專利名稱：氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種口袋型摻雜區(qū)(pocket doping region)的形成方法，且特別是有關(guān)于一種利用熱擴(kuò)散法形成口袋型摻雜區(qū)的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法。
公知的浮置柵大多由多晶硅所構(gòu)成，在半導(dǎo)體元件集成度提高的同時(shí)，會(huì)伴隨著發(fā)生漏電的問(wèn)題，因此，公知的解決方法是利用氧化硅-氮化硅-氧化硅所形成的捕捉層(Trapping Layer)結(jié)構(gòu)取代浮置柵，以利用熱載體注入的方式，使載體儲(chǔ)存在絕緣的氮化硅中，達(dá)到資料儲(chǔ)存的目的。以氧化硅-氮化硅-氧化硅作為捕捉層的存儲(chǔ)元件，依照其操作的方式可以稱為氮化硅只讀存儲(chǔ)器(Nitride Read Only Memory，NROM)、ONO EEPROM或稱為SONOS元件。
公知氮化硅只讀存儲(chǔ)器元件包括一基底，在此基底上具有氧化硅/氮化硅/氧化硅結(jié)構(gòu)(ONO)，其組成依序?yàn)橄卵趸瘜?、氮化硅層與上氧化硅介電層。在氧化硅/氮化硅/氧化硅結(jié)構(gòu)上方形成柵極導(dǎo)體層。在氧化硅/氮化硅/氧化硅結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底中具有源極/汲極區(qū)。在氧化硅/氮化硅/氧化硅結(jié)構(gòu)下方且位于源極/汲極區(qū)之間具有一信道區(qū)。此外，在氧化硅/氮化硅/氧化硅層結(jié)構(gòu)兩側(cè)下方與源極/汲極區(qū)相鄰處還包括有口袋摻雜區(qū)。
公知制備口袋型摻雜區(qū)的方法，是利用傾斜角離子植入的方法，將雜質(zhì)植入于信道區(qū)邊緣與預(yù)定形成的源極/汲極延伸區(qū)的鄰接處，即利用傾斜角離子植入的方式，將摻雜形成于預(yù)定的區(qū)域。然后，再進(jìn)行熱工藝，使所植入的摻質(zhì)均勻分散形成口袋摻雜區(qū)。
由于口袋摻雜區(qū)是利用傾斜角離子植入的方法進(jìn)行雜質(zhì)的植入，因此，在植入的過(guò)程中，植入摻質(zhì)的區(qū)域形狀無(wú)法有效地控制，且在熱處理工藝之后，口袋摻雜區(qū)會(huì)擴(kuò)張而形成較大的區(qū)域，導(dǎo)致位于氧化硅-氮化硅-氧化硅結(jié)構(gòu)下的信道區(qū)的長(zhǎng)度縮短。
當(dāng)整體工藝朝向高集成度發(fā)展時(shí)，由于公知的傾斜角植入所形成的口袋型摻雜區(qū)無(wú)法隨之縮小，導(dǎo)致在減少柵極線寬時(shí)，位于柵極下方的信道區(qū)會(huì)有更明顯的縮短現(xiàn)象，甚至使分別鄰近源極、汲極的口袋摻雜區(qū)相接觸，而造成臨限電壓(Threshold Voltage)上升的現(xiàn)象，即產(chǎn)生逆短信道效應(yīng)(Reverse Short Channel Effect，RSCE)影響元件的導(dǎo)電性與效率(Performance)。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明由先將口袋型植入的摻質(zhì)垂直植入預(yù)定源極/汲極區(qū)之中，再在利用熱工藝形成埋入式源極/汲極的同時(shí)，使口袋型植入的摻質(zhì)熱擴(kuò)散至氧化硅-氮化硅-氧化硅結(jié)構(gòu)底部的基底信道中，形成口袋型摻雜區(qū)。由于本發(fā)明的方法可以由熱擴(kuò)散速率控制口袋摻雜區(qū)的大小以及輪廓，因而可避免逆短信道現(xiàn)象、防止元件損壞并且提高產(chǎn)品的合格率。
本發(fā)明提出一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，是在基底上依序形成一捕捉層。接著，在基底上形成已圖案化的光阻層，其中前述光阻層所覆蓋的捕捉層下方的基底區(qū)域定義為信道區(qū)，裸露的捕捉層下方的基底區(qū)域定義為源極/汲極區(qū)。接著，以前述光阻層為罩幕，進(jìn)行口袋離子植入步驟，將第一型摻質(zhì)植入基底的源極/汲極區(qū)中，再以此光阻層為罩幕，移除部分捕捉層以使捕捉層圖案化、最后以此光阻層為罩幕，進(jìn)行源極/汲極離子植入步驟，將第二型摻質(zhì)植入基底的源極/汲極區(qū)中，然后，去除光阻層。接著，以捕捉層為罩幕進(jìn)行熱工藝，以使源極/汲極區(qū)的基底表面形成埋入式源極/汲極氧化層，同時(shí)使第二型摻質(zhì)在埋入式源極/汲極氧化層下方形成埋入式源極/汲極，第一型摻質(zhì)因熱擴(kuò)散而在埋入式源極/汲極周緣的信道區(qū)邊緣形成口袋型摻雜區(qū)，最后，在基底上形成導(dǎo)體柵極。
本發(fā)明將口袋型摻雜區(qū)的摻質(zhì)先植入于源極/汲極區(qū)，再利用熱擴(kuò)散的方式形成口袋型摻雜區(qū)。此方法可以有效地控制口袋型摻雜區(qū)的形狀，以避免公知的傾斜角離子植入所造成的不規(guī)則形狀，且由于可以有效地控制口袋行摻雜區(qū)的寬度，因此可避免信道區(qū)縮短現(xiàn)象，進(jìn)而提高元件的崩潰電壓。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下
圖6為本發(fā)明實(shí)施例的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的汲極電壓與臨限電壓差的關(guān)系圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明100基底102氧化層104氮化物層106介電層108光阻層110捕捉層112第一型摻質(zhì)114第二型摻質(zhì)116埋入式源極/汲極氧化層118埋入式源極/汲極120口袋型摻雜區(qū)122導(dǎo)體柵極150信道區(qū)160源極/汲極區(qū)具體實(shí)施方式


圖1至圖5為本發(fā)明實(shí)施例的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，在基底100上依序形成氧化層102、氮化物層104、介電層106，其中氧化層102、氮化物層104與介電層106合稱為捕捉層110。氧化層102例如為二氧化硅層，氮化物層104例如為氮化硅層，以及介電層106例如為二氧化硅層。氧化層102的形成方法例如為熱氧化法，介電層106的形成方法例如為熱氧化法，氮化物層104的形成方法例如化學(xué)氣相沉積法。
接著，在基底100上形成已圖案化的光阻層108，光阻層108所覆蓋的捕捉層110下方的基底100區(qū)域定義為信道區(qū)150，裸露的捕捉層110下方的部分基底100區(qū)域定義為源極/汲極區(qū)160，其中光阻層108包括正光阻層與負(fù)光阻層兩者之一。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2，利用光阻層108為罩幕，進(jìn)行口袋離子植入步驟，將第一型摻質(zhì)112植入基底100的源極/汲極區(qū)160中。其中第一摻質(zhì)112例如是P型摻質(zhì)，P型摻質(zhì)包括硼離子或BF2。當(dāng)口袋離子植入步驟所植入的P型摻質(zhì)為硼離子時(shí)，其植入的劑量例如是5.0×1012/cm2～1.0×1013/cm2左右；植入的能量例如為40KeV～60KeV左右。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3，利用光阻層108為罩幕，進(jìn)行蝕刻步驟，移除部分捕捉層110，暴露出基底100，以使捕捉層110圖案化。其中移除部分捕捉層110的方法例如為干蝕刻法。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D4，利用光阻層108為罩幕，進(jìn)行源極/汲極離子植入步驟，將第二型摻質(zhì)114植入基底100的源極/汲極區(qū)160中。其中第二型摻114質(zhì)例如是N型摻質(zhì)，N型摻質(zhì)選自砷離子與磷離子所組成的族群之一。當(dāng)源極/汲極離子植入步驟所植入的N型摻質(zhì)為砷離子時(shí)，其劑量例如是2.0×1015/cm2～4.0×1015/cm2左右；能量例如是40KeV～60KeV左右。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D5，去除光阻層108，暴露出捕捉層110，其中去除光阻層108的方法例如為濕式剝除法或干式剝除法。
接著，利用捕捉層110作為罩幕，進(jìn)行熱工藝，以使源極/汲極區(qū)160的基底100表面形成埋入式源極/汲極氧化層116，同時(shí)使第二型摻質(zhì)114經(jīng)由熱擴(kuò)散的方式，而在埋入式源極/汲極氧化層116下方形成埋入式源極/汲極118，第一型摻質(zhì)則因熱擴(kuò)散而在埋入式源極/汲極118周緣的信道區(qū)150邊緣形成口袋型摻雜區(qū)120。其中熱工藝?yán)缡窃跀z氏750～900度左右施行。
由于第一型摻質(zhì)112的質(zhì)量小于第二型摻質(zhì)114的質(zhì)量，因此，第一型摻質(zhì)112的擴(kuò)散速率高于第二型摻質(zhì)114的擴(kuò)散速率，故在熱擴(kuò)散的過(guò)程中，第一型摻質(zhì)會(huì)由第一型摻質(zhì)摻雜區(qū)擴(kuò)散至捕捉層110下的基底100信道中，而在埋入式源極/汲極118周緣的信道區(qū)150邊緣形成口袋型摻雜區(qū)120。
接著，在基底100上形成一層導(dǎo)體層，再利用微影蝕刻的方式，圖案化此導(dǎo)體層而形成導(dǎo)體柵極122。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D6，為本發(fā)明的利用熱擴(kuò)散所形成的口袋摻雜區(qū)與傳統(tǒng)利用直接以傾斜角離子植入的方式形成的口袋摻雜區(qū)進(jìn)行比較，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明的口袋摻雜區(qū)在相同的汲極電壓下將載體注入捕捉層時(shí)的臨限電壓比傳統(tǒng)的口袋摻雜區(qū)的臨限電壓低。這是因?yàn)楸景l(fā)明的口袋摻雜區(qū)的大小及輪廓可以有效地控制，以維持一定的信道長(zhǎng)度，因此不會(huì)發(fā)生逆短信道效應(yīng)而有較穩(wěn)定的臨限電壓。
本發(fā)明是利用熱擴(kuò)散的方式形成口袋型摻雜區(qū)，因此可以有效地控制口袋型摻雜區(qū)的形狀，如此可避免公知的斜角植入所造成的不規(guī)則形狀，且由于可以有效地控制口袋行摻雜區(qū)的寬度，因此可避免信道區(qū)縮短現(xiàn)象，進(jìn)而提高元件的崩潰電壓。
雖然本發(fā)明已以一NROM作為實(shí)施例說(shuō)明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于一般的存儲(chǔ)元件或是一般的半導(dǎo)體元件中，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為該方法包括提供一基底；在該基底上形成一捕捉層，該捕捉層由一氧化層、位于該氧化層上的一氮化物層及位于該氮化物層上的一介電層所構(gòu)成；在該基底上形成已圖案化的一光阻層，其中該光阻層所覆蓋的該捕捉層下方的部分該基底區(qū)域定義為一信道區(qū)，裸露的該捕捉層下方的部分該基底區(qū)域定義為一源極/汲極區(qū)；以該光阻層為罩幕，進(jìn)行一口袋離子植入步驟，將一第一型摻質(zhì)植入該基底的該源極/汲極區(qū)中；以該光阻層為罩幕，移除部分該捕捉層，以使該捕捉層圖案化；以該光阻層為罩幕，進(jìn)行一源極/汲極離子植入步驟，將一第二型摻質(zhì)植入該基底中的該源極/汲極區(qū)中；去除該光阻層；以該捕捉層為罩幕，進(jìn)行一熱工藝，以使該源極/汲極區(qū)的該基底表面形成一埋入式源極/汲極氧化層，同時(shí)使該第二型摻質(zhì)在該埋入式源極/汲極氧化層下方形成一埋入式源極/汲極，該第一型摻質(zhì)因熱擴(kuò)散而在該埋入式源極/汲極周緣的該信道區(qū)邊緣形成一口袋型摻雜區(qū)；以及在該基底上形成一導(dǎo)體柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為該第一型摻質(zhì)為P型，該第二型摻質(zhì)為N型。
3.如權(quán)利要求2所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為該第一型摻質(zhì)選自于硼離子或BF2之一。
4.如權(quán)利要求2所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為該口袋離子植入步驟的該第一型摻質(zhì)為硼離子，且其劑量為5.0×1012/cm2～1.0×1013/cm2左右，能量為40KeV～60KeV左右。
5.如權(quán)利要求2所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為該第二型摻質(zhì)選自于砷離子與磷離子所組成的族群之一。
6.如權(quán)利要求2所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為該源極/汲極離子植入步驟的該第二型摻質(zhì)為砷離子，且其劑量為2.0×1015/cm2～4.0×1015/cm2左右，能量為40KeV～60KeV左右。
7.如權(quán)利要求1所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為該熱工藝在攝氏750度～900度之間施行。
8.一種存儲(chǔ)元件的口袋型摻雜區(qū)的形成方法，其特征為包括提供一基底，該基底包括一信道區(qū)與一源極/汲極區(qū)；進(jìn)行一口袋離子植入步驟，將一摻質(zhì)植入該基底的該源極/汲極區(qū)中；以及進(jìn)行一熱工藝，使該摻質(zhì)擴(kuò)散，而在該源極/汲極區(qū)周緣的該信道區(qū)邊緣形成該口袋型摻雜區(qū)。
9.如權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)元件的口袋型摻雜區(qū)的形成方法，其特征為該摻質(zhì)的摻雜型態(tài)為P型，選自于硼離子或BF2之一。
10.如權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)元件的口袋型摻雜區(qū)的形成方法，其特征為該熱工藝在攝氏750度～900度之間施行。
11.如權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)元件的口袋型摻雜區(qū)的形成方法，其特征為在進(jìn)行該口袋離子植入步驟前，還包括在該基底的信道區(qū)上覆蓋一罩幕層，且在進(jìn)行該熱工藝步驟前，還包括去除該罩幕層的步驟。
12.一種半導(dǎo)體元件的口袋型摻雜區(qū)的形成方法，其特征為該方法包括提供一基底，該基底包括一信道區(qū)與一源極/汲極區(qū)；進(jìn)行一口袋離子植入步驟，將一摻質(zhì)植入該基底的該源極/汲極區(qū)之中；以及進(jìn)行一熱工藝，使該摻質(zhì)擴(kuò)散，而在該源極/汲極區(qū)周緣的該信道區(qū)邊緣形成該口袋型摻雜區(qū)。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的口袋型摻雜區(qū)的形成方法，其特征為該摻質(zhì)的摻雜型態(tài)為P型，選自于硼離子或BF2之一。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的口袋型摻雜區(qū)的形成方法，其特征為該熱工藝在攝氏750度～900度之間施行。
15.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的口袋型摻雜區(qū)的形成方法，其特征為在進(jìn)行該口袋離子植入步驟前，還包括在該基底的信道區(qū)上覆蓋一罩幕層，且在進(jìn)行該熱工藝步驟前，還包括去除該罩幕層的步驟。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法。是在基底上依序形成一捕捉層，接著，在基底上形成已圖案化的光阻層，以光阻層為罩幕，進(jìn)行口袋離子植入步驟，將第一型摻質(zhì)植入基底的源極/汲極區(qū)中，再移除部分捕捉層以使捕捉層圖案化，最后進(jìn)行源極/汲極離子植入步驟，將第二型摻質(zhì)植入基底的源極/汲極區(qū)中，然后，去除光阻層。接著，以捕捉層為罩幕，進(jìn)行熱工藝，以使源極/汲極區(qū)的基底表面形成埋入式源極/汲極氧化層，同時(shí)使第二型摻質(zhì)在埋入式源極/汲極氧化層下方形成埋入式源極/汲極，第一型摻質(zhì)因熱擴(kuò)散而在埋入式源極/汲極周緣的信道區(qū)邊緣形成口袋型摻雜區(qū)，最后，在基底上形成導(dǎo)體柵極。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1396652SQ0112041
公開(kāi)日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月12日
發(fā)明者宋建龍, 陳家興, 劉振欽 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司