促进快闪式存储器性能的方法技术

一种促进快闪式存储器性能的方法。首先提供一底材。一穿遂氧化层形成于该底材上。两个闸极结构形成于穿遂氧化层上，闸极结构包括第一多晶硅层作为浮置闸，一内多晶介电层如氮－氧－氮（ＯＮＯ）层位于浮置闸上，第二多晶硅层作为控制闸位于内多晶介电层上。然而多晶硅残留物存在于闸极之间，其中此多晶硅残留物是因蚀刻未能移除部份。接着，进行一氧自由基的晶胞氧化步骤。此种氧自由基晶胞氧化步骤的氧化方法仅有很轻微的氧－氮－氧层侵蚀现象，提升约６％的闸极电容耦合比，可增加操作速度达５倍以上，并且可清除多晶硅残留物。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种制造快闪式存储器的方法，特别是有关于一种利用氧自由基(O radical)的晶胞氧化步骤以。(2)
技术介绍
非挥发性存储器元件包括快闪式可抹除且可编程只读存储存储器(EEPROM，electrical erasable programmable read only memory)。图1所示为典型的快闪式存储存储器晶胞剖面图，存储晶胞(memory cell)通常包括一底材10和一薄的闸氧化层(gate oxide)20(通常作为穿遂氧化层(tunnel oxide))形成于底材10表面上，两个堆叠状闸极结构70位于闸氧化层20上。堆叠状闸极结构70包括第一多晶硅层作为浮置闸(floating gate)30位于穿遂氧化层20上，和一内多晶介电层(interpoly dielectric layer)40位于浮置闸30上，最后，第二多晶硅层作为控制闸(control gate)50重叠于内多晶介电层40上。如图1所示，堆叠状闸极结构70利用传统蚀刻方法形成。然而，通常此步骤产生一个问题，便是形成多晶硅残留物60。多晶硅残留物60是多晶硅层30未被遮罩部份经蚀刻残存所形成的，多晶硅残留物60材质主要为部份的多晶硅层30，如图1所示，结果导致存储晶胞的电性短路。此外，多晶硅层30的蚀刻也是与存储晶胞的隔离区域相邻。然若此多晶硅层30部份未能通过蚀刻移除，形成一导电通路(例如多晶硅残留物60)连结其他存储晶胞，此存储晶胞将造成电性短路。如图2所示，内多晶介电层40具有多项重要功用，包括提供控制闸50和浮置闸30的绝缘效应。因此，形成一优质的内多晶介电层40是必要的。内多晶介电层40为数层绝缘层形成，通常为氧-氮-氧层(oxide-nitride-oxide，ONO)40，具有两层氧化层42、46和三明治形式夹一氮化层44。底部氧化层42的厚度约43埃，顶部氧化层46的厚度约62埃，中间氮化层44的厚度约59埃。假如氧化层42、46太厚，则将会提升不理想的执行运作电压。如图3所示，传统的晶胞氧化(cell oxidation)方法，有干式氧化法(dryoxidation)、湿式氧化法(wet oxidation)和干式快速氧化法(dry RTO)。是沿着晶胞表面生成一薄氧化层80，此薄氧化层80对于晶胞为提供一绝缘保护层。然而，若此氧化层厚度不足，则多晶硅残留物65依然存在。多晶硅残留物65将导致晶胞的电性短路。所以，假如多晶硅残留物65区域未能通过氧化方式移除，形成晶胞间的导电带，此晶胞将造成电性短路现象，结果降低快闪式存储存储器的性能。如图4所示，但是在这些氧化方法中，不管是用干式氧化法、湿式氧化法或干式快速氧化法，皆会造成严重的内多晶介电层40被侵蚀(encroachment)现象(即形成氧化层)，致使快闪式存储存储器无法在有效时间内正常抹除动作。在快闪式存储存储器中，闸极电容耦合比(gate coupling ratio，GCR)将随晶胞氧化厚度增加而明显降低，此是因为氧化侵蚀位置发生于内多晶介电层40和多晶硅层30、50的介面上。如图4所示，内多晶介电层40包括底部氧化层42、氮化层44和顶部氧化层46。当晶胞进行氧化步骤时，严重的侵蚀部位42-1、46-1位于底部氧化层42和第一多晶硅层30间、顶部氧化层46和第二多晶硅层50之间，于是内多晶介电层40的厚度便增加了，必然使得增加操作电压或减低操作速度。有关晶胞的氧化方法-干式氧化法是是于炉管中升温至875℃。工艺参数为温度控制约875℃、氧气流量约为10000每分钟标准立方公分(sccm)以及时间控制约为42分钟30秒。其结果的示意图如图4所示，晶胞氧化层80厚度约为100埃，但发现在晶胞氧化步骤后有严重明显的侵蚀现象发生，此侵蚀氧化层成长于氧-氮-氧层40和第一、第二多晶硅层30、50介面。侵蚀部位42-1、46-1增加了氧-氮-氧层40的厚度，而降低闸极电容耦合比，低的闸极电容耦合比会减低通道抹除速度。有关晶胞的氧化方法-湿式氧化法是是于炉管中升温至820℃。工艺参数为温度控制约为820℃、氧气流量约为4000每分钟标准立方公分、氢气流量约为7200每分钟标准立方公分、时间约为7分钟，以及10分钟回火并伴随氮气流量约为15000每分钟标准立方公分。此方法的结果示意图如图4所示，晶胞氧化层80厚度约为70埃，于是发现晶胞氧化通过湿式氧化法比干式氧化法更具有严重的氧-氮-氧层侵蚀部位42-1、46-1。即使湿式氧化厚度仅有70埃，却有非常厚的侵蚀氧化层介于氧-氮-氧层40和第一、第二多晶硅层30、50介面。有关晶胞的氧化方法-干式快速氧化法是于炉管中升温至1100℃。工艺参数为温度控制约为1100℃、时间控制约为140秒。此方法的结果为晶胞氧化层厚度约为120埃，发现晶胞氧化通过干式快速氧化法具有和干式氧化法类似的侵蚀部位42-1、46-1，其示意图如图4所示。在此晶胞氧化的先前技术中，不管利用干式氧化法、湿式氧化法或干式快速氧化法皆会有严重的氧-氮-氧层侵蚀现象产生，因此造成氧-氮-氧层的双氧化层厚度增加，必然提高操作电压，导致快闪式存储存储器性能降低。(3)
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种，利用氧自由基进行晶胞再氧化步骤。本专利技术的另一目的为提供一种，利用氧自由基的晶胞氧化步骤，改善氧-氮-氧层的氧化层和多晶硅层介面的侵蚀问题。本专利技术的又一目的为提供一种，利用氧自由基的晶胞再氧化步骤，消除多晶硅残留物。本专利技术的再一目的为提供一种，利用氧自由基的晶胞氧化步骤，以增加快闪式存储存储器的操作效率。本专利技术的另一目的为提供一种，利用氧自由基的晶胞氧化步骤，改善蚀刻步骤后的缺陷。本专利技术的又一目的为提供一种，使用一低热预算(themal budget)步骤来进行晶胞再氧化步骤，以大幅改善在半导体结构中的短通道效应(short channel effect)。根据以上所述的目的，本专利技术的促进快闪式存储存储器性能的方法。首先提供一底材；一穿遂氧化层形成于该底材上；两个闸极结构形成于穿遂氧化层上，闸极结构包括第一多晶硅层作为浮置闸，一内多晶介电层如氧-氮-氧层位于浮置闸上，第二多晶硅层作为控制闸位于内多晶介电层上，然而多晶硅残留物存在于闸极之间，其中此多晶硅残留物是因蚀刻未能移除部份；接着，进行氧自由基的晶胞再氧化步骤。此方法是利用氧自由基(oxygen free radical)的活泼特性，在低压下快速与晶胞表面反应。此氧自由基的再氧化方法仅有很轻微的氧-氮-氧侵蚀现象，提升约6％的闸极电容耦合比，可增加操作速度达5倍以上，并且可清除多晶硅残留物。采用本专利技术的上述有效的氧化方法，利用产生氧自由基的晶胞氧化方式以解决ONO侵蚀部位产生，有效降低晶胞氧化产生的侵蚀厚度，以提升闸极电容耦合比，同时对于因蚀刻产生的多晶硅残留物，也可因较厚的晶胞氧化层产生，使多晶硅残留物能完全氧化去除。为进一步说明本专利技术的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本专利技术进行详细的描述。(4)附图说明图1所示为先前技术的快闪式存储存储器元件的截面图；图2所示为先前技术的闸极结构截面放大图，包括浮置闸、氧-氮-氧层和控制闸；图3所示为先前技术的快闪存储存储器利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种促进快闪式存储器性能的方法，其特征在于，包括： 提供一具有两个闸极结构在上方的底材，其中每一个闸极结构具有一闸介电层在该底材上，第一多晶硅层在该闸介电层上，一内多晶介电层在该第一多晶硅层上，第二多晶硅层在该内多晶介电层上；以及 对该底材和该两个闸极进行一氧自由基的氧化步骤。

【技术特征摘要】
1.一种促进快闪式存储器性能的方法，其特征在于，包括提供一具有两个闸极结构在上方的底材，其中每一个闸极结构具有一闸介电层在该底材上，第一多晶硅层在该闸介电层上，一内多晶介电层在该第一多晶硅层上，第二多晶硅层在该内多晶介电层上；以及对该底材和该两个闸极进行一氧自由基的氧化步骤。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的闸介电层包含氧化硅。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一多晶硅作用为浮置闸。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该内多晶介电层为一双氧化层和一氧化层-氮化层-氧化层。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第二多晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩宗廷，苏俊联，苏金达，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]