專利名稱：氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非揮發(fā)記憶單元的制造方法，特別是涉及一種氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法及其與外圍邏輯電路區(qū)域的整合，以簡(jiǎn)化制程并提高產(chǎn)品合格率。
背景技術(shù)：
在非揮發(fā)內(nèi)存工業(yè)中，氮化物只讀記憶單元(NROM)的發(fā)展起源于公元1996年。此新式的非揮發(fā)內(nèi)存技術(shù)是采用氧化-氮化-氧化(oxide-nitride-oxide，ONO)層作為閘極介電層，由于硅晶粒的尺寸大小為成本架構(gòu)中的主要要素，因此氮化物只讀記憶單元技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力。
雖然，氮化物只讀存儲(chǔ)器具有雙位(two bit)的多儲(chǔ)存功能(multi-storage)，并且制程比類似產(chǎn)品如快閃記憶(flash ROM)體簡(jiǎn)單，同時(shí)也廣受市場(chǎng)歡迎。但是，光是改進(jìn)是不夠的。因?yàn)椋壳鞍雽?dǎo)體工業(yè)已經(jīng)朝向系統(tǒng)芯片(systemon chip，SOC)的趨勢(shì)發(fā)展，換句話說(shuō)，是將存儲(chǔ)元件與一些電路組件，同時(shí)制作在同一芯片中，以使同一芯片上既包含內(nèi)存又包含混合信號(hào)電路(mixed-signal circuits)，如在美國(guó)專利第5,908,311號(hào)中，就已提出制作混合信號(hào)電路中包含閃存的方法。但基于閃存與氮化物只讀存儲(chǔ)器在特性以及應(yīng)用上的不同，如何制作出整合氮化物只讀存儲(chǔ)器以及混合信號(hào)電路的系統(tǒng)芯片，已成為十分重要的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其將氮化物只讀存儲(chǔ)器與外圍的邏輯電路的制程步驟整合，以簡(jiǎn)化制程并增加產(chǎn)品合格率。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的制造方法特征為(1)利用沉積復(fù)晶硅層做為記憶區(qū)域上的字符線，并利用所述復(fù)晶硅做為絕緣層(氧化層)的研磨停止層(Polishing stop layer)。(2)在將絕緣層(氧化層)沉積于外圍區(qū)域的多個(gè)第一溝槽的同時(shí)，將所述氧化層填入內(nèi)存數(shù)組區(qū)域中的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)間，以防止半導(dǎo)體基材在復(fù)晶硅的自行對(duì)準(zhǔn)硅化物的步驟中與金屬(例如鈷)發(fā)生反應(yīng)。(3)利用成長(zhǎng)ONO介電層于淺溝槽(STI，shallow trench isolation)內(nèi)側(cè)，以防止淺溝槽的邊角凹陷(STI corner Recess)及防止淺溝槽在后續(xù)加熱過(guò)程(Thermal process)中導(dǎo)致的淺溝槽輪廓(STI profile)變形所產(chǎn)生的錯(cuò)位(Dislocation)。
根據(jù)上述目的與特征，本發(fā)明提供一種氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，該方法包含下列步驟提供一半導(dǎo)體基材，該基材表面包含有一記憶區(qū)域(memory area)及一外圍區(qū)域(periphery area)；成長(zhǎng)一墊氧層于該半導(dǎo)體基材上；于該記憶區(qū)域內(nèi)的該墊氧層上形成具有多個(gè)第一開口的第一屏蔽圖案，以作為多條縱向排列的位線屏蔽(bit line mask)；在該半導(dǎo)體基材中進(jìn)行一離子布植制程，植入摻雜物于未被該位線屏蔽覆蓋的記憶單元區(qū)域中，以形成多條縱向且平行的埋藏式位線；而此埋藏式位線的離子布植制程也可于后續(xù)ONO介電層形成后再進(jìn)行。
去除該位線屏蔽；以及形成一第二屏蔽圖案于該墊氧層上，其中第二屏蔽圖案具有多個(gè)第二開口于該周邊區(qū)域中；沿上述第二開口選擇性蝕刻該半導(dǎo)體基材而形成多個(gè)第一溝槽及一第二溝槽于該周圍區(qū)域；去除該第二屏蔽圖案及該墊氧層；在該半導(dǎo)體基材表面形成一ONO介電層，以覆蓋該記憶區(qū)域及該外圍區(qū)域；沉積一復(fù)晶硅層于該ONO介電層上以填充該多個(gè)第一及該第二溝槽；選擇性蝕刻該復(fù)晶硅層以在該記憶區(qū)域中形成多個(gè)正交于位線的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)作為字符線，且同時(shí)于該外圍區(qū)域中移除填充于該多個(gè)第一溝槽的復(fù)晶硅，并留下填充于第二溝槽的復(fù)晶硅；以及在該外圍區(qū)域的多個(gè)第一溝槽及該記憶區(qū)域的字符線間形成一絕緣材；平坦化該絕緣材，在該多個(gè)第一溝槽及該記憶區(qū)域的字符線間形成溝槽隔離區(qū)；
定義該外圍區(qū)域的離子布植井區(qū)域于多個(gè)第一溝槽間；蝕刻部分該復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)及該ONO介電層以露出多個(gè)第一溝槽間的半導(dǎo)體基材；以及進(jìn)行一離子布植制程，在上述露出的基材中形成離子井(well)區(qū)域。
其中，位線是由磷、砷離子植入以形成，且閘極介電層是一氧化一氮化一氧化(ONO)層，而字符線是由復(fù)晶硅所構(gòu)成。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下


圖1-8、圖10-12均為本發(fā)明氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法及其與外圍電路整合的剖面示意圖；圖9為本發(fā)明氮化物只讀存儲(chǔ)器制造方法的俯視圖。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下10 內(nèi)存區(qū)域 20 外圍區(qū)域 30 主動(dòng)區(qū)域100 半導(dǎo)體基材102 墊氧層104 光阻圖案104a 第一開口 106 埋藏式擴(kuò)散區(qū)域108 光阻圖案108a 第二開口 110a 多個(gè)第一溝槽 110b 第二溝槽112 ONO介電層 114 復(fù)晶硅層(字符線) 116 光阻圖案120a，120b 絕緣層(氧化層) 122 井區(qū)域具體實(shí)施方式
以下配合圖1到圖12說(shuō)明本發(fā)明氮化物只讀記憶單元制造方法的實(shí)施例。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1，其提供一半導(dǎo)體基材100(例如P型單晶硅)。該基材包含一記憶區(qū)域10(memory area)及一外圍區(qū)域20(periphery area)，且該半導(dǎo)體基材是由一硅覆絕緣(silicon-on-insulator，SOI)基底或一硅基底所組成。通過(guò)熱氧化法將墊氧層102成長(zhǎng)于半導(dǎo)體基材100上。接著參考圖2，利用一微影制程在墊氧層102上的記憶區(qū)域內(nèi)形成圖案化第一光阻層104以形成具有多個(gè)第一開口104a的第一屏蔽圖案，利用該光阻層第一開口屏蔽圖案作為位線屏蔽，對(duì)未被該位線屏蔽覆蓋的多個(gè)開口區(qū)域進(jìn)行一離子布植制程，之后進(jìn)行一快速回火制程(rapid thermal annealing，RTA)用來(lái)活化植入于該基底中的摻雜物。
通過(guò)N型離子(例如磷離子，砷離子)植入該多個(gè)開口區(qū)域以形成多條縱向且平行排列的埋藏式擴(kuò)散區(qū)域106，該擴(kuò)散區(qū)域106即氮化物只讀存儲(chǔ)器的位線。
如圖3所示，傳統(tǒng)清除法將光阻圖案104除去。利用微影制程將蝕刻溝槽所需的第二光阻圖案108形成于墊氧層102上，其中第二光阻圖案108具有多個(gè)第二開口108a于外圍區(qū)域20上，利用此光阻圖案108做為蝕刻罩幕，以反應(yīng)離子蝕刻法(RIE)形成多個(gè)第一溝槽110a及第二溝槽110b，其中該多個(gè)第一溝槽110a是用以區(qū)隔外圍區(qū)域20成多個(gè)電性隔離的主動(dòng)區(qū)域30，接著參考圖4，光阻圖案108用傳統(tǒng)清除法除去至墊氧層露出為止。然后，再將墊氧層移除以露出半導(dǎo)體基材100的上方表面。
如圖5所示，形成一構(gòu)造為ONO介電層112于記憶區(qū)域10以及外圍區(qū)域20的基材100上，其包含形成于埋藏式擴(kuò)散區(qū)域106及多個(gè)第一溝槽110a及第二溝槽110b的半導(dǎo)體基材100上。該ONO介電層112利用傳統(tǒng)方法形成該厚度介于150至250微米，其中該底氧化層厚度介于20至150微米，該氮化硅層厚度介于20至150微米，而該上氧化層厚度介于30至150微米。利用該成長(zhǎng)于淺溝槽(STI，shallow trench isolation)內(nèi)側(cè)的ONO介電層112，防止淺溝槽的邊角凹陷(STI corner Recess)及防止淺溝槽于后續(xù)加熱過(guò)程(Thermal process)中導(dǎo)致的淺溝槽輪廓(STI profile)變形所產(chǎn)生的錯(cuò)位(Dislocation)。
埋藏式位線106的離子布植制程也可在ONO介電層后，以形成多條縱向且平行的埋藏式位線；其中形成于記憶區(qū)域10的埋藏式擴(kuò)散區(qū)域106上的ONO介電層112用以作為內(nèi)存的閘極介電層。
接下來(lái)請(qǐng)參照?qǐng)D6，將摻雜的復(fù)晶硅填入ONO介電層112上，以在該記憶區(qū)域10的埋藏式擴(kuò)散區(qū)域106上形成字符線114，此外該復(fù)晶硅層114也做為絕緣材(氧化層)的研磨停止層。
接著，如圖7所示，形成一光阻圖案116于摻雜的復(fù)晶硅層114上。該光阻圖案116用以定義記憶區(qū)域中的橫向且平行排列的字符線區(qū)，及定義欲除去的多個(gè)第一溝槽110a中的復(fù)晶硅材料的區(qū)域。然后，利用光阻圖案116做為蝕刻罩幕并選擇性蝕刻已摻雜的復(fù)晶硅層114以露出ONO層112。并留下記憶區(qū)域中的橫向且平行排列的復(fù)晶硅層114以做為字符線。
參照?qǐng)D8，借助傳統(tǒng)清除法除去光阻圖案116以露出剩余的復(fù)晶硅114，為了更清楚表示圖8中該氮化硅只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參照?qǐng)D9、10。其中圖9為一整合記憶區(qū)域10及外圍區(qū)域20的平面表示圖，其中記憶區(qū)域10中包含縱向平行排列的多條位線106及橫向平行排列的字符線114，而外圍區(qū)域包含多個(gè)主動(dòng)區(qū)122及多個(gè)電性隔離的溝槽110a。而圖10為由圖9中的記憶區(qū)單元中沿9-9線段切下的剖面圖，其中底層為多條橫向排列的位線106，該位線間為未植入摻雜物的半導(dǎo)體基材100，位于該位線106與基材100上則為一ONO介電層112，于該介電層上則為多條正交于位線的字符線114，而該多條字符線間具有多個(gè)溝槽115。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D11，沉積絕緣材例如氧化層120a于多個(gè)第一溝槽110a中以提供外圍區(qū)域20多個(gè)電性隔離的主動(dòng)區(qū)域30，并同時(shí)沉積該絕緣層120b于記憶區(qū)域中的字符線間溝槽115(圖10)，如圖10所示，在后續(xù)金屬化復(fù)晶硅114以降低組件阻值的過(guò)程中利用該沉積于字符線間溝槽115的絕緣層120b作為半導(dǎo)體基材100的屏蔽以避免基材金屬化。而所述絕緣材通常為二氧化硅，其沉積方式以高密度電漿化學(xué)氣相沉積法(HPCVD)為佳，接著利用復(fù)晶硅層114為研磨停止層以除去多余的絕緣材，并于外圍區(qū)域20的主動(dòng)區(qū)30中留下多個(gè)第一溝槽中的絕緣層120a以作為電性隔離的用于記憶區(qū)域10中留下多個(gè)作為金屬化罩幕之用的絕緣層120b，接著利用復(fù)晶硅層作為研磨停止層114，以化學(xué)機(jī)械研磨法平坦化絕緣材120a，120b。
最后請(qǐng)參照?qǐng)D12，利用包含有選擇性蝕刻主動(dòng)區(qū)30中的復(fù)晶硅層114及ONO層112以露出一部分的半導(dǎo)體基材100，并以植入法形成井區(qū)域122。
本發(fā)明通過(guò)上述的制程方式以簡(jiǎn)化并改善公知的制程技術(shù)，其利用復(fù)晶硅層同時(shí)作為字符線、及絕緣層(氧化層)的研磨停止層；并利用同時(shí)沉積絕緣層(氧化層)于外圍區(qū)域的多個(gè)第一溝槽及內(nèi)存數(shù)組區(qū)域中的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)間以作為阻隔層以分別作為主動(dòng)區(qū)的隔離及防止基材的金屬化；利用該成中的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)間以作為阻隔層以分別作為主動(dòng)區(qū)的隔離及防止基材的金屬化；利用該成長(zhǎng)于淺溝槽(STI，shallow trench isolation)內(nèi)側(cè)的ONO介電層，防止淺溝槽的邊角凹陷(STI corner Recess)及防止淺溝槽于后續(xù)加熱過(guò)程(Thermalprocess)中導(dǎo)致的淺溝槽輪廓(STI profile)變形所產(chǎn)生的錯(cuò)位(Dislocation)。
權(quán)利要求
1.一種氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基材，所述基材表面包含有一記憶區(qū)域及一外圍區(qū)域；成長(zhǎng)一墊氧層于所述半導(dǎo)體基材上；于所述記憶區(qū)域內(nèi)的所述墊氧層上形成具多個(gè)第一開口的第一屏蔽圖案，以作為多條縱向排列的位線屏蔽；于所述半導(dǎo)體基材中進(jìn)行一離子布植制程，植入摻雜物于未被所述位線屏蔽覆蓋的記憶單元區(qū)域中以形成多條縱向且平行的埋藏式位線；去除所述位線屏蔽；以及形成一第二屏蔽圖案于所述墊氧層上，其中第二屏蔽圖案具多個(gè)第二開口于所述周邊區(qū)域中；沿上述第二開口選擇性蝕刻所述半導(dǎo)體基材而形成多個(gè)第一溝槽及一第二溝槽于所述周圍區(qū)域；去除所述第二屏蔽圖案及所述墊氧層；于所述半導(dǎo)體基材表面形成一ONO介電層，以覆蓋所述記憶區(qū)域及所述外圍區(qū)域；沉積一復(fù)晶硅層于所述ONO介電層上以填充所述多個(gè)第一及所述第二溝槽；選擇性蝕刻所述復(fù)晶硅層以于所述記憶區(qū)域中形成多個(gè)正交于位線的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)作為字符線，且同時(shí)于所述外圍區(qū)域中移除填充于所述多個(gè)第一溝槽的復(fù)晶硅，并留下填充于第二溝槽的復(fù)晶硅；以及于所述外圍區(qū)域的多個(gè)第一溝槽及所述記憶區(qū)域的字符線間形成一絕緣材。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，還包括平坦化所述絕緣材，以在所述多個(gè)第一溝槽及所述記憶區(qū)域的字符線間形成溝槽隔離區(qū)；定義所述外圍區(qū)域的離子布植井區(qū)域于多個(gè)第一溝槽間；蝕刻部分所述復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)及所述ONO介電層以露出多個(gè)第一溝槽間的半導(dǎo)體基材；以及進(jìn)行一離子布植制程，于上述露出的基材中形成離子井(well)區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基材為一硅基底。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基材為一硅覆絕緣基底。
5.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述墊氧化層通過(guò)熱氧化法形成。
6.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述埋藏的字符線通過(guò)植入N-型離子于半導(dǎo)體基材而形成。
7.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述埋藏式位線的離子布植制程在ONO介電層形成之前再進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述埋藏式位線的離子布植制程在ONO介電層形成之后再進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述方法進(jìn)行離子布植制程之后還包含有一快速回火制程用來(lái)活化植入于所述基底中的摻雜物。
10.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述位線屏蔽為一圖案化光阻。
11.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述ONO介電層厚度介于150至250微米。
12.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述ONO介電層更形成于淺溝槽內(nèi)側(cè)以防止淺溝槽的邊角凹陷。
13.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述ONO介電層形成于淺溝槽內(nèi)側(cè)以防止淺溝槽后續(xù)加熱過(guò)程中導(dǎo)致的淺溝槽輪廓變形所產(chǎn)生的錯(cuò)位。
14.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述絕緣層為二氧化硅層。
15.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述復(fù)晶硅層包含摻雜的復(fù)晶硅。
16.如權(quán)利要求1所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述絕緣層由高密度電漿化學(xué)氣相沉積法HDPCVD形成。
17.如權(quán)利要求2所述的氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，所述絕緣層由化學(xué)機(jī)械研磨法平坦化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物只讀存儲(chǔ)器的制造方法，并將氮化物只讀存儲(chǔ)器與外圍邏輯電路的制程步驟整合，以簡(jiǎn)化制程并提高產(chǎn)品合格率。本發(fā)明技術(shù)的特征在于利用復(fù)晶硅層做為絕緣層(氧化層)的研磨停止層(Polishing stoplayer)。本發(fā)明技術(shù)的另一特征為在形成絕緣層(氧化層)于外圍區(qū)域的多個(gè)第一溝槽的同時(shí)也填入所述氧化層于內(nèi)存數(shù)組區(qū)域中的復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)間以防止半導(dǎo)體基材于復(fù)晶硅的自行對(duì)準(zhǔn)硅化物步驟中與金屬(例如鈷)發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明技術(shù)的再一特征為利用成長(zhǎng)ONO介電層于淺溝槽內(nèi)側(cè)，以防止淺溝槽的邊角凹陷及防止淺溝槽在后續(xù)加熱過(guò)程中導(dǎo)致的淺溝槽輪廓變形所產(chǎn)生的錯(cuò)位。
文檔編號(hào)H01L21/8246GK1617328SQ20031011389
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者賴二琨 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司