專利名稱：柵極制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種柵極制造方法。
背景技術(shù)：
隨著便攜式電子設(shè)備的高速發(fā)展，對數(shù)據(jù)存儲的要求越來越高。非揮發(fā)性存儲器 由于具有斷電情況下仍能保存數(shù)據(jù)的特點，成為便攜式電子設(shè)備中最主要的存儲部件。和 其它非揮發(fā)性存儲器相比，由于閃存(flash memory)可以達到很高的芯片存儲密度，并且 沒有引入新的材料，制造工藝和CMOS工藝兼容，因此，閃存已經(jīng)成為揮發(fā)性存儲器件中最 重要的器件。閃存中的氮化物只讀存儲器(Nitride Read Only Memory,NR0M) 一般采用多晶硅 作為柵極的材料，其中，形成柵極的方法通常如下參考圖1A，首先提供一基底10，接著在所述基底10上形成介電層薄膜，并在所述 介電層薄膜上形成導電層薄膜，之后刻蝕所述導電層薄膜形成導電層14，并刻蝕所述介電 層薄膜形成介電層，進而形成柵極。其中，所述介電層是由底部氧化層11、氮化物層12和頂 部氧化層13所組成的堆棧結(jié)構(gòu)(0N0結(jié)構(gòu))，底部氧化層11作為隧穿氧化層，氮化物層12 作為電荷存儲層，頂部氧化層13作為阻擋氧化層(block oxide)，其中，所述導電層14的材 料可以是多晶硅，所述多晶硅中也可以摻入雜質(zhì)離子，以減小柵極的電阻率。由于所述刻蝕過程中采用干法刻蝕，所述干法刻蝕中的等離子會造成柵極表面的 晶格結(jié)構(gòu)被破壞，從而影響形成的半導體器件的性能。現(xiàn)有修復(fù)柵極表面刻蝕損傷的方法 為快速熱氧化(Rapid Thermal Oxidation，RT0)，所述快速熱氧化的方法通過將所述柵極 的表面暴露于高溫的氧氣氣氛中，在所述柵極上形成如圖IB所示的氧化層15結(jié)構(gòu)。NROM 是利用溝道熱電子注入(Channel Hot Electron Injection, CHEI)的方式 編程，注入溝道的電子在橫向電場的作用下加速，具有了較高的動能，通過碰撞之后有一定 數(shù)量的電子運動方向變成垂直于溝道，由于在柵極上加上了高的正向偏壓，產(chǎn)生了強的縱 向電場(E-field)，這些電子就穿過了底部氧化層11，被氮化物層12收集。但是由于所述 導電層14邊緣(圖IB中虛線所示區(qū)域)的電場比較強，而作為阻擋氧化層的頂部氧化層 13的厚度是均勻的，因此，這些電子通常穿透頂部氧化層13的邊緣位置，而造成NROM的閾 值電壓的變化值(delta Vt)較大，影響NROM的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種柵極制造方法，該方法工藝簡單，通過對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi)水蒸 氣氧化工藝，在所述柵極上形成氧化層，能夠修復(fù)柵極側(cè)壁刻蝕損傷，并在所述導電層的底 部角落處形成修復(fù)氧化層，提高了 NROM的可靠性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種柵極制造方法，包括提供一基底；在所述 基底上形成柵極，所述柵極包括介電層及位于該介電層上的導電層；對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi) 水蒸氣氧化工藝，在所述柵極表面形成氧化層，并在所述導電層的底部角落處形成修復(fù)氧化層。可選的，所述修復(fù)氧化層為楔形?？蛇x的，所述介電層包括依次形成的底部氧化層、氮化物層和頂部氧化層?？蛇x的，所述導電層的材質(zhì)為多晶硅?？蛇x的，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝中氧氣的流量為4. 5 12slm，氫氣的流量為 0. 25 6slm?？蛇x的，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝中用氮氣或惰性氣體作為稀釋氣體?？蛇x的，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝的溫度為850 1050攝氏度，所述腔內(nèi)水蒸氣 氧化工藝的反應(yīng)時間為5 30秒?？蛇x的，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝中環(huán)境的壓力為0. 8 1. 33kPa。可選的，所述氧化層的厚度為10 40埃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的柵極制造方法具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝修復(fù)柵極表面的刻蝕損傷，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化 工藝在柵極表面直接產(chǎn)生水蒸氣，并將該水蒸氣分解為OH基以及氧原子，所述氧原子與所 述柵極表面的硅鍵合生成氧化層，修復(fù)被等離子體刻蝕破壞的晶格結(jié)構(gòu)，達到修復(fù)柵極表 面損傷的作用；同時，所述氧原子和所述導電層底部角落處的硅鍵合，在所述導電層的底部 角落處形成修復(fù)氧化層，所述修復(fù)氧化層和所述介電層中的頂部氧化層共同作為阻擋氧化 層，所述阻擋氧化層的厚度是漸變的，由于邊緣位置的厚度較厚，可阻止電子穿透阻擋氧化 層的邊緣位置而造成閾值電壓的變化值較大，提高了存儲器件的可靠性。此外，本發(fā)明能夠在較短的時間內(nèi)生成氧化層和修復(fù)氧化層，因此不會對半導體 襯底上的其它膜層或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，并且縮短了工藝的時間，提高了產(chǎn)量，間接地節(jié)約了生 產(chǎn)成本。


圖IA至圖IB為現(xiàn)有柵極制造方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明實施例所提供的柵極制造方法的流程圖；圖3A至圖3B為本發(fā)明實施例所提供的柵極制造方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示 意圖。
具體實施例方式在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，由于所述導電層邊緣的電場(E-field)比較強，而利用 現(xiàn)有的柵極制造方法所形成的阻擋氧化層的厚度是均勻的，因此，注入溝道的電子很容易 穿透阻擋氧化層的邊緣位置，從而造成閾值電壓的變化值(deltaVt)較大，影響NROM的可靠性。本發(fā)明的核心思想在于，提供一種柵極制造方法，該方法工藝簡單，通過對所述柵 極執(zhí)行腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝，不僅在所述柵極表面形成氧化層，還在所述導電層的底部角 落處形成修復(fù)氧化層，能夠修復(fù)柵極表面的刻蝕損傷，同時能夠形成厚度漸變的阻擋氧化 層，避免電子穿透阻擋氧化層的邊緣位置，提高了 NROM的可靠性。請參考圖2，其為本發(fā)明實施例所提供的柵極制造方法的流程圖，結(jié)合該圖，該方法包括步驟步驟21，首先，提供一基底；所述基底為半導體材料，其中，該基底內(nèi)可以摻有雜 質(zhì)離子。步驟22，在所述基底上形成柵極，所述柵極包括介電層及位于該介電層上的導電 層；其中，所述導電層的材料可以是多晶硅，所述多晶硅中也可以摻入雜質(zhì)離子，以減小柵 極的電阻率。步驟23，對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝，在所述柵極表面形成氧化層，并在 所述導電層的底部角落處形成修復(fù)氧化層；其中，所述導電層的底部角落處是指所述導電 層與所述介電層的接觸面之間臨近所述柵極表面的位置。本發(fā)明通過腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝，在所述柵極的導電層表面直接產(chǎn)生水蒸氣，并 將該水蒸氣分解為OH基以及氧原子，并利用所述氧原子的活性氧化所述柵極的表面以及 導電層的底部角落處，結(jié)合所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝的高溫處理，修復(fù)被破壞的晶格結(jié)構(gòu)， 達到修復(fù)柵極表面損傷的目的，并在所述導電層的底部角落處形成修復(fù)氧化層，形成厚度 漸變的阻擋氧化層，大大提高了存儲器件的可靠性。下面將結(jié)合剖面示意圖對本發(fā)明的柵極制造方法進行更詳細的描述，其中表示了 本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn) 本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不 作為對本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能 和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當認為在任何實際實施例的開 發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的 限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費 時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非 精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。實施例參照圖3A，首先提供一基底30，在所述基底30內(nèi)可以摻入雜質(zhì)，在所述基底30上 形成有介電層薄膜，接著，通過化學氣相沉積的方式在所述基底30上形成多晶硅薄膜，之 后，刻蝕所述多晶硅薄膜以及所述介電層薄膜，以形成包括介電層和導電層34的柵極。其 中，所述介電層可以是由底部氧化層31、氮化物層32和頂部氧化層33所形成的堆棧結(jié)構(gòu) (0N0結(jié)構(gòu))，其中底部氧化層31作為隧穿氧化層，氮化物層32作為電荷存儲層，頂部氧化 層33作為阻擋氧化層(block oxide)。優(yōu)選的，所述多晶硅中也可以摻入雜質(zhì)離子，以減小 柵極的電阻率。本發(fā)明的關(guān)鍵步驟是，對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝，在所述柵極表面形 成氧化層，并在所述導電層的底部角落處形成修復(fù)氧化層，所述修復(fù)氧化層和所述介電層 中的頂部氧化層共同作為阻擋氧化層，所述阻擋氧化層的厚度是漸變的，由于邊緣的厚度 較厚，可阻止電子穿透阻擋氧化層的邊緣位置而造成閾值電壓的變化值較大，提高了存儲 器件的可靠性。
具體請參考圖3B，對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝(In-Situ SteamGeneration, ISSG)，在所述柵極表面形成氧化層35，并在所述導電層34的底部角落 處形成修復(fù)氧化層36。其中，所述導電層34的底部角落處是指所述導電層34與所述介電 層的接觸面之間臨近所述柵極表面的位置。較佳的，所述修復(fù)氧化層36為楔形。當然，在本發(fā)明的其它實施例中，修復(fù)氧化層 也可為類似于楔形的其它形狀，例如鳥嘴狀。具體的說，形成所述氧化層35和修復(fù)氧化層36的工藝過程如下將所述形成有柵 極的基底30傳送至進行腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝的反應(yīng)腔，并對所述基底30加熱升溫；將氫 氣和氧氣按一定的比例通入所述反應(yīng)腔中，并在所述基底30的高溫表面發(fā)生反應(yīng)生成H20、 OH基以及具有很強活性的氧原子，所述氧原子快速與所述柵極表面發(fā)生反應(yīng)，與所述柵極 表面的硅的懸掛鍵以及硅原子結(jié)合生成氧化層35 ；另外，通過高溫將被刻蝕破壞的晶格結(jié) 構(gòu)恢復(fù)。同時，所述氧原子快速與所述導電層34底部角落的多晶硅發(fā)生反應(yīng)，與所述導電 層34底部角落的硅的懸掛鍵以及硅原子結(jié)合生成修復(fù)氧化層36，所述修復(fù)氧化層36和所 述介電層中的頂部氧化層33共同作為阻擋氧化層，也就是說，所述阻擋氧化層的厚度是漸 變的，由于邊緣的厚度較厚，可阻止電子穿透阻擋氧化層的邊緣位置而造成閾值電壓的變 化值(delta Vt, Dvt)較大，提高了存儲器件的可靠性。在本發(fā)明實施例中，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝中氧氣的流量為4. 5 12slm，氫氣 的流量為0. 25 6slm。優(yōu)選的，在所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝中，可以引入氮氣或其它惰性 氣體增大反應(yīng)速率。其中，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝的溫度為850 1050攝氏度，環(huán)境的壓力為 0. 8 1. 33kPa，該腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝的反應(yīng)時間為5 30秒，形成的氧化層的厚度為 10 40埃。當然，本發(fā)明并不對具體的氧化層厚度和工藝時間進行限定，因為根據(jù)不同的 柵極損傷以及閾值電壓變化情況，需要不同厚度的氧化層，并需要不同厚度的修復(fù)氧化層， 本領(lǐng)域技術(shù)人員通過試驗即可獲得經(jīng)驗數(shù)值。本發(fā)明進行了較小的改進，通過所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝，能夠在較短的時間內(nèi) 生成氧化層35和修復(fù)氧化層36，因此不會對半導體襯底上的其它膜層或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。此外，在本發(fā)明實施例所提供的柵極制造方法中，該腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝的反應(yīng) 時間僅為5至30秒，縮短了工藝的時間，提高了產(chǎn)量，間接地節(jié)約了生產(chǎn)成本。綜上所述，本發(fā)明提供一種柵極制造方法，該方法包括提供一基底；在所述基底 上形成柵極，所述柵極包括介電層及位于該介電層上的導電層；以及對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi) 水蒸氣氧化工藝，在所述柵極表面形成氧化層，并在所述導電層的底部角落處形成修復(fù)氧 化層，該方法工藝簡單，通過對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝，在所述柵極上形成氧化 層，能夠修復(fù)柵極側(cè)壁刻蝕損傷，并在所述導電層的底部角落處形成修復(fù)氧化層，所述修復(fù) 氧化層和介電層中的頂部氧化層共同作為阻擋氧化層，避免電子穿透介電層的邊緣位置， 提高了 NROM的可靠性，并可節(jié)約生產(chǎn)成本。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種柵極制造方法，包括提供一基底；在所述基底上形成柵極，所述柵極包括介電層及位于該介電層上的導電層；對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝，在所述柵極表面形成氧化層，并在所述導電層的底部角落處形成修復(fù)氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的柵極制造方法，其特征在于，所述修復(fù)氧化層為楔形。
3.如權(quán)利要求1所述的柵極制造方法，其特征在于，所述介電層包括依次形成的底部 氧化層、氮化物層和頂部氧化層。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的柵極制造方法，其特征在于，所述導電層的材質(zhì) 為多晶娃。
5.如權(quán)利要求4所述的柵極制造方法，其特征在于，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝中氧氣 的流量為4. 5 12slm。
6.如權(quán)利要求5所述的柵極制造方法，其特征在于，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝中氫氣 的流量為0. 25 6slm。
7.如權(quán)利要求6所述的柵極制造方法，其特征在于，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝中用氮 氣或惰性氣體作為稀釋氣體。
8.如權(quán)利要求7所述的柵極制造方法，其特征在于，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝的溫度 為850 1050攝氏度。
9.如權(quán)利要求8所述的柵極制造方法，其特征在于，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝的反應(yīng) 時間為5 30秒。
10.如權(quán)利要求9所述的柵極制造方法，其特征在于，所述腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝中環(huán)境 的壓力為0. 8 1. 33kPa。
11.如權(quán)利要求10所述的柵極制造方法，其特征在于，所述氧化層的厚度為10至40埃。
全文摘要
本發(fā)明揭露了一種柵極制造方法，該方法包括提供一基底；在所述基底上形成柵極，所述柵極包括介電層及位于該介電層上的導電層；對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝，在所述柵極表面形成氧化層，并在所述導電層的底部角落處形成修復(fù)氧化層。該方法工藝簡單，通過對所述柵極執(zhí)行腔內(nèi)水蒸氣氧化工藝，在所述柵極上形成氧化層，能夠修復(fù)柵極側(cè)壁刻蝕損傷，并在所述導電層的底部角落處形成修復(fù)氧化層，所述修復(fù)氧化層和介電層中的頂部氧化層共同作為阻擋氧化層，避免電子穿透介電層的邊緣位置，提高了存儲器件的可靠性，并可節(jié)約生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L21/285GK101944481SQ20091005458
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者司偉, 李志國, 林竟堯, 王培仁, 蒙飛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司