專利名稱：改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法及其結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體的制造方法與結構，特別涉及一種改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法及其結構，即一種減少非揮發(fā)性存儲單元中儲存電荷流失的制造方法與結構。
傳統(tǒng)制作過程中，常以硼磷硅玻璃(BPSG)作為內(nèi)層介電層(inter-layer dielectric；ILD)，用以隔離柵極區(qū)域(gate regions)和第一金屬層(metal 1)，并且以內(nèi)金屬介電層(inter-metal dielectric；IMD)分隔各層金屬。然而，在經(jīng)過一連串的沉積、微影蝕刻的過程中，常會導入一些例如是鈉離子、鉀離子…等的自由離子(mobile ion)的微量污染，這些自由離子會與內(nèi)存組件中的儲存電荷相互作用，造成電荷流失而降低產(chǎn)品的可靠性。這情形在深次微米世代(deep sub-microngeneration)下，更是半導體業(yè)界的一大課題。
請參閱

圖1。圖1現(xiàn)有快閃存儲單元結構的剖面示意圖。
圖1為現(xiàn)有快閃存儲單元結構100的結構，包括有一硅基底110，其上具有一柵極結構120；
一氧化硅間隙壁(spacer)130，位于該柵極結構120的側壁上；以及一源極區(qū)域140與一漏極區(qū)域150，分別位于該柵極結構120兩側的基底內(nèi)。
其中該柵極結構120還包括有一穿隧氧化(tunnel oxide)層122，位于部分該基底110上；一浮置柵極(floating gate)124，位于該柵極氧化層122上；一柵極間介電層(inter-gate dielectric layer)126，位于該浮置柵極124上；以及一控制柵極(control gate)128，位于該柵極間介電層126上。
然而，上述的自由離子(mobile ions)仍會穿透該氧化硅間隙壁(spacer)130而靠近該柵極結構120，使得儲存在該浮置柵極124中的電荷流失而降低產(chǎn)品的可靠度(reliability)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種非揮發(fā)性存儲單元的結構。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明公開一種改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其步驟包括(a)提供一基底；(b)形成至少一柵極結構于該基底上；(c)分別形成一摻雜區(qū)于該柵極結構兩側的該基底中；(d)形成一順應性(conformal)的墊氧化層于該柵極結構與該基底上；(e)形成一順應性的氮化層于該墊氧化層與該基底上；(f)非等向性去除部分該氮化層與該墊氧化層直到露出該柵極結構的頂部與部分基底的表面，而形成一墊氧化層間隙壁于該柵極結構的側壁上，以及一氮化層間隙壁于該墊氧化層間隙壁的側壁上；(g)形成一順應性的氧化層于該墊氧化層間隙壁、該氮化層間隙壁、該柵極結構與該基底上；以及(h)非等向性去除部分該氧化層直到露出該柵極結構的頂部與部分基底的表面，而形成一氧化層間隙壁于該氮化層間隙壁的側壁上。
本發(fā)明還公開一種非揮發(fā)性存儲單元的結構，包括一基底，該基底上具有一柵極結構；一墊氧化層間隙壁，位于該柵極結構的側壁上；一氮化層間隙壁，位于該墊氧化層間隙壁的側壁上；一氧化層間隙壁，位于該氮化層間隙壁的側壁上；以及一源極與一漏極區(qū)域，分別位于該柵極結構兩側的該基底內(nèi)。
其中，該墊氧化層間隙壁的較佳厚度約100埃。
其中，該氮化層間隙壁的較佳厚度約200埃。
其中，該氧化層間隙壁的較佳厚度約2000埃。
因此根據(jù)本發(fā)明，使得該存儲單元中的儲存電荷不會流失，并可以減少自由離子(mobile ion)靠近該存儲單元，提升組件可靠度。并且該氮化層間隙壁的厚度約只有200埃，所以也不會影響將來形成介層窗(via)的蝕刻過程。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖作詳細說明如下
其次，請參閱圖3，以氧化法形成厚度約50--250埃的一順應性的墊氧化(linear oxide)層310于該柵極結構210與該基底200上。其中，該墊氧化層310最好在高溫爐管中進行氧化(例如ISSG(In Situ StreamGeneration)氧化法)。
其次，請參閱圖4，以沉積法形成厚度約100--300埃的一順應性的氮化層410于該墊氧化層310與該基底200上。其中，該氮化層410最好由化學氣相沉積法，而生成SiN層或SiON層。
其次，請參閱圖5，以干蝕刻法非等向性去除部分該氮化層410與該墊氧化層310直到露出該柵極結構210的頂部表面與部分基底200的表面，而形成一墊氧化層間隙壁510于該柵極結構210的側壁上，以及一氮化層間隙壁520于該墊氧化層間隙壁510的側壁上。此時的該墊氧化層間隙壁510的厚度最好是約100埃，而該氮化層間隙壁520的厚度最好是約200埃。
其次，請參閱圖6，以沉積法形成厚度約2000--3000埃的一順應性的氧化層610于該墊氧化層間隙壁510、該氮化層間隙壁520、該柵極結構210與該基底200上。其中，該氧化層610最好由化學氣相沉積法，而生成TEOS-SiO2層。
其次，請參閱圖7，以干蝕刻法非等向性去除部分該氧化層610直到露出該柵極結構210的頂部表面與部分基底200的表面，而形成一氧化層間隙壁710于該氮化層間隙壁520的側壁上，此時的該氧化層間隙壁710的厚度最好是約2000埃，。如此，即完成了本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的結構720。
因此，本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元的結構720，包括有一基底200，該基底上具有一柵極結構210；一墊氧化層間隙壁510，位于該柵極結構210的側壁上；一氮化層間隙壁520，位于該墊氧化層間隙壁510的側壁上；一氧化層間隙壁710，位于該氮化層間隙壁520的側壁上；以及一源極區(qū)域215與一漏極區(qū)域216，分別位于該柵極結構210兩側的該基底200內(nèi)。至于各層的材質與厚度范圍則如上述，此處不再贅述。
本發(fā)明的優(yōu)點，如圖8所示，先以沉積法形成當作是層間介電層(ILD)的一介電層810于該基底200、該氮化層間隙壁520與該柵極結構210上；然后進行一蝕刻制作方法用以形成一介層窗(via)820。由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元結構的該氮化層間隙壁520很薄(約200埃)，所以即使在蝕刻過程中發(fā)生對不準狀況時，也不會蝕刻停止在該氮化層間隙壁520上。
還有，由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元結構的該氮化層間隙壁520很薄(約200埃)，所以該氮化層間隙壁520所產(chǎn)生的應力(stress)很小。
還有，由于本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元結構的該氮化層間隙壁520很薄(約200埃)，所以沉積該氮化層間隙壁520時所需的熱能量比較少而能減低成本(cost)。
還有，本發(fā)明的非揮發(fā)性存儲單元結構的該氮化層間隙壁520對自由離子的阻隔效果非常的好。在此，發(fā)明者等以SIMS(二次離子質譜儀)定性測試曲線圖來證實氮化層確實對自由離子有相當好的阻隔效用。實驗如下述實驗1請參照圖9a和圖9b。圖9a顯示測試SiO2層對自由離子阻擋能力的試片的剖面圖。圖9b顯示圖9a的試片的SIMS定性測試曲線圖。
其中，圖9a中的試片形成厚度約2000埃的一SiO2層910于一硅基底900上。從圖9b中，在深度約2000埃之后仍有明顯的自由離子(Na+，K+)濃度曲線，所以可知自由離子(Na+，K+)可穿透該SiO2層910而進入該硅基底900中。因此證明了現(xiàn)有技術在柵極結構側壁形成氧化層間隙壁并不能有效阻擋自由離子。實驗2請參照圖10a和圖10b。圖10a顯示測試SiN層對自由離子阻擋能力的試片的剖面圖。圖10b顯示圖10a的試片的SIMS定性測試曲線圖。
其中，圖10a中的試片先形成厚度約2000埃的一SiO2層1010于一硅基底1000上，然后再形成厚度約200埃的一SiN層1020于該SiO2層1010上，之后再形成厚度約1500埃的一SiO2層1030于該SiN層1020上。從圖10b中，在深度約1700埃之后幾乎沒有明顯的自由離子(Na+，K+)濃度曲線，可知該SiN層1020可以有效地阻擋自由離子(Na+，K+)穿透。因此證明了本發(fā)明在柵極結構側壁形成氮化層間隙壁能有效阻擋自由離子，而能避免自由離子靠近非揮發(fā)性存儲單元，而能提升非揮發(fā)性內(nèi)存組件的電性穩(wěn)定度。
本發(fā)明雖以較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，本領域普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可做些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以權利要求為準。
權利要求
1.一種改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，步驟包括(a)提供一基底；(b)形成至少一柵極結構于該基底上；(c)分別形成一摻雜區(qū)于該柵極結構兩側的該基底中；(d)形成一順應性的墊氧化層于該柵極結構與該基底上；(e)形成一順應性的氮化層于該墊氧化層與該基底上；(f)非等向性去除部分該氮化層與該墊氧化層，形成一墊氧化層間隙壁于該柵極結構的側壁上，以及一氮化層間隙壁于該墊氧化層間隙壁的側壁上；(g)形成一順應性的氧化層于該墊氧化層間隙壁、該氮化層間隙壁、該柵極結構與該基底上；以及(h)非等向性去除部分該氧化層，形成一氧化層間隙壁于該氮化層間隙壁的側壁上。
2.如權利要求1所述的改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，在形成該氧化層間隙壁之后，還包括形成一介電層于該氧化層間隙壁、該柵極結構與該基底上。
3.如權利要求1所述的改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，形成該柵極結構的方法，還包括形成一穿隧氧化層于部分該基底上；形成一浮置柵極于該穿隧氧化層上；形成一柵極間介電層于該浮置柵極上；以及形成一控制柵極于該柵極間介電層上。
4.如權利要求1所述的改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，該墊氧化層由氧化法形成的二氧化硅層。
5.如權利要求1所述的改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，該墊氧化層的厚度范圍為50～250埃。
6.如權利要求1所述的改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，該氮化層由沉積法所形成的氮化硅層。
7.如權利要求1所述的改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，該氮化層由沉積法所形成的氮氧化硅層。
8.如權利要求1所述的改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，該氮化層的厚度范圍100～300埃。
9.如權利要求1所述的改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，該氧化層由沉積法所形成的二氧化硅層。
10.如權利要求1所述的改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法，其特征在于，該氧化層的厚度范圍為2000～3000埃。
11.一種非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，該結構包括(a)一基底，該基底上具有一柵極結構；(b)一墊氧化層間隙壁，位于該柵極結構的側壁上；(c)一氮化層間隙壁，位于該墊氧化層間隙壁的側壁上；(d)一氧化層間隙壁，位于該氮化層間隙壁的側壁上；以及(e)一源極與一漏極區(qū)域，分別位于該柵極結構兩側的該基底內(nèi)。
12.如權利要求11所述的非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，還包括一介電層，位于該氧化層間隙壁、該柵極結構與該基底上。
13.如權利要求11所述的非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，該柵極結構包括一穿隧氧化層，位于部分該基底上；一浮置柵極，位于該穿隧氧化層上；一柵極間介電層，位于該浮置柵極上；以及一控制柵極，位于該柵極間介電層上。
14.如權利要求11所述的非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，該墊氧化層間隙壁包含二氧化硅。
15.如權利要求11所述的非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，該墊氧化層間隙壁的厚度范圍為50～250埃。
16.如權利要求11所述的非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，該氮化層間隙壁包含氮化硅。
17.如權利要求11所述的非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，該氮化層間隙壁包含氮氧化硅。
18.如權利要求11所述的非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，該氮化層間隙壁的厚度范圍為100～300埃。
19.如權利要求11所述的非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，該氧化層間隙壁包含二氧化硅。
20.如權利要求11所述的非揮發(fā)性存儲單元的結構，其特征在于，該氧化層間隙壁的厚度范圍為2000～3000埃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改善非揮發(fā)性存儲單元可靠度的方法及其結構，其方法是在存儲單元的柵極結構側壁上依序形成有厚度約100埃的一墊氧化層間隙壁、厚度約200埃的一氮化層間隙壁，以及厚度約2000埃的一氧化層間隙壁。如此，由于該氮化層間隙壁可以減少自由離子(mobile ion)靠近該存儲單元，使得該存儲單元中的儲存電荷不會流失，而提升組件的可靠度。
文檔編號H01L21/70GK1449022SQ0210610
公開日2003年10月15日 申請日期2002年4月3日 優(yōu)先權日2002年4月3日
發(fā)明者曾銪寪, 邱宏裕, 呂文彬, 黃寶玲 申請人:旺宏電子股份有限公司