專利名稱：半導(dǎo)體內(nèi)存埋入式位線之制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于制造SONOS內(nèi)存之埋入式位線之方法，其中于埋入式位線與閘電極之間形成一隔離氧化物區(qū)域。
背景技術(shù)：
在SONOS內(nèi)存中，尤其是NROM內(nèi)存中(例如美國第5,768,192，美國第6,011,725以及WO99/60631專利)，藉由雜質(zhì)導(dǎo)入形成導(dǎo)電摻雜之材料在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生埋入式位線。這些位線的部份同時形成個別記憶胞元之晶體管的源極/汲極。因此，此埋入式位線與一信道區(qū)域相鄰，于該信道區(qū)域之上施加用以設(shè)置對應(yīng)閘電極之一閘介電質(zhì)。連接至閘電極者是字符線，其相對于位線橫向穿越，并且經(jīng)由該等位線被電性隔離。為維持埋入式位線與字符線及/或個別相鄰閘電極之間的電容耦合盡可能地小，所談?wù)摰奈痪€上方的氧化物區(qū)域必須足夠薄且以自我對準(zhǔn)的方式相對于位線設(shè)置。同時，也需要確保源極/汲極區(qū)域之較低邊界之邊緣或埋入式位線之邊緣，已知為接面(junction)，在正確的，預(yù)定的從閘電極之距離程度。
此閘電極是由一層序列所形成，其包含用位于邊界層之間用以抓取源極及汲極電荷之一儲存層。該邊界層之材料具有比儲存層材料高的能量帶間隙，因此被陷入在邊界層之機(jī)的儲存層內(nèi)的載子的位置被維持在該處。
適合儲存層的材料較好是氮化物，氧化物主要適合做為包圍材料。在使用硅材料系統(tǒng)的內(nèi)存胞元中，在此例中內(nèi)存胞元是具有大約5eV能量帶間隙的氮化物，而包圍的邊界層是具有大約9eV能量帶間隙的硅氧化物層。此儲存層可以是具有比邊界層之能量帶間隙低的不同材料。與硅氧化物結(jié)合，可以例如使用鉭氧化物(理想合成的Ta2O5)，鉿氧化物(理想合成的HfO2)，鉿硅酸鹽，鈦氧化物(理想合成的TiO2)，鋯氧化物(理想合成的ZrO2)，鋁氧化物(理想合成的Al2O3)，或是本質(zhì)的導(dǎo)電(未摻雜的)硅，做為儲存層的材料。儲存層材料的相對介電常數(shù)最好大于4。
此型態(tài)的排列可以借著使用罩幕以蝕刻開孔至將被產(chǎn)生之位線區(qū)域內(nèi)之閘介電質(zhì)內(nèi)，且隨后導(dǎo)入雜質(zhì)至半導(dǎo)體材料內(nèi)而形成。后續(xù)的氧化必須被執(zhí)行一直到形成足夠厚的氧化物區(qū)域于埋入式位線之上為止。然而，這產(chǎn)生一個問題，在熱的行動上，摻雜質(zhì)從植入?yún)^(qū)域向外擴(kuò)散并穿過太遠(yuǎn)進(jìn)入閘介電層下方之中，亦即太接近將被施加的閘電極。在習(xí)知技術(shù)中所呈現(xiàn)的問題的困難可以從圖1及2中看見，其表示使用習(xí)知方法步驟制造一NROM內(nèi)存之中間產(chǎn)物的剖面圖。
一第一氧化物層3，一氮化物層4以及一第二氧化物層5互相重疊地被施加于由半導(dǎo)體材料制成之半導(dǎo)體基體1或基板上方之整個表面上。此ONO層次序被提供為閘介電層。一阻擋罩幕7被施加至第二氧化物層5并被用以蝕刻出將被產(chǎn)生之位線之區(qū)域內(nèi)的開孔8。這些開孔8至少程度至如同第一氧化層3般遠(yuǎn)的深度。可能遺留之第一氧化物層3的任何殘余的部份是足夠薄的以便可以讓摻雜質(zhì)被導(dǎo)入半導(dǎo)體基體1的植入?yún)^(qū)域9。此摻雜質(zhì)系用以形成埋入式位線。其后接續(xù)用以產(chǎn)生覆蓋該植入?yún)^(qū)域之一氧化物層之氧化步驟。
圖2表示氧化處理的結(jié)果。氮化物層4的自由表面及邊緣已經(jīng)被氧化。在氮化物層4的部份之間在每一情況中具有比第一氧化物層3厚很多之氧化區(qū)域6。此氧化物區(qū)域6電性分離埋入式位線，其已經(jīng)由摻雜區(qū)域形成，與將被施加至氮化物層4上方之第二氧化物層5之一閘電極。然而，在考慮由氧化處理所導(dǎo)致之摻雜質(zhì)之熱擴(kuò)散方面，摻雜區(qū)域2的側(cè)面部份20伸出氮化物層4所覆蓋的區(qū)域下的井，因此接面21，亦即摻雜區(qū)域2之邊界表面的外部邊緣，在每一情況中離開太遠(yuǎn)而進(jìn)入由氮化物層4所覆蓋的區(qū)域內(nèi)部。因此，摻雜區(qū)域2程度至后續(xù)由閘電極所覆蓋之區(qū)域內(nèi)太遠(yuǎn)，且不由氧化物區(qū)域6之上側(cè)隔離。這種我們不想要的結(jié)構(gòu)只能藉由縮短氧化處理的時間來避免。然而，在這種情況下，氧化區(qū)域6只能夠被產(chǎn)生為具有降低的厚度，其接著產(chǎn)生埋入式位線與下方字符線之不良分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之一目的在提供一種制造SONON內(nèi)存之埋入式位線之方法，其中該埋入式位線之邊緣可被排列在距離閘電極之邊緣一預(yù)定距離之處，且同時可以產(chǎn)生自我對準(zhǔn)方式之足夠厚度的氧化物隔離。
此目的藉由具有申請專利范圍第1項之特征的方法以及具有申請專利范圍第2項之特征的方法而達(dá)成。結(jié)構(gòu)將從附屬項合并。
于此方法中，埋入式位線系使用包括之前已被施加于用以形成埋入式位線之區(qū)域上之多晶硅之一摻雜源極所產(chǎn)生。在此方式中，擴(kuò)散的程度被維持在適合的限制內(nèi)，且在快速氧化的考量下，被摻雜的多晶硅尤其適合形成埋入式位線上方之隔離氧化物層。另一種方法提供一層序列，其系為一開始將僅由此層序列之部份取代的閘電極所用，其由上側(cè)之一較厚的犧牲層所完成。在埋入式位線用之摻雜質(zhì)的植入已經(jīng)在想要的區(qū)域內(nèi)發(fā)生后，已被施加之層序列被回蝕刻(etch back)直到在植入?yún)^(qū)域與層序列之剩余部份之間的特定預(yù)定距離已經(jīng)被設(shè)定好為止。因為這導(dǎo)致未被覆蓋之半導(dǎo)體材料之上側(cè)之較大部份，半導(dǎo)體材料的后續(xù)氧化造成埋入式位線上方一個相當(dāng)寬的氧化區(qū)域。已經(jīng)被導(dǎo)入的摻雜質(zhì)的擴(kuò)散不會超過此氧化區(qū)域的邊緣，且不會到達(dá)閘介電質(zhì)用之層序列的剩余部份下的井。埋入式位線之較輕摻雜邊緣區(qū)域因此由厚度大于習(xí)知方法所能達(dá)成之氧化物層所覆蓋。


以下參照附圖1至9更精確描述本方法之實施例。
圖1及2表示導(dǎo)入中之習(xí)知技術(shù)之方法的中間產(chǎn)物的剖面圖；圖3至6表示依照數(shù)個方法步驟之方法的第一型態(tài)之中間產(chǎn)物的剖面圖；圖7至9表示依照數(shù)個方法步驟之方法的另一型態(tài)之中間產(chǎn)物的剖面圖。
具體實施例方式
圖3表示穿過一半導(dǎo)體基體1之剖面圖，于其中施加一下邊界層3，例如一第一氧化物層，一內(nèi)存層4，例如一氮化物層。然后，取代上部邊界層，首先施加一犧牲層10，對此層而言，使用沉積的TEOS(tetraethyl orthosilicate)，DCS(dichlorosilane)，HCS(hexachlorosilane)或類似者，或一HDP(high density plasma)氧化物層尤其適合。然后，在后續(xù)的光學(xué)微影步驟中，在將產(chǎn)生埋入式位線之區(qū)域中之此層序列中產(chǎn)生開孔。然后，沉積多晶硅11填滿該等開孔。
依據(jù)圖4的剖面圖，首先可以在多晶硅11之沉積之前在開孔8的側(cè)壁產(chǎn)生間隔12，以便正確地設(shè)定溝槽寬度。
在沉積期間，或后續(xù)，多晶硅11被導(dǎo)電地?fù)诫s，其可藉由使用砷做為摻雜質(zhì)而達(dá)成。依據(jù)圖5所示，多晶硅11被回蝕刻至一殘余部份13。犧牲層10隨后被移除，以氮化物層4做為一蝕刻停止層。
然后，上邊界層5，例如一第二氧化物層，被施加至此排列的表面，產(chǎn)生圖6剖面所示的結(jié)構(gòu)。為此目的，在實施例中，最好是執(zhí)行一濕氧化，因此氮化物層的上表面也被氧化。在干蝕刻的情況中，整個第二氧化物層必須被分別施加。于此氧化方法步驟中，多晶硅的殘余部份13被氧化至較大的程度，因此形成相當(dāng)厚的氧化物區(qū)域6。此外，摻雜質(zhì)擴(kuò)散至多晶硅之外而進(jìn)入半導(dǎo)體基體1之半導(dǎo)體材料內(nèi)，其形成如圖所示的擴(kuò)散區(qū)域14，其具有比依據(jù)習(xí)知方法產(chǎn)生且用以形成埋入式位線之摻雜區(qū)域2小的側(cè)面程度。多晶硅的殘留最好被留在擴(kuò)散區(qū)域14之上，因此在埋入式位線之上出現(xiàn)均勻高度摻雜濃度之薄膜。這是因為擴(kuò)散導(dǎo)致建立在擴(kuò)散區(qū)域14內(nèi)的摻雜的高斯輪廓(Gaussian profile)。因此，均勻摻雜質(zhì)濃度之殘余的多晶硅條對后續(xù)位線上方之連接接觸是的施加是有用的。然而，也可能完全氧化多晶硅。在原理上，此氧化過程甚至繼續(xù)進(jìn)行直到半導(dǎo)體基體1的一部份也被氧化為止。埋入式位線隨后藉由擴(kuò)散區(qū)域14被形成。然而，第一實施例由于已經(jīng)描述過的理由所以是比較好的。此外，殘余的多晶硅條具有位線整體電阻較低的優(yōu)點。
以此方法，可以在寬范圍中正確地設(shè)定SONOS的特性。尤其是當(dāng)使用如圖4所示之間隔12時，可以非常正確地設(shè)定埋入式位線接面以與門電極之邊緣相對的位置。使用此方法，可以降低技術(shù)尺寸至170nm之下(縮小)。
另一個產(chǎn)生埋入式位線上足夠?qū)挾戎趸飬^(qū)域6的方法提供儲存層4之側(cè)面回蝕刻，取代進(jìn)入位線的雜質(zhì)摻雜。依據(jù)圖7所示之剖面圖，在此方法的型態(tài)中，同樣首先施加該下邊界層3，例如一第一氧化物層，該儲存層4，例如一氮化物層，以及該犧牲層10，至半導(dǎo)體基體1。使用適合的光學(xué)微影處理產(chǎn)生用以導(dǎo)入摻雜質(zhì)以便形成植入?yún)^(qū)域9之開孔。此等開孔可以一直被形成至半導(dǎo)體基體1下方；另一種方式是可以遺留下邊界層3之一薄的殘余層，如圖7所示，在半導(dǎo)體材料上。在此情況中，一沉積的氧化物(TEOS)尤其適合做為犧牲層。
下邊界層3，儲存層4以及犧牲層10隨后被等向回蝕刻，如圖8所示，因此在植入?yún)^(qū)域9的二側(cè)形成傾斜側(cè)翼16。于所述的實施例中，尤其是HF及乙烯二醇的緩沖液是合適的蝕刻劑，因為此蝕刻劑以大約相同的強(qiáng)度蝕刻儲存層的氮化物以及氧化物層。下邊界層3及儲存層4于此方式中被從植入?yún)^(qū)域往回設(shè)定一距離D。
圖9所示的剖面圖結(jié)構(gòu)是藉由半導(dǎo)體基體1上側(cè)未被覆蓋之半導(dǎo)體材料之后續(xù)氧化所獲得。如圖9之剖面圖所示，藉由比較圖2之對應(yīng)的剖面，此方法，不像習(xí)知技術(shù)，可能產(chǎn)生覆蓋埋入式位線之摻雜區(qū)域2幾乎所有寬度上，因此摻雜區(qū)域2的接面最輕微地程度于儲存層4的邊緣之下。摻雜區(qū)域之側(cè)面部份20幾乎位于氧化物層6之下。這產(chǎn)生改善的電性隔離，相較于相對摻雜區(qū)域被側(cè)向施加在上邊界層5之上側(cè)之閘電極。因此，以此型態(tài)的方法，接面與閘電極的相對位置可以在想要的方式中被極正確地設(shè)定。
參考標(biāo)號表1 半導(dǎo)體基體2 摻雜區(qū)域3 下邊界層4 儲存層5 上邊界層6 氧化物區(qū)域7 罩幕8 開孔9 植入?yún)^(qū)域10犧牲層11多晶硅12間隔13多晶硅殘余部份14擴(kuò)散區(qū)域15多晶硅殘余16側(cè)翼20摻雜區(qū)域側(cè)部21接面D 距離
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體內(nèi)存之埋入式位線之方法，其中類似條狀的摻雜區(qū)域(2)在半導(dǎo)體基體(1)中被平行且互有距離地產(chǎn)生，該等區(qū)域系用以當(dāng)成個別內(nèi)存晶體管之位線以及源/汲極區(qū)域，在每一情況中一層序列，其被用以當(dāng)成一閘介電質(zhì)并包括一下邊界層(3)，一儲存層(4)以及一上部邊界層(5)，被相對于該摻雜區(qū)域(2)側(cè)向施加，以及一氧化物區(qū)域(6)，其厚度大于該下邊界層(3)，在每一情況中被形成于遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體基體(1)之一摻雜區(qū)域(2)之側(cè)邊，特征在于在產(chǎn)生該上邊界層(5)之前，從可被選擇性地相對儲存層(4)及多晶硅之材料而被蝕刻之材料所形成之一犧牲層(10)被施加至該儲存層(4)，使用一罩幕(7)于該犧牲層(10)，該儲存層(4)以及該下邊界層(3)中形成開孔(8)，一直程度至該半導(dǎo)體基體(1)之下，摻雜的多晶硅(11)被導(dǎo)入開孔(8)之中，該犧牲層(10)被移除，以及該上邊界層(5)被產(chǎn)生于該儲存層(4)之上以及該多晶硅之至少一部份被氧化以形成該氧化物區(qū)域(6)。
2.一種制造半導(dǎo)體內(nèi)存之埋入式位線之方法，其中類似條狀的摻雜區(qū)域(2)在半導(dǎo)體基體(1)中被平行且互有距離地產(chǎn)生，該等區(qū)域系用以當(dāng)成個別內(nèi)存晶體管之位線以及源/汲極區(qū)域，在每一情況中一層序列，其被用以當(dāng)成一閘介電質(zhì)并包括一下邊界層(3)，一儲存層(4)以及一上部邊界層(5)，被相對于該摻雜區(qū)域(2)側(cè)向施加，以及一氧化物區(qū)域(6)，其厚度大于該下邊界層(3)，在每一情況中被形成于遠(yuǎn)離該半導(dǎo)體基體(1)之一摻雜區(qū)域(2)之側(cè)邊，特征在于在產(chǎn)生該上邊界層(5)之前，一犧牲層(10)被施加至該儲存層(4)，使用一罩幕(7)于該犧牲層(10)，該儲存層(4)以及該下邊界層(3)中形成開孔(8)，摻雜質(zhì)經(jīng)由這些開孔(8)被導(dǎo)入半導(dǎo)體基體(1)之植入?yún)^(qū)域(9)之中，開孔(8)的側(cè)壁以及犧牲層(10)的上側(cè)被回蝕刻，該犧牲層(10)，該儲存層(4)以及該下邊界層(3)之材料以蝕刻速率被移除，其對應(yīng)將被形成于這些層上之光滑側(cè)翼(16)的必要程度，該犧牲層(10)之殘余相對于該儲存層(4)的材料有選擇性地被移除，而該上邊界層(5)被產(chǎn)生于該儲存層(4)之上，且一氧化物區(qū)域(6)被形成于該半導(dǎo)體基體(1)之一自由表面上，在每一情況中位于該等側(cè)翼(16)之間。
3.如申請專利范圍第2項之方法，其中該氧化處理在熱行動下發(fā)生直到已經(jīng)被導(dǎo)入植入?yún)^(qū)域(9)之摻雜質(zhì)已經(jīng)擴(kuò)散至半導(dǎo)體基體(1)之由該儲存層(4)覆蓋之區(qū)域為止。
4.如申請專利范圍第1-3任一項之方法，其中該犧牲層(10)被當(dāng)成沉積氧化物。
5.如申請專利范圍第1-4任一項之方法，其中該儲存層(4)系從包含硅氮化物，鉭氧化物，鉿氧化物，鉿硅酸鹽，鈦氧化物，鋯氧化物，鋁氧化物以及本質(zhì)導(dǎo)電硅之材料中所選擇。
全文摘要
于此方法中，埋入式位線使用包含之前已被施加于將形成埋入式位線之區(qū)域上方之多晶硅(15)之一摻雜質(zhì)源極被產(chǎn)生做為一擴(kuò)散區(qū)域(14)。這維持?jǐn)U散程度于限制中并表示摻雜的多晶硅，在快速氧化的考慮下，尤其適合埋入式位線上之隔離氧化物區(qū)域(6)的形成。
文檔編號H01L21/74GK1495886SQ0317866
公開日2004年5月12日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月19日
發(fā)明者V·波萊, M·羅赫里奇, A·格拉茨, , V 波萊, 綻鍥 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司