[发明专利]非易失性存储器及其制造方法

说明书

本发明涉及集成电路和它们的制造方法。

VLSI非易失性存储器和其它高压集成电路通常应用两层多晶硅，两层多晶硅之间有一种适当的绝缘层以满足在经受高电场时仅有很低漏电流的要求，通常，多晶硅层是大约在620℃温度下用LPCVD法沉积的，而绝缘层可以是在多晶硅1上的热生长的氧化物，或者它也可以是氧化物/氮化物/氧化物的复合薄膜层。

在许多种集成电路结构中，特别是象EPROM和EEPROM这种非易失性存储器中，多晶硅-多晶硅电容器中多晶硅和绝缘层交界面的平滑度是非常关键的，这是因为通常当氧化物生长在多晶硅上时，多晶硅和绝缘层之间的界面是非常粗糙的，正如所熟知的那样，这些凹凸不平将导至电场强度增加，因此，为了防止击穿，绝缘层的厚度必须制造得远大于界面是完全平滑时所需的厚度，现有技术的研究曾试图介决这个问题，即提供一平滑的多晶硅一绝缘层界面，但尚未取得显著的成功。据申请人所知的现有技术中最重要的参考文献汇总如下以供参考：

1.L.Faraone，An    Improved    Fabrication    Process    forMulti-level    Polysilion    Strceture.RCA    Laboratories（没有指出日期-显然这是在内部流通而未曾出版的）。

2.Harbek等人，LPCVD    Polycrystalline    Silceon：Growth    and    Physical    Properties    of    In-Situ    Phosphorus    Doped    and    undoped    Films，44RCA    Review    287（June/1983）。

3.Chias等人，Developments    in    Thin    Polyoxides    for    Non    Volatile    Memories    Semiconductor    International./April    1985.P156-159。

4.Faraone等人，Characteriyation    of    Thermally/Otidized    n-Paly-crystalline    Sillcon.32    IEEE/Transaction    on    Electron    Devicas-（March    1985）。

在IEEE会刊电子器件分册（IEEE    Transactions    /On    Electron    Device）上刊载的Faraone的一篇论文似乎是现有技术中最有用的论述，这篇论文包含有改善界面平滑度的重要建议，即下部的多晶硅层应该是无定形层面不是多晶硅层，正如现有技术所熟知的那样，那就是把沉积的温度，（例如）从625℃降低到562℃，这样的沉积层就不再是多晶硅而事实上是无定形的，这种无定形层和多晶体层相比表面要平滑得多，这是因为在多晶硅层中，晶粒边界和晶粒定向差别倾向于产生某些表面的粗糙度。

但是，本发明的非常关键的论述是在非晶形第一硅层被沉积以后，它不应该氧化，而是应该沉积一层绝缘层，而这一点是已发表的现有技术都没有包括的。这样做的理由是氧化过程使表面质量降低，其理由不仅仅在热的方面，氧化过程似乎包括氧沿着晶粒边界扩散的增加，而这晶粒边界扩散本身将产生粗糙度，因此，高质量绝缘层的化学汽相沉积将在比低温氧化步骤温度稍低的温度下进行，但生成的界面平滑度得到极大的改善，因为氧沿着晶粒边界传送的效应基本上被避免了。因此，本发明与任何现有技术方法相比能提供一种非常平滑的界面，

并且，应该指出的是在现有技术平滑界面的讨论中没有象本发明那样提出完整的可制造的方法，现有技术工艺似乎需要非常精确的温度控制来控制低温氧化步骤中所用的温度，这样精确的控制降低了生产能力。因此，本发明的另一个优点的改善了生产能力。

并且，本发明还进一步提出硅层不应采用扩散掺杂（例如，应用POCl₃）而应该采用注入掺杂，注入掺杂方法使沉积的硅层进一步无定形化，因此，在较高温度绝缘层沉积步骤以后，还能有助于使这一层保持较小的晶粒尺寸。