上表面的氧化速率大約是在硅表面氧化速率的0.6。原位蒸汽產(chǎn)生所形成的氧化劑353、氧化劑354可能會(huì)擴(kuò)散至暴露出來的氧化硅層(例如氧化硅層314)，因而接觸到多晶硅層312上，而生成一些鳥嘴。然而，由于這種原位蒸汽產(chǎn)生所形成的氧化劑353、氧化劑354的短生命期和/或高度活化的原因，我們認(rèn)為它們會(huì)很快地消失，且不會(huì)如同高溫氧化制程的生命期較長(zhǎng)的氧化劑(如圖2E中的253’與254’)那樣深度滲透入氧化硅層314。如此一來，鳥嘴的生成便減少了(如同馬上要提到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所證明)。
圖4A是比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果的長(zhǎng)條圖400。塔形的ONO型記憶胞堆疊的制造上大致相同，除了垂直長(zhǎng)條410是以高溫氧化制程(見圖2D的250)形成上部的氧化硅層216，而垂直長(zhǎng)條430是以干式原位蒸汽產(chǎn)生制程(見圖3中350/360)形成對(duì)應(yīng)的塔形的ONO型記憶胞堆疊的上部的氧化硅層316。在塔形的ONO型記憶胞堆疊完成之后，測(cè)量最后的堆疊內(nèi)層的高度Hinner與堆疊外層的高度Houter。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)回歸減少實(shí)驗(yàn)的雜訊，高度變化比RH＝Houter/Hinner是個(gè)別計(jì)算高溫氧化制程與原位蒸汽產(chǎn)生為基礎(chǔ)的氧化制程兩者的統(tǒng)計(jì)修正結(jié)果。如長(zhǎng)條圖400，以高溫氧化為基礎(chǔ)的元件，其計(jì)算出來的RH值大約是1.33，以原位蒸汽產(chǎn)生為基礎(chǔ)的元件，其記算出來的RH值大約是1.28。這看起來可能不是一個(gè)很大的差異，但這可以是個(gè)很大的差異。圖4A以圖示的垂直長(zhǎng)條410與垂直長(zhǎng)條430在外觀上證明其差異。圖示的垂直長(zhǎng)條410，其邊界較外側(cè)的高度與下凹的較內(nèi)側(cè)的高度比大約是1.33。圖示的第二個(gè)垂直長(zhǎng)條430，其邊界較外側(cè)的高度與下凹的較內(nèi)側(cè)的高度比大約是1.28。從外表上可以看出，垂直高度表現(xiàn)出來的變化量有很明顯的差異。當(dāng)鳥嘴構(gòu)造生成時(shí)，如圖2E所示，較外側(cè)的高度Houter大于較內(nèi)側(cè)的高度Hinner，如高度差258所表示的數(shù)量。這樣的變化，即便是數(shù)量很小，仍然會(huì)產(chǎn)生不需要的壓力，改變有效電容平板面積，和/或改變ONO堆疊217e的介電層電崩潰特性。圖4A顯現(xiàn)了以原位蒸汽產(chǎn)生為基礎(chǔ)的垂直長(zhǎng)條430的鳥嘴構(gòu)造較以高溫氧化為基礎(chǔ)的垂直長(zhǎng)條410的鳥嘴構(gòu)造輕微，這可以從垂直長(zhǎng)條430的RH實(shí)驗(yàn)值約是1.28，以及垂直長(zhǎng)條410的RH實(shí)驗(yàn)值約是1.33看得出來。
圖4B是第二張長(zhǎng)條圖402，顯示了高溫氧化形成頂氧化層的記憶胞的崩潰電壓的結(jié)果，以及原位蒸汽產(chǎn)生形成頂氧化層的記憶胞的崩潰電壓的結(jié)果。電崩潰是以O(shè)NO厚度每公分多少百萬伏特(MV/cm)來測(cè)量。崩潰電壓的測(cè)試是掃電容器結(jié)構(gòu)的電流電壓圖(電流對(duì)電壓)來進(jìn)行，其中此電容器結(jié)構(gòu)以O(shè)NO堆疊為其介電層。崩潰電壓發(fā)生的時(shí)機(jī)會(huì)依測(cè)量而不同。在某些情形，隨著電壓上升到達(dá)某特定大小的漏電流ILEAK，例如在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電容平板面積(如1平方毫米)電流大小為百萬分之一安培(1E-06A)，這被視作為一個(gè)軟崩潰電壓(soft breakdown voltage，VBsoft)。在應(yīng)力電壓小幅地增加下，漏電流快速增加十倍或更多級(jí)數(shù)，這被視作是一個(gè)硬崩潰電壓(hard breakdown voltage，VBhard)。硬崩潰電壓通常大于軟崩潰電壓，且依照受應(yīng)力的介電層的品質(zhì)與厚度而不同。從圖4B可以看到是以軟崩潰電壓-每公分ONO厚度(BV1E-6)以及硬崩潰電壓-每公分ONO厚度(BVHD)為測(cè)試。在兩個(gè)例子中，原位蒸汽產(chǎn)生法(圖3)形成ONO堆疊中的頂氧化硅層，與高溫氧化法(圖2D)形成ONO堆疊中的頂氧化層比較之下，前者具有較高的崩潰電壓。更特別的是，長(zhǎng)條421表示以高溫氧化法形成ONO堆疊的頂氧化層，其軟崩潰電場(chǎng)強(qiáng)度(BV1E-6)大約是12.1百萬伏特/公分；而長(zhǎng)條431表示以原位蒸汽產(chǎn)生法形成ONO堆疊的頂氧化層，具有較大的軟崩潰電場(chǎng)強(qiáng)度(BV1E-6)大約是12.5百萬伏特/公分。長(zhǎng)條422表示以高溫氧化法形成ONO堆疊的頂氧化層，其硬崩潰電場(chǎng)強(qiáng)度(BVHD)大約是15.2百萬伏特/公分；長(zhǎng)條432表示以原位蒸汽產(chǎn)生法形成ONO堆疊的頂氧化層，其硬崩潰電場(chǎng)強(qiáng)度(BVHD)大約是16.2百萬伏特/公分。
圖4C是第三張長(zhǎng)條圖403，顯示了以高溫氧化形成閘氧化層的鄰近低壓晶體管的崩潰電壓，以及以原位蒸汽產(chǎn)生法形成閘氧化層的鄰近低壓晶體管的崩潰電壓。電崩潰是以閘氧化層每公分厚度多少百萬伏特(MV/cm)而決定的。長(zhǎng)條441表示以高溫氧化法形成低壓晶體管的閘氧化層，其硬崩潰電場(chǎng)強(qiáng)度(BVHD)大約是14百萬伏特/公分；長(zhǎng)條451表示以原位蒸汽產(chǎn)生法形成低壓晶體管的閘氧化層，其硬崩潰電場(chǎng)強(qiáng)度(BVHD)大約是15百萬伏特/公分。這證明了運(yùn)用原位蒸汽產(chǎn)生與基底硅反應(yīng)而產(chǎn)生氧化硅，與運(yùn)用高溫氧化形成低壓晶體管的閘氧化層相比，形成了具有忍受高電壓的較佳能力的介電層。結(jié)合圖4B與圖4C證明了運(yùn)用原位蒸汽產(chǎn)生與氮化硅反應(yīng)形成頂氧化層于ONO堆疊，以及與硅反應(yīng)而于鄰近低壓晶體管形成閘氧化層，比起運(yùn)用高溫氧化形成這些部分，記憶胞與低壓晶體管更能夠忍受電崩潰前的高壓。由于圖3中運(yùn)用原位蒸汽產(chǎn)生制程350/360，高壓晶體管的部分閘氧化層也是由原位蒸汽產(chǎn)生制程所形成的，可以預(yù)期這樣形成的高壓晶體管的閘氧化層，高溫氧化法所形成的對(duì)應(yīng)部分比較起來，也會(huì)具有忍受高電壓的較佳能力。
以上所揭露者為說明之用，并非用以限定下面申請(qǐng)專利范圍標(biāo)的的領(lǐng)域、類別或特質(zhì)。任何熟習(xí)此技藝者于研究過本發(fā)明之后，眾多更動(dòng)與潤(rùn)飾變得相當(dāng)?shù)仫@而易見，包括使用等效的機(jī)能和/或結(jié)構(gòu)取代上述之元件，使用等效的耦合機(jī)制取代以上所述，和/或使用相同作用的步驟取代上述的步驟。這類不重要的改變被視作于本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)。尤有甚者，倘若特定設(shè)備、步驟和推斷所得到的多數(shù)實(shí)例是介于上述實(shí)施例或多于上述實(shí)施例，而很明顯地是在本發(fā)明所揭露的看法內(nèi)，則視作本發(fā)明已為有效地揭露，并涵蓋至少這類的推論。
依照本發(fā)明所揭露而對(duì)于第一實(shí)施例作更進(jìn)一步調(diào)整，于干式原位蒸汽產(chǎn)生用于ONO型堆疊的頂氧化層的形成初期，并同時(shí)初步地形成低壓晶體管的閘氧化層，另外同時(shí)形成高壓晶體管的閘氧化層，其他的氧化制程如高溫氧化法可以用來完成以原位蒸汽產(chǎn)生為始所形成的產(chǎn)物。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
保留額外申請(qǐng)專利范圍、爭(zhēng)議解決與專有名詞翻譯的權(quán)利本發(fā)明在法律上公開之后，本專利申請(qǐng)案的擁有人在限于了解本發(fā)明所揭露的內(nèi)容以及從而推廣此一有用技藝與學(xué)問的范圍內(nèi)，按照此處揭露的內(nèi)容所為的重制并無任何異議。然而，擁有人并未放棄任何與本發(fā)明所揭露的內(nèi)容在法律上可能相關(guān)的其他權(quán)利，包括(但不限于)任何電腦程式列印、技藝或其他于此處所提供的成果，此處所創(chuàng)造的專有名詞或其他成果相關(guān)的商標(biāo)或交易權(quán)，以及其他受到保護(hù)的標(biāo)的，包括是出現(xiàn)于此或由此衍伸的其他標(biāo)的。
倘若任何于本發(fā)明中以參考資料型態(tài)相結(jié)合的發(fā)明以及此種結(jié)合的發(fā)明與本發(fā)明一部或全部發(fā)生爭(zhēng)議，則由本發(fā)明所揭露的內(nèi)容決定爭(zhēng)議的范圍、和/或更廣的內(nèi)容，和/或?qū)Ｓ忻~更廣的定義。倘若這類相結(jié)合的發(fā)明彼此之間一部或全部發(fā)生爭(zhēng)議，則爭(zhēng)議的范圍由較晚揭露的內(nèi)容來決定。
除了以上所述，普通的專有名詞在相關(guān)的內(nèi)容中有它們相對(duì)應(yīng)的原有意義，相關(guān)技藝中以及在本發(fā)明相關(guān)內(nèi)容中的普通專有名詞具有它們相對(duì)應(yīng)的固定意義。
以上揭露的內(nèi)容、實(shí)施例與請(qǐng)求的保護(hù)范圍視后附的申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。已發(fā)行的專利范圍不是用來限定申請(qǐng)人揭露的專利范圍，尚未申請(qǐng)的標(biāo)的可以依照35USC§120和/或35USC§251請(qǐng)求一個(gè)或更多專利申請(qǐng)。
權(quán)利要求
1.一種氧化介電層的制造方法，適用于一ONO型記憶胞堆疊，該ONO型記憶胞堆疊暴露出來的頂部包括一氮化層，該方法包括對(duì)該ONO型記憶胞堆疊暴露出來的頂部施加一干式原位蒸汽產(chǎn)生(In-Situ Steam Generation，ISSG)制程，該干式原位蒸汽產(chǎn)生制程包括以氧分子流過該ONO型記憶胞堆疊；以及以氫分子流過該ONO型記憶胞堆疊，其中氫氧流量體積比約小于0.2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其中氫氧流量體積比小于約0.1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其中氫氧流量體積比小于或等于約0.02。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其更包括于氧分子與氫分子流向該ONO型記憶胞堆疊的至少一側(cè)壁時(shí)，快速加熱氧分子與氫分子至大約850℃～1050℃的溫度范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其更包括對(duì)至少一側(cè)壁繼續(xù)施加該干式原位蒸汽產(chǎn)生制程介于約20秒至300秒的時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其更包括設(shè)置或更改氧分子的流量大約為3～10公升/分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其更包括設(shè)置或更改氫分子的流量大約為0.1～1公升/分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其更包括將氧分子流與氫分子流置于反應(yīng)室壓力約介于5～50torr。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其中所述的ONO型記憶胞堆疊暴露出來的多數(shù)個(gè)材料層包括一第一氮化硅層；以及一第一氧化硅層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其中所述的ONO型記憶胞堆疊暴露出來的該些材料層包括一硅層；以及一穿隧介電層，其中該第一氮化硅層位于該第一氧化硅層上，且該第一氧化硅層與該第一氮化硅層的組合位于該硅層上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其中于該干式原位蒸汽產(chǎn)生制程形成該氧化介電層之后，由該ONO型記憶胞堆疊所決定的高度變化比RH大約為1.28或者更小，RH＝Houter/Hinner，其中Hinner代表該ONO型記憶胞堆疊的遠(yuǎn)離邊界的橫向位置的堆疊高度，而Houter則代表靠近該ONO型記憶胞堆疊的邊界或該ONO型記憶胞堆疊的邊界上的橫向位置的堆疊高度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化介電層的制造方法，其特征在于其更包括于該干式原位蒸汽產(chǎn)生制程之后，以非原位蒸汽產(chǎn)生介電層的制程形成另一補(bǔ)充的頂氧化硅層。
13.一種同時(shí)形成介電層的制造方法，適用于同時(shí)在一共同基底上的一或多數(shù)個(gè)晶體管上形成一閘氧化層，以及在該共同基底上的一ONO型記憶胞堆疊中形成一氧化介電層，其中該ONO型記憶胞堆疊暴露出來的頂部分包括一氮化層，其特征在于該方法包括對(duì)于該共同基底施加一干式原位蒸汽產(chǎn)生制程，其中該共同基底包括該ONO型記憶胞堆疊所暴露出來的頂部以及預(yù)定形成該或該些晶體管的一暴露區(qū)域，該干式原位蒸汽產(chǎn)生制程包括以氧分子流過該ONO型記憶胞堆疊；以及以氫分子流過該ONO型記憶胞堆疊，其中氫分氧流量體積比約小于0.2。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的同時(shí)形成介電層的制造方法，其特征在于其中該或該些晶體管包括相對(duì)來說的一低壓晶體管以及比較上的一高壓晶體管，低壓與高壓是指分別橫越該低壓晶體管與該高壓晶體管的一稍后產(chǎn)生于相對(duì)的汲極至源極的電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的同時(shí)形成介電層的制造方法，其特征在于其中對(duì)于該高壓晶體管預(yù)定形成的該暴露區(qū)域施加該干式原位蒸汽產(chǎn)生制程之前，已形成定義出一熱成長(zhǎng)介電層。
16.一種記憶胞，具有一ONO型記憶胞堆疊，該ONO型記憶胞堆疊至少包括由不同材料組成的多數(shù)個(gè)材料層，其特征在于其包括一含氧介電層，其形成方法至少開始于對(duì)至少一暴露出來的一含氮層施加一干式原位蒸汽產(chǎn)生制程。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的記憶胞，其特征在于其中用來形成該記憶胞的該干式原位蒸汽產(chǎn)生制程包括于該ONO型記憶胞堆疊的至少一暴露出來的該含氮層附近產(chǎn)生足夠數(shù)量的氧原子，以便大量地氧化暴露出來的該含氮層的表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的記憶胞，其特征在于其中用來形成該記憶胞的該干式原位蒸汽產(chǎn)生制程包括以氧分子流過該ONO型記憶胞堆疊；以及以氫分子流過該ONO型記憶胞堆疊，其中氫氧流量體積比約小于0.2。
19.一種記憶胞，具有一ONO型記憶胞堆疊，該ONO型記憶胞堆疊包括由不同材料所組成的多數(shù)個(gè)材料層，該記憶胞更進(jìn)一步的特征在于于形成頂氧化硅層之后，由該ONO型記憶胞堆疊所決定的高度變化比RH大約為1.28或者更小，RH＝Houter/Hinner，其中Hinner代表與該ONO型記憶胞堆疊的邊界遠(yuǎn)離的橫向位置的堆疊高度，而Houter則代表靠近該ONO型記憶胞堆疊的邊界或該ONO型記憶胞堆疊的邊界上的橫向位置的該堆疊高度。
全文摘要
目前ONO型記憶胞堆疊的頂氧化層的制造方法常常會(huì)產(chǎn)生鳥嘴。ONO型記憶胞堆疊中的某些材料例如氮化硅相對(duì)地較難以氧化。其結(jié)果導(dǎo)致氧化沿著ONO型記憶胞堆疊的多層高度無法均勻地進(jìn)行。本發(fā)明揭露如何以自由基為基礎(chǔ)形成ONO型記憶胞堆疊的頂氧化層(即原位蒸汽產(chǎn)生方法)以助于減少鳥嘴的生成。特別是，本發(fā)明指出短生命期的氧化劑(例如是氧原子)更容易氧化那些難以氧化的材料，例如氮化硅，且本發(fā)明顯示短生命期的氧化劑不會(huì)選擇性地或是額外地深度擴(kuò)散穿透ONO型記憶胞堆疊中已經(jīng)氧化的層，例如底氧化層。因而，可以制造出更均勻的頂氧化硅層，沿著這個(gè)高度會(huì)有更均勻的崩潰電壓。此外，以自由基為基礎(chǔ)的氧化方法，相鄰的低壓與高壓晶體管也由于同時(shí)形成閘介電層而受益。
文檔編號(hào)H01L21/283GK1725469SQ200510066249
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者董忠, 張洽克, 陳慶華, 蕭家順 申請(qǐng)人:茂德科技股份有限公司