專利名稱：氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種內(nèi)存的制造方法，且特別是有關(guān)于一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器(Nitride Read Only Memory，NROM)的制造方法。
在只讀存儲(chǔ)器中，可擦除且可編程只讀存儲(chǔ)器具有可編程、可擦除、以及斷電后仍可保存數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于需要能夠保存數(shù)據(jù)以及能夠?qū)⑺４娴臄?shù)據(jù)更新的設(shè)備，例如是個(gè)人計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備中的基本輸入輸出(Basic Input Output System，BIOS)而言，為一種所廣泛采用的內(nèi)存元件。而其中尤其是電氣擦除式可編程只讀存儲(chǔ)器，較之可擦除且可編程只讀存儲(chǔ)器更具有在電路內(nèi)(in-circuit)進(jìn)行電編程以及電移除的優(yōu)勢(shì)，因此為將來(lái)研究發(fā)展的主要方向。
典型的電氣擦除式可編程只讀存儲(chǔ)器是以摻雜的復(fù)晶硅制作浮置閘與控制閘。在進(jìn)行編程(Program)時(shí)，射入于浮置閘的電子會(huì)均勻分布于整個(gè)復(fù)晶硅浮置柵極層中。一旦復(fù)晶硅浮置柵極層下方的穿隧氧化層有缺陷存在，則容易造成元件的漏電流，影響元件的可靠度。
目前已發(fā)展出一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)，此氮化硅只讀存儲(chǔ)器是在基底上形成一個(gè)陷入介電層夾層結(jié)構(gòu)(Trapping dielectricsandwiched)，此陷入介電層夾層結(jié)構(gòu)由絕緣層-電荷陷入層(Chargetrapping layer)-絕緣層所組成，其材質(zhì)例如是氧化硅-氮化硅-氧化硅(ONO)，其中電荷陷入層的功能等同一般可電除且可程序只讀存儲(chǔ)器的浮置柵極，而控制閘則仍然是以復(fù)晶硅來(lái)制作。當(dāng)此元件在控制閘與源極區(qū)施加電壓進(jìn)行程序化時(shí)，信道區(qū)中接近于漏極區(qū)之處的電子會(huì)射入于電荷陷入層中，而且，由于氮化硅材質(zhì)具有捕捉電子的特性，因此，射入于電荷陷入層中的電子并不會(huì)均勻分布于整個(gè)電荷陷入層中，而是以高斯分布的方式集中于電荷陷入層的局部區(qū)域上。由于射入于電荷陷入層的電子僅集中于局部的區(qū)域，因此，對(duì)于穿隧氧化層其缺陷的敏感度較小，元件漏電流的現(xiàn)象較不易發(fā)生。
公知在制造此種以氮化硅只讀存儲(chǔ)器的方法如下所述，首先，請(qǐng)參照

圖1A，提供一基底100，將基底100上送入熱爐管以形成氧化硅層102，接著，于氧化硅層102上依次以化學(xué)氣相沉積法形成氮化硅材質(zhì)的電荷陷入層104以及氧化硅層106，而于基底100上形成氧化硅-氮化硅-氧化硅(ONO)的陷入介電層夾層結(jié)構(gòu)。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，在氧化硅層106上形成圖案化的光阻層108。接著，對(duì)基底100進(jìn)行離子摻雜步驟。然后，以光阻層108為罩幕，以非等向性蝕刻法去除部份的絕緣層106以及電荷陷入層104以形成開(kāi)口110。
最后，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，將基底100送入熱爐管中，以于開(kāi)口110中形成熱氧化層112作為埋入式漏極絕緣層。然后，再于基底100上以化學(xué)氣相沉積法形成復(fù)晶硅層114以作為控制閘。
然而，依上述方法所形成的以氮化硅只讀存儲(chǔ)器有下列的缺點(diǎn)在蝕刻氧化硅層以及電荷陷入層以形成開(kāi)口時(shí)，所形成的開(kāi)口輪廓大多形成如圖1B所示的垂直形狀。在后續(xù)形成埋入式漏極絕緣層以及控制閘的工藝中，埋入式漏極絕緣層受鳥(niǎo)嘴效應(yīng)影響形成如圖1C所示的橢圓形，而且此橢圓形的埋入式漏極絕緣層將位于開(kāi)口側(cè)壁的電荷陷入層以及絕緣層向上推擠，在沉積復(fù)晶硅層后，電荷陷入層會(huì)如同圖1C所示的位置116與復(fù)晶硅層互相接觸，造成元件結(jié)構(gòu)的缺陷。
雖然電荷陷入層的電子集中于局部區(qū)域，然而隨著長(zhǎng)時(shí)間的操作會(huì)逐漸的擴(kuò)散，此時(shí)由于電荷陷入層與導(dǎo)電層接觸，電子就會(huì)沿著相連的路徑流到導(dǎo)電層中，而導(dǎo)致所儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的流失。
本發(fā)明提供一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，能夠防止電荷陷入層與控制閘互相接觸，提升數(shù)據(jù)保存能力。
本發(fā)明提出一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，此方法提供一個(gè)基底，再于基底上依序形成第一絕緣層、電荷陷入層以及第二絕緣層以形成陷入介電層的夾層結(jié)構(gòu)。接著，在第二絕緣層上形成圖案轉(zhuǎn)移層，再以圖案轉(zhuǎn)移層為罩幕，對(duì)基底進(jìn)行摻雜以形成源/漏極摻雜區(qū)。然后，以圖案轉(zhuǎn)移層為罩幕，去除部份第二絕緣層以及電荷陷入層以形成開(kāi)口。其后，以濕式蝕刻法去除開(kāi)口側(cè)壁的部份電荷陷入層，以將前述的開(kāi)口形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。然后，將圖案轉(zhuǎn)移層去除，再于開(kāi)口中形成熱氧化層以作為埋入式漏極絕緣層，其中熱氧化層與開(kāi)口的側(cè)壁密合，且將陷入電荷陷入層封閉于絕緣層與埋入式漏極絕緣層內(nèi)。接著，在基底上形成一層導(dǎo)電層以作為元件的控制閘。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，本發(fā)明的特征為蝕刻第二絕緣層以及電荷陷入層以形成開(kāi)口后，對(duì)開(kāi)口進(jìn)行濕式蝕刻工藝，去除開(kāi)口側(cè)壁的部份電荷陷入層，以使開(kāi)口形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。由于在后續(xù)步驟中，形成于開(kāi)口的埋入式漏極絕緣層會(huì)因鳥(niǎo)嘴效應(yīng)而形成略呈橢圓的形狀，因此會(huì)與開(kāi)口的側(cè)壁完全密合，而將陷入電荷陷入層完全封閉于絕緣層以及埋入式漏極絕緣層內(nèi)，使得后續(xù)形成的控制閘不會(huì)與電荷陷入層接觸，保持元件結(jié)構(gòu)的完整性。
而且，由于電荷陷入層不與控制閘接觸，所以儲(chǔ)存在電荷陷入層中的電子，不會(huì)經(jīng)由電荷陷入層與控制閘所接觸的路徑流到控制閘中，導(dǎo)致元件所儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的流失，而提升保存數(shù)據(jù)的能力。
附圖標(biāo)記說(shuō)明100、200基底102、106、202、206絕緣層104、204電荷陷入層108、208圖案轉(zhuǎn)移層110、210開(kāi)口
112、214熱氧化層114、216導(dǎo)電層116接觸位置212內(nèi)凹結(jié)構(gòu)首先，請(qǐng)參照?qǐng)D2A，提供一基底200，再于基底200上形成絕緣層202，絕緣層202的材質(zhì)例如是氧化硅，其形成的方法例如是將基底(芯片)200置入熱爐管中，進(jìn)行加熱工藝。接著，于絕緣層202上形成電荷陷入層204。電荷陷入層204的材質(zhì)例如是氮化硅，形成的方法包括低壓化學(xué)氣相沉積法，通入硅甲烷與氨氣為工藝氣體所形成的。然后，在電荷陷入層204上形成絕緣層206。絕緣層206的材質(zhì)例如是氧化硅，形成的方法包括以低壓化學(xué)氣相沉積法，通入硅甲烷與一氧化二氮為工藝氣體所形成的，或是以熱氧化法將電荷陷入層204氧化所形成的。其中絕緣層202、電荷陷入層204以及絕緣層206組成氧化硅-氮化硅-氧化硅的陷入介電層夾層結(jié)構(gòu)。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，在絕緣層206上形成圖案轉(zhuǎn)移208，其中圖案轉(zhuǎn)移層208例如是光阻層。然后，以圖案轉(zhuǎn)移層208為罩幕，對(duì)基底200進(jìn)行一離子植入步驟以進(jìn)行源/漏極的摻雜。其后，以圖案轉(zhuǎn)移層208為罩幕，去除部份的絕緣層206以及電荷陷入層204以形成開(kāi)口210。形成開(kāi)口210的方法例如是使用非等向性蝕刻法，其中此非等向性蝕刻法于蝕刻絕緣層206時(shí)的操作壓力為10厘托至100厘托左右，其操作功率在開(kāi)始蝕刻時(shí)為100W至500W左右，在蝕刻至絕緣層206底部時(shí)的操作功率為1W至100W左右，且蝕刻氣體源為流量50sccm至200sccm左右的四氟化碳。而此非等向性蝕刻法于蝕刻電荷陷入層204時(shí)的操作壓力為10厘托至100厘托左右，其操作功率在開(kāi)始蝕刻時(shí)為200W至800W左右，在蝕刻至電荷陷入層204底部時(shí)的操作功率為1W至100W左右，且蝕刻氣體源為流量1sccm至100sccm左右的溴化氫以及流量10sccm至50sccm左右的六氟化硫。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，去除開(kāi)口110側(cè)壁的部份電荷陷入層204，以于開(kāi)口210中形成一內(nèi)凹結(jié)構(gòu)212。形成該內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的方法例如是使用濕式蝕刻法，其中此濕式蝕刻法所使用的蝕刻液例如是溫度為攝氏20度至180度左右的磷酸，且基底200浸入蝕刻液的時(shí)間為0.5分鐘至5分鐘左右。由于磷酸對(duì)于氮化硅以及氧化硅具有高蝕刻選擇比，因此只會(huì)蝕刻電荷陷入層204但不會(huì)蝕刻絕緣層206以及絕緣層202，因此能形成如圖2C所示的具有內(nèi)凹結(jié)構(gòu)212的開(kāi)口。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2D，在開(kāi)口210中形成熱氧化層214以作為埋入式漏極絕緣層，并且熱氧化層214將開(kāi)口210填滿，以使開(kāi)口210側(cè)壁的絕緣層206、電荷陷入層204以及絕緣層202均與熱氧化層214緊密接觸。形成熱氧化層214的方法包括熱氧化法，例如是將基底200置入熱爐管中進(jìn)行加熱工藝。由于熱氧化層214受到鳥(niǎo)嘴效應(yīng)的箝制，使得熱氧化層214的成長(zhǎng)輪廓為如圖2C所示的橢圓形，由于此時(shí)已將開(kāi)口210形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)212，因此所形成的熱氧化層214能夠與開(kāi)口210側(cè)壁的絕緣層206、電荷陷入層204以及絕緣層202密合，而將電荷陷入層204封閉于絕緣層206以及熱氧化層214內(nèi)，不會(huì)與后續(xù)形成的控制閘互相電接觸。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2E，在基底200上形成導(dǎo)電層216以作為控制閘。導(dǎo)電層216例如為具有摻雜的非晶硅層，且其摻雜是在沉積非晶硅的同時(shí)施行的。其形成的方法例如是以低壓化學(xué)氣相沉積法，通入硅甲烷與三磷化氫為工藝氣體所形成的具有摻雜的非晶硅。另外，以非晶硅所形成的導(dǎo)電層216可以還包括一硅化金屬層以降低其阻值，此硅化金屬層，例如是以六氟化鎢與硅甲烷或是以六氟化鎢與二氯乙烷為工藝氣體所形成的硅化鎢。
在上述的實(shí)施例中，當(dāng)進(jìn)行蝕刻絕緣層206以及電荷陷入層204以形成開(kāi)口210的步驟時(shí)，也可以蝕刻絕緣層206、電荷陷入層204以及絕緣層202，而形成露出基底200的開(kāi)口。
而且，對(duì)基底200進(jìn)行離子植入以進(jìn)行源/漏極的摻雜的步驟，除了在形成圖案轉(zhuǎn)移層后208之后實(shí)施外，也可以在形成開(kāi)口之后實(shí)施。
綜上所述，本發(fā)明的特征在于蝕刻絕緣層206、電荷陷入層204以形成開(kāi)口后，對(duì)開(kāi)口進(jìn)行濕式蝕刻工藝，以去除開(kāi)口側(cè)壁的部份電荷陷入層，以使開(kāi)口形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。由于后續(xù)形成于開(kāi)口的埋入式漏極絕緣層會(huì)形成略呈橢圓的形狀，因此會(huì)與開(kāi)口的側(cè)壁完全密合，而將電荷陷入層完全封閉于絕緣層以及埋入式漏極絕緣層內(nèi)，使得后續(xù)形成的控制閘不會(huì)與電荷陷入層接觸，保持元件結(jié)構(gòu)的完整性。
而且，由于電荷陷入層不與控制閘接觸，所以儲(chǔ)存在電荷陷入層中的電子，不會(huì)經(jīng)由電荷陷入層與控制閘所接觸的路徑流到控制閘中，導(dǎo)致元件所儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的流失，而提高元件的保存數(shù)據(jù)能力。
在本發(fā)明中的實(shí)施例中，舉一氮化硅只讀存儲(chǔ)器工藝加以說(shuō)明，然而本發(fā)明并非限定于氮化硅只讀存儲(chǔ)器工藝，任何具有氧化硅-氮化硅-氧化硅夾層結(jié)構(gòu)，且在氧化硅-氮化硅-氧化硅夾層結(jié)構(gòu)中形成內(nèi)凹開(kāi)口，并形成埋入式絕緣層的半導(dǎo)體元件也屬本發(fā)明的技術(shù)特征及專利保護(hù)范圍。
雖然本發(fā)明已以一實(shí)施例說(shuō)明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為該方法至少包括提供一基底；在該基底上形成一第一絕緣層；在該第一絕緣層上形成一氮化硅電荷陷入層(Charge trappinglayer)；在該氮化硅電荷陷入層上形成一第二絕緣層；在該第二絕緣層上形成一圖案轉(zhuǎn)移層；以該圖案轉(zhuǎn)移層為罩幕，蝕刻去除部份該第二絕緣層、該氮化硅電荷陷入層以形成一開(kāi)口；去除該圖案轉(zhuǎn)移層；去除該開(kāi)口側(cè)壁的部份該氮化硅電荷陷入層，以使該開(kāi)口側(cè)壁形成一內(nèi)凹(Notch)結(jié)構(gòu)；在該開(kāi)口中形成一熱氧化層以作為一埋入式漏極絕緣層，其中該熱氧化層與該開(kāi)口側(cè)壁密合；以及在該基底上形成一導(dǎo)電層，以作為控制閘。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中去除該開(kāi)口側(cè)壁的部份該氮化硅電荷陷入層，以使該開(kāi)口側(cè)壁形成一內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的方法包括一濕式蝕刻法。
3.如權(quán)利要求2所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中該濕式蝕刻法所使用的一蝕刻液包括磷酸。
4.如權(quán)利要求3所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中該蝕刻液的溫度為攝氏20度至180度左右。
5.如權(quán)利要求3所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中該濕式蝕刻法的操作時(shí)間為0.5分鐘至5分鐘左右。
6.如權(quán)利要求1所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中形成該熱氧化層的方法包括熱氧化法。
7.如權(quán)利要求1所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中還包括于形成該圖案轉(zhuǎn)移層后，對(duì)該基底進(jìn)行一埋入式漏極摻雜步驟。
8.一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為該方法包括下列步驟提供一基底；在該基底上形成一第一絕緣層；在該第一絕緣層上形成一氮化硅電荷陷入層；在該第一絕緣層上形成一第二絕緣層；在該第二絕緣層上形成一圖案轉(zhuǎn)移層；以該圖案轉(zhuǎn)移層為罩幕，蝕刻去除部份該第二絕緣層、該氮化硅電荷陷入層以及該第一絕緣層以形成露出該基底的一開(kāi)口；去除該圖案轉(zhuǎn)移層；去除該開(kāi)口側(cè)壁的部份該氮化硅電荷陷入層，以使該開(kāi)口側(cè)壁形成一內(nèi)凹(Notch)結(jié)構(gòu)；在該開(kāi)口中形成一熱氧化層以作為一埋入式漏極絕緣層，其中該熱氧化層與該開(kāi)口側(cè)壁密合；以及在該基底上形成一導(dǎo)電層，以作為控制閘。
9.如權(quán)利要求8所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中去除該開(kāi)口側(cè)壁的部份該氮化硅電荷陷入層，以使該開(kāi)口側(cè)壁形成一內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的方法包括一濕式蝕刻法。
10.如權(quán)利要求9所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中該濕式蝕刻法所使用的一蝕刻液包括磷酸。
11.如權(quán)利要求10所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中該蝕刻液的溫度為攝氏20度至180度左右。
12.如權(quán)利要求9所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中該濕式蝕刻法的操作時(shí)間為0.5分鐘至5分鐘左右。
13.如權(quán)利要求8所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中形成該熱氧化層的方法包括熱氧化法。
14.如權(quán)利要求8所述的氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，其特征為其中還包括于形成該圖案轉(zhuǎn)移層后，對(duì)該基底進(jìn)行一埋入式漏極摻雜步驟。
15.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征為該方法至少包括下列步驟提供具有一第一絕緣層、一電荷陷入層以及一第二絕緣層的一基底；在該第二絕緣層以及該電荷陷入層中形成一內(nèi)凹開(kāi)口，其中該內(nèi)凹開(kāi)口位于該電荷陷入層的寬度大于位于該第二絕緣層的寬度；在該內(nèi)凹開(kāi)口中形成一熱氧化層以作為一埋入式漏極絕緣層，其中該熱氧化層與該內(nèi)凹開(kāi)口側(cè)壁密合；以及在該基底上形成一導(dǎo)電層，以作為控制閘。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征為其中該電荷陷入層的材質(zhì)包括氮化硅。
17.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征為其中形成該內(nèi)凹開(kāi)口的方法包括下列步驟去除部份該第二絕緣層以及該電荷陷入層以形成一開(kāi)口；以及以一濕式蝕刻法去除該開(kāi)口側(cè)壁的部份該電荷陷入層，以形成該內(nèi)凹開(kāi)口。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征為其中該濕式蝕刻法所使用的一蝕刻液包括磷酸。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征為其中該蝕刻液的溫度為攝氏20度至180度左右。
20.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征為其中該濕式蝕刻法的操作時(shí)間為0.5分鐘至5分鐘左右。
21.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征為其中形成該熱氧化層的方法包括熱氧化法。
全文摘要
一種氮化硅只讀存儲(chǔ)器的制造方法，此方法是在基底上形成由絕緣層－電荷陷入層－絕緣層所組成的陷入介電層夾層結(jié)構(gòu)(Trapping dielectric sandwiched)，接著在電荷陷入層上的絕緣層以及電荷陷入層中形成內(nèi)凹開(kāi)口。然后，在內(nèi)凹開(kāi)口中形成熱氧化層與開(kāi)口側(cè)壁密合，以將電荷陷入層封閉于絕緣層與熱氧化層內(nèi)，而能夠避免后續(xù)形成的控制閘與電荷陷入層接觸，進(jìn)而防止儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的流失。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1452238SQ02118038
公開(kāi)日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2002年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月18日
發(fā)明者劉建宏, 潘錫樹(shù), 黃守偉 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司