專利名稱：不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一存儲器存儲單元的制造方法，尤指一種氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法。
NROM的主要特性在于它是屬于雙位(dual bit)存儲單元，而雙位存儲單元具有數(shù)個臨界電壓等級(threshold voltage levels)，每2個臨界電壓等級將一起儲存一不同位(bit)，且其他臨界電壓等級將儲存一位(bit)于存儲單元的一側(cè)。
許多文獻及參考資料皆述及NROM存儲單元的制造方法及一般結(jié)構(gòu)，舉例而言，美國專利案號No.6215148公開了NROM存儲單元的雙位存儲單元，且其專利名稱為“具可改善寫入、擦除及循環(huán)功能的NROM”。美國專利案號No.6201282公開了NROM存儲單元的制程，其專利名稱為“雙位ROM存儲單元及其制造方法”。
圖1所示是一般NROM存儲單元的剖面圖。在圖1中，提供一基板(substrate)10，基板10中植入(implanted)源極(source)12及漏極(drain)14。形成一三明治結(jié)構(gòu)于基板10上，三明治結(jié)構(gòu)為氮化物層(nitride layer)17被夾在上氧化物層(top oxide layer)16及下氧化物層(bottom oxide 1ayer)18之間，并形成所謂的ONO結(jié)構(gòu)。形成數(shù)個擴散障礙(barrier diffusion，BD)氧化物20于相鄰近的ONO結(jié)構(gòu)之間，以隔離相鄰近的ONO結(jié)構(gòu)并形成通道(channels)22。在NROM存儲單元的結(jié)構(gòu)中，每一存儲單元具有雙位，如圖1所示。較大區(qū)域(如圖1較大虛線范圍所示)表示NROM存儲單元30，較小的2個區(qū)域(如圖1較小虛線范圍所示)表示第一位32及第二位34。
在NROM存儲單元30中，氮化物層17提供可寫入存儲單元中的電荷保持機制(charge retention mechanism)。在一般狀況下，電子(electrons)將于存儲單元讀取期間被導(dǎo)引進入氮化物層17中，且空穴(holes)將于存儲單元讀取期間外被導(dǎo)引進入氮化物層17中，以取代電子。簡言之，電子應(yīng)該可以移動于氮化物層17及植入物(implant)之間。甚至，氮化物具有誘捕被引進氮化物層17的電子的傾向，假使電子被誘捕且無法移動時，存儲單元寫入功能將會漸失或整個存儲單元被毀壞。
另外，根據(jù)熱電子注入現(xiàn)象(hot electron injection phenomenon)，一些熱電子將會穿透下氧化物層18，特別發(fā)生在下氧化物層18的厚度很薄時。熱電子將產(chǎn)生濃縮電荷，濃縮電荷將會大大地增加通道22的部分臨界的下方電荷，以高過于通道22的其余臨界。當(dāng)存儲單元被寫入時，濃縮電荷將被提出且所增加的臨界將不允許存儲單元抵達傳導(dǎo)狀態(tài)。在一般狀態(tài)下，即濃縮電荷沒有被提出時，超過通道22的讀取電壓能夠克服通道22的臨界，因此，通道22將可以進行傳導(dǎo)。
此外，一般NROM存儲單元是借由微影(photolithography)的數(shù)個步驟制造而成，且植入物及位(bit)不易被形成于正確的可以被更換的位置，導(dǎo)致NROM的效能大大地降低。
為了達到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于包括下列步驟提供一基板并形成一ONO層于該基板上，該ONO層具有一上氧化物層、一氮化物層及一下氧化物層；定義該上氧化物層；定義多個可棄式間隔物；以自對準制程植入一存儲單元區(qū)塊或一內(nèi)埋位線；根據(jù)該多個可棄式間隔物定義該氮化物層；根據(jù)不連續(xù)的該氮化物層定義該下氧化物層，用以形成不連續(xù)的多個柱狀物，使得兩個不連續(xù)柱狀物之間形成一通道；形成多個通道氧化物于該些通道中；以及形成一氧化物層于不連續(xù)的該多個通道氧化物上及該氮化物層上。
上述構(gòu)想中，其中定義該上氧化物層的步驟又包含以下步驟形成一光阻層于該上氧化層上；置放一光罩于該光阻層上方；蝕刻該上氧化層；以及移除該光阻層。
上述構(gòu)想中，其中定義該可棄式間隔物的步驟又包含以下步驟等向性沉積一可棄式薄膜于該上氧化物層上；非等向性蝕刻該可棄式薄膜；以及移除不連續(xù)的該上氧化物層。
上述構(gòu)想中，其中的可棄式薄膜是一多晶硅。
上述構(gòu)想中，其中定義該氮化物層的步驟還包含蝕刻該氮化物層并移除該可棄式間隔物。
上述構(gòu)想中，其中氧化物層是經(jīng)由直接氧化該氮化物層的方式或沉積方式或兩者兼具的方式而產(chǎn)生。
上述構(gòu)想中，其中形成該氧化物層于不連續(xù)的該多個通道氧化物上及該氮化物層上的步驟后，還有以一閘極覆蓋該氧化物層的步驟。
上述構(gòu)想中，其中該閘極是一多晶硅。
上述構(gòu)想中，其中定義該上氧化層的步驟又包含以下步驟形成一特定圖案光阻層；去除殘渣，以凈化該特定圖案光阻層；根據(jù)已去除殘渣的該特定圖案光阻層蝕刻該上氧化物層；以及移除該特定圖案光阻層。
由上可知，本發(fā)明以自對準制程制造不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，可以于正確的位置形成存儲單元區(qū)塊及各存儲單元區(qū)塊上的雙位。其中，本發(fā)明的通道氧化物可以隔離開雙位，用以解決電子被誘捕進入氮化物層的難題。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合附圖詳細說明如下，但本發(fā)明的說明書及附圖只是當(dāng)作說明用，并非限制本發(fā)明的實際應(yīng)用范圍。
具體實施例方式
本發(fā)明特別提供一以自對準制程(self-aligned process)制造不連續(xù)式(discrete)氮化物只讀存儲器(nitride programmable read-onlymemory，NROM)的存儲單元(cell)的制造方法。雖然本發(fā)明是分別以實施例一及實施例二說明NROM存儲單元的制造方法，然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員皆明了本發(fā)明的技術(shù)并不局限于此。為了更加清楚了解本發(fā)明的技術(shù)，與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的一般常用元件在此不再贅述。
圖2A-圖2M所示是本發(fā)明實施例一的以自對準制程制造不連續(xù)式NROM的存儲單元的制造方法流程圖。首先，在圖2A中，提供一基板(substrate)210，并形成有如三明治結(jié)構(gòu)的ONO層于基板210上。其中，三明治結(jié)構(gòu)包括下氧化物層(bottom oxide layer)218、氮化物層(nitride layer)217及上氧化物層(top oxide layer)216。下氧化物層218是形成于基板210上并又可稱為穿隧氧化物層(tunneling oxidelayer)，而氮化物層217是形成于下氧化物層218上，且上氧化物層216是形成于氮化物層217上。接著，涂抹光阻層(photoresist，PR)于上氧化層216上并根據(jù)光罩(mask)(未顯示于圖2A中)形成特定圖案光阻層(patterned PR)219。
此外，下氧化層218的厚度范圍約為50埃()-150埃()，且氮化物層217的厚度范圍約為20埃()-150埃()。由于上氧化層216將于后續(xù)制程中被移除，所以，本發(fā)明將不限制上氧化層216的厚度范圍。甚至，彼此ONO層的厚度是獨立無互相關(guān)聯(lián)的，且ONO層的厚度可依其實際應(yīng)用范圍而改變。
然后，進行蝕刻，以移除未被特定圖案光阻層219覆蓋的上氧化層216，并保留被特定圖案光阻層219覆蓋的上氧化層216，如圖2B所示。接著，移除特定圖案光阻層219，如圖2C所示。
然后，借由等向性沉積(conformal deposition)的方式形成一可棄式薄膜(disposable film)于上氧化物層216上及部分的氮化物層217上。接著，借由非等向性蝕刻程序(un-conformal etching process)移除部分的可棄式薄膜并形成可棄式間隔物(spacers)221于不連續(xù)的上氧化物層216的側(cè)邊上，如圖2D所示。其中，可棄式薄膜可以是異于氮化物的任何物質(zhì)，舉例而言，當(dāng)本發(fā)明是以多晶硅(polysilicon)為可棄式薄膜時，多晶硅能夠被選擇性地蝕刻并使得蝕刻程序易于被控制。需要注意的是，可棄式間隔物221的底部寬度被控制于一事先設(shè)定寬度d。
然后，以自對準制程植入硼(boron，B)或氟化硼(boron fluoride，BF3)，以形成存儲單元區(qū)塊(pocket)222，如圖2E所示。當(dāng)然，本發(fā)明也可以自對準制程植入砷(As)或磷(P)，以形成內(nèi)埋位線(buried bitline)。接著，進行選擇性蝕刻，以移除上氧化層216，且裸露可棄式間隔物221于氮化物層217上，如圖2F所示。
然后，進行選擇性蝕刻，以移除未被可棄式間隔物221所覆蓋的氮化物層317，使得被可棄式間隔物221所覆蓋的氮化物層317仍然位于下氧化物層218上，如圖2G所示。接著，移除可棄式間隔物221，如圖2H所示。然后，進行蝕刻，以移除未被氮化物層217所覆蓋的下氧化層218，使得被氮化物層217所覆蓋的下氧化層218仍然位于基板210上，如圖2I所示。其中，氮化物層217及下氧化物層218一起形成數(shù)個柱狀物(pillars)，且各柱狀物之間是一通道(channel)。
接著，進行填充，以形成氧化物層224于通道上，如圖2J所示。然后，進行填充，以形成氧化物層226于氧化物層224上及氮化物層217上，如圖2K所示。其中，本發(fā)明可以通過直接氧化氮化物層217的方式、或沉積方式，或兩者兼具的方式而產(chǎn)生氧化物層226。
接著，進行閘極(gate electrode)制作步驟，形成一閘極于氧化層226上，閘極可以是多晶硅層228且作為罩蓋(cap)，如圖2L所示。其中，多晶硅層228的材質(zhì)可以是非結(jié)晶形(amorphous)多晶硅、極佳(grand)多晶硅及摻雜(dopant)多晶硅。因此，在特定制程中可再進行沉積，以形成硅化鎢(tungsten silicide，WSix)于多晶硅層228上(未顯示于圖2L中)。然而，本發(fā)明可以視產(chǎn)物的操作方式以決定是否需要多晶硅層228。
經(jīng)過上述的制作步驟，本發(fā)明可得到NROM存儲單元，且NROM存儲單元的結(jié)構(gòu)正如圖2M所示。在圖2M中，較大的虛線區(qū)域是表示NROM存儲單元230，且其他2個較小的虛線區(qū)域分別表示第一位232及第二位234。其中，第一位232及第二位234皆位于事先設(shè)定寬度(d)內(nèi)。需要注意的是，本發(fā)明是以自對準制程植入存儲單元區(qū)塊222，且后續(xù)的制造皆可使用自對準制程來加以完成。因此，本發(fā)明將可以輕易地控制存儲單元區(qū)塊222及ONO層的共有位置(mutual position)。
圖3A-3P所示是本發(fā)明實施例二的以自對準制程制造不連續(xù)式NROM的存儲單元的制造方法流程圖。其中，本實施例的制造方法大部分與實施例一的制造方法相同，只是本實施例將部分步驟以不同的方式做個修正或改良而已。
圖3A-3B與圖2A-2B具有同樣制程，首先，在第3A圖中，提供一基板310，并形成有如三明治結(jié)構(gòu)的ONO層于基板310上。其中，三明治結(jié)構(gòu)包括下氧化物層318、氮化物層317及上氧化物層316。下氧化物層318是形成于基板310上并又可稱為穿隧氧化物層，而氮化物層317形成于下氧化物層318上，且上氧化物層316是形成于氮化物層317上。
接著，進行微影(photolithography)，以形成特定圖案光阻層319于上氧化層316上。同樣地，彼此ONO層的厚度是獨立無互相關(guān)聯(lián)的，且ONO層的厚度可依NROM存儲單元的實際應(yīng)用范圍而改變。然后，進行蝕刻，以移除未被特定圖案光阻層319覆蓋的上氧化層316，并保留被特定圖案光阻層319覆蓋的上氧化層316，如圖3B所示。
接著，以自對準制程植入硼(boron，B)或氟化硼(boron fluoride，BF3)，以形成存儲單元區(qū)塊(pocket)322，如圖3C所示。當(dāng)然，本發(fā)明也可以自對準制程植入砷(As)或磷(P)，以形成內(nèi)埋位線(buried bitline)。然后，特定圖案光阻層319將被去除殘渣(descummed)，用以裸露具有事先設(shè)定寬度d大小的上氧化層316，如圖3D所示。然后，進行蝕刻，以移除未被特定圖案光阻層319覆蓋的上氧化層316，且保留被特定圖案光阻層319覆蓋的上氧化層316，如圖3E所示。接著，移除特定圖案光阻層319，如圖3F所示。
然后，借由等向性沉積的方式形成可棄式薄膜320于上氧化物層316上及部分的氮化物層317上，如圖3G。接著，借由非等向性蝕刻程序移除可棄式薄膜320并形成可棄式間隔物321于不連續(xù)的上氧化物層316的側(cè)邊上，如圖3H所示。其中，可棄式薄膜320可以是異于氮化物的任何物質(zhì)，如多晶硅。需要注意的是，可棄式間隔物321的底部寬度被控制于事先設(shè)定寬度(d)。甚至，此一方法可以不需要事先設(shè)定寬度(d)，只要確保存儲單元區(qū)塊322(如圖3H所示的n+部分)上的下氧化物層318及氮化物層317斷開即可。，然后，進行選擇性蝕刻，以移除上氧化物層316，并保留可棄式間隔物321于氮化物層317上，如圖3I所示。接著，進行蝕刻，以移除未被可棄式間隔物321所覆蓋的氮化物層317，使得被可棄式間隔物321所覆蓋的氮化物層317及可棄式間隔物321仍然位于下氧化層318上，如圖3J所示。然后，移除可棄式間隔物321，如圖3K所示。
接著，進行蝕刻，以移除未被氮化物層317所覆蓋的下氧化層318，使得被氮化物層317所覆蓋的下氧化層318仍然位于基板310上，如圖3L所示。其中，氮化物層317及下氧化物層318一起形成數(shù)個柱狀物(如圖3L所示)，且各柱狀物之間是一通道。
然后，進行填充，以形成氧化物層324于通道上，如圖3M所示。然后，進行填充，以形成氧化物層326于氧化物層324上及氮化物層317上，如圖3N所示。其中，通過直接氧化氮化物層317的方式、或沉積方式，或兩者兼具的方式而產(chǎn)生氧化物層326。
接著，進行閘極制作步驟，形成一閘極于氧化層326上，閘極可以是多晶硅層328且作為罩蓋，如圖30所示。然而，本發(fā)明可以視產(chǎn)物的操作方式以決定是否需要多晶硅層328。
經(jīng)過上述的制程步驟，本發(fā)明可得到NROM存儲單元，且NROM存儲單元的結(jié)構(gòu)正如圖3P所示。在圖3P中，較大的虛線區(qū)域表示NROM存儲單元330，且其他2個較小的虛線區(qū)域分別表示第一位332及第二位334。其中，第一位332及第二位334皆位于事先設(shè)定寬度(d)內(nèi)。需要注意的是，本發(fā)明是以自對準制程植入存儲單元區(qū)塊322，且后續(xù)的制程皆可使用自對準制程來加以完成。因此，本發(fā)明將可以輕易地控制存儲單元區(qū)塊322及ONO層的共有位置。
本發(fā)明上述實施例所公開的以自對準制程制造不連續(xù)式NROM的存儲單元的制造方法，可以于正確的位置形成存儲單元區(qū)塊及各存儲單元區(qū)塊上的雙位。其中，本發(fā)明的通道氧化物可以隔離開雙位，用以解決電子被誘捕進入氮化物層的難題。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟知此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的等同更動與修飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求書為準。
權(quán)利要求
1.一種不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于是以自對準制程制造，包括下列步驟提供一基板并形成一ONO層于該基板上，該ONO層具有一上氧化物層、一氮化物層及一下氧化物層；定義該上氧化物層；定義多個可棄式間隔物；以自對準制程植入一存儲單元區(qū)塊或一內(nèi)埋位線；根據(jù)該多個可棄式間隔物定義該氮化物層；根據(jù)不連續(xù)的該氮化物層定義該下氧化物層，用以形成不連續(xù)的多個柱狀物，使得兩個不連續(xù)柱狀物之間形成一通道；形成多個通道氧化物于該些通道中；以及形成一氧化物層于不連續(xù)的該多個通道氧化物上及該氮化物層上。
2.如權(quán)利要求1所述的不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于所述的定義該上氧化物層的步驟又包含以下步驟形成一光阻層于該上氧化層上；置放一光罩于該光阻層上方；蝕刻該上氧化層；以及移除該光阻層。
3.如權(quán)利要求1所述的不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于所述的定義該可棄式間隔物的步驟又包含以下步驟等向性沉積一可棄式薄膜于該上氧化物層上；非等向性蝕刻該可棄式薄膜；以及移除不連續(xù)的該上氧化物層。
4.如權(quán)利要求3所述的不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于所述的可棄式薄膜是一多晶硅。
5.如權(quán)利要求1所述的不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于所述的定義該氮化物層的步驟還包含蝕刻該氮化物層并移除該可棄式間隔物。
6.如權(quán)利要求1所述的不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于所述的氧化物層經(jīng)由直接氧化該氮化物層的方式或沉積方式或兩者兼具的方式而產(chǎn)生。
7.如權(quán)利要求1所述的不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于所述的形成該氧化物層于不連續(xù)的該多個通道氧化物上及該氮化物層上的步驟后，還有以一閘極覆蓋該氧化物層的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于所述的閘極是一多晶硅。
9.如權(quán)利要求1所述的不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的制造方法，其特征在于所述的定義該上氧化層的步驟又包含以下步驟形成一特定圖案光阻層；去除殘渣，以凈化該特定圖案光阻層；根據(jù)已去除殘渣的該特定圖案光阻層蝕刻該上氧化物層；以及移除該特定圖案光阻層。
全文摘要
一種以自對準制程制造不連續(xù)式氮化物只讀存儲器的存儲單元的方法。首先，提供基板并形成ONO層于基板上，ONO層具有上氧化物層、氮化物層及下氧化物層。接著，定義上氧化物層，然后，定義數(shù)個可棄式間隔物。接著，以自對準制程植入存儲單元區(qū)塊或內(nèi)埋位線，然后，根據(jù)這些可棄式間隔物定義氮化物層。接著，根據(jù)不連續(xù)的氮化物層定義下氧化物層，用以形成不連續(xù)的數(shù)個柱狀物，使得兩個不連續(xù)柱狀物之間形成通道。然后，形成數(shù)個通道氧化物于這些通道中，接著，形成氧化物層于這些不連續(xù)的通道氧化物上及氮化物層上。本發(fā)明可以解決電子被誘捕進入氮化物層的難題，并確實地控制植入物及ONO層的共有位置。
文檔編號H01L21/70GK1453856SQ02116179
公開日2003年11月5日 申請日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者賴二琨 申請人:旺宏電子股份有限公司