專利名稱：垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一種具有垂直結(jié)構(gòu)的氮化物只讀存儲(chǔ)單元(Nitride Read-Only-Memory cell，NROMcell)。
另外，在公知的技術(shù)中，氮化物層所收集的電荷集中于鄰近源極/漏極的區(qū)域內(nèi)，而且收集在氮化物層的電荷會(huì)增加信道區(qū)的啟始電壓(Threshold Voltage)。當(dāng)存儲(chǔ)單元內(nèi)存在有集中電荷時(shí)(例如程序化后的存儲(chǔ)單元)，此存儲(chǔ)單元會(huì)受到啟始電壓升高的影響，而使此存儲(chǔ)單元在進(jìn)行資料讀取時(shí)，因讀取電壓低于啟始電壓而使信道區(qū)成為非傳導(dǎo)區(qū)。反之，當(dāng)在存儲(chǔ)單元內(nèi)沒有集中電荷時(shí)，則會(huì)因讀取電壓會(huì)超過(guò)啟始電壓，而使信道區(qū)成為傳導(dǎo)區(qū)。
公知的氮化物只讀存儲(chǔ)器件使用于只讀存儲(chǔ)器(read onlymemory，ROM)、可編程只讀存儲(chǔ)器(programmable ROM，PROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(Erasable Programmable ROM，EPROM)、可擦除可編程只讀閃存(Flash EPROM)、可電除可編程只讀存儲(chǔ)器(Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM)、或可電除可編程只讀閃存(Flash Electrically Erasable Programmable ROM，F(xiàn)lashEEPROM)的中。由于氮化物只讀存儲(chǔ)器件經(jīng)由信道區(qū)而將熱電子注入并陷于氮化物層中以進(jìn)行存儲(chǔ)單元的程序化，因此在傳統(tǒng)的可程序只讀存儲(chǔ)器器件中，使用氮化物只讀存儲(chǔ)器件時(shí)，消除程序化所使用的時(shí)間會(huì)遠(yuǎn)大于程序化所使用的時(shí)間，進(jìn)而使整體程序化與消除程序化的時(shí)間增加。
另外，在公知的氮化物只讀存儲(chǔ)器件中，由于信道區(qū)位于柵極下方，因此在更快速、更小型化、更密集封包的集成電路設(shè)計(jì)需求下，信道區(qū)的長(zhǎng)度將有隨之逐漸縮短的趨勢(shì)，以使器件的操作速度加快。然而，當(dāng)信道區(qū)的長(zhǎng)度縮短至一定程度之后，則會(huì)產(chǎn)生短信道效應(yīng)(Short Channel Effects)及熱電子效應(yīng)(Hot Electron Effects)，進(jìn)而導(dǎo)致器件的電性失效的結(jié)果。
本發(fā)明提供一種氮化物只讀存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)，其中此氮化物只讀存儲(chǔ)器具有垂直結(jié)構(gòu)，以使信道區(qū)沿著垂直方向分布，以有效地降低器件尺寸。
本發(fā)明提供一種氮化物只讀存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)，其中位線沿著X方向分布，以更進(jìn)一步地縮小器件尺寸。
本發(fā)明提供一種氮化物只讀存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)，以通過(guò)增加信道區(qū)的長(zhǎng)度而使器件的接合電容可以有效地降低的同時(shí)，可同時(shí)提高氮化物只讀存儲(chǔ)器件的性能及降低器件尺寸。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其結(jié)構(gòu)包括具有溝渠的基底、具有覆蓋基底的水平部分以及嵌在溝渠中一端與水平部分鄰接的垂直部分的柵極、位于柵極與基底之間的捕捉層、位于柵極垂直部分的另一端的基底中的第一源極/漏極區(qū)、以及位于溝渠邊緣的基底中而且與柵極的垂直部分及水平部分連接的第二源極/漏極區(qū)。
由上述可知，本發(fā)明的垂直式只讀存儲(chǔ)器件所需的面積遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的水平式只讀存儲(chǔ)器件，因此，可得到具有高密集程度的存儲(chǔ)器件。
由上述可知，本發(fā)明的信道區(qū)沿著垂直方向延伸，因此位線沿著X方向延伸，可更進(jìn)一步縮小氮化物只讀存儲(chǔ)單元的尺寸。
由上述可知，本發(fā)明的信道區(qū)沿著垂直方向延伸，因此信道區(qū)的長(zhǎng)度可隨著溝渠深度的調(diào)整而調(diào)整，進(jìn)而有效地降低接合電容的需求。而且可在降低器件尺寸的同時(shí)，避免短信道效應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而有效地提升器件的穩(wěn)定性。
由上述可知，本發(fā)明在降低接合電容的同時(shí)，可以有效地降低電阻-電容延遲時(shí)間(RC delay time)，因此，可以有效地增加器件的操作速度，進(jìn)而改善器件的性能。
103離子植入104第一源極/漏極區(qū)106第二源極/漏極區(qū)108一般源極/漏極區(qū)110，114二氧化硅層112氮化硅層116柵極導(dǎo)體層接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2所示，進(jìn)行離子植入103，以在溝渠邊緣的基底中形成第一源極/漏極區(qū)104與第二源極/漏極區(qū)106，以及在溝渠102的底部基底中形成一般源極/漏極區(qū)108。源極/漏極區(qū)104、106、108的植入方法例如是使用介于5×1012離子/平方厘米至2×1016離子/平方厘米之間的劑量以及介于5KeV至80KeV之間的能量，進(jìn)行氟化硼、砷或磷離子的植入。另外，在形成源極/漏極區(qū)104、106、108之后，進(jìn)行一熱處理，以在10秒(快速熱反應(yīng)(RTA)，高溫)至60分鐘(低溫)之間，將器件加熱至攝氏800度至攝氏1100度之間，以使所植入的摻質(zhì)活性化。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3至圖5所示，在基底與溝渠之上形成捕捉層。如圖5所示，例如是由二氧化硅層110-氮化硅層112-二氧化硅層114所構(gòu)成的捕捉層，形成于基底100與溝渠102(如

圖1所示)之上。請(qǐng)參照?qǐng)D3所示，在低溫氧化操作之下，在基底100與溝渠102(如圖1所示)之上形成厚度為50埃至150埃之間的底二氧化硅層110，且底二氧化硅層110的較佳厚度為80埃左右。氧化溫度介于攝氏750度至攝氏1000度之間，較佳為攝氏800度左右。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D4所示，使用化學(xué)氣相沉積法，在底二氧化硅層110上覆蓋一層厚度介于20埃至150埃之間的氮化硅層112，氮化硅層112的較佳厚度為100埃左右。另外形成氮化硅層112的方法雖以化學(xué)氣相沉積法為例進(jìn)行說(shuō)明，然而并不是以此為限，也可以改用其它沉積法。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D5所示，利用熱氧化法，在氮化硅層112之上形成一頂二氧化硅層114。形成頂二氧化硅層114的方法，雖然以熱氧化法為例進(jìn)行說(shuō)明，然而并不是以此為限，也可以改用沉積法或結(jié)合法。需要注意的是，利用熱氧化法形成頂二氧化硅層114期間，會(huì)消耗部分氮化硅層112，且氮化硅層112的消耗厚度為頂二氧化硅層114的形成厚度的一半。因此，如果頂二氧化硅層114的預(yù)定形成厚度為100埃時(shí)，則氮化硅層112的厚度至少比最后所需的氮化硅層112的厚度多50埃，以通過(guò)消耗額外的氮化硅而形成頂二氧化硅層114。另外，頂二氧化硅層114的較佳厚度系為50埃至150埃。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D6所示，在基底100之上，覆蓋一層?xùn)艠O導(dǎo)體層116，并填滿溝渠102(如第1圖所示)。柵極導(dǎo)體層116例如是摻雜多晶硅層。柵極導(dǎo)體層116的形成方法例如是利用低壓化學(xué)氣相沉積法(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)，在基底上覆蓋一層未摻雜多晶硅層，再將活性摻質(zhì)植入未摻雜多晶硅層中，以形成摻雜多晶硅層。
由上述垂直式氮化物只讀存儲(chǔ)器晶體管可得知，垂直式只讀存儲(chǔ)器件所需的面積遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的水平式結(jié)構(gòu)晶體管。再由現(xiàn)行的設(shè)計(jì)法則可知，具有較小需求面積的器件將可更進(jìn)一步地提升器件的密集度而得到高密集程度的電路器件。因此，使用本發(fā)明的垂直式氮化物只讀存儲(chǔ)器，可得到高密集程度的存儲(chǔ)器件。
由上述垂直式氮化物只讀存儲(chǔ)器晶體管可得知，由于信道區(qū)沿著垂直方向延伸，因此位線沿著X方向延伸，故可更進(jìn)一步縮小氮化物只讀存儲(chǔ)單元的尺寸。
由上述垂直式氮化物只讀存儲(chǔ)器晶體管可得知，由于信道區(qū)沿著垂直方向延伸，因此信道區(qū)的長(zhǎng)度可隨著溝渠深度的調(diào)整而調(diào)整，進(jìn)而有效地降低接合電容的需求。且可在降低器件尺寸的同時(shí)，避免短信道效應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而有效地提升器件的穩(wěn)定性。
由上述可知，本發(fā)明降低接合電容的同時(shí)，可以有效地降低電阻-電容延遲時(shí)間。因此可以有效地增加器件的操作速度，進(jìn)而改善器件的性能。
雖然在本較佳實(shí)施例中是以氮化物只讀存儲(chǔ)器晶體管進(jìn)行說(shuō)明，然而本發(fā)明并不限定于此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，也可以適用于其它金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開如上，然并非用以來(lái)限定本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。也可以依據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求所界定的精神和范圍作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。所有在本發(fā)明中所使用的實(shí)施例與附圖僅用來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，并不以此為限。
權(quán)利要求
1.一種垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于包括一基底，該基底中有一溝渠；一柵極，該柵極包括一水平部分與一垂直部分，該水平部分覆蓋在基底上，該垂直部分嵌入溝渠中而且一端與該水平部分鄰接；一捕捉層，位于柵極與基底之間；一第一源極/漏極區(qū)，位于該垂直部分另一端的基底中；一第二源極/漏極區(qū)，位于該溝渠邊緣的基底中，且與該垂直部分及該水平部分連接。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于該捕捉層包括一混合介電層，該混合介電層包括氧化硅層-氮化硅層-氧化硅層。
3.如權(quán)利要求2所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于氧化硅層的形成方法包括低溫?zé)嵫趸ā?br> 4.如權(quán)利要求2所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于氧化硅層的厚度介于50埃至150埃之間。
5.如權(quán)利要求2所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于氮化硅層的形成方法包括低壓化學(xué)氣相沉積法。
6.如權(quán)利要求2所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于氮化硅層的厚度介于20埃至150埃之間。
7.如權(quán)利要求1所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于該柵極的材料包括一摻雜多晶硅層，且該摻雜多晶硅層是由一未摻雜多晶硅層同時(shí)摻雜而得。
8.如權(quán)利要求7所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于該摻雜多晶硅層的形成方法包括低壓化學(xué)氣相沉積法。
9.一種金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于包括一基底，該基底中具有一溝渠；一柵極，該柵極包括一水平部分與一垂直部分，其中水平部分覆蓋在基底上，垂直部分嵌入溝渠中而且一端與該水平部分鄰接；一介電層，位于柵極與基底之間；一第一源極/漏極區(qū)，位于垂直部分另一端的基底中；一第二源極/漏極區(qū)，位于溝渠邊緣的基底中，且與該垂直部分及該水平部分連接。
10.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于該介電層包括一混合介電層，該混合介電層包括氧化硅層-氮化硅層-氧化硅層。
11.如權(quán)利要求10所述的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于氧化硅層的形成方法包括低溫?zé)嵫趸ā?br> 12.如權(quán)利要求10所述的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于氧化硅層的厚度介于50埃至150埃之間。
13.如權(quán)利要求10所述的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于氮化硅層的形成方法包括低壓化學(xué)氣相沉積法。
14.如權(quán)利要求10所述的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于氮化硅層的厚度介于20埃至150埃之間。
15.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于該介電層包括氧化硅層。
16.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于該柵極的材料包括一摻雜多晶硅層，該摻雜多晶硅層由一未摻雜多晶硅層同時(shí)摻雜而得。
17.如權(quán)利要求16所述的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于該摻雜多晶硅層的形成方法包括低壓化學(xué)氣相沉積法。
18.一種垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于包括一基底，該基底中具有一溝渠；一柵極，該柵極包括一水平部分與一垂直部分，其中該水平部分覆蓋在基底上，該垂直部分嵌入溝渠中且一端與該水平部分鄰接；一捕捉層，位于柵極與基底之間；一一般源極/漏極區(qū)，位于該垂直部分另一端的基底中；一第一源極/漏極區(qū)，位于溝渠一端邊緣的基底中，且與該垂直部分及該水平部分連接；一第二源極/漏極區(qū)，位于溝渠另一端邊緣的基底中，且與該垂直部分及該水平部分連接。
19.如權(quán)利要求18所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于該捕捉層包括一混合介電層，該混合介電層包括氧化硅層-氮化硅層-氧化硅層。
20.如權(quán)利要求19所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于氧化硅層的形成方法包括低溫?zé)嵫趸ā?br> 21.如權(quán)利要求19所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于氧化硅層的厚度介于50埃至150埃之間。
22.如權(quán)利要求19所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于氮化硅層的形成方法包括低壓化學(xué)氣相沉積法。
23.如權(quán)利要求19所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于氮化硅層的厚度介于20埃至150埃之間。
24.如權(quán)利要求18所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于該柵極的材料包括一摻雜多晶硅層，該摻雜多晶硅層由一未摻雜多晶硅層同時(shí)摻雜而得。
25.如權(quán)利要求24所述的垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其特征在于該摻雜多晶硅層的形成方法包括低壓化學(xué)氣相沉積法。
26.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之一主動(dòng)區(qū)內(nèi)具有一第一傳導(dǎo)形式，該第一傳導(dǎo)形式的一種是基底至少包括一溝渠、嵌于溝渠中且具有一水平部分與一垂直部分的一柵極電極，其中該水平部分覆蓋在基底上，該垂直部分垂直嵌入溝渠中且一端與該水平部分鄰接，至少在該垂直部分附近覆蓋一捕捉層，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的特征在于包括一第一源極/漏極區(qū)，位于該垂直部分另一端的基底中；一第二源極/漏極區(qū)，位于溝渠邊緣的基底中，且與該垂直部分及該水平部分連接。
全文摘要
一種垂直式的氮化物只讀存儲(chǔ)單元，其結(jié)構(gòu)包括具有溝渠的基底、具有覆蓋基底的水平部分以及嵌在溝渠中一端與水平部分鄰接的垂直部分的柵極、位于柵極與基底之間的捕捉層、位于柵極垂直部分的另一端的基底中的第一源極/漏極區(qū)、以及位于溝渠邊緣的基底中且與柵極的垂直部分以及水平部分連接的第二源極/漏極區(qū)。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1407626SQ01131319
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2001年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月6日
發(fā)明者張耀文, 盧道政 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司