專(zhuān)利名稱(chēng)：具有雙重離子注入的nor型閃存結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種NOR型閃存結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別關(guān)于一種具有雙重離子注入的NOR型閃存(flash memory)結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
閃存是一種非揮發(fā)性(non-volatile)的內(nèi)存，即在無(wú)外部電源供電時(shí)，也能夠保 存信息內(nèi)容，這使得裝置本身不需要浪費(fèi)電力在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)上，再加上閃存也具備重復(fù)讀 寫(xiě)、體積小、容量高及便于攜帶的特性，這使得閃存特別適合使用在攜帶式的裝置上。目前 NOR型閃存應(yīng)用的范圍，除了個(gè)人計(jì)算機(jī)上的主機(jī)板會(huì)利用NOR型閃存儲(chǔ)存BIOS數(shù)據(jù)外，手 機(jī)、手持裝置也會(huì)使用NOR型閃存來(lái)存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過(guò)其高速的讀取速度，滿(mǎn)足手持裝置 的開(kāi)機(jī)需求。隨著科技的進(jìn)步，閃存的工藝技術(shù)也跨入納米時(shí)代，為了加速組件的操作速率，增 加組件的集成度，和降低組件操作電壓等考慮的因素，組件柵極的溝道長(zhǎng)度和氧化層厚度 的微縮是必然的趨勢(shì)。微縮組件尺寸不僅可以提高單位面積的集成電路密度，還可同時(shí)提 升組件本身的電流驅(qū)動(dòng)能力，可謂一舉兩得，然而事實(shí)上并非如此。組件柵極線寬已從以往 的微米(10_6公尺)縮減到現(xiàn)在的納米(10_9公尺)，隨著組件的微縮與門(mén)極線寬的縮短卻 使得短溝道效應(yīng)(Short Channel Effect)越來(lái)越嚴(yán)重，而為避免短溝道效應(yīng)對(duì)組件造成影 響，其中之一解決方法即是降低源極/漏極的結(jié)深度來(lái)達(dá)成。以輕摻雜漏極(Lightly Doped Drain, LDD)而言，可提高組件的擊穿電壓 (Breakdown Voltage)、改善臨界電壓的特性、降低熱載流子效應(yīng)(Hot CarrierEffect)。雖 然輕摻雜漏極降低了漏極結(jié)的高電場(chǎng)，有效的提升組件的可靠度，然而輕摻雜漏極造成的 淺結(jié)深度卻容易在進(jìn)行接觸孔刻蝕時(shí)，造成漏極被挖穿的現(xiàn)象，而破壞了內(nèi)存的結(jié)構(gòu)。為了 避免此情形的發(fā)生，會(huì)再利用一高摻雜離子注入工藝注入一高摻雜漏極區(qū)，并與一輕摻雜 漏極區(qū)重疊。如此，使得在漏極區(qū)結(jié)深度降低以改善短溝道效應(yīng)的同時(shí)，也能避免刻蝕一接 觸孔時(shí)，對(duì)該輕摻雜漏極區(qū)造成挖穿的現(xiàn)象。然而，請(qǐng)參閱圖10，是已知的閃存結(jié)構(gòu)剖面圖。 圖中在二柵極結(jié)構(gòu)130之間，這種離子注入方式會(huì)使得該輕摻雜漏極區(qū)132與該高摻雜漏 極區(qū)134的結(jié)處136的電性連接變得相當(dāng)脆弱。由于為了避免短溝道效應(yīng)的發(fā)生，輕摻雜 漏極區(qū)越做越薄，將使得脆弱的電性連接越來(lái)越嚴(yán)重，進(jìn)而影響閃存中載流子的遷移率。因此，在避免短溝道效應(yīng)及避免輕摻雜漏極區(qū)被挖穿之后，如何加強(qiáng)輕摻雜漏極 區(qū)與高摻雜漏極區(qū)結(jié)處的電性連接，使內(nèi)存中載流子的遷移率不會(huì)降低即為本發(fā)明的重 點(diǎn)ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有雙重離子注入的NOR型閃存結(jié)構(gòu)及其制造 方法。在改善短溝道效應(yīng)及避免輕摻雜漏極區(qū)在刻蝕時(shí)容易被挖穿的現(xiàn)象之后，加強(qiáng)輕摻 雜漏極區(qū)與高摻雜漏極區(qū)結(jié)處的電性連接，使內(nèi)存中載流子的遷移率不會(huì)降低。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種具有雙重離子注入的NOR型閃存結(jié)構(gòu)，其包含一 半導(dǎo)體襯底，在其上具有二柵極結(jié)構(gòu)；一輕摻雜漏極區(qū)，位于所述二柵極結(jié)構(gòu)之間的所述半 導(dǎo)體襯底中；二第一源極區(qū)，分別位于所述二柵極結(jié)構(gòu)的二外側(cè)的該半導(dǎo)體襯底中；其中， 該第一源極區(qū)于該半導(dǎo)體襯底中的結(jié)深度較該輕摻雜漏極區(qū)深；一高摻雜漏極區(qū)，位于該 二柵極結(jié)構(gòu)間的該半導(dǎo)體襯底中，并與該輕摻雜漏極區(qū)重疊，且該高摻雜漏極區(qū)于該半導(dǎo) 體襯底中的結(jié)深度較該輕摻雜漏極區(qū)深；一磷摻雜漏極區(qū)，位于該二柵極結(jié)構(gòu)間的該半導(dǎo) 體襯底中，并與該高摻雜漏極區(qū)及該輕摻雜漏極區(qū)重疊；二自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層，分別位 于該二柵極結(jié)構(gòu)上方；及一位障插栓，分隔該二柵極結(jié)構(gòu)。為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種具有雙重離子注入的NOR型閃存結(jié)構(gòu)的制造方 法，其包含提供一半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底上方形成二柵極結(jié)構(gòu)；在該二柵極結(jié)構(gòu)之 間的該半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行一輕摻雜離子注入工藝以形成一輕摻雜漏極區(qū)，并在該二柵極結(jié) 構(gòu)的二外側(cè)的該半導(dǎo)體襯底中分別形成一輕摻雜源極區(qū)；再進(jìn)行一源極離子注入工藝，在 該二柵極結(jié)構(gòu)的二外側(cè)的該半導(dǎo)體襯底中分別形成一第一源極區(qū)，其中該第一源極區(qū)于該 半導(dǎo)體襯底中的結(jié)深度較該輕摻雜漏極區(qū)深；在該二柵極結(jié)構(gòu)之間分別形成一 L形或扇形 間隙壁，該二 L形或扇形間隙壁位于該輕摻雜漏極區(qū)上方；進(jìn)行一高摻雜離子注入工藝以 在該二柵極結(jié)構(gòu)間形成一高摻雜漏極區(qū)，其中該高摻雜漏極區(qū)與該輕摻雜漏極區(qū)重疊，且 該高摻雜漏極區(qū)在該半導(dǎo)體襯底中的結(jié)深度較該輕摻雜漏極區(qū)深；在該二柵極結(jié)構(gòu)之間的 該半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行一磷離子注入工藝形成一磷摻雜漏極區(qū)，并與該高摻雜漏極區(qū)及該輕 摻雜漏極區(qū)重疊；在該二柵極結(jié)構(gòu)間形成一位障插栓。所以，本發(fā)明的NOR型閃存結(jié)構(gòu)及其制造方法能避免刻蝕該接觸孔時(shí)，對(duì)該輕摻 雜漏極區(qū)造成挖穿的現(xiàn)象。此外也可使NOR型閃存中數(shù)據(jù)的寫(xiě)入與擦洗程序更穩(wěn)定、更可 靠并具有更長(zhǎng)的使用壽命。


圖1為本發(fā)明閃存結(jié)構(gòu)的部分剖面圖；圖2為本發(fā)明進(jìn)行輕摻雜離子注入工藝、在半導(dǎo)體襯底形成二輕摻雜源極區(qū)及一 輕摻雜漏極區(qū)工藝步驟的閃存組件剖面圖；圖3為本發(fā)明在半導(dǎo)體襯底上形成一掩膜、進(jìn)行一源極離子布植工藝步驟的閃存 組件剖面圖；圖4為本發(fā)明形成氧化層壁及氧化或絕緣層、沉積一絕緣層工藝步驟的閃存組件 剖面圖；圖5為本發(fā)明進(jìn)行刻蝕工藝步驟的閃存組件剖面圖；圖6為本發(fā)明進(jìn)行磷離子注入工藝、在二柵極結(jié)構(gòu)之間形成磷摻雜漏極區(qū)工藝步 驟的閃存組件剖面圖；圖7為本發(fā)明形成金屬硅化物層、進(jìn)行、快速熱退火處理工藝以形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn) 金屬硅化物層工藝步驟的閃存組件剖面圖；圖8為本發(fā)明于半導(dǎo)體襯底上沉積一接觸孔刻蝕停止層工藝步驟的閃存組件剖 面圖；圖9為本發(fā)明形成具有雙重離子注入的NOR型閃存結(jié)構(gòu)工藝步驟的閃存組件剖面
5圖；圖10是已知的閃存結(jié)構(gòu)剖面圖。附圖標(biāo)號(hào)100半導(dǎo)體襯底102柵極結(jié)構(gòu)102a穿隧氧化層102b 浮動(dòng)?xùn)?02c 介電層102d 控制柵103 溝道130柵極結(jié)構(gòu)132輕摻雜漏極區(qū)134高摻雜漏極區(qū)136 結(jié)處201輕摻雜離子注入工藝202輕摻雜源極區(qū)204輕摻雜漏極區(qū)301 源極離子注入工藝302 掩膜304第一源極區(qū)401第一氧化層壁402第二氧化或絕緣層404 絕緣層502a d 絕緣層間隔物504a b L形或扇形間隙壁506高摻雜漏極離子注入工藝508 高摻雜漏極區(qū)601 磷離子注入工藝602磷摻雜漏極區(qū)604 結(jié)處702a c自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層802接觸孔刻蝕停止層804層間介電質(zhì)層902接觸孔904位障插栓
具體實(shí)施例方式為充分了解本發(fā)明的目的、特征及功效，通過(guò)下述具體實(shí)施例，并配合附圖，對(duì)本發(fā)明做一詳細(xì)說(shuō)明，說(shuō)明于后。在這些不同的附圖與實(shí)施例中，相同的組件將使用相同的符號(hào)。首先參照?qǐng)D1，是本發(fā)明閃存結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。圖中顯示在一半導(dǎo)體襯底100上 形成有二柵極結(jié)構(gòu)102，這些柵極結(jié)構(gòu)102分別包含穿隧氧化層102a (tunneling oxide layer)、浮動(dòng)?xùn)?102b (floating gate)、介電層 102c、控制柵 102d (control gate)及形 成一溝道103。該半導(dǎo)體襯底100材料可為硅、硅鍺(SiGe)、絕緣層上覆硅(silicon on insulator, SOI)、絕緣層上覆娃鍺(silicon germanium on insulator, SG0I)、絕緣層上覆 鍺(germanium on insulator, G0I)；在本實(shí)施例中，該半導(dǎo)體襯底100為一硅襯底。接著請(qǐng)參照?qǐng)D2，進(jìn)行一輕摻雜離子注入工藝201，在二柵極結(jié)構(gòu)102的半導(dǎo)體襯 底100中利用輕摻雜漏極(Lightly Doped Drain, LDD)注入形成二輕摻雜源極區(qū)202及 一輕摻雜漏極區(qū)204。在本發(fā)明實(shí)施例中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為一 P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該輕摻雜離 子注入工藝201中使用的離子為砷，劑量約為1X1014 7X1014(ion/Cm2)，能量約為10 30 (Kev)。其中二輕摻雜源極區(qū)202及輕摻雜漏極區(qū)204為一 N型摻雜區(qū)域，在半導(dǎo)體襯底 100中的結(jié)深度約為200 A。接著請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D3及圖2，在半導(dǎo)體襯底100上形成一掩膜302，輕摻雜漏極區(qū) 204會(huì)被該掩膜302所涵蓋。進(jìn)行一源極離子注入工藝301，加深二輕摻雜源極區(qū)202在半 導(dǎo)體襯底100內(nèi)的離子注入深度而成為二第一源極區(qū)304，這些第一源極區(qū)304與輕摻雜漏 極區(qū)204呈不對(duì)稱(chēng)狀。相同地，在該P(yáng)型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，源極離子注入工藝301中使用的離 子為砷，劑量約為1 X 1014 7 X 1015 (ion/cm2)，能量約為10 30 (Kev)。其中該第一源極 區(qū)304為一 N型摻雜源極區(qū)，在半導(dǎo)體襯底100中的結(jié)深度約為500 1500人。接著請(qǐng)參照?qǐng)D4，形成一第一氧化層壁401及一第二氧化或絕緣層402，再利用一 已知的沉積技術(shù)，如來(lái)源氣體包含氨氣(NH3)及硅烷(SiH4)的化學(xué)氣相沉積法(CVD)、快 速熱退火化學(xué)氣相沉積(rapid thermal chemical vapor exposition，RTCVD)、原子層沉積 (atomic layer d印osition，ALD)，沉積一絕緣層 404 (如 Si0x，SiNx 或 SiOx/SiNx/SiOx)。 該絕緣層404的厚度可介于200A至1500 A，在本實(shí)施例中約為750 A。接著請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D4及圖5，利用干式或濕式刻蝕進(jìn)行一刻蝕工藝將該絕緣層404 刻蝕成多個(gè)絕緣間隔物(dielectric spacer) 502a d，此絕緣間隔物可為L(zhǎng)型或扇型。再 進(jìn)行另一刻蝕工藝，將該第二氧化或絕緣層402刻蝕成二 L形間隙壁或扇型(L-shape or fan-shaped) 504a、504b及刻蝕第一氧化層壁401。進(jìn)行一高摻雜漏極離子注入工藝506在 二柵極結(jié)構(gòu)102 (見(jiàn)圖3)之間形成一高摻雜漏極區(qū)508。其中該高摻雜漏極離子注入工藝 506中使用的離子為砷，劑量約為5X 1014 ~8X1015(ion/cm2)，能量約為20 55 (Kev)。該 高摻雜漏極區(qū)508與該輕摻雜漏極區(qū)204重疊，且高摻雜漏極區(qū)508在半導(dǎo)體襯底100中 的結(jié)深度該輕摻雜漏極區(qū)204深。高摻雜漏極區(qū)508在半導(dǎo)體襯底100中的結(jié)深度約為 600 A。該高摻雜漏極區(qū)為一 N型摻雜區(qū)域。接著請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D6及圖5，進(jìn)行一磷離子注入工藝601，在二柵極結(jié)構(gòu)102 (見(jiàn)圖 3)之間形成一磷摻雜漏極區(qū)602，并與高摻雜漏極區(qū)508及輕摻雜漏極區(qū)204重疊。磷離 子注入工藝601中使用的離子為磷，劑量約為1 X 1015 8X 1015(ion/cm2)，能量約為20 50 (Kev)，磷摻雜漏極區(qū)602在半導(dǎo)體襯底中的結(jié)深度約為200 A。如此，由于磷摻雜漏極區(qū) 602的注入，加強(qiáng)了輕摻雜漏極區(qū)204與高摻雜漏極區(qū)508的結(jié)處604的電性連接，使內(nèi)存 中載流子的遷移率不會(huì)降低。
接著請(qǐng)參閱圖7，在表面形成一由鈷(cobalt，Co)、鈦(titanium，Ti)、鎳(nickel， Ni)或鉬(molybdenunuMo)所構(gòu)成的金屬硅化物層，并且進(jìn)行一快速熱退火處理工藝，以形 成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層702a、702b與702c (salicide layer)，用于降低寄生電阻提升 組件驅(qū)動(dòng)力。接著請(qǐng)參閱圖8，接續(xù)上述步驟，在半導(dǎo)體襯底100上沉積一接觸孔刻蝕停止 B 802 (contact etch stop layer，CESL)，其可為 SiN、氮氧化硅(oxynitride)、氧化硅 (oxide)等，在本實(shí)施例中為SiN。該接觸孔刻蝕停止層802的沉積厚度為100至1500 A。 接著，一層間介電質(zhì)層804 (inter-layer dielectric，ILD)，如二氧化硅(SiO2)，沉積在該 接觸孔刻蝕停止層802之上。最后請(qǐng)參閱圖9，利用已知的光刻膠掩膜工藝，將一接觸孔902從層間介電質(zhì)層 804非均向性地刻蝕到該接觸刻蝕停止層802。再沉積一位障插栓904(barrier plug)形 成一如圖9所示的具有雙重離子注入的NOR型閃存結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在上文中已以較佳實(shí)施例揭露，但熟悉本項(xiàng)技術(shù)者應(yīng)理解的是，該實(shí)施例僅用于描繪本發(fā)明中內(nèi)存單元的一部分結(jié)構(gòu)，而不應(yīng)解讀為限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)注意的 是，凡與該實(shí)施例等效的變化與置換，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范疇內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范 圍當(dāng)以權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種具有雙重離子注入的NOR型閃存結(jié)構(gòu)，其特征在于，該閃存結(jié)構(gòu)包含一半導(dǎo)體襯底，在其上具有二柵極結(jié)構(gòu)；一輕摻雜漏極區(qū)，位于所述二柵極結(jié)構(gòu)之間的所述半導(dǎo)體襯底中；二第一源極區(qū)，分別位于所述二柵極結(jié)構(gòu)的二外側(cè)的所述半導(dǎo)體襯底中；其中，所述第一源極區(qū)在所述半導(dǎo)體襯底中的結(jié)深度較所述輕摻雜漏極區(qū)深；一高摻雜漏極區(qū)，位于所述二柵極結(jié)構(gòu)間的所述半導(dǎo)體襯底中，并與所述輕摻雜漏極區(qū)重疊，且所述高摻雜漏極區(qū)在所述半導(dǎo)體襯底中的結(jié)深度較所述輕摻雜漏極區(qū)深；一磷摻雜漏極區(qū)，位于所述二柵極結(jié)構(gòu)間的所述半導(dǎo)體襯底中，并與所述高摻雜漏極區(qū)及所述輕摻雜漏極區(qū)重疊；二自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層，分別位于所述二柵極結(jié)構(gòu)上方；及一位障插栓，分隔所述二柵極結(jié)構(gòu)。
2 如權(quán)利要求1所述的NOR型閃存結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輕摻雜漏極區(qū)、所述第一源 極區(qū)及所述高摻雜漏極區(qū)為一N型摻雜區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的NOR型閃存結(jié)構(gòu)，其特征在于，該閃存結(jié)構(gòu)還包含位于所述輕摻 雜漏極區(qū)上方的一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。
4.一種具有雙重離子注入的NOR型閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該方法包含 提供一半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上方形成二柵極結(jié)構(gòu)；在所述二柵極結(jié)構(gòu)之間的所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行一輕摻雜離子注入工藝以形成一輕 摻雜漏極區(qū)，并在所述二柵極結(jié)構(gòu)二外側(cè)的所述半導(dǎo)體襯底中分別形成一輕摻雜源極區(qū)； 再進(jìn)行一源極離子注入工藝，在所述二柵極結(jié)構(gòu)二外側(cè)的所述半導(dǎo)體襯底中分別形成一第 一源極區(qū)，其中所述第一源極區(qū)在所述半導(dǎo)體襯底中的結(jié)深度較所述輕摻雜漏極區(qū)深；在所述二柵極結(jié)構(gòu)之間分別形成一 L形間或扇形隙壁，所述二 L形或扇形間隙壁位于 所述輕摻雜漏極區(qū)上方；進(jìn)行一高摻雜離子注入工藝以在所述二柵極結(jié)構(gòu)間形成一高摻雜漏極區(qū)，其中所述高 摻雜漏極區(qū)與所述輕摻雜漏極區(qū)重疊，且所述高摻雜漏極區(qū)在所述半導(dǎo)體襯底中的結(jié)深度 較所述輕摻雜漏極區(qū)深；在所述二柵極結(jié)構(gòu)之間的所述半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行一磷離子注入工藝形成一磷摻雜漏 極區(qū)，并與所述高摻雜漏極區(qū)及所述輕摻雜漏極區(qū)重疊；及 在所述二柵極結(jié)構(gòu)間形成一位障插栓。
5.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述二柵極結(jié)構(gòu)之間分別形成一L形 或扇形間隙壁的步驟還包含在所述二 L型或扇形間隙壁上沉積一,絕緣層； 刻蝕所述,絕,緣層至所述輕摻雜漏極區(qū)表面；及在所述二柵極結(jié)構(gòu)上與所述輕摻雜漏極區(qū)表面各形成一自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層。
6.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述輕摻雜離子注入工藝中所使用的 離子為砷，其劑量約為1\1014 7\10、011/側(cè)2，能量約為10 30Kev。
7.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述源極離子注入工藝中所使用的離子為砷，其劑量約為1\1014 7\10、011/側(cè)2，能量約為10 30Kev。
8.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述高摻雜漏極離子注入工藝中所使 用的離子為砷，其劑量約為5 X IO14 8X 1015ion/Cm2，能量約為20 55Kev。
9.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述磷離子注入工藝中所使用的離子 為磷，其劑量約為1 X IO15 8 X IO15Wcm2,能量約為20 50Kev。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有雙重離子注入的NOR型閃存結(jié)構(gòu)及其制造方法，該NOR型閃存結(jié)構(gòu)包含一半導(dǎo)體襯底、一輕摻雜漏極區(qū)、一第一源極區(qū)、一高摻雜漏極區(qū)、一磷摻雜漏極區(qū)、二自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物層及一位障插栓。本發(fā)明在改善短溝道效應(yīng)及避免輕摻雜漏極區(qū)在刻蝕時(shí)容易被挖穿的現(xiàn)象之后，還加強(qiáng)了輕摻雜漏極區(qū)與高摻雜漏極區(qū)結(jié)處的電性連接，使內(nèi)存中載流子的遷移率不會(huì)降低。
文檔編號(hào)H01L27/115GK101826525SQ20091000450
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者吳怡德, 李永忠, 陳宜秀 申請(qǐng)人:宜揚(yáng)科技股份有限公司