CN1378275A - 具有自行对准金属硅化物组成单位的罩幕式只读存储器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高密度罩幕式只读存储器组件以及利用自行对准金属硅化物工艺来制造高密度罩幕式只读存储器组件的方法。此方法系包括埋入式位线N+、可形成非可编程存储单元的厚氧化层、已去除厚氧化层而可形成可编程存储单元的薄栅极氧化层、作为字符线的多晶硅栅极结构以及沉积的单一金属硅化层。因为只需沉积一层金属硅化物,而简化了工艺。在上述的只读存储器组件中的字符线与部分埋入式位线上形成有硅化金属层,而此硅化金属层可降低位线与字符线之间的电阻,因而可加快上述只读存储器组件的存储单元的操作速率。
Description
本发明是有关于一种半导体内存组件以及半导体内存组件的制造方法，且特别是有关于一种高密度罩幕式可编程只读存储器以及利用自行对准金属硅化物工艺，以制造高密度罩幕式可编程只读存储器的方法。
只读存储器组件系一种半导体集成电路，而此半导体集成电路广泛应用于以微处理器为主的系统中。此只读存储器组件系用来永久储存资料，甚至在电源中断时，资料亦不被删除。只读存储器组件特别适合于许多需要相同资料的组件或储存需要重复使用的资料。其中一个应用范例即为个人计算机的基本输入输出系统。只读存储器组件是以主动组件的数组方式来储存二位讯号，而在制造过程中集成电路制造商系依顾客要求的规格来程序化此主动组件的数组。
传统的罩幕式只读存储器包括或非门式与与非门式。或非门式只读存储器是将复数个内存晶体管的源极与漏极，分别以平行的方式连接。然而与非门式只读存储器是将复数个内存晶体管的源极与漏极，以串联的方式连接。
请参照图1至图3，其所绘示为公知一种平存储单元(flat-cell)的罩幕式只读存储器的示意图。首先提供一具有P型掺质的半导体硅基底。埋入式位线11系以N型掺质植入具有复数个互相平行的细长条区域的基底中而形成的，而此埋入式位线11构成源极/漏极区域。其次，在基底10上形成一层栅极氧化层12，而此栅极氧化层12例如是以热氧化法形成的氧化硅层。然后栅极13系以垂直的方向横跨在埋入式位线11之上，而此栅极13构成字符线，以用于罩幕式只读存储器组件的记忆数组中。公知编码的工艺系在基底10上覆盖一层图案化的光阻层14，并暴露出复数个编码区开口(coding openings)15。然后在选择的存储单元所暴露出的信道区域中植入掺质，借以进行程序化步骤。
存储单元晶体管的信道区域位于每二条相邻位线之间且位于字符线之下的基底中。存储单元晶体管是以阻断(blocking)或导通(conducting)的方式来编码。“1”或“0”资料位可视为二种状态之一。若以P型掺质植入存储单元，则存储单元具有高的启始电压，而使得存储单元永远处于“关”的状态，例如为存入二位数字“0”。若未将掺质植入存储单元，则存储单元具有低的启始电压，而使得存储单元处于“开”的状态，例如为存入二位数字“1”。
因此，当半导体组件制造厂商力求改进性能与降低成本时，只读存储器组件的尺寸越来越小，而只读存储器组件的密度也随着越来越高。然而由于组件尺寸缩小，线宽随着减少，使得公知只读存储器组件中的字符线与位线的电阻增高。因而不利于只读存储器组件的操作速度。
解决上述问题的方法为利用耐高温的金属硅化物薄膜来降低字符线与位线的电阻。相较于非金属硅化物结构，在自行对准金属硅化物(SALICIDE)的工艺中，形成低阻值的源极接触、栅极接触以及漏极接触，因而能降低位线与字符线的电阻。然而自行对准金属硅化物的工艺需要将额外的步骤并入工艺中。
在美国专利第5633187号专利案中，苏揭露自行对准金属硅化物的工艺，以降低只读存储器中的位线与字符线的电阻。然而苏所揭露的工艺需要形成二层硅化金属层。苏揭露在字符线上沉积一层硅化钨层，然后在位线上沉积硅化钛层。
在美国专利第5712203号专利案中，苏揭露另一种自行对准金属硅化物的工艺，以降低只读存储器中的位线的电阻。虽然此工艺仅需形成一层金属硅化层，但亦仅降低了位线的电阻。
根据上述，半导体业者需要提供一种自行对准金属硅化物的工艺，使得此工艺能容易地并入只读存储器组件的工艺中，并能同时降低位线与字符线的电阻。
因此本发明提供一种罩幕式可编程只读存储器的制造方法，包括在半导体基底上形成一层厚度大于约1000埃的氧化层。接着在此氧化层上形成一层第一罩幕层，且图案化此第一罩幕层，以形成位线。其次去除位线区域的氧化层，以暴露出半导体基底。接着将导电掺质以离子植入法掺入暴露出的基底，而形成埋入式位线区域。然后去除第一罩幕层，再形成第二罩幕层，随后在第二罩幕层上形成编码图案，以形成编码区开口，而此编码区开口暴露出位线之间的基底部分。接者去除第二罩幕层，并在编码区开口内形成一层栅极氧化层。随后在余留的氧化层、埋入式位线区域以与门极氧化层上沉积一层导电层，以形成复数个导电栅极结构，而这些导电栅极结构构成罩幕式只读存储器的字符线。随后在基底上沉积一层耐高温金属，以在埋入式位线与字符线上形成一层自行对准硅化金属层。
另一较佳实施例，本发明提供一种只读存储器组件，此只读存储器组件包括复数个互相平行的位线，其位于基底中；复数个字符线，其垂直于上述复数个位线上；复数个内存单元，位于二相邻位线与部分字符线的交会处。一层硅化金属层覆盖着二相邻字符线之间的位线部分。
上述一般性描述与随后的详细描述仅作为范例而加以说明，以对本发明的权利要求提供更进一步的说明。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
图式的简单说明：
图1为公知一种只读存储器的上视示意图；
图2为图1中沿II-II线的制造流程剖面图；
图3为图1中沿III-III线的剖面示意图；
图4为依照本发明的较佳实施例，一种罩幕式只读存储器的存储单元的上视示意图；
图5A为图4中沿A-A线的剖面示意图，其所绘示为依照本发明在存储单元区上形成一层厚氧化层与形成位图案的步骤。
图5B为图4中沿B-B线的剖面示意图，可更说明此步骤；
图6A为图4中沿A-A线的剖面示意图，其所绘示为蚀刻位线区上的氧化层，并植入N+掺质，以形成埋入式位线的步骤。
图6B至图6D为图4中分别沿B-B线、C-C线以及D-D线的剖面示意图，可更说明此步骤；
图7A为图4中沿A-A线的剖面示意图，其所绘示为形成编码区图案与蚀刻编码区内的氧化层的步骤。
图7B至图7D为图4中分别沿B-B线、C-C线以及D-D线的剖面示意图，可更说明此步骤；
图8A为图4中沿A-A线的剖面示意图，其所绘示为形成栅极氧化层的步骤。
图8B至图8D为图4中分别沿B-B线、C-C线以及D-D线的剖面示意图，可更说明此步骤；
图9A为图4中沿A-A线的剖面示意图，其所绘示为沉积且图案化多晶硅栅极的步骤。
图9B至图9D为图4中分别沿B-B线、C-C线以及D-D线的剖面示意图，可更说明此步骤；
图10A为图4中沿A-A线的剖面示意图，其所绘示为形成间隙壁的步骤。
图10B至图10D为图4中分别沿B-B线、C-C线以及D-D线的剖面示意图，可更说明此步骤；以及
图11A为图4中沿A-A线的剖面示意图，其所绘示为形成自行对准金属硅化物层的步骤。
图11B至图11D为图4中分别沿B-B线、C-C线以及D-D线的剖面示意图，可更说明此步骤。
附图标记说明：
10：硅基底
11：埋入式位线
12：栅极氧化层
13：栅极
14：光阻层
15：编码区开口
21：厚氧化层：
23：P型硅半导体基底
25：第一光阻层
27：细长条形开口
29：位线
31：第二光阻层
33：栅极氧化层
35：多晶硅
37：图案化的厚氧化层
39：编码区的栅极氧化层
41：编码区开口
43：栅极
45：存储单元
47：间隙壁
51：硅化金属层
实施例
请详细参照本发明的实施例，并配合所附的图式。
请参照图5A与图5B，在P型硅半导体基底23上沉积一层厚度约至少1000埃的厚氧化层(TOX)21。厚氧化层的厚度约为厚度约100埃的栅极氧化层的十倍。若厚氧化层的厚度与栅极氧化层的厚度相差不大，则不易区分被程序化为”1」或”0」的资料位。形成厚氧化层的方法，例如为热生长或公知低压气相沉积法。依上述方法来形成厚氧化层，可避免横向生长氧化层以及其后的“鸟嘴”外观的形成。例如，在整个内存区上生长氧化层，因此“鸟嘴”仅生长在内存的边缘。因此在内存区场氧化层可避免有“鸟嘴”的外观。相似地，形成连续厚氧化层的方法，例如为低压化学气相沉积法，可完全避免“鸟嘴”外观的形成。
接者，在厚氧化层21上涂布光阻25，随后利用公知微影工艺图案化光阻层25，以形成复数个互相平行的细长条形开口27，以定义位线29，而此位线可作为存储单元晶体管的源极/漏极区。
接者，请参照图6A至图6D以及图7A至图7D，进行蚀刻步骤，以去除在位线区内的氧化层，并暴露出氧化层下的基底。其较佳的方法包括公知非等向性蚀刻法，例如为反应性离子蚀刻法。然后以光阻层为罩幕，进行N+掺质的离子植入步骤，而此N+型掺质例如为砷或磷。砷掺质的植入能量大约为60至120KeV，而所使用的剂量约为5×1014至5×1015ions/cm2。磷掺质的植入能量大约为30至70KeV，而所使用的剂量约为5E14至5E15ions/cm2。请参照图6A至图6C，以离子植入法在暴露出的基底中形成N+区域29，以作为只读存储器组件的埋入式位线。
在去除第一光阻层的步骤后，形成图案化的第二光阻层31，并暴露出基底，而此暴露出的基底系作为存储单元的信道区域。当字符线为高电压时，晶体管是处于“开”的状态。利用微影工艺，以在光阻层中定义出编码区开口41，如图7A至图7D所示。编码区开口可选择性的暴露出基底的表面，而于后续工艺中在暴露出的基底上形成薄栅极氧化层33。然后去除第二光阻层。去除第一与第二光阻层的方法，例如为使用公知的溶剂来去除光阻层。然后利用公知的技术，以生长栅极氧化层，而其厚度由所使用的工艺来决定。请参照图8A至图8D，其所绘示为形成栅极氧化层的剖面示意图。请参照图8A，由于掺杂的硅层具有较快的氧化速率，而使得硅层具有较高的掺质密度。因此在位线N+的栅极氧化层的厚度高于在信道上的栅极氧化层的厚度。
请参照图9A至图9D，在余留的厚氧化层上与栅极氧化层上沉积一层毯覆式多晶硅层35，以形成字符线结构。沉积多晶硅层的方法例如为低压化学气相沉积法或其它公知的方法，而沉积的厚度约为2000埃至4000埃。利用微影与蚀刻工艺，以形成复数个栅极43，而此复数个栅极电极43构成字符线，其中字符线用于罩幕式只读存储器组件的内存数组中。
请参照图10A至图10D，形成间隙壁47，以保护栅极侧壁，避免在栅极侧壁上形成硅化金属层。首先沉积一层绝缘层(图中未示出)，再进行非等向性蚀刻步骤，以形成间隙壁47。绝缘层的材质，例如为二氧化硅，其沉积的厚度约为1000埃至2000埃。然后对绝缘层进行回蚀刻步骤，而回蚀刻法，例如为反应性离子蚀刻法。
接者，请参照图11A至图11D，进行自行对准金属硅化物工艺，一层薄的耐高温金属层，例如为钛，其沉积的厚度约为300埃至400埃。随后在氮气的环境下，在温度摄氏600度至900度之间进行热处理工艺。钛与位线、多晶硅层直接接触的部分，形成金属硅化物51。以钛层为例，形成硅化钛(TiSi2)层。在其余的区域，钛与其反应生成氮化钛(TiN)或氮氧化钛(TiOxNy)。然后以热硫酸溶液来进行选择性蚀刻，热硫酸溶液对未参与反应的金属钛、氮化钛(TiN)以及氮氧化钛(TiOxNy)的蚀刻速率快于硅化钛(TiSi2)的蚀刻速率。利用上述自行对准金属硅化物工艺，在只读存储器的字符线上与部分埋入式位线上形成硅化金属层51，而且仅需沉积一层耐高温的金属层。
请参照图4与图11D，只读存储器组件中的存储单元45位于字符线与二条相邻位线的交会处。由于在信道区域上形成有图案化的厚氧化层37，因此关闭状态的存储单元具有高的启始电压。不论字符线电压高或低，存储单元一直维持在关闭状态。然而具有编码区开口的存储单元，由于编码区开口内的栅极氧化层39具有正常厚度(normal thickness)，当字符线处于高电压状态时，具有正常厚度的栅极氧化层的存储单元能设定在导通的状态。依照本发明的原则，只读存储器组件在字符线与部分位线上形成有硅化金属层。由于只需单一步骤来沉积硅化金属层，因此可容易地将此沉积步骤并入工艺中。而硅化金属层能降低字符线与位线的电阻，以致能加快存储单元的操作速度。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可在只读存储器组件的制造方法中作各种的改进与变型，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种具有自行对准金属硅化物组成单位的罩幕式可编程只读存储器的制造方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：
形成具有厚度大于约1000埃的一氧化层于一半导体基底上；
形成一第一罩幕层在该氧化层上，并图案化该第一罩幕层，以形成复数个位线区域；
去除该些位线区域内的该氧化层，以暴露出该半导体基底；
进行一离子植入步骤，将复数个导电的掺质植入暴露出的该半导体基底中，以形成复数条埋入式位线；
去除该第一罩幕层，并形成一第二罩幕层；
形成一编码图案，以形成复数个编码区开口，并暴露出相邻二条位线之间的该半导体基底部分；
去除该第二罩幕层；
生长一栅极氧化层于该些编码区开口中；
沉积一层导电层于余留的该氧化层、该埋入式位线以及该栅极氧化层上；
形成复数个导电栅极结构，而该些导电栅极结构组成该罩幕式只读存储器的复数条字符线；
形成绝缘间隙壁于该些栅极结构的侧壁；以及
沉积一耐高温金属层，以形成一硅化金属层于该些字符线与部分该些位线上。
2.如权利要求1所述的具有自行对准金属硅化物组成单位的罩幕式可编程只读存储器的制造方法，其特征在于：其中形成间隙壁的步骤，更包括：
沉积一厚度约1000埃至2000埃的二氧化硅层；以及
使用反应性离子蚀刻法，进行回蚀刻步骤，以形成该些栅极结构的侧壁。
3.如权利要求1所述的具有自行对准金属硅化物组成单位的罩幕式可编程只读存储器的制造方法，其特征在于：其中形成该硅化金属层的步骤，更包括：
沉积一厚度约300埃至400埃的钛层；
从温度摄氏600度至摄氏900度，进行热处理工艺，以使得钛与该些字符线上的多晶硅以及部分该些埋入式位线上的硅反应，而形成硅化钛层；以及
去除未反应成硅化钛层的钛层部分。
4.如权利要求1所述的具有自行对准金属硅化物组成单位的罩幕式可编程只读存储器的制造方法，其特征在于：其中该氧化层厚度约为该栅极氧化层厚度的十倍。
5.如权利要求1所述的具有自行对准金属硅化物组成单位的罩幕式可编程只读存储器的制造方法，其特征在于：其中进行一离子植入步骤，将该些导电的掺质植入暴露出的该半导体基底中，以形成该些埋入式位线，而该些导电的掺质为N+掺质。
6.一种只读存储器组件的结构，包括：
复数条平行位线，位于一基底中；
复数条字符线，垂直于该些平行位线之上；
复数个存储单元，每一存储单元均位于二相邻位线与部分字符线的交会处，以及
其中一硅化金属层覆盖着二相邻字符线之间的该些平行位线部分。
7.如权利要求6所述的只读存储器组件的结构，其特征在于：其中硅化金属层覆盖着字符线。
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