CN101826525B - 具有双重离子注入的nor型闪存结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有双重离子注入的NOR型闪存结构及其制造方法，该NOR型闪存结构包含：一半导体衬底、一轻掺杂漏极区、一第一源极区、一高掺杂漏极区、一磷掺杂漏极区、二自动对准金属硅化物层及一位障插栓。本发明在改善短沟道效应及避免轻掺杂漏极区在刻蚀时容易被挖穿的现象之后，还加强了轻掺杂漏极区与高掺杂漏极区结处的电性连接，使内存中载流子的迁移率不会降低。

Description

具有双重离子注入的NOR型闪存结构及其制造方法

技术领域

本发明关于一种NOR型闪存结构及其制造方法，特别关于一种具有双重离子注入的NOR型闪存(flash memory)结构及其制造方法。

背景技术

闪存是一种非挥发性(non-volatile)的内存，即在无外部电源供电时，也能够保存信息内容，这使得装置本身不需要浪费电力在数据的存储上，再加上闪存也具备重复读写、体积小、容量高及便于携带的特性，这使得闪存特别适合使用在携带式的装置上。目前NOR型闪存应用的范围，除了个人计算机上的主机板会利用NOR型闪存储存BIOS数据外，手机、手持装置也会使用NOR型闪存来存放系统数据，通过其高速的读取速度，满足手持装置的开机需求。

随着科技的进步，闪存的工艺技术也跨入纳米时代，为了加速组件的操作速率，增加组件的集成度，和降低组件操作电压等考虑的因素，组件栅极的沟道长度和氧化层厚度的微缩是必然的趋势。微缩组件尺寸不仅可以提高单位面积的集成电路密度，还可同时提升组件本身的电流驱动能力，可谓一举两得，然而事实上并非如此。组件栅极线宽已从以往的微米(10^-6公尺)缩减到现在的纳米(10^-9公尺)，随着组件的微缩与门极线宽的缩短却使得短沟道效应(Short Channel Effect)越来越严重，而为避免短沟道效应对组件造成影响，其中之一解决方法即是降低源极/漏极的结深度来达成。

以轻掺杂漏极(Lightly Doped Drain，LDD)而言，可提高组件的击穿电压(Breakdown Voltage)、改善临界电压的特性、降低热载流子效应(Hot CarrierEffect)。虽然轻掺杂漏极降低了漏极结的高电场，有效的提升组件的可靠度，然而轻掺杂漏极造成的浅结深度却容易在进行接触孔刻蚀时，造成漏极被挖穿的现象，而破坏了内存的结构。为了避免此情形的发生，会再利用一高掺杂离子注入工艺注入一高掺杂漏极区，并与一轻掺杂漏极区重叠。如此，使得在漏极区结深度降低以改善短沟道效应的同时，也能避免刻蚀一接触孔时，对该轻掺杂漏极区造成挖穿的现象。然而，请参阅图10，是已知的闪存结构剖面图。图中在二栅极结构130之间，这种离子注入方式会使得该轻掺杂漏极区132与该高掺杂漏极区134的结处136的电性连接变得相当脆弱。由于为了避免短沟道效应的发生，轻掺杂漏极区越做越薄，将使得脆弱的电性连接越来越严重，进而影响闪存中载流子的迁移率。

因此，在避免短沟道效应及避免轻掺杂漏极区被挖穿之后，如何加强轻掺杂漏极区与高掺杂漏极区结处的电性连接，使内存中载流子的迁移率不会降低即为本发明的重点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有双重离子注入的NOR型闪存结构及其制造方法。在改善短沟道效应及避免轻掺杂漏极区在刻蚀时容易被挖穿的现象之后，加强轻掺杂漏极区与高掺杂漏极区结处的电性连接，使内存中载流子的迁移率不会降低。

为达上述目的，本发明提供一种具有双重离子注入的NOR型闪存结构，其包含：一半导体衬底，在其上具有二栅极结构；一轻掺杂漏极区，位于所述二栅极结构之间的所述半导体衬底中；二第一源极区，分别位于所述二栅极结构的二外侧的该半导体衬底中；其中，该第一源极区于该半导体衬底中的结深度较该轻掺杂漏极区深；一高掺杂漏极区，位于该二栅极结构间的该半导体衬底中，并与该轻掺杂漏极区重叠，且该高掺杂漏极区于该半导体衬底中的结深度较该轻掺杂漏极区深；一磷掺杂漏极区，位于该二栅极结构间的该半导体衬底中，并与该高掺杂漏极区及该轻掺杂漏极区重叠；二自动对准金属硅化物层，分别位于该二栅极结构上方；及一位障插栓，分隔该二栅极结构。

为达上述目的，本发明提供一种具有双重离子注入的NOR型闪存结构的制造方法，其包含：提供一半导体衬底；在该半导体衬底上方形成二栅极结构；在该二栅极结构之间的该半导体衬底中进行一轻掺杂离子注入工艺以形成一轻掺杂漏极区，并在该二栅极结构的二外侧的该半导体衬底中分别形成一轻掺杂源极区；再进行一源极离子注入工艺，在该二栅极结构的二外侧的该半导体衬底中分别形成一第一源极区，其中该第一源极区于该半导体衬底中的结深度较该轻掺杂漏极区深；在该二栅极结构之间分别形成一L形或扇形间隙壁，该二L形或扇形间隙壁位于该轻掺杂漏极区上方；进行一高掺杂离子注入工艺以在该二栅极结构间形成一高掺杂漏极区，其中该高掺杂漏极区与该轻掺杂漏极区重叠，且该高掺杂漏极区在该半导体衬底中的结深度较该轻掺杂漏极区深；在该二栅极结构之间的该半导体衬底中进行一磷离子注入工艺形成一磷掺杂漏极区，并与该高掺杂漏极区及该轻掺杂漏极区重叠；在该二栅极结构间形成一位障插栓。

所以，本发明的NOR型闪存结构及其制造方法能避免刻蚀该接触孔时，对该轻掺杂漏极区造成挖穿的现象。此外也可使NOR型闪存中数据的写入与擦洗程序更稳定、更可靠并具有更长的使用寿命。

附图说明

图1为本发明闪存结构的部分剖面图；

图2为本发明进行轻掺杂离子注入工艺、在半导体衬底形成二轻掺杂源极区及一轻掺杂漏极区工艺步骤的闪存组件剖面图；

图3为本发明在半导体衬底上形成一掩膜、进行一源极离子布植工艺步骤的闪存组件剖面图；

图4为本发明形成氧化层壁及氧化或绝缘层、沉积一绝缘层工艺步骤的闪存组件剖面图；

图5为本发明进行刻蚀工艺步骤的闪存组件剖面图；

图6为本发明进行磷离子注入工艺、在二栅极结构之间形成磷掺杂漏极区工艺步骤的闪存组件剖面图；

图7为本发明形成金属硅化物层、进行、快速热退火处理工艺以形成一自动对准金属硅化物层工艺步骤的闪存组件剖面图；

图8为本发明于半导体衬底上沉积一接触孔刻蚀停止层工艺步骤的闪存组件剖面图；

图9为本发明形成具有双重离子注入的NOR型闪存结构工艺步骤的闪存组件剖面图；

图10是已知的闪存结构剖面图。

附图标号：

100  半导体衬底

102  栅极结构

102a 穿隧氧化层

102b 浮动栅

102c 介电层

102d 控制栅

103  沟道

130  栅极结构

132  轻掺杂漏极区

134  高掺杂漏极区

136  结处

201  轻掺杂离子注入工艺

202  轻掺杂源极区

204  轻掺杂漏极区

301  源极离子注入工艺

302  掩膜

304  第一源极区

401  第一氧化层壁

402  第二氧化或绝缘层

404  绝缘层

502a～d  绝缘层间隔物

504a～b  L形或扇形间隙壁

506  高掺杂漏极离子注入工艺

508  高掺杂漏极区

601  磷离子注入工艺

602  磷掺杂漏极区

604  结处

702a～c  自动对准金属硅化物层

802  接触孔刻蚀停止层

804  层间介电质层

902  接触孔

904  位障插栓

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施例，并配合附图，对本发明做一详细说明，说明于后。在这些不同的附图与实施例中，相同的组件将使用相同的符号。

首先参照图1，是本发明闪存结构的部分剖面图。图中显示在一半导体衬底100上形成有二栅极结构102，这些栅极结构102分别包含：穿隧氧化层102a(tunneling oxide layer)、浮动栅102b(floating gate)、介电层102c、控制栅102d(control gate)及形成一沟道103。该半导体衬底100材料可为硅、硅锗(SiGe)、绝缘层上覆硅(silicon on insulator，SOI)、绝缘层上覆硅锗(silicongermanium on insulator，SGOI)、绝缘层上覆锗(germanium on insulator，GOI)；在本实施例中，该半导体衬底100为一硅衬底。

接着请参照图2，进行一轻掺杂离子注入工艺201，在二栅极结构102的半导体衬底100中利用轻掺杂漏极(Lightly Doped Drain，LDD)注入形成二轻掺杂源极区202及一轻掺杂漏极区204。在本发明实施例中该半导体结构为一P型半导体结构，该轻掺杂离子注入工艺201中使用的离子为砷，剂量约为1×10¹⁴～7×10¹⁴(ion/cm²)，能量约为10～30(Kev)。其中二轻掺杂源极区202及轻掺杂漏极区204为一N型掺杂区域，在半导体衬底100中的结深度约为200

接着请同时参照图3及图2，在半导体衬底100上形成一掩膜302，轻掺杂漏极区204会被该掩膜302所涵盖。进行一源极离子注入工艺301，加深二轻掺杂源极区202在半导体衬底100内的离子注入深度而成为二第一源极区304，这些第一源极区304与轻掺杂漏极区204呈不对称状。相同地，在该P型半导体结构中，源极离子注入工艺301中使用的离子为砷，剂量约为1×10¹⁴～7×10¹⁵(ion/cm²)，能量约为10～30(Kev)。其中该第一源极区304为一N型掺杂源极区，在半导体衬底100中的结深度约为500～1500

接着请参照图4，形成一第一氧化层壁401及一第二氧化或绝缘层402，再利用一已知的沉积技术，如：来源气体包含氨气(NH₃)及硅烷(SiH₄)的化学气相沉积法(CVD)、快速热退火化学气相沉积(rapid thermal chemicalvapor deposition，RTCVD)、原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)，沉积一绝缘层404(如SiOx，SiNx或SiOx/SiNx/SiOx)。该绝缘层404的厚度可介于200

至1500

在本实施例中约为750

接着请同时参照图4及图5，利用干式或湿式刻蚀进行一刻蚀工艺将该绝缘层404刻蚀成多个绝缘间隔物(dielectric spacer)502a～d，此绝缘间隔物可为L型或扇型。再进行另一刻蚀工艺，将该第二氧化或绝缘层402刻蚀成二L形间隙壁或扇型(L-shape or fan-shaped)504a、504b及刻蚀第一氧化层壁401。进行一高掺杂漏极离子注入工艺506在二栅极结构102(见图3)之间形成一高掺杂漏极区508。其中该高掺杂漏极离子注入工艺506中使用的离子为砷，剂量约为5×10¹⁴～8×10¹⁵(ion/cm2)，能量约为20～55(Kev)。该高掺杂漏极区508与该轻掺杂漏极区204重叠，且高掺杂漏极区508在半导体衬底100中的结深度该轻掺杂漏极区204深。高掺杂漏极区508在半导体衬底100中的结深度约为600

该高掺杂漏极区为一N型掺杂区域。

接着请同时参照图6及图5，进行一磷离子注入工艺601，在二栅极结构102(见图3)之间形成一磷掺杂漏极区602，并与高掺杂漏极区508及轻掺杂漏极区204重叠。磷离子注入工艺601中使用的离子为磷，剂量约为1×10¹⁵～8×10¹⁵(ion/cm2)，能量约为20～50(Kev)，磷掺杂漏极区602在半导体衬底中的结深度约为200

如此，由于磷掺杂漏极区602的注入，加强了轻掺杂漏极区204与高掺杂漏极区508的结处604的电性连接，使内存中载流子的迁移率不会降低。

接着请参阅图7，在表面形成一由钴(cobalt，Co)、钛(titanium，Ti)、镍(nickel，Ni)或钼(molybdenum，Mo)所构成的金属硅化物层，并且进行一快速热退火处理工艺，以形成一自动对准金属硅化物层702a、702b与702c(salicide layer)，用于降低寄生电阻提升组件驱动力。

接着请参阅图8，接续上述步骤，在半导体衬底100上沉积一接触孔刻蚀停止层802(contact etch stop layer，CESL)，其可为SiN、氮氧化硅(oxynitride)、氧化硅(oxide)等，在本实施例中为SiN。该接触孔刻蚀停止层802的沉积厚度为100至1500

接着，一层间介电质层804(inter-layer dielectric，ILD)，如：二氧化硅(SiO₂)，沉积在该接触孔刻蚀停止层802之上。

最后请参阅图9，利用已知的光刻胶掩膜工艺，将一接触孔902从层间介电质层804非均向性地刻蚀到该接触刻蚀停止层802。再沉积一位障插栓904(barrier plug)形成一如图9所示的具有双重离子注入的NOR型闪存结构。

本发明在上文中已以较佳实施例揭露，但熟悉本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明中内存单元的一部分结构，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，凡与该实施例等效的变化与置换，均应包含在本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。

Claims (9)

1.一种具有双重离子注入的NOR型闪存结构，其特征在于，该闪存结构包含：

一半导体衬底，在其上具有二栅极结构；

一轻掺杂漏极区，位于所述二栅极结构之间的所述半导体衬底中；

二第一源极区，分别位于所述二栅极结构的二外侧的所述半导体衬底中；

其中，所述第一源极区在所述半导体衬底中的结深度较所述轻掺杂漏极区深；

一高掺杂漏极区，位于所述二栅极结构间的所述半导体衬底中，并与所述轻掺杂漏极区重叠，且所述高掺杂漏极区在所述半导体衬底中的结深度较所述轻掺杂漏极区深；

一磷掺杂漏极区，位于所述二栅极结构间的所述半导体衬底中，并与所述高掺杂漏极区及所述轻掺杂漏极区重叠；

二自动对准金属硅化物层，分别位于所述二栅极结构上方；及

一位障插栓，分隔所述二栅极结构。

2.如权利要求1所述的NOR型闪存结构，其特征在于，所述轻掺杂漏极区、所述第一源极区及所述高掺杂漏极区为一N型掺杂区。

3.如权利要求1所述的NOR型闪存结构，其特征在于，该闪存结构还包含位于所述轻掺杂漏极区上方的一自动对准金属硅化物层。

4.一种具有双重离子注入的NOR型闪存结构的制造方法，其特征在于，该方法包含：

提供一半导体衬底；

在所述半导体衬底上方形成二栅极结构；

在所述二栅极结构之间的所述半导体衬底中进行一轻掺杂离子注入工艺以形成一轻掺杂漏极区，并在所述二栅极结构二外侧的所述半导体衬底中分别形成一轻掺杂源极区；再进行一源极离子注入工艺，在所述二栅极结构二外侧的所述半导体衬底中分别形成一第一源极区，其中所述第一源极区在所述半导体衬底中的结深度较所述轻掺杂漏极区深；

在所述二栅极结构之间分别形成一L形或扇形间隙壁，所述二L形或扇形间隙壁位于所述轻掺杂漏极区上方；

进行一高掺杂离子注入工艺以在所述二栅极结构间形成一高掺杂漏极区，其中所述高掺杂漏极区与所述轻掺杂漏极区重叠，且所述高掺杂漏极区在所述半导体衬底中的结深度较所述轻掺杂漏极区深；

在所述二栅极结构之间的所述半导体衬底中进行一磷离子注入工艺形成一磷掺杂漏极区，并与所述高掺杂漏极区及所述轻掺杂漏极区重叠；及

在所述二栅极结构间形成一位障插栓。

5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述二栅极结构之间分别形成一L形或扇形间隙壁的步骤还包含：

在所述二L型或扇形间隙壁上沉积一绝缘层；

刻蚀所述绝缘层至所述轻掺杂漏极区表面；及

在所述二栅极结构上与所述轻掺杂漏极区表面各形成一自动对准金属硅化物层。

6.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述轻掺杂离子注入工艺中所使用的离子为砷，其剂量为1×10¹⁴～7×10¹⁴ion/cm²，能量为10～30Kev。

7.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述源极离子注入工艺中所使用的离子为砷，其剂量为1×10¹⁴～7×10¹⁵ion/cm²，能量为10～30Kev。

8.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述高掺杂漏极离子注入工艺中所使用的离子为砷，其剂量为5×10¹⁴～8×10¹⁵ion/cm²，能量为20～55Kev。

9.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述磷离子注入工艺中所使用的离子为磷，其剂量为1×10¹⁵～8×10¹⁵ion/cm²，能量为20～50Kev。

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