闪存器件浮栅的制作方法与流程

1.本技术涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种n闪存器件浮栅的制作方法。


背景技术：

2.浮栅多用于非易失存储器中，通常采用多晶硅材料制成。这些非易失存储器中的浮栅用于捕获电子并存储，通过浮栅中存储的电荷来存储信息，浮栅中存储的电子的量可以改变存储单元的阈值电压(vt)，从而控制器件的可读状态。并且由于浮栅没有对外的回路，即使掉电后浮栅中的电子也不会流失，从而实现信息断电后非易失的性能。
3.为了降低浮栅的功函数，相关技术在制作浮栅时会对浮栅进行磷元素的注入，并通过后续的快速热退火工序对磷元素进行激活，但是该磷元素本身容易析出，从而容易导致器件各个存储单元中浮栅的性能差异较大，不利于机台量产。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种闪存器件浮栅的制作方法，可以解决相关技术中因浮栅多晶硅退火时磷元素析出导致浮栅性能差异较大的问题。
5.为了解决背景技术中所述的技术问题，本技术提供一种闪存器件浮栅的制作方法，所述闪存器件浮栅的制作方法包括以下步骤：
6.在半导体衬底层上沉积多晶硅，形成浮栅多晶硅层；
7.向所述浮栅多晶硅层中注入磷元素；
8.通过加热氧化工艺激活所述浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层；
9.待闪存器件冷却后，对所述闪存器件的浮栅多晶硅层进行平坦化。
10.可选地，所述通过快速加热氧化工艺激活所述浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层的步骤包括：
11.将浮栅多晶硅层中注入有磷元素的闪存器件载入反应腔；
12.加热所述反应腔至稳定的退火温度；
13.在所述稳定的退火温度环境下，通入氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层；
14.所述浮栅多晶硅层中的磷元素在所述退火温度环境下被激活扩散。
15.可选地，所述加热所述反应腔至稳定的退火温度的步骤包括：
16.以第一升温速率将所述反应腔中的温度升高至第一温度；
17.以第二升温速率将所述反应腔中的温度由所述第一温度升高至第二温度；所述第二升温速率低于第一升温速率；
18.以所述第二温度为稳定的退火温度，使得所述反应腔维持在第二温度。
19.可选地，所述第一温度的范围为800℃至900℃。
20.可选地，所述第二温度的范围为1100℃至1200℃。
21.可选地，所述在所述稳定的退火温度环境下，通入氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层的步骤包括：
22.在所述稳定的退火温度环境下，以50sccm至100sccm流量通入20s至30s时间的氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层。
23.可选地，在所述稳定的退火温度环境下，通入氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层的步骤后还进行：
24.停止通入氧气，向所述反应腔中通入氮气；
25.将所述反应腔的温度加热到1000℃至1100℃以对所述缓冲氧化层进行退火。
26.可选地，所述通过快速加热氧化工艺激活所述浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层的步骤中，形成的所述缓冲氧化层的厚度为20a至50a。
27.本技术技术方案，至少包括如下优点：避免在激活磷元素的过程中产生磷元素析出的问题，提高各个存储单元中浮栅的一致性，利于机台量产。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1示出了本技术一实施例提供的闪存器件浮栅的制作方法的流程图；
30.图2示出了步骤s1完成后的器件剖视结构示意图；
31.图3示出了步骤s3完成后的器件剖视结构示意图；
32.图4示出了步骤s4完成后的器件剖视结构示意图。
具体实施方式
33.下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
34.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人
员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
36.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
37.图1，其示出了本技术一实施例提供的闪存器件浮栅的制作方法的流程图，从图1中可以看出，本技术提供的闪存器件浮栅的制作方法包括以下步骤s1至步骤s4：
38.步骤s1：在半导体衬底层上沉积多晶硅，形成浮栅多晶硅层。
39.参照图2，其示出了步骤s1完成后的器件剖视结构示意图，从图2中可以看出，沉积形成的浮栅多晶硅层110覆盖在半导体衬底100上，该半导体衬底100中形成浅沟道隔离结构101。
40.步骤s2：向所述浮栅多晶硅层中注入磷元素。
41.可以以15-20kev注入能量，向浮栅多晶硅层中注入2e15 atoms/cm2至4e15atoms/cm2浓度的磷元素。
42.步骤s3：通过加热氧化工艺激活所述浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层。
43.参照图3，其示出了步骤s3完成后的器件剖视结构示意图，从图3中可以看出，步骤s3完成后浮栅多晶硅层110的表面形成缓冲氧化层120，该缓冲氧化层120用于阻挡磷元素从浮栅多晶硅层110中析出。可选地，该缓冲氧化层120的厚度为20a至50a。
44.可选地，可以通过以下步骤s31至步骤s33实现步骤s3：
45.s31：将浮栅多晶硅层中注入有磷元素的闪存器件载入反应腔。
46.s32：加热反应腔至稳定的退火温度。
47.在加热反应腔至稳定的退火温度过程中可以先以以较大的升温速率第一升温速率将所述反应腔中的温度升高至第一温度，再以较低的升温速率第二升温速率将所述反应腔中的温度由所述第一温度升高至第二温度，即所述第二升温速率低于第一升温速率；最后以所述第二温度为稳定的退火温度，使得所述反应腔维持在第二温度。
48.加热反应腔至稳定的退火温度的过程采用两步升温的方式能够较快的升温至所需温度的同时因为第二步采用较低速率的升温，从而能够缩短维持稳定退火温度所需的时间。
49.示例性地，该第一温度的范围为800℃至900℃。第二温度的范围为1100℃至1200℃。即在退火温度为1100℃至1200℃下激活浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层。
50.s33：在稳定的退火温度环境下，通入氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层，所述浮栅多晶硅层中的磷元素在所述退火温度环境下被激活扩散。
51.在进行步骤s33时可以在所述稳定的退火温度环境下，以50sccm至100sccm流量通入20s至30s时间的氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层。
52.步骤s4：待闪存器件冷却后，对所述闪存器件的浮栅多晶硅层进行平坦化。
53.参照图4，其示出了步骤s4完成后的器件剖视结构示意图，可以通过化学机械研磨工艺将浮栅多晶硅层的表面平坦化。
54.在其他实施例中，为了改善步骤s3中所形成的缓冲氧化层的质量，在步骤s3完成后还可以进行停止通入氧气，向所述反应腔中通入氮气；然后将所述反应腔的温度加热到
1000℃至1100℃以对所述缓冲氧化层进行退火。
55.本实施例通过在半导体衬底层上沉积多晶硅，形成浮栅多晶硅层；向所述浮栅多晶硅层中注入磷元素；通过加热氧化工艺激活所述浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层，从而避免在激活磷元素的过程中产生磷元素析出的问题，提高各个存储单元中浮栅的一致性，利于机台量产。
56.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种闪存器件浮栅的制作方法，其特征在于，所述闪存器件浮栅的制作方法包括以下步骤：在半导体衬底层上沉积多晶硅，形成浮栅多晶硅层；向所述浮栅多晶硅层中注入磷元素；通过加热氧化工艺激活所述浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层；待闪存器件冷却后，对所述闪存器件的浮栅多晶硅层进行平坦化。2.如权利要求1所述的闪存器件浮栅的制作方法，其特征在于，所述通过快速加热氧化工艺激活所述浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层的步骤包括：将浮栅多晶硅层中注入有磷元素的闪存器件载入反应腔；加热所述反应腔至稳定的退火温度；在所述稳定的退火温度环境下，通入氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层；所述浮栅多晶硅层中的磷元素在所述退火温度环境下被激活扩散。3.如权利要求2所述的闪存器件浮栅的制作方法，其特征在于，所述加热所述反应腔至稳定的退火温度的步骤包括：以第一升温速率将所述反应腔中的温度升高至第一温度；以第二升温速率将所述反应腔中的温度由所述第一温度升高至第二温度；所述第二升温速率低于第一升温速率；以所述第二温度为稳定的退火温度，使得所述反应腔维持在第二温度。4.如权利要求3所述的闪存器件浮栅的制作方法，其特征在于，所述第一温度的范围为800℃至900℃。5.如权利要求3所述的闪存器件浮栅的制作方法，其特征在于，所述第二温度的范围为1100℃至1200℃。6.如权利要求2所述的闪存器件浮栅的制作方法，其特征在于，所述在所述稳定的退火温度环境下，通入氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层的步骤包括：在所述稳定的退火温度环境下，以50sccm至100sccm流量通入20s至30s时间的氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层。7.如权利要求2所述的闪存器件浮栅的制作方法，其特征在于，在所述稳定的退火温度环境下，通入氧气，氧化所述浮栅多晶硅的表面形成缓冲氧化层的步骤后还进行：停止通入氧气，向所述反应腔中通入氮气；将所述反应腔的温度加热到1000℃至1100℃以对所述缓冲氧化层进行退火。8.如权利要求1所述的闪存器件浮栅的制作方法，其特征在于，所述通过快速加热氧化工艺激活所述浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层的步骤中，形成的所述缓冲氧化层的厚度为20a至50a。

技术总结
本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种N闪存器件浮栅的制作方法。所述闪存器件浮栅的制作方法包括以下步骤：在半导体衬底层上沉积多晶硅，形成浮栅多晶硅层；向所述浮栅多晶硅层中注入磷元素；通过加热氧化工艺激活所述浮栅多晶硅层中的磷元素，并在所述浮栅多晶硅层的表面形成用于阻挡磷元素析出的缓冲氧化层；待闪存器件冷却后，对所述闪存器件的浮栅多晶硅层进行平坦化。本申请能够避免在激活磷元素的过程中产生磷元素析出的问题，提高各个存储单元中浮栅的一致性，利于机台量产。机台量产。机台量产。


技术研发人员：徐杰 马富林
受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/13