[發明專利]TFT快閃存儲單元的原子層沉積外延硅生長

有效

• 申請號: 200810040288.X
• 申請日: 2008-07-02
• 公開（公告）號: CN101620991A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 三重野文健
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L21/70
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉繼富;顧晉偉

背景技術

本發明涉及集成電路以及制造半導體器件的方法。更具體地，本發明提供制造具有存儲單元的半導體器件的方法。僅僅作為舉例，本發明已經應用于通過原子層沉積(ALD)外延的逐層硅生長，以制造薄膜晶體管(TFT)存儲單元結構的器件。但是應認識到本發明具有更寬廣的應用范圍。例如，本發明可以應用于制造絕緣體上硅(SOI)層、硅溝道層和各種器件的薄的硅電荷捕獲層，所述各種器件包括動態隨機存取存儲器件、靜態隨機存取存儲器件、快閃存儲器件、三維存儲陣列等。

集成電路或″IC″已經從在硅單片上制造的少量互連器件發展到幾百萬個器件。目前的IC提供遠遠超過原來設想的性能和復雜性。為了實現在復雜性和電路密度(即，能封裝到給定芯片面積上的器件數目)方面的改進，最小器件特征的尺寸(亦稱器件幾何尺寸)已經隨每代IC變得越來越小。現在制造的半導體器件具有寬度小于1/4微米的特征。

增加電路密度不僅提高IC的復雜性和性能，而且為消費者提供更低成本的部件。IC制造廠可花費數億甚至數十億美元。每個制造廠具有一定的晶片生產能力，而每個晶片在其上具有一定數目的IC。因此，通過使IC的單個器件越小，在每個晶片上可以制造的器件就越多，從而增加制造廠的產量。使器件更小非常具有挑戰性，這是因為IC制造中使用的每項工藝都具有限制。亦即，給定工藝通常僅能處理小至一定的特征尺寸，然后需要改變工藝或器件布圖。

在過去，減小儲存裝置已經為挑戰性任務。舉例來說，對于非易失性存儲器件，由于不能在減小存儲單元尺寸的同時而不降低每單位面積的存儲量，因而阻礙了高密度存儲器的發展。過去，已經開發了各種常規方法用于具有減小尺寸的存儲單元結構。不幸地，這些常規方法往往存在不足。

從上可知，需要改善的處理半導體器件的技術，特別是包括三維的(3D)存儲單元結構的那些技術。

發明內容

本發明涉及集成電路以及制造半導體器件的方法。更具體地，本發明提供制造具有存儲單元的半導體器件的方法。僅僅作為舉例，本發明已經應用于通過原子層沉積(ALD)外延的逐層硅生長，以制造薄膜晶體管(TFT)存儲單元結構的器件。但是應認識到本發明具有更寬廣的應用范圍。例如，本發明可以應用于制造絕緣體上硅(SOI)層、硅溝道層和各種器件薄的硅電荷捕獲層，所述各種器件包括動態隨機存取存儲器件、靜態隨機存取存儲器件、快閃存儲器件、三維存儲陣列等。

在一個具體的實施方案中，本發明提供一種逐層生長硅的方法。所述方法包括提供含有氧封端硅表面的襯底。另外，所述方法包括在所述氧封端的硅表面上形成第一氫封端的硅表面。第一氫封端的硅表面與每個表面硅原子的單個Si-H鍵相連。此外，所述方法包括通過斷裂所述Si-H鍵、通過由Ar流輔助SiH4熱裂解自由基的原子層沉積(ALD)以及連續閃光燈退火(flash?lamp?annealing)來加入硅原子層，從而在第一氫封端的硅表面上形成第二氫封端的硅表面。第二氫封端的硅表面與每個表面硅原子的兩個Si-H鍵相連，并能夠通過Ar流輔助SiH4熱裂解自由基和連續閃光燈退火加入另一層。

在另一個具體的實施方案中，本發明提供一種制造薄膜晶體管存儲單元的方法。該方法包括提供襯底、在襯底上形成第一絕緣層以及在所述第一絕緣層上形成一個或多個源極或漏極區。所述一個或多個源極或漏極區的每一個與第一表面相連，并包括N+多晶硅層，勢壘層和導電層。所述N+多晶硅層在所述勢壘層上，所述勢壘層覆蓋所述導電層。第一表面由N+多晶硅構成。另外，該方法包括在第一絕緣層上形成第二絕緣層。第二絕緣層與基本上和第一表面共面的第二表面相連。該方法還包括形成覆蓋第一表面和第二表面的第一外延硅層。此外，所述方法包括形成夾在第一外延硅層上的下部二氧化硅隧道層和上部二氧化硅阻擋層之間的第二外延硅層。第二外延硅層能夠形成浮置柵極。此外，該方法還包括在上部二氧化硅阻擋層上形成P+多晶硅層，并通過圖案化該P+多晶硅層形成至少一個控制柵極。

在又一個具體的實施方案中，N+外延硅源極區、P-外延硅溝道層和N+外延硅漏極區的組合能夠形成位于由薄的未摻雜外延硅層制成的電荷存儲浮置柵極下的薄膜晶體管(TFT)。該TFT可作為該存儲單元的存取器件。在一個實施方案中，通過該方法制造的具有這種TFT存儲單元結構的器件可以重復地三維(3D)集成。此外，在另一個實施方案中，整個存儲單元結構可以采用交叉點(cross-point)存儲結構來實施，其中在外延硅浮置柵極層之內的各個存儲元件可以夾在正交的字線和位線陣列之間。