专利名称：形成非挥发性记忆体的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成非挥发性记忆体的方法，特别是关于一种拥有具尖角的悬浮闸极的非挥发性记忆体的形成方法。
近年来，随找半导体制程工业以及半导体设备工业的快速进步，超大型积体电路的产业有着极为快速的发展。一般常见的记忆体，例如动态随机存取记忆体(DRAM)和静态随机存取记忆体(SRAM)，都属于挥发性的记忆体，一但电压消失，在记忆体中所储存的资料也将消失。在另一方面，另一类的记忆体称为非挥发性记忆体，例如唯读记忆体(ROM)电性可抹除可程式的唯读记忆体(EEPROM)、以及快闪记忆体(flash memory)等等，不需依赖外在电压，亦可保有所储存的资料。
早期的非挥发性记忆体中，每一记忆胞必须有两个电晶体负责驱动，占据很大的晶片面积。因此，为了降低制造成本并提升制程优良率，开发单一电晶体驱动的电性可抹除程式的唯读记忆体便非常地重要。此项技术在美国专利第5,029,130号中有详细的记载，如
图1-图5所示。
首先请参考图1，在一半导体基板10上形成第一介电层12，接下来在所述第一介电层12上陆续形成一层复晶硅层14及一层氮化硅层16。后续并利用传统的微影及蚀刻技术在所述氮化硅层16上形成一开口18。
参考图2，接着进行一道热氧化制程，以在所述开口18内形成一层氧化硅层20。由于鸟嘴效应的关系，在所述热氧化制程中氮化硅层16会被局部地抬起，其次，利用湿蚀刻技术将所述氮化硅层16去除，如图3所示。
参考图4，接下来利用所述氧化硅层20做为蚀刻阻障层，利用非等向性蚀刻技术对所述复晶硅层14进行蚀刻，因而形成具有尖角的悬浮闸极22。
参考图5，接下来利用热氧化技术在所述悬浮闸极22上形成一层热氧化硅层24。其次对所述热氧化硅层24进行氮化步骤，以形成一层氮氧化硅层。最后，在所述氮氧化硅层的上形成第二复晶硅层26，预备形成所述非挥发性记忆体的控制闸极(control gate)。
如此，所形成的悬浮闸极具有尖角，可以大幅提升悬浮闸极和控制闸极之间电子的穿隧机率(tunneling probability)。其主要缺陷在于由于制程较复杂，制造成本较高，不适合广泛的应用。
本发明的主要目的在于提供一种形成非挥发性记忆体的方法，利用简单的蚀刻、沉积及化学机械研磨制程所形成，克服现有技术的弊端，达到可大幅提升非挥发性记忆体的产量和优良率的目的。
本发明的次要目的在于提供一种拥有具尖角的悬浮闸极的非挥发性记忆体的形成方法，达到制程简单及适合广泛应用的目的。
本发明的目的是这样实现的一种形成非挥发性记忆体的方法，其特征在于它包括如下的步骤(1)在一半导体基板上形成第一介电层和第一硅层；(2)在所述第一硅层上形成一层蚀刻阻障层；(3)利用微影及蚀刻技术在所述蚀刻阻障层上形成一开口；(4)透过所述开口执行等向性蚀刻制程，对所述第一硅层进行部分蚀刻，以形成一碟形孔洞；(5)去除所述蚀刻阻障层；(6)形成第二介电层以填满所述碟形孔洞；
(7)执行一平坦化步骤以去除所述碟形孔洞外的第二介电层，以形成一介电质栓塞；(8)利用所述介电质栓塞做为蚀刻保护罩进行一道非等向性蚀刻制程，以形成具有尖角的悬浮闸极；(9)去除所述介电质栓塞。
所述第一硅层是复晶硅层。所述蚀刻阻障层是光阻层。所述蚀刻阻障层是由介电材质所组成。所述等向性蚀刻制程是一湿蚀刻制程。所述等向性蚀刻制程是一干蚀刻制程。在去除所述介电质栓塞后包括在所述悬浮闸极的上形成一层穿隧介电层；以及在所述穿隧介电层和第一介电层的上形成控制闸极。
一种形成具有尖角的闸极的方法，其特征在于它包括如下步骤(1)在一半导体基板上形成第一介电层和一层复晶硅层；(2)在所述复晶硅层上形成一层蚀刻阻障层；(3)利用微影及蚀刻技术在所述蚀刻阻障层上形成一开口；(4)透过所述开口执行等向性蚀刻制程对所述复晶硅层进行部分蚀刻，以形成一碟形孔洞；(5)去除所述蚀刻阻障层；(6)形成第二介电层以填满所述碟形孔洞；(7)执行一平坦化步骤以去除所述碟形孔洞外的第二介电层，以形成一介电质栓塞；(8)利用所述介电质栓塞做为蚀刻保护罩进行一道非等向性蚀刻制程，以形成所述具有尖角的悬浮闸极；
(9)去除所述介电质栓塞。
本发明的主要优点是利用简单的蚀刻、沉积及化学机械研磨制程所形成，可大幅提升非挥发性记忆体的产量及优良率。
下面结合较佳实施例和附图进一步说明。
图1是传统形成开口的制程剖面图。
图2是传统形成氧化硅层的制程剖面图。
图3是传统湿蚀刻将氮化硅层去除的制程剖面图。
图4是是传统形成具有尖角的悬浮闸极的制程剖面图。
图5是传统形成非挥发性记忆体的控制闸极的制程剖面图。
图6是本发明中形成开口的制程剖面图。
图7是本发明中形成碟形孔洞的制程剖面图。
图8是本发明中形成第二介电层以填满所述碟形孔洞的制程剖面图。
图9是本发明中形成介电质栓塞的制程剖面图。
图10是本发明中形成具有尖角的悬浮闸极的制程剖面图。
本发明是一种形成非挥发性记忆体的方法，特别是关于一种拥有具尖角的悬浮闸极的非挥发性记忆体的形成方法。
参考图1，其为本发明中形成开口的制程剖面图。首先提供一P型单晶的半导体基板100，并在所述半导体基板100上形成浅渠沟隔离102。接下来，利用化学气相沉积技术在所述半导体基板100上陆续形成第一介电层104、第一硅层106和蚀刻阻障层108。接下来利用微影及蚀刻技术在所述蚀刻阻障层108上形成一开口110，用以定义出本发明的非挥发性记忆体的悬浮闸极的位置。
所述浅渠沟隔离102的形成方法，是首先利用微影及非等向性蚀刻技术在所述半导体基板100的表面上形成浅渠沟，在将光阻以氧气电浆去除之后，利用低压化学沉积法或电浆增强式化学沉积法形成一层氧化硅层以填满该浅渠沟，再利用化学机械研磨法将半导体基板100表面上的该氧化硅层去除。所述第一介电层104是以低压化学沉积法或电浆增强式化学沉积法所形成，其厚度介于70-200埃之间。所述第一介电层104是做为闸极介电层，由氧化硅层、氮化硅层或氮氧化硅层所构成。所述第一硅层106是复晶硅层或非晶硅层，以低压化学沉积法或电浆增强式化学沉积法所形成，其厚度介于500-3000埃之间。
在本发明的一个实施例中，所述蚀刻阻障层108是由介电材质所构成，例如氧化硅层、氮化硅层或氮氧化硅层。在此实施例中，所述开口110的形成，是针对所述蚀刻阻障层108实施微影及蚀刻制程；在本发明的另一个实施例中，所述蚀刻阻障层108是一层光阻层，在此实施例中，所述开口110的形成，是针对所述蚀刻阻障层108实施微影制程。
参考图7，接下来透过所述开口110执行等向性蚀刻制程，对所述第一硅层106进行部分蚀刻，以形成一碟形孔洞112。在本发明的一个实施例中，所述等向性蚀刻制程是湿蚀刻制程，利用硝酸和氢氟酸的混合溶液做为蚀刻液；在另一个实施例中，所述等向性蚀刻制程是干蚀刻制程，利用氯气电浆做为反应气体。
后续，将所述蚀刻阻障层108去除。在本发明的一个实施例中，构成所述蚀刻阻障层108的介电材质是通过湿蚀刻制程去除的；在另一个实施例中，构成所述蚀刻阻障层108的光阻是利用氧气灰化法去除。
参考图8，接下来形成第二介电层114以填满所述碟形孔洞112。所述第二介电层114通常是由未掺杂的氧化硅所构成，以低压化学沉积法或电浆增强式化学沉积法所形成，其厚度介于500-3000埃之间。
参考图9，接下来执行一平坦化步骤以去除所述碟形孔洞112外的第二介电层114，以形成一介电质栓塞116。所述平坦化步骤通常为化学机械研磨法(CMP)。完成所述平坦化步骤之后，所述介电质栓塞116的顶部表面与所述第一硅层106的顶部表面有相同高度，如图9所示。
参考图10，接下来利用所述介电质栓塞116做为蚀刻保护罩，对所述第一硅层106进行一道非等向性蚀刻制程，以形成具有尖角的悬浮闸极118。之后，使用氢氟酸做为蚀刻液，利用湿蚀刻制程以去除所述介电质栓塞116。
利用本发明技术所形成的悬浮间极118具有尖角，使得后续所形成的非挥发性记忆体的悬浮闸极和控制闸极之间的电子穿隧机率大幅提高。之后，首先沉积一层介电层，再利用微影和蚀刻技术形成穿隧介电层120。所述穿隧介电层120是由氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅/氮化硅复层结构或氧化硅/氮化硅/氧化硅复层结构所构成。后续，沉积一层第二硅层，再利用微影和蚀刻技术形成控制闸极122。
本发明的重点在于，所形成的具有尖角的悬浮闸极118是利用简单的蚀刻、沉积及化学机械研磨制程所形成。因此，利用本发明的技术可大幅提升非挥发性记忆体的产量及优良率。
以上所述是本发明的较佳实施例，熟知此技艺的人士适当作的改变与调整，都属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种形成非挥发性记忆体的方法，其特征在于它包括如下的步骤(1)在一半导体基板上形成第一介电层和第一硅层；(2)在所述第一硅层上形成一层蚀刻阻障层；(3)利用微影及蚀刻技术在所述蚀刻阻障层上形成一开口；(4)透过所述开口执行等向性蚀刻制程，对所述第一硅层进行部分蚀刻，以形成一碟形孔洞；(5)去除所述蚀刻阻障层；(6)形成第二介电层以填满所述碟形孔洞；(7)执行一平坦化步骤以去除所述碟形孔洞外的第二介电层，以形成一介电质栓塞；(8)利用所述介电质栓塞做为蚀刻保护罩进行一道非等向性蚀刻制程，以形成具有尖角的悬浮闸极；(9)去除所述介电质栓塞。
2.如权利要求1所述的形成非挥发性记忆体的方法，其特征在于所述第一硅层是复晶硅层。
3.如权利要求1所述的形成非挥发性记忆体的方法，其特征在于所述蚀刻阻障层是光阻层。
4.如权利要求1所述的形成非挥发性记忆体的方法，其特征在于所述蚀刻阻障层是由介电材质所组成。
5.如权利要求1所述的形成非挥发性记忆体的方法，其特征在于所述等向性蚀刻制程是一湿蚀刻制程。
6.如权利要求1所述的形成非挥发性记忆体的方法，其特征在于所述等向性蚀刻制程是一干蚀刻制程。
7.如权利要求1所述的形成非挥发性记忆体的方法，其特征在于在去除所述介电质栓塞后包括在所述悬浮闸极的上形成一层穿隧介电层；以及在所述穿隧介电层和第一介电层的上形成控制闸极。
8.一种形成具有尖角的闸极的方法，其特征在于它包括如下步骤(1)在一半导体基板上形成第一介电层和一层复晶硅层；(2)在所述复晶硅层上形成一层蚀刻阻障层；(3)利用微影及蚀刻技术在所述蚀刻阻障层上形成一开口；(4)透过所述开口执行等向性蚀刻制程对所述复晶硅层进行部分蚀刻，以形成一碟形孔洞；(5)去除所述蚀刻阻障层；(6)形成第二介电层以填满所述碟形孔洞；(7)执行一平坦化步骤以去除所述碟形孔洞外的第二介电层，以形成一介电质栓塞；(8)利用所述介电质栓塞做为蚀刻保护罩进行一道非等向性蚀刻制程，以形成所述具有尖角的悬浮闸极；(9)去除所述介电质栓塞。
9.如权利要求8所述的形成具有尖角的间极的方法，其特征在于所述等向性蚀刻制程是一湿蚀刻制程。
10.如权利要求8所述的形成具有尖角的间极的方法，其特征在于所述等向性蚀刻制程是一干蚀刻制程。
全文摘要
一种形成非挥发性记忆体的方法,在半导体基板上形成第一介电层和第一硅层,在第一硅层上形成蚀刻阻障层。用微影及蚀刻技术在蚀刻阻障层上形成开口,并透过执行等向性蚀刻制程对第一硅层进行部分蚀刻形成碟形孔洞。将蚀刻阻障层去除之后形成第二介电层以填满碟形孔洞。执行平坦化步骤去除碟形孔洞外的第二介电层形成介电质拴塞,再利其做为蚀刻保护罩进行非等向性蚀刻制程,形成具有尖角的悬浮闸极。利用简单的蚀刻、沉积及化学机械研磨制程所形成,可大幅提升非挥发性记忆体的产量及优良率。
文档编号H01L21/82GK1385892SQ0111607
公开日2002年12月18日 申请日期2001年5月14日 优先权日2001年5月14日
发明者曾鸿辉 申请人:世界先进积体电路股份有限公司