專利名稱：防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器組件的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種非揮發(fā)性內(nèi)存(Non-Volatile Memory)組件的結(jié)構(gòu)，且特別是有關(guān)于一種防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器(Silicon Nitride Read Only Memory，NROM)組件的結(jié)構(gòu)。
典型的閃存是以摻雜的多晶硅制作浮置柵極(Floating Gate)與控制柵極(Control Gate)。當(dāng)內(nèi)存進(jìn)行編程(Program)時，適當(dāng)?shù)木幊屉妷悍謩e加到源極區(qū)、漏極區(qū)與控制柵極上，電子將由源極區(qū)經(jīng)由信道(Channel)流向漏極區(qū)。在此過程中，將有部分的電子會穿過多晶硅浮置柵極層下方的穿隧氧化層(Tunneling Oxide)，而進(jìn)入多晶硅浮置柵極層中，并且會均勻分布于整個多晶硅浮置柵極層中，此種電子穿越穿隧氧化層進(jìn)入多晶硅浮置柵極層的現(xiàn)象，稱為穿隧效應(yīng)(TunnelingEffect)。閃存一般的操作機(jī)制是以信道熱電子(Channel Hot-ElectronInjection)進(jìn)行編程，并且利用Fowler-Nordheim穿隧(F-N Tunneling)進(jìn)行擦除。但是，若多晶硅浮置柵極層下方的穿隧氧化層有缺陷(Defect)存在，則容易造成組件的漏電流，影響組件的可靠度。
為了解決閃存組件漏電流的問題，目前公知的一種方法是利用一電荷陷入層取代多晶硅浮置柵極，電荷陷入層的材質(zhì)例如是氮化硅。而形成一種由氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層所構(gòu)成的堆棧式(Stacked)柵極結(jié)構(gòu)的EEPROM。因為電荷陷入層的材質(zhì)為氮化硅而作為只讀存儲器的浮置柵極，所以此種EEPROM也稱為氮化硅只讀存儲器(NROM)。因為，氮化硅層具有抓住電荷的效果，所以射入氮化硅層中的電子并不會均勻分布于整個氮化硅層中，而是以高斯分布的方式集中于氮化硅層的局部區(qū)域上。由于射入于氮化硅層的電子僅集中于局部的區(qū)域，因此，對于穿隧氧化層其缺陷的敏感度較小，組件漏電流的現(xiàn)象較不易發(fā)生。
此外，以氮化硅層取代多晶硅浮置柵極的另一項優(yōu)點是，在組件編程時，電子僅會在接近源極或漏極上方的信道局部性地儲存。因此，在進(jìn)行編程時，可以分別對堆棧式柵極一端的源極區(qū)與控制柵極施加電壓，而在接近于堆棧式柵極另一端的漏極區(qū)的氮化硅層中產(chǎn)生高斯分布的電子，并且也可以分別對堆棧式柵極一端的漏極區(qū)與控制柵極施加電壓，而在接近于堆棧式柵極另一端的源極區(qū)的氮化硅層中產(chǎn)生高斯分布的電子。故而，通過改變控制柵極與其兩側(cè)的源極/漏極區(qū)所施加電壓，可以在單一的氮化硅層中存在兩群具有高斯分布的電子、單一群具有高斯分布的電子或是不存在電子。因此，此種以氮化硅材質(zhì)取代浮置柵極的閃存，可以在單一的存儲單元中寫入四種狀態(tài)，為一種單一存儲單元二位(1cell 2bit)的閃存。
然而，在一般的氮化硅只讀存儲器的制造過程中，由于工藝環(huán)境的影響，例如使用等離子體(Plasma)等將會使得電荷沿著金屬移動，發(fā)生所謂的天線效應(yīng)(Antenna Effect)，瞬間的電荷不平衡，將使部分電荷陷入氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層中，造成只讀存儲器組件形成不均勻的編程(Program)現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致啟始電壓的分布(0.3伏特至0.9伏特)過大的問題。
為了解決上述問題，公知的一種解決天線效應(yīng)所造成只讀存儲器組件編程問題的方法，是在基底中形成與字符線電性相連的二極管。當(dāng)瞬間的電荷達(dá)到一定值，則通過電崩潰的方式將電荷釋放。然而當(dāng)電壓小于二極管的崩潰電壓時，電荷仍然可能會陷入氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層的氮化硅層中，而造成組件被編程的問題。而且采用此種方式，會降低輸入的電壓，而影響寫入的速度。
本發(fā)明提供一種防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)由一字符線、一電荷捕捉層以及一金屬保護(hù)線所組成。其中字符線覆蓋于基底上，且字符線是由一硅化金屬層與一多晶硅層組成。電荷捕捉層位于字符線與基底之間，且電荷捕捉層為一氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層結(jié)構(gòu)中的氮化硅層。金屬保護(hù)線覆蓋于基底之上，連接字符線以及位于基底中的一接地?fù)诫s區(qū)，且金屬保護(hù)線的阻值高于字符線。
本發(fā)明通過形成金屬保護(hù)線，使得在含有等離子體的后續(xù)工藝過程中所產(chǎn)生的電荷可以經(jīng)由金屬保護(hù)線與接觸窗導(dǎo)入基底的接地?fù)诫s區(qū)中，因此瞬間不平衡的電荷可以由基底流走，以避免電荷陷入氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層中所造成的問題。
而且，因為金屬保護(hù)線的電阻值較字符線高，當(dāng)工藝過程結(jié)束(Fab-Out)后，可以使用高電流將金屬保護(hù)線燒斷。所以具有本發(fā)明金屬層保護(hù)線的氮化硅只讀存儲器組件在操作時，并不會降低輸入的電壓而使得寫入的速度變慢。
因此，本發(fā)明可以使工藝過程中所產(chǎn)生的電荷可以導(dǎo)入基底中，以防止對非揮發(fā)性只讀存儲器的氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層造成損傷或編程的現(xiàn)象。且當(dāng)工藝過程結(jié)束(Fab-Out)之后，可以使用高電流將金屬保護(hù)線燒斷，使只讀存儲器組件可以正常操作。
圖2A至圖2C為

圖1A至圖1C的I-I’線切面的制造流程剖面圖。
100基底102隔離區(qū)104氮化硅只讀存儲器存儲單元
106復(fù)合層108柵極導(dǎo)體層110穿隧氧化層112氮化硅層114氧化硅介電層116多晶硅層118金屬硅化物層120接地?fù)诫s區(qū)122介電層124、126、128開口130、132、134接觸窗136金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)138金屬保護(hù)線首先，請參照圖1A與圖2A，提供一基底100，例如為硅基底，在此基底100中形成隔離區(qū)102。隔離區(qū)102的形成方法例如是局部區(qū)域熱氧化法(Local Oxidation，LOCOS)或淺溝渠隔離法(ShallowTrench Isolation，STI)。
然后，于基底100上形成氮化硅只讀存儲器存儲單元104，此氮化硅只讀存儲器存儲單元104包括一層復(fù)合層106以及位于復(fù)合層106上的一柵極導(dǎo)體層108。復(fù)合層106具有由穿隧氧化層110、氮化硅層112與氧化硅介電層114所組成的氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)結(jié)構(gòu)。其中氮化硅層112作為氮化硅只讀存儲器的電荷捕捉層。形成復(fù)合層106的方法例如是化學(xué)氣相沉積法(Chemical VaporDeposition，CVD)。柵極導(dǎo)體層108是作為氮化硅只讀存儲器的字符線。此柵極導(dǎo)體層108的材質(zhì)例如是多晶硅化金屬層。形成柵極導(dǎo)體層108的步驟包括先形成一層經(jīng)摻雜的多晶硅層116后，再于此多晶硅層116上形成一層金屬硅化物層118。而金屬硅化物層118的材質(zhì)包括硅化鎢等。其中，形成摻雜多晶硅層116的方法例如是以臨場(in-situ)摻雜離子的方式，利用化學(xué)氣相沉積法形成。形成金屬硅化物層118的方法例如是以六氟化鎢以及硅烷為反應(yīng)氣體源，利用低壓化學(xué)氣相沉積法形成。
接著，于基底100中形成一接地?fù)诫s區(qū)120。形成接地?fù)诫s區(qū)120的方法例如是先于基底100上形成一圖案化光阻層(未標(biāo)出)，然后進(jìn)行一離子植入工藝過程，于圖案化光阻層所裸露的基底100中植入摻質(zhì)，再移除圖案化光阻層，而形成接地?fù)诫s區(qū)120。
接著，請參照圖1B與圖2B，于基底100上形成一層介電層122，此介電層122的材質(zhì)包括氧化硅、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃，形成介電層122的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
之后，使用微影蝕刻技術(shù)于介電層122中形成開口124、126、128。其中開口124暴露部分接地?fù)诫s區(qū)120的表面。開口126、128暴露部分金屬硅化物層118的表面。
然后，于介電層122上形成一層導(dǎo)體層(未標(biāo)出)，導(dǎo)體層填滿開口124、126、128，而形成接觸窗130、132、134。導(dǎo)體層的材質(zhì)例如是阻值高于金屬硅化物層的材質(zhì)。形成導(dǎo)體層的方法包括物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法。形成導(dǎo)體層后，通常會進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝過程(Chemical Mechanical Polishing，CMP)使其平坦化。
之后，使用微影蝕刻技術(shù)圖案化導(dǎo)體層，以形成金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)136以及金屬保護(hù)線138。其中金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)136通過接觸窗134與柵極導(dǎo)體層108(字符線)電性接觸。而金屬保護(hù)線138則通過接觸窗132與柵極導(dǎo)體層108(字符線)電性接觸，同時金屬保護(hù)線138也通過接觸窗130與接地?fù)诫s區(qū)120電性接觸。
接著，請參照圖1C與圖2C，減薄金屬保護(hù)線138的厚度，使得金屬保護(hù)線138能夠在氮化硅只讀存儲器存儲單元的工藝過程結(jié)束后，經(jīng)由一高電流就可以輕易的燒斷。減薄金屬保護(hù)線138的厚度的步驟例如是先于基底100上形成一層圖案化光阻層(未標(biāo)出)，此圖案化的光阻層覆蓋住金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)并暴露金屬保護(hù)線138。然后進(jìn)行蝕刻工藝過程，移除部分金屬保護(hù)線138，使金屬保護(hù)線138的厚度變薄。由于金屬保護(hù)線138的厚度變薄了，使得金屬保護(hù)線138的電阻值增加，因此在所有工藝過程結(jié)束后可以使用高電流將金屬保護(hù)線138燒斷。
依上述的制造方法，可形成本發(fā)明所提供的防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器組件的結(jié)構(gòu)。請參照圖1C與圖2C，詳細(xì)說明本發(fā)明所公開的防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器組件的結(jié)構(gòu)，其包括基底100、隔離區(qū)102、復(fù)合層106(電荷捕捉層)、柵極導(dǎo)體層108(字符線)、接地?fù)诫s區(qū)120、介電層122、接觸窗130、接觸窗132、接觸窗134、金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)136以及金屬保護(hù)線138。其中柵極導(dǎo)體層108(字符線)覆蓋于基底100上，且柵極導(dǎo)體層108是由多晶硅層116與金屬硅化物層118所組成。復(fù)合層106(電荷捕捉層)位于柵極導(dǎo)體層108與基底100之間，且電荷捕捉層為氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)結(jié)構(gòu)中的氮化硅層112。接地?fù)诫s區(qū)120位于基底100中，并通過隔離區(qū)102使接地?fù)诫s區(qū)120與柵極導(dǎo)體層108(字符線)隔離。介電層122覆蓋于整個基底100上。接觸窗130位于介電層122中并連接基底100內(nèi)的接地?fù)诫s區(qū)120。接觸窗132位于介電層122中并連接?xùn)艠O導(dǎo)體層108(字符線)。接觸窗134位于介電層122中并連接?xùn)艠O導(dǎo)體層108(字符線)。金屬內(nèi)聯(lián)機(jī)136位于介電層122上并通過接觸窗134與柵極導(dǎo)體層108(字符線)電性連接。金屬保護(hù)線138位于隔離區(qū)102上，其一端通過接觸窗132與柵極導(dǎo)體層108(字符線)電性連接，另一端通過接觸窗130與接地?fù)诫s區(qū)120電性連接。
根據(jù)上述本發(fā)明的較佳實施例所述，通過形成金屬保護(hù)線138將工藝過程所產(chǎn)生的電荷導(dǎo)入基底100中，因此在含有等離子體的后續(xù)工藝過程中，雖然屬于高壓環(huán)境，但所產(chǎn)生的電荷量少，電流可以經(jīng)由接觸窗132、金屬保護(hù)線138與接觸窗130導(dǎo)入基底100的接地?fù)诫s區(qū)120中，故而瞬間不平衡的電荷可以由基底100流走，可以避免因電荷陷入氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層106的氮化硅層(電荷捕捉層)中所造成的問題。
而且，因為金屬保護(hù)線138的電阻值較字符線高，當(dāng)工藝過程結(jié)束(Fab-Out)之后，可以使用高電流將金屬保護(hù)線138燒斷。所以具有本發(fā)明的金屬層保護(hù)線138的氮化硅只讀存儲器組件在操作時，并不會降低輸入的電壓而使得寫入的速度變慢。
因此，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過一高電阻值的金屬保護(hù)線連接字符線與基底使工藝過程中所產(chǎn)生的電荷可以導(dǎo)入基底中，以避免對非揮發(fā)性只讀存儲器的氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層造成損傷或編程的現(xiàn)象。且當(dāng)工藝過程結(jié)束(Fab-Out)之后，可以使用高電流將金屬保護(hù)線燒斷，使只讀存儲器組件可以正常操作。
權(quán)利要求
1.一種防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一基底；一字符線，該字符線覆蓋于該基底上，其特征是，該結(jié)構(gòu)還包括一電荷捕捉層，該電荷捕捉層位于該字符線與該基底之間；以及一金屬保護(hù)線，該金屬保護(hù)線覆蓋于該基底之上，且連接該字符線以及位于該基底中的一接地?fù)诫s區(qū)，其中該金屬保護(hù)線的阻值高于該字符線。
2.如權(quán)利要求1所述的防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該字符線由一硅化金屬層與一多晶硅層組成。
3.如權(quán)利要求2所述的防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該金屬保護(hù)線的阻值高于該字符線的該多晶硅層。
4.如權(quán)利要求1所述的防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該金屬保護(hù)線是通過一接觸窗與該接地?fù)诫s區(qū)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該金屬保護(hù)線位于一隔離區(qū)上。
6.如權(quán)利要求1所述的防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器的結(jié)構(gòu)，其特征是，該電荷捕捉層為氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層內(nèi)的氮化硅層。
全文摘要
一種防止天線效應(yīng)的氮化硅只讀存儲器的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)由一字符線、一電荷捕捉層以及一金屬保護(hù)線所組成。其中字符線覆蓋于基底上，且字符線是由一硅化金屬層與一多晶硅層組成。電荷捕捉層位于字符線與基底之間，且電荷捕捉層為一氧化硅/氮化硅/氧化硅(ONO)復(fù)合層結(jié)構(gòu)中的氮化硅層。金屬保護(hù)線覆蓋于基底上，連接字符線以及位于基底中的一接地?fù)诫s區(qū)，且金屬保護(hù)線的阻值高于字符線。工藝過程中所產(chǎn)生的電荷可以經(jīng)由金屬保護(hù)線導(dǎo)入基底中。而金屬保護(hù)線的阻值高于字符線，可于工藝過程結(jié)束后，通過施加一高電流以燒斷金屬保護(hù)線，使只讀存儲器組件可以正常操作。
文檔編號H01L27/112GK1419294SQ0113477
公開日2003年5月21日 申請日期2001年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月12日
發(fā)明者郭東政, 劉建宏, 潘錫樹, 黃守偉 申請人:旺宏電子股份有限公司