專利名稱：具有埋設金屬硅化物位線的金屬氧氮氧半導體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種半導體裝置制造的領(lǐng)域，尤指一種金屬氧氮氧半導體(MONOS)單元的制造。
背景技術(shù)：
參照第1圖，其系顯示典型的先前技術(shù)金屬氧氮氧半導體(MONOS，metal oxide nitride oxide semiconductor)單元。該單元包括一基材10，在該基材10中埋置有源極12及漏極14，而在該基材10的上方則置有氧氮氧(ONO)結(jié)構(gòu)16，該氧氮氧結(jié)構(gòu)16具有夾設于兩氧化物層18及20的間的氮化物層17，該氧氮氧結(jié)構(gòu)16的上方置有柵極導體22，而在該氧氮氧結(jié)構(gòu)16之下則形成一信道15于該源極12與該漏極14的間。
氮化物層17提供保留機制(retention mechanism)以編程內(nèi)存單元，具體而言，當提供編程電壓至源極12、漏極14以與門極導體22時，電子將朝漏極14流動。根據(jù)熱電子注入現(xiàn)象(hot electron injectionphenomenon)，部分熱電子會穿透氧化硅層18的下層(尤其是該氧化物層18的下層為較薄者)，然后這些熱電子便聚集于氮化物層17中，如于先前技術(shù)中已眾所周知者，氮化物層17保留了列于鄰近漏極14的集中區(qū)域所接收的電荷24，當電荷24比該信道15的其它區(qū)域的臨界值(threshold)為高時，集中的電荷24即大幅升高該內(nèi)存單元的信道部份的臨界值。
當存在集中的電荷24時(意即內(nèi)存單元已予編程)，在讀取內(nèi)存單元的期間，該內(nèi)存單元升高的臨界值會使內(nèi)存單元無法進入導電的狀態(tài)。若不存在集中的電荷24時，則在柵極導體22上的讀取電壓能克服較的為低的臨界值，以轉(zhuǎn)化信道15并使該信道15導電。
可在基材中植入摻雜物以形成埋設位線(buried bit lines)，該等位線系受限于半導體裝置的尺寸比例(scaling)，并且亦受限于位線的電阻，因此亟需金屬氧氮氧半導體裝置中具有極低電阻的埋設位線，以藉的縮小位線的尺寸比例并且縮小內(nèi)存單元的大小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例可滿足此需求及其它需求，本發(fā)明提供一種制造金屬氧氮氧半導體(MONOS，metal oxide nitride oxide semiconductor)裝置的方法，該方法的步驟包括于基材上形成電荷捕捉介電層；以及依照位線圖案蝕刻出一貫通該電荷捕捉介電層的凹部，然后在該凹部中形成金屬硅化物位線。
使用位線中的金屬硅化物位線可提供電阻非常低的位線以縮小位線寬度，而縮小位線寬度可減少位線的接觸頻率并縮小內(nèi)存單元的大小，此外，亦可提供位線的平面結(jié)構(gòu)(planar architecture)。
在本發(fā)明的特定實施例中，激光熱退火工藝系用以于基材中的凹部內(nèi)形成金屬硅化物，使用激光熱退火可使金屬硅化物以可控制的方式形成，其因在于激光熱退火具有較低的熱消耗，且激光能量能精確地施加于欲硅化的區(qū)域。
本發(fā)明的實施例提供一種包括基材、在該基材上的電荷捕捉介電層以及在該電荷捕捉介電層中的凹部的金屬氧氮氧半導體裝置，以符合前述的需求。其中，在該凹部中系設置有金屬硅化物位線。
本發(fā)明之前述特征與其它特征、實施態(tài)樣及優(yōu)點將由本發(fā)明的下列詳細說明結(jié)合所附圖式而更為明顯易懂。


第1圖為顯示先前技術(shù)的金屬氧氮氧半導體內(nèi)存單元的示意圖。
第2圖為在基材上形成氧氮氧層后的金屬氧氮氧半導體裝置的部份橫斷面圖。
第3圖顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例在氧氮氧層上形成位線光罩后的第2圖的結(jié)構(gòu)。
第4圖說明根據(jù)本發(fā)明的實施例將凹部蝕刻通過該氧氮氧層并進入該基材中之后的第3圖的結(jié)構(gòu)。
第5圖顯示沉積耐火金屬層后的第4圖的結(jié)構(gòu)。
第6圖說明于根據(jù)本發(fā)明的實施例進行退火處理以形成金屬硅化物后并于其后將未反應的金屬從結(jié)構(gòu)中移除的第5圖的結(jié)構(gòu)。
第7圖顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例遮蓋并植入源極/漏極區(qū)后的第6圖的結(jié)構(gòu)。
第8圖說明根據(jù)本發(fā)明的實施例在金屬硅化物位線之上形成位線氧化物后的第7圖的結(jié)構(gòu)。
第9圖說明根據(jù)本發(fā)明的實施例已將多晶硅字符線沉積于該氧氮氧層以及該位線氧化物之上后的第8圖的結(jié)構(gòu)。
第10圖說明根據(jù)本發(fā)明的實施例將低電阻硅化物形成于多晶硅字符線上后的第9圖的結(jié)構(gòu)。
第11圖顯示本發(fā)明的另一實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明系用以解決與具有埋設位線的金屬氧氮氧半導體裝置有關(guān)的問題，具體而言，本發(fā)明降低在金屬氧氮氧半導體裝置中的埋設位線的電阻，而這些位線通常是由植入離子所形成，透過這些金屬硅化物位線的形成，本發(fā)明可產(chǎn)生電阻極低的位線及縮小該些位線的寬度，并且減少這些位線的接觸頻率。再者，使用金屬硅化物位線可縮小內(nèi)存單元的大小。
第2圖為一具有基材30的金屬氧氮氧半導體的單元結(jié)構(gòu)的部份的橫斷面圖，在第2圖中的基材30為P型基材(P-substrate)。該基材30系覆蓋有電荷捕捉介電層32，在下列的實施例中，該電荷捕捉介電層32系稱為氧氮氧層32，然而，在本發(fā)明的其它實施例中，可應用其它類型的電荷捕捉層，諸如氧化物/氧氮硅化物/氧化物層等為熟習該項技藝者所周知者。作為說明氧氮氧層32的實施例，一底層氧化物層34系于該基材30之上成長出所欲的厚度，之后于該底層氧化物層34之上沉積氮化物層36，再藉由氮化物的氧化、或沉積或兩者的結(jié)合而產(chǎn)生上層氧化物層38。該氧氮氧層32的形成乃為熟習該項技藝者已周知者，并且可應用任何習知的方法技術(shù)來產(chǎn)生該氧氮氧層32。
接下來的步驟包括沉積位線光罩40(通常以習知方式將光阻42圖案化)，用以在芯片的記憶數(shù)組部份內(nèi)的布線(layout)形成出位線，以及形成源極線以及漏極線。第3圖的側(cè)視圖顯示記憶數(shù)組部份內(nèi)的金屬氧氮氧半導體的部份具有圖案化的光阻42，位線光罩40的光阻42縱列定義出未設置位線的區(qū)域，這些區(qū)域即為該裝置的信道的形成位置。
參閱第4圖，該氧氮氧層32系依照該位線光蓋40而蝕刻貫穿，持續(xù)該蝕刻處理以穿透該氧氮氧層32并且進入該基材30至一特定深度，該蝕刻步驟可應用反應離子蝕刻的非等向蝕刻(anisotropic etch)。在進行蝕刻步驟之后，藉由習知的光阻移除技術(shù)將該位線光罩40予以移除。
在完成蝕刻工藝以于基材30中形成凹部44之后，于該基材30及該氧氮氧層32之上沉積耐火金屬層46，該耐火金屬層46可為一些諸如鎢、鈷、鎳、鈦、鉑、鈀等的任何不同的材料，已知這些金屬可與硅反應以形成金屬硅化物，而該耐火金屬層46的沉積則可以習知的方式進行。
第6圖顯示第5圖的結(jié)構(gòu)在進行退火步驟后于該凹部44內(nèi)形成金屬硅化物位線48的結(jié)構(gòu)。該金屬硅化物位線48宜為以低電阻態(tài)(lowresistance phase)的特定金屬硅化物所形成者，可應用快速熱退火(RTA，rapid thermal annealing)工藝，使該耐火金屬層46在該基材30中與硅反應以形成金屬硅化物。然而，在本發(fā)明的特定實施例中，亦可使用激光熱退火(LTA，laser thermal annealing)工藝以使金屬與硅反應，在第7圖中的箭頭50即指出此工藝。使用激光熱退火形成金屬硅化物的部份優(yōu)點在于激光熱退火的熱消耗較低，并且以激光熱退火可精確控制施加激光能量的區(qū)域，換言的，激光能量可直接而精確地施加于該凹部44以退火金屬硅化物。
激光的能量密度(energy fluence)乃熟習該項技藝者可輕易地決定者，并將視所欲形成的金屬硅化物的類型、所欲的金屬硅化物的厚度等而定，激光熱退火的參數(shù)舉例而言，包括提供在約50mJ/cm2至約1.3J/cm2的間的能量密度。
第6圖亦顯示在已完成退火工藝且已形成金屬硅化物之后將任何未反應的金屬從結(jié)構(gòu)中移除后的結(jié)構(gòu)，該等未反應物的移除技術(shù)乃熟習該項技藝者已周知者，而可視已形成的金屬硅化物的特定類型而定。
在第7圖中，進行離子植入工藝以于該基材30中形成源極/漏極區(qū)52，該源極/漏極區(qū)52系經(jīng)由該金屬硅化物位線48植入砷而形成者，使得該源極/漏極區(qū)52位于該金屬硅化物位線48的下。習用的光罩及植入工藝可用來形成該源極/漏極區(qū)52，熟習該項技藝者可選擇適當?shù)氖褂昧?dosage)與植入能量，然而，應了解的是當使用自我對準的植入物，以由該植入物自行對準至氧氮氧結(jié)構(gòu)時，則不一定須要該光罩步驟。
雖然在本實施例中所說明的離子植入工藝系于進行硅化(silicidation)工藝之后實施，但在本發(fā)明的其它實施例中，可在硅化工藝之前進行離子植入，舉例來說，在形成位線光罩40之后，施予適當選定的植入能量，能植入該摻雜物。然而，較佳實施例系于蝕刻后立刻植入摻雜物，藉此避免移除已植入的不欲移除的摻雜物。
如第8圖所示，位線氧化物54系形成該金屬硅化物位線48的上方的凹部44中，該位線氧化物54可在氧化操作中熱成長于該金屬硅化物位線48之上，而氧化工藝可為約800℃的低溫氧化。另外，亦可沉積該位線氧化物54，在形成該位線氧化物54之后，可在該位線氧化物54及該氧氮氧層32之上沉積多晶硅或金屬的字符線56，多晶硅的字符線56系依字符線光罩(顯示于第9圖)而形成，而該位線氧化物54則可包含該氧氮氧層32的上層氧化物層38的部份或全部。
接著提供低電阻的硅化物58于該多晶硅的字符線56的上方，此硅化物58的形成可藉由沉積耐火金屬在該多晶硅的字符線56上及退火(例如快速熱退火或激光熱退火)所完成，不在多晶硅上的金屬則將覆蓋該氧氮氧層32的氧化物或該位線氧化物54，因此不會與氧化物反應而形成金屬硅化物，而未反應的金屬可由習知技術(shù)移除。
如在第10圖中的所得結(jié)構(gòu)所說明者，本發(fā)明的方法技術(shù)系提供具有埋設金屬硅化物位線48的金屬氧氮氧半導體裝置，所創(chuàng)造出的金屬氧氮氧半導體裝置具有極低電阻的位線、可提高裝置效能以及允許位線寬度的縮小并且亦可縮小內(nèi)存單元的尺寸，再者，亦可降低該位線的接觸頻率，而本結(jié)構(gòu)的另一個優(yōu)點則為金屬硅化物位線的使用系提供了平面結(jié)構(gòu)。
在另一個實施例中，如第11圖所說明者，并未蝕刻該基材30，而僅將該氧氮氧層32形成于該基材30上，而該金屬硅化物位線48系形成于該基材30上。
雖然已詳細說明及顯示本發(fā)明，但應清楚了解的是這些詳細說明與顯示僅為圖式說明及范例，而且并非以此為限，本發(fā)明的范疇系以所附的申請專利范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種形成金屬氧氮氧半導體(MONOS，metal oxide nitride oxidesemiconductor)裝置的方法，該方法包括下列步驟在基材(30)上形成電荷捕捉介電層(32)；依照位線圖案蝕刻出一貫穿該電荷捕捉介電層(32)的凹部(44)；以及在該凹部(44)中形成金屬硅化物位線(48)。
2.如權(quán)利要求1所述的形成金屬氧氮氧半導體裝置的方法，其中，該形成金屬硅化物位線(48)的步驟包括在該凹部(44)中沉積耐火金屬層(46)；以及在該凹部(44)內(nèi)進行激光熱退火以在該凹部(44)中形成金屬硅物化位線(48)。
3.如權(quán)利要求2所述的形成金屬氧氮氧半導體裝置的方法，還包括在該基材(30)中植入摻雜物以在該金屬硅化物位線(48)之下形成源極/漏極區(qū)52。
4.如權(quán)利要求3所述的形成金屬氧氮氧半導體裝置的方法，還包括在該凹部中形成在該金屬硅化物位線之上的氧化物層(54)。
5.如權(quán)利要求2所述的形成金屬氧氮氧半導體裝置的方法，其中，該激光熱退火的步驟包括施加具有在約50mJ/cm2至約1.3J/cm2的間的能量密度的激光能量。
6.如權(quán)利要求1所述的形成金屬氧氮氧半導體裝置的方法，其中，該電荷捕捉介電層(32)為氧氮氧層。
7.一種金屬氧氮氧半導體(MONOS)，包括基材(30)；在該基材(30)上的電荷捕捉介電層(32)；在該電荷捕捉介電層(32)中的凹部(44)；以及在該凹部中(44)的金屬硅化物位線(48)。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬氧氮氧半導體，其中，該金屬硅化物位線(48)為埋設位線。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬氧氮氧半導體，還包括在該凹部中的金屬硅化物位線上的氧化物以及在該電荷捕捉介電層與氧化物之上的字符線。
10.如權(quán)利要求9所述的金屬氧氮氧半導體，還包括在該金屬硅化物位線下的源極/漏極區(qū)。
11.如權(quán)利要求10所述的金屬氧氮氧半導體，其中，該金屬硅化物位線包括激光熱退火的金屬硅化物。
12.如權(quán)利要求11所述的金屬氧氮氧半導體，其中，該電荷捕捉介電層為氧氮氧(ONO)層。
13.如權(quán)利要求12所述的金屬氧氮氧半導體，其中，該凹部延伸入該基材中且該金屬硅化物位線系在該凹部中。
全文摘要
一種金屬氧氮氧半導體(MONOS)裝置及其制造方法，具有形成于基材(30)上的諸如氧氮氧層(34、36、38)的電荷捕捉介電層(32)，一凹部(44)系貫通該氧氮氧層(32)而形成于該基材(30)中，在該凹部(44)中形成金屬硅化物位線(48)并在該金屬硅化物位線(48)的上方形成位線氧化物(54)，而字符線(56)則形成于該氧氮氧層(32)及該位線氧化物(54)之上，并且提供低電阻的硅化物(58)于該字符線(56)的上方，該硅化物(58)系由例如激光熱退火所形成者。
文檔編號H01L21/74GK1605128SQ02825173
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者J·奧烏拉, M·T·拉姆斯比, A·哈利亞爾, Z·克里沃卡皮奇, M·V·恩戈, N·H·特里普薩斯 申請人:飛索股份有限公司