專利名稱：一種閃存單元形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種閃存單元形成方法。
背景技術(shù)：
閃存的標(biāo)準(zhǔn)物理結(jié)構(gòu)稱為閃存單元(bit)。閃存單元的結(jié)構(gòu)與常規(guī)MOS晶體管不同。常規(guī)的MOS晶體管的柵極(gate)和導(dǎo)電溝道間由柵極絕緣層隔開，一般為氧化層 (oxide)；而閃存在控制柵(CG control gate，相當(dāng)于常規(guī)的MOS晶體管的柵極)與導(dǎo)電溝道間還具有浮柵(Refloating gate)。由于浮柵的存在，使閃存可以完成三種基本操作模式即讀、寫、擦除。即便在沒有電源供給的情況下，浮柵的存在可以保持存儲數(shù)據(jù)的完整性。相鄰的閃存單元之間由隔離結(jié)構(gòu)隔開。淺溝槽隔離技術(shù)(Shallow Trench Isolation, STI)是一種器件隔離技術(shù)。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成的原理是將與淺溝槽對應(yīng)的硅襯底表面刻蝕出溝槽，將二氧化硅(SiO2)填入所述溝槽中。隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入深亞微米時(shí)代，0. 18微米以下的元件例如MOS電路的有源區(qū)隔離層大多采用淺溝槽隔離技術(shù)來制作，在專利號為US7112513的美國專利中還能發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于淺溝槽隔離技術(shù)的相關(guān)信息。淺溝槽隔離技術(shù)的具體工藝包括在襯底上形成淺溝槽，所述淺溝槽用于隔離襯底上的有源區(qū)，所述淺溝槽的形成方法可以為刻蝕工藝；在淺溝槽內(nèi)填入隔離介質(zhì)，并在襯底表面形成介質(zhì)層，所述隔離介質(zhì)材料可以為氧化硅；對所述隔離介質(zhì)進(jìn)行退火；用化學(xué)機(jī)械拋光法(Chemical MechanicalPolishing, CMP)處理所述隔離介質(zhì)。在公開號為CN 101369607A的中國專利申請中提供了一種閃存單元形成方法。圖1至圖3是采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)隔離的閃存單元的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先如圖 1所示，提供襯底100，所述襯底100表面依次形成有襯墊氧化層110和刻蝕停止層120，所述襯底100內(nèi)包含多個(gè)有源區(qū)，相鄰有源區(qū)之間以淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)130隔開；接著，參考圖 2，依次去除刻蝕停止層120和襯墊氧化層110 ；再參考圖3，采用熱氧化的方法在襯底100 表面形成隧穿氧化層140。后續(xù)步驟還包括在隧穿氧化層140表面形成浮柵，在浮柵表面依次形成隔離氧化層和控制柵，以及在浮柵襯底內(nèi)兩側(cè)形成源、漏區(qū)。在一定的偏置電壓下，電荷可以通過隧穿氧化層140以隧穿的方式進(jìn)入襯底100 中，實(shí)現(xiàn)對閃存單元的編程、擦除操作。隔離氧化層用于阻擋電荷與控制柵之間的導(dǎo)通，避免電荷向控制柵方向遷移，用于實(shí)現(xiàn)控制柵極通過隔離氧化層對存儲的電荷進(jìn)行操作。但是，現(xiàn)有的閃存單元容易產(chǎn)生雙峰效應(yīng)和反窄溝道效應(yīng)。此外，現(xiàn)有的晶體管的周期耐久性比較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種閃存單元形成方法，所提供的方法可以避免雙峰效應(yīng)和反窄溝道效應(yīng)，此外利用本發(fā)明所提供的方法可以提高閃存單元的周期耐久性。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種閃存單元形成方法，包括提供襯底；采用化學(xué)氣相沉積法在襯底表面形成隧穿氧化層；對所述隧穿氧化層進(jìn)行后期氧化退火處理。優(yōu)選地，所述隧穿氧化層的形成工藝包括含硅氣體和含氧氣體，所述含硅氣體 SiH2Cl2或SiH2，所述含氧氣體為N20。優(yōu)選地，所述隧穿氧化層的形成工藝的參數(shù)為，含硅氣體和含氧氣體的流量為 10-2000sccm, N2 流量 O-lOslm，溫度 700_800°C，壓強(qiáng) 0. 05_10Torr。優(yōu)選地，所述后期氧化退火處理的反應(yīng)氣體為O2與H2或N2O與H2。優(yōu)選地，所述后期氧化退火處理選擇爐管進(jìn)行或者選擇腔體進(jìn)行。優(yōu)選地，所述后期氧化退火處理的工藝參數(shù)為反應(yīng)氣體流量0. I-IOslm,隊(duì)流量 O-lOslm，溫度 650-1100°C，壓強(qiáng) 100mTorr-760mTorr。優(yōu)選地，所述后期氧化退火處理的時(shí)間為50s-;3h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，本發(fā)明采用化學(xué)氣相沉積法在襯底表面形成隧穿氧化層，低壓化學(xué)氣相沉積法階梯覆蓋率高，所形成的隧穿氧化層厚度均勻，沒有邊溝，避免了雙峰效應(yīng)和反窄溝道效應(yīng)，提高閃存單元的周期耐久性。第二，本發(fā)明對所形成的隧穿氧化層在O2與H2或隊(duì)0與吐環(huán)境下退火，所述退火步驟可以修復(fù)硅懸掛鍵和硅氫之間的斷鍵，從而提高隧穿氧化層的質(zhì)量，進(jìn)一步提高閃存單元的周期耐久性。


圖1至圖3是現(xiàn)有閃存單元形成方法示意圖。圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的閃存單元形成方法的流程示意圖。圖5至圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的閃存單元形成方法的剖面示意圖。圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的閃存單元在后期氧化退火處理前、后經(jīng)過IO5個(gè)使用周期后的電流值的變化量示意圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)可知，利用現(xiàn)有閃存單元形成方法所形成的閃存單元會產(chǎn)生雙峰效應(yīng)和反窄溝道效應(yīng)，并且閃存單元的周期耐久性比較差。本發(fā)明的發(fā)明人對上述問題進(jìn)行研究，并嘗試通過調(diào)節(jié)各步工藝的參數(shù)以解決上述問題，但是收效甚微，于是發(fā)明人進(jìn)一步調(diào)節(jié)工藝，并發(fā)現(xiàn)采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述隧穿氧化層可以解決上述問題。根據(jù)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)研究，在本發(fā)明中提供一種閃存單元形成方法。本發(fā)明所提供的閃存單元形成方法包括提供襯底；采用化學(xué)氣相沉積法在襯底表面形成隧穿氧化層； 對所述隧穿氧化層進(jìn)行后期氧化退火處理。圖4是本發(fā)明所提供的閃存單元形成方法的一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖，包括步驟S101，提供襯底，所述襯底表面依次形成有襯墊氧化層和刻蝕停止層，所述襯底內(nèi)包含至少兩個(gè)有源區(qū)，相鄰有源區(qū)之間以淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)隔開。
步驟S102，依次去除所述襯底表面的刻蝕停止層和襯墊氧化層。步驟S103，采用化學(xué)氣相沉積法在襯底表面形成隧穿氧化層。步驟S104，對所述隧穿氧化層進(jìn)行后期氧化退火處理。為了更好地闡明本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)，在下文中結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明所提供的閃存單元形成方法做進(jìn)一步說明。參考圖5，執(zhí)行步驟S101，提供襯底200，所述襯底200表面依次形成有襯墊氧化層210和刻蝕停止層220，所述襯底200內(nèi)包含至少兩個(gè)有源區(qū)I，相鄰有源區(qū)I之間以淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)MO隔開。所述襯底200可以選自N型硅襯底、P型硅襯底、絕緣層上的硅(SOI)等襯底。所述襯底200表面還可以包括其他功能層。所述襯墊氧化層210材料為氧化硅，所述襯墊氧化層210用于后續(xù)形成的刻蝕停止層220提供緩沖層，具體地說，刻蝕停止層220直接形成到襯底200上由于應(yīng)力較大會在襯底表面造成位錯(cuò)，而襯墊氧化層210形成在襯底200和刻蝕停止層220之間，避免了直接在襯底上形成刻蝕停止層220會產(chǎn)生位錯(cuò)的缺點(diǎn)，并且襯墊氧化層210還可以作為后續(xù)刻蝕刻蝕停止層220步驟中的刻蝕停止層。所述襯墊氧化層210可以為選用熱氧化工藝形成。所述熱氧化工藝可以選用氧化爐執(zhí)行。所述刻蝕停止層220材料是氮化硅，所述刻蝕停止層220用于作為后續(xù)化學(xué)機(jī)械拋光工藝的停止層，所述刻蝕停止層220形成工藝可以為現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積工藝。所述有源區(qū)I用于在后續(xù)工藝中形成閃存單元，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在所述有源區(qū)I還形成有η型阱和/或P型阱，后續(xù)工藝中分別在所述η型阱和/或P型阱形成閃存單元的源、漏極。所述閃存單元的源、漏極的形成方法可以是離子注入，也可以是在柵極兩側(cè)形成開口，然后原位摻雜形成η型或ρ型的外延層。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)230的形成工藝可以采用現(xiàn)有的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成工藝， 具體地，依次刻蝕所述刻蝕停止層220、襯墊氧化層210、襯底200，形成凹槽，然后以隔離介質(zhì)材料填充所述凹槽形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)230。參考圖6，執(zhí)行步驟S102，依次去除所述襯底200表面的刻蝕停止層220和襯墊氧化層210。去除刻蝕停止層220的工藝和去除襯墊氧化層210的工藝可以為濕法去除工藝， 對應(yīng)的選取選擇性去除刻蝕停止層220和選擇性去除襯墊氧化層210的化學(xué)試劑，首先去除刻蝕停止層220，然后去除襯墊氧化層210。所述刻蝕停止層220的材料選自氮化硅，可以選擇含熱磷酸的試劑去除刻蝕停止層220，因?yàn)樘畛渌霭疾鄣母綦x介質(zhì)材料常選的是二氧化硅，所以在選擇性去除刻蝕停止層220的工藝中不會腐蝕所述的隔離介質(zhì)材料，從而在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)230處形成比較高的臺階。需要說明的是，在現(xiàn)有技術(shù)中，選擇性去除襯墊氧化層210的工藝中，由于襯墊氧化層210的材料與隔離介質(zhì)材料都選自氧化硅，所以在去除襯墊氧化層210的過程中可能去除部分厚度的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)230，從而形成邊溝。參考圖7，執(zhí)行步驟S103，采用化學(xué)氣相沉積法在襯底200表面形成隧穿氧化層250。本實(shí)施例中，采用低壓化學(xué)氣相沉積法形成所述隧穿氧化層250，形成所述隧穿氧化層250的工藝氣體中包括含硅氣體和含氧氣體，所述含硅氣體為S^Cl2或SiH2,所述含氧氣體為隊(duì)0。受真空條件的限制，工藝氣體中還包括N2。具體地，形成所述隧穿氧化層的工藝參數(shù)可以為，含硅氣體和含氧氣體的流量為 10-2000sccm, N2 流量 O-lOslm，溫度 700_800°C，壓強(qiáng) 0. 05_10Torr。低壓化學(xué)氣相沉積法的階梯覆蓋率高，所以所形成的隧穿氧化層250可以形成平坦的表面。接著，執(zhí)行步驟S104，對所述隧穿氧化層250進(jìn)行后期氧化退火處理。所述后期氧化退火處理的反應(yīng)氣體為O2與H2或N2O與H2。所述后期氧化退火處理選擇爐管進(jìn)行或者選擇腔體進(jìn)行。在本實(shí)施例中，所述后期氧化退火處理的工藝參數(shù)為反應(yīng)氣體流量0. 1-lOslm, N2 流量 O-lOslm，溫度 650-1100°C，壓強(qiáng) 100mTorr-760mTorr。退火的時(shí)間為30sH在上述的工藝環(huán)境下，反應(yīng)氣體所提供的氧原子可以與隧穿氧化層250中的硅原子鍵合，以及硅氫鍵中的硅鍵合修復(fù)硅懸掛鍵和斷鍵，提高所形成的隧穿氧化層250的質(zhì)量。經(jīng)過后期氧化退火處理，隧穿氧化層250的質(zhì)量得以提高，從而可以進(jìn)一步提高閃存單元的性能。為了驗(yàn)證后期氧化退火處理后閃存單元的周期耐久性可以提高，發(fā)明人對后期氧化退火處理前后的閃存單元做了周期耐久性測試，在同一批次的閃存單元中，選擇了三個(gè)閃存單元分別測試其后期氧化退火處理前、后，在經(jīng)過IO5個(gè)使用周期后的電流值。請參考圖8，圖8中〇代表了同一批次中編號分別為1、2、3的閃存單元在后期氧化退火處理前經(jīng)過 IO5個(gè)使用周期后的電流值的變化量，□代表了同一批次中編號分別為1、2、3的閃存單元在后期氧化退火處理后經(jīng)過IO5個(gè)使用周期后的電流值的變化量。從圖中可以明顯看出，經(jīng)過后期氧化退火處理，閃存單元的周期耐久性得到明顯提高。后續(xù)步驟還包括在各有源區(qū)隧穿氧化層250表面形成浮柵，在浮柵表面依次形成隔離氧化層和控制柵，以及在浮柵襯底內(nèi)兩側(cè)形成源、漏區(qū)。因?yàn)檫@些工藝已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故在此不再詳述。發(fā)明人對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，認(rèn)為現(xiàn)有閃存單元中產(chǎn)生的雙峰效應(yīng)和反窄溝道效應(yīng)，周期耐久性比較差的原因可能是現(xiàn)有工藝采用熱氧化的方法形成隧穿氧化層，因?yàn)樵谌コr墊氧化層的步驟中在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)拐角處產(chǎn)生邊溝，所述邊溝暴露出來的材質(zhì)為二氧化硅，所以在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)拐角處所形成的隧穿氧化層會比在有源區(qū)襯底表面的薄，從而產(chǎn)生雙峰效應(yīng)和反窄溝道效應(yīng)。而本發(fā)明所提供的閃存單元形成方法采用化學(xué)氣相沉積工藝形成隧穿氧化層，所形成的隧穿氧化層厚度均勻，所以很好的解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，避免了雙峰效應(yīng)和反窄溝道效應(yīng)的產(chǎn)生，并提高了周期耐久性。綜上，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，本發(fā)明采用化學(xué)氣相沉積法在襯底表面形成隧穿氧化層，低壓化學(xué)氣相沉積法階梯覆蓋率高，所形成的隧穿氧化層厚度均勻，避免了雙峰效應(yīng)和反窄溝道效應(yīng)，提高閃存單元的周期耐久性。第二，本發(fā)明對所形成的隧穿氧化層在O2與H2或隊(duì)0與吐環(huán)境下退火，所述退火步驟可以修復(fù)硅懸掛鍵和硅氫之間的斷鍵，從而提高隧穿氧化層的質(zhì)量，進(jìn)一步提高閃存單元的周期耐久性。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種閃存單元形成方法，其特征在于，包括提供襯底；采用化學(xué)氣相沉積法在襯底表面形成隧穿氧化層；對所述隧穿氧化層進(jìn)行后期氧化退火處理。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的閃存單元形成方法，其特征在于，所述隧穿氧化層的形成工藝包括含硅氣體和含氧氣體，所述含硅氣體SiH2Cl2或SiH2，所述含氧氣體為N20。
3.依據(jù)權(quán)利要求2的閃存單元形成方法，其特征在于，所述隧穿氧化層的形成工藝的參數(shù)為，含硅氣體和含氧氣體的流量為10-2000SCCm，隊(duì)流量O-IOslm，溫度700-800°C，壓強(qiáng) 0.05-10Torro
4.依據(jù)權(quán)利要求1的閃存單元形成方法，其特征在于，所述后期氧化退火處理的反應(yīng)氣體為O2與N2或N2O與H2。
5.依據(jù)權(quán)利要求1的閃存單元形成方法，其特征在于，所述后期氧化退火處理選擇爐管進(jìn)行或者選擇腔體進(jìn)行。
6.依據(jù)權(quán)利要求4的閃存單元形成方法，其特征在于，所述后期氧化退火處理的工藝參數(shù)為反應(yīng)氣體流量0. 1-lOslm, N2流量O-lOslm，溫度650-1100°C，壓強(qiáng) 100mTorr_760mTorro
7.依據(jù)權(quán)利要求4的閃存單元形成方法，其特征在于，所述后期氧化退火處理的時(shí)間為 30s_3ho
全文摘要
一種閃存單元形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面依次形成有襯墊氧化層和刻蝕停止層，所述襯底內(nèi)包含至少兩個(gè)有源區(qū)，相鄰有源區(qū)之間以淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)隔開；依次去除所述襯底表面的刻蝕停止層和襯墊氧化層；采用化學(xué)氣相沉積法在襯底表面形成隧穿氧化層；對所述隧穿氧化層進(jìn)行后期氧化退火處理。本發(fā)明所提供的閃存單元形成方法避免了雙峰效應(yīng)和反窄溝道效應(yīng)，并且閃存單元的周期耐久性比較好。
文檔編號H01L21/285GK102569078SQ20101059321
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者史運(yùn)澤, 宋化龍, 李亮, 沈億華, 涂火金 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司