半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域技術(shù)，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體制程技術(shù)的發(fā)展，在存儲裝置方面已開發(fā)出存取速度較快的快閃存儲器(flash memory)?？扉W存儲器具有可多次進(jìn)行信息的存入、讀取和擦除等動作，且存入的信息在斷電后也不會消失的特性，因此，快閃存儲器已成為個人電腦和電子設(shè)備所廣泛采用的一種非易失性存儲器。其中，快閃存儲器根據(jù)陣列結(jié)構(gòu)的不同，主要分與非門快閃存儲器和或非門快閃存儲器，由于與非門快閃存儲器比或非門快閃存儲器的集成度高，所以與與N門快閃存儲器具有更廣的應(yīng)用范圍。
[0003]典型的與非門快閃存儲器以摻雜的多晶硅作為浮動?xùn)艠O(floating gate)和控制柵極(control gate);其中，控制柵極形成于浮動?xùn)艠O上，且通過柵間介質(zhì)層相隔；浮動?xùn)艠O形成于襯底上，通過一層隧穿介質(zhì)層(tunnel oxide)相隔。當(dāng)對快閃存儲器進(jìn)行信息的寫入操作時，通過在控制柵極與源區(qū)/漏區(qū)施加偏壓，使電子注入浮動?xùn)艠O中；在讀取快閃存儲器信息時，在控制柵極施加一工作電壓，此時浮動?xùn)艠O的帶電狀態(tài)會影響其下方溝道(channel)的開/關(guān)，而此溝道的開/關(guān)即為判斷信息值0或1的依據(jù)；當(dāng)快閃存儲器在擦除信息時，將襯底、源區(qū)、漏區(qū)或控制柵極的相對電位提高，并利用隧穿效應(yīng)使電子由浮動?xùn)艠O穿過隧穿介質(zhì)層而進(jìn)入襯底、源區(qū)或漏區(qū)中，或是穿過柵間介質(zhì)層而進(jìn)入控制柵極中。
[0004]隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸的不斷減小，含有快閃存儲器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能和可罪性有待進(jìn)一步提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，提高采用流動性化學(xué)氣相沉積工藝形成的介質(zhì)層的致密度和硬度，提高介質(zhì)層材料的性能。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供基底，在所述基底內(nèi)形成有溝槽；采用流動性化學(xué)氣相沉積工藝形成填充滿所述溝槽的前驅(qū)材料層；對所述前驅(qū)材料進(jìn)行退火處理，將前驅(qū)材料層轉(zhuǎn)化為第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層材料中含有氮原子，且所述氮原子具有第一原子數(shù)量；采用氧原子置換所述第一介質(zhì)層材料中的氮原子，將第一介質(zhì)層轉(zhuǎn)化為第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層材料中氮原子具有第二原子數(shù)量，且第二原子數(shù)量小于第一原子數(shù)量。
[0007]可選的，所述前驅(qū)材料層材料中至少包括硅原子和氮原子。
[0008]可選的，所述流動性化學(xué)氣相沉積工藝采用的前驅(qū)物材料包括三硅基氮、硅烷、二石圭燒、甲基石圭燒、—甲基??圭燒、二甲基??圭燒、四甲基??圭燒、正??圭酸乙酷、二乙氧基??圭燒、八甲基環(huán)四硅氧烷、四甲基二硅氧烷、四甲基環(huán)四硅氧烷、三甲硅烷基胺、二甲硅烷基胺中的一種或幾種。
[0009]可選的，所述流動性化學(xué)氣相沉積工藝在含氮氛圍下進(jìn)行。
[0010]可選的，采用氧原子置換所述第一介質(zhì)層材料的氮原子的方法為:采用含氧的去離子水對所述第一介質(zhì)層進(jìn)行浸泡處理。
[0011]可選的，所述含氧的去離子水中的氧元素為臭氧離子。
[0012]可選的，所述含氧的去離子水中臭氧離子的質(zhì)量百分比為5%至25%。
[0013]可選的，所述浸泡處理的時長為30min至60min，浸泡處理時的溫度為50度至80度。
[0014]可選的，還包括步驟:對所述第二介質(zhì)層表面進(jìn)行等離子體轟擊。
[0015]可選的，所述等離子體轟擊的工藝參數(shù)為:所述等離子體由He、Ne、Xe、Kr或Ar氣體等離子體化形成，He、Ne、Xe、Kr或Ar氣體流量為50sccm至500sccm,低頻射頻功率為100瓦至1500瓦，高頻射頻功率為100瓦至1500瓦。
[0016]可選的，所述退火處理在含氧氛圍下進(jìn)行。
[0017]可選的，所述退火處理的退火時長包括連續(xù)的第一時長、第二時長和第三時長，其中，第一時長內(nèi)的退火溫度為第一溫度，第二時長內(nèi)的退火溫度由第一溫度遞增至第二溫度，第三時長內(nèi)的退火溫度為第二溫度。
[0018]可選的，所述第一溫度為200度至450度，所述第二溫度為550度至650度。
[0019]可選的，還包括步驟:對所述第二介質(zhì)層進(jìn)行第二退火處理；回刻蝕去除部分厚度的第二介質(zhì)層。
[0020]可選的，所述第二退火處理的工藝參數(shù)為:退火溫度為800度至950度，退火時長為 20min 至 40mino
[0021]可選的，所述基底包括襯底、位于襯底表面的隧穿介質(zhì)層以及位于隧穿介質(zhì)層表面的浮柵導(dǎo)電層。
[0022]可選的，回刻蝕去除部分厚度的第二介質(zhì)層，使剩余的第二介質(zhì)層頂部低于浮柵導(dǎo)電層頂部表面。
[0023]可選的，還包括步驟:在所述浮柵導(dǎo)電層頂部表面和側(cè)壁表面、剩余的第二介質(zhì)層表面形成柵間介質(zhì)層；在所述柵間介質(zhì)層表面形成控制柵導(dǎo)電層。
[0024]可選的，形成所述溝槽的工藝步驟包括:在所述浮柵導(dǎo)電層表面形成圖形化的掩膜層；以所述圖形化的掩膜層為掩膜，刻蝕所述浮柵導(dǎo)電層、隧穿介質(zhì)層以及部分厚度的襯底，形成溝槽。
[0025]可選的，在形成第一介質(zhì)層之后，還包括步驟:去除高于圖形化的掩膜層表面的第一介質(zhì)層；去除所述圖形化的掩膜層。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0027]本發(fā)明實施例中，采用流動性化學(xué)氣相沉積工藝形成填充滿溝槽的前驅(qū)材料層，對所述前驅(qū)材料層進(jìn)行退火處理，將前驅(qū)材料層轉(zhuǎn)化為第一介質(zhì)層，第一介質(zhì)層材料中含有氮原子，且氮原子具有第一原子數(shù)量；采用原子置換第一介質(zhì)層材料中的氮原子，將第一介質(zhì)層轉(zhuǎn)化為第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層材料中氮原子具有第二原子數(shù)量，且第二原子數(shù)量小于第一原子數(shù)量。在第一介質(zhì)層中S1-N鍵和S1-N-H鍵數(shù)量較多，而在采用氧原子置換第一介質(zhì)層中的氮原子后，形成的第二介質(zhì)層中S1-N鍵和S1-N-H鍵數(shù)量明顯的減少了，且第二介質(zhì)層中S1-Ο鍵和O-S1-O鍵的數(shù)量明顯增加，第二介質(zhì)層的致密性和硬度得到提高，提高形成的第二介質(zhì)層的性能，進(jìn)而優(yōu)化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。
[0028]進(jìn)一步，所述含氧的去離子水中的氧元素為臭氧離子，臭氧離子的氧含量高且在水溶液中活性高，容易向第一介質(zhì)層中擴(kuò)散，提高氧原子置換氮原子的效率。
[0029]進(jìn)一步，本發(fā)明實施例還包括步驟:對第二介質(zhì)層表面進(jìn)行等離子體轟擊，在高能量的等離子體轟擊下，第二介質(zhì)層表面性能得到提高，進(jìn)一步提高第二介質(zhì)層表面的致密性。
[0030]進(jìn)一步，本發(fā)明實施例中在形成第一介質(zhì)層之后，去除高于圖形化的掩膜層的第一介質(zhì)層，使得第一介質(zhì)層的厚度變薄，因此在浸泡處理過程中，氧原子擴(kuò)散進(jìn)入第一介質(zhì)層內(nèi)的擴(kuò)散路徑變短，氧原子擴(kuò)散進(jìn)入第一介質(zhì)層內(nèi)的難度降低，從而提高氧原子置換氮原子的效率；同時減小浸泡處理的時長，盡量減小浸泡處理造成的不良影響，提高第二介質(zhì)層的性能。
[0031]進(jìn)一步，本發(fā)明實施例中基底包括襯底、位于襯底表面的隧穿介質(zhì)層以及位于隧穿介質(zhì)層表面的浮柵導(dǎo)電層；回刻蝕去除部分厚度的第二介質(zhì)層，使剩余的第二介質(zhì)層頂部低于浮柵導(dǎo)電層頂部表面，暴露出浮柵導(dǎo)電層部分側(cè)壁表面，增加浮柵導(dǎo)電層與控制柵導(dǎo)電層之間的重疊面積，增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的耦合率，優(yōu)化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能和可靠性。
[0032]更進(jìn)一步，由于本發(fā)明實施例采用氧原子置換氮原子后形成的第二介質(zhì)層材料性能較高，第二介質(zhì)層致密性和硬度高，回刻蝕工藝對第二介質(zhì)層各區(qū)域刻蝕速率趨于一致，因此當(dāng)回刻蝕工藝完成后，剩余的第二介質(zhì)層表面平坦度較高，使得在所述第二介質(zhì)層表面形成的柵間介質(zhì)層的厚度均勻性高，提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能和可靠性。
【附圖說明】
[0033]圖1為一實施例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法的流程示意圖；
[0034]圖2至圖12為本發(fā)明另一實施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0035]由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能和可靠性有待提高。
[0036]針對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法進(jìn)行研究，請參考圖1，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法包括以下步驟:步驟S1、提供襯底，依次在所述襯底表面形成隧穿介質(zhì)層、位于隧穿介質(zhì)層表面的浮柵導(dǎo)電層；步驟S2、刻蝕所述浮柵導(dǎo)電層、隧穿介質(zhì)層以及部分厚度的襯底，形成溝槽；步驟S3、形成填充滿所述溝槽的介質(zhì)層，且所述介質(zhì)層表面高于浮柵導(dǎo)電層表面；步驟S4、回刻蝕去除部分厚度的介質(zhì)層，暴露出浮柵導(dǎo)電層側(cè)壁表面；步驟S5、在所述剩余的介質(zhì)層表面、浮柵導(dǎo)電層側(cè)壁表面以及頂部表面形成柵間介質(zhì)層；步驟S6、在所述柵間介質(zhì)層表面形成控制柵導(dǎo)電層。
[0037]隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸的不斷減小，采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能變差、可靠性變低。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在回刻蝕去除部分厚度的介質(zhì)層之后，剩余的介質(zhì)層表面性能差，剩余的介質(zhì)層表面凹凸不平，造成在介質(zhì)層表面形成的柵間介質(zhì)層的厚度不均勻，這是導(dǎo)致半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能差的一個重要原因之一。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，造成回刻蝕后介質(zhì)層表面凹凸不平的原因如下:
[0038]隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸的不斷減小，溝槽的寬度不斷減小，在溝槽內(nèi)填充介質(zhì)層的難度越來越大，為了改善介質(zhì)層的填充間隙(gap-filling)能力，避免在溝槽內(nèi)填充介質(zhì)材料時