CN1420551A - 垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，此方法是在基底中形成沟渠，然后利用离子植入的方式，在基底的表面形成第一源极/漏极区与第二源极/漏极区，以及在沟渠的底部形成第三源极/漏极区，再在基底与沟渠的表面依序形成捕捉层与导体层。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件的制造方法，且特别涉及一种具有垂直结构的氮化物只读存储单元(Nitride Read-Only-Memory cell，NROM cell)的制造方法。
背景技术
公知的氮化物只读存储器件，是在具有金氧半晶体管存储器件中，利用例如是氧化硅-氮化硅-氧化硅层(ONO层)作为捕捉或陷入(Trap)电荷的介电层，在进行程序化的步骤，将热电子(Hot Electrons)经由位于氮化硅层下方的氧化硅层隧穿(Tunneling)至氮化物层中，并通过氮化硅层的捕捉或陷入电荷的功能，而将电荷储存于氮化物层内，以完成数据的存储。更详细的说，是在对源极、漏极与栅极提供程序化电压以进行程序化之际，位于信道区上方的氧化硅-氮化硅-氧化硅层受到程序化电压的影响，而使热电子穿过底层的氧化硅层并收集于氮化物层内。
另外，在公知技术中，氮化物层所收集的电荷集中于邻近源/漏极的区域内，且收集于氮化物层的电荷会增加信道区的启始电压(Threshold Voltage)。当在存储单元内存在有集中电荷时(例如程序化后的存储单元)，此存储单元会受到启始电压升高的影响，而使此存储单元在进行数据读取时，因读取电压低于启始电压而使信道区成为非传导区。反之，当在存储单元内没有集中电荷时，则会因读取电压会超过启始电压，而使信道区成为传导区。
公知的氮化物只读存储器件是使用在只读存储器(read onlymemory，ROM)、可程序只读存储器(programmable ROM，PROM)、可抹除且可程序只读存储器(Erasable Programmable ROM，EPROM)、快闪式可抹除且可程序只读存储器(Flash EPROM)、可电除且可程序只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM)、或快闪式可电除且可程序只读存储器(Flash Electrically ErasableProgrammable ROM，Flash EEPROM)之中。由于氮化物只读存储器件经由信道区而将热电子注入并陷于氮化物层中以进行存储单元的程序化，因此在传统的可程序只读存储器器件中，使用氮化物只读存储器件时，消除程序化所使用的时间会远大于程序化所使用的时间，进而使整体程序化与消除程序化的时间增加。
另外，在公知的氮化物只读存储器件中，由于信道区位于栅极下方，因此在更快速、更小型化、以及更密集封包的集成电路设计需求下，信道区的长度将有随之逐渐缩短的趋势，以使器件的操作速度加快。然而，当信道区的长度缩短至一定程度之后，则会产生短信道效应(Short Channel Effects)及热电子效应(Hot Electron Effects)，进而导致器件的电性失效的结果。
发明内容
因此，本发明提供一种金氧半晶体管的制造方法，以在降低器件尺寸的同时，仍可维持较佳的器件特性。
本发明提供一种氮化物只读存储器件的制造方法，其中此氮化物只读存储器具有垂直结构，以使信道区沿着垂直方向分布，以有效地降低器件尺寸。
本发明提供一种氮化物只读存储器件的制造方法，其中位线沿着X方向分布，以更进一步地缩小器件尺寸。
本发明提供一种氮化物只读存储器件的制造方法，以通过增加信道区长度而使器件的接合电容可以有效地降低的同时，且可同时提高氮化物只读存储器件的性能及降低器件尺寸。
为了实现上述目的，本发明提出一种垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，此方法是在基底中形成沟渠，然后利用离子植入的方式，在基底的表面形成第一源极/漏极区与第二源极/漏极区，以及在沟渠的底部形成第三源极/漏极区，再在基底与沟渠的表面依序形成捕捉层与导体层。
由上述可知，本发明的垂直式只读存储器件所需的面积远小于传统的水平式只读存储器件，因此，可得到具有高集成度的存储器件。
由上述可知，本发明的信道区沿着垂直方向延伸，因此位线沿着X方向延伸，可更进一步缩小氮化物只读存储单元的尺寸。
由上述可知，本发明的信道区沿着垂直方向延伸，因此信道区的长度可随着沟渠深度的调整而调整，进而有效地降低接合电容的需求。且可在降低器件尺寸的同时，避免短信道效应的发生，进而有效地提高器件的稳定性。
由上述可知，本发明在降低接合电容的同时，可以有效地降低电阻-电容延迟时间(RC delay time)，因此，可以有效地增加器件的操作速度，进而改善器件的性能。
附图说明
为使本发明能更明显易懂，下文配合附图，作详细说明：
图1至图6所示是本发明的一较佳实施例的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法的示意图。
图中标记分别是：
100：半导体基底
102：沟渠
103：离子植入
104：第一源极/漏极区
106：第二源极/漏极区
108：一般源极/漏极区
110，114：二氧化硅层
112：氮化硅层
116：栅极导体层
具体实施方式
实施例
依据附图，对本发明的一较佳实施例进行详细说明。在文中所提及与在附图中使用的任何相同符号表示相同的构件。
本发明叙述垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法。请参照图1所示，提供半导体基底100，并在半导体基底100中形成沟渠102，沟渠102的宽度介于0.2μm至0.6μm之间，且沟渠102的深度介于0.3μm至0.8μm之间。形成沟渠102的方法例如是使用传统的微影蚀刻工艺，较佳的蚀刻工艺例如是使用适合的电浆混合气体进行非等向性蚀刻。另外，也可以进行额外的处理，例如是利用稀薄H2O2溶液将基底100表面在非等向蚀刻的工艺中所形成的不必要的氧化物移除。另外，蚀刻工艺也可以使用适当的湿式蚀刻剂进行湿式蚀刻。接着，进行信道区离子植入步骤(未显示)，以调整启始电压。信道区离子植入的方法例如是使用斜角植入技术，利用介于3×1011离子/平方厘米至5×1013离子/平方厘米之间的剂量及介于5KeV至50KeV之间的能量，将诸如硼或氟化硼离子植入NMOS器件中，或是将诸如砷或磷离子植入PMOS器件中。
接着，请参照图2所示，进行离子植入103，以在沟渠边缘的基底中形成第一源极/漏极区104与第二源极/漏极区106，以及在沟渠102底部基底中形成一般源极/漏极区108。源极/漏极区104、106、108的植入方法例如是使用3×1015离子/平方厘米左右的剂量及介于60KeV左右的能量，进行氟化硼、砷离子或磷离子的植入。另外，在形成源极/漏极区104、106、108之后，进行一热处理，以在10秒(快速热反应(RTA)，高温)至60分钟(低温)之间，将器件加热至摄氏800度至摄氏1100度之间，以使所植入的掺质活性化。
接着，请参照图3至图5所示，在基底与沟渠之上形成捕捉层。如图5所示，捕捉层例如是由二氧化硅层110-氮化硅层112-二氧化硅层114所构成，且形成在基底100与沟渠102之上。请参照图3所示，在热氧化操作之下，使用摄氏1050度的干燥氧气，在基底100与沟渠102之上形成厚度为50埃至70埃之间的底二氧化硅层110。之后，在一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)或氨气(NH3)的环境下，利用摄氏900度的温度进行回火，以完成底二氧化硅层110的制备。
接着，请参照图4所示，使用低压化学气相沉积法(low pressurechemical vapor deposition，LPCVD)，在底二氧化硅层110上覆盖一层厚度介于110埃至135埃之间的氮化硅层112，其中氮化硅层112的材质例如是四氮化三硅(Si3N4)，低压化学气相沉积法的条件例如是温度为摄氏760度左右、且压力为330mTorr。另外形成氮化硅层112的方法虽以低压化学气相沉积法为例进行说明，但并不以此为限，也可以改用快速热化学气相沉积法(Rapid thermal chemical vapordeposition，RTCVD)。
接着，请参照图5所示，利用热氧化法，在氮化硅层112之上形成一顶二氧化硅层114。形成项二氧化硅层114的方法，虽以热氧化法为例进行说明，但并不以此为限，也可以改用快速热化学气相沉积法或快速热氧化(Rapid thermal oxide，RTO)法。需注意的是，利用热氧化法形成顶二氧化硅层114的期间，会消耗部分氮化硅层112，且氮化硅层112的消耗厚度是项二氧化硅层114的形成厚度的一半。因此，如果项二氧化硅层114的预定形成厚度介于140埃至160埃之间时，则氮化硅层112的厚度至少需比最后所需的氮化硅层112的厚度多70埃至80埃，以通过消耗额外的氮化硅而形成顶二氧化硅层114。
接着，请参照图6所示，在基底100之上，覆盖一层栅极导体层116，并填满沟渠102，其中栅极导体层116的厚度介于1000埃至3000埃之间。栅极导体层116例如是掺杂多晶硅层。栅极导体层116的形成方法例如是利用低压化学气相沉积法，在基底上覆盖一层非晶硅层，再在温度为摄氏530度，且压力为200mTorr下，通入含有硅化氢(SiH4)与磷化氢(PH3)的混合气体，以形成掺杂多晶硅层。
由上述的本发明的垂直式氮化物只读存储器晶体管可得知，垂直式只读存储器件所需的面积远小于传统的水平式结构晶体管。再由现行的设计法则可知，具有较小需求面积的器件将可更进一步地提高器件的密集度而得到高集成度的电路器件。因此，使用本发明的垂直式氮化物只读存储器，可得到高集成度的存储器件。
由上述的本发明的垂直式氮化物只读存储器晶体管可得知，由于信道区沿着垂直方向延伸，因此位线沿着X方向延伸，故可更进一步缩小氮化物只读存储单元的尺寸。
由上述的本发明的垂直式氮化物只读存储器晶体管可得知，由于信道区沿着垂直方向延伸，因此信道区的长度可随着沟渠深度的调整而调整，进而有效地降低接合电容的需求。且可在降低器件尺寸的同时，避免短信道效应的发生，进而有效地提高器件的稳定性。
由上述可知，本发明可在降低接合电容的同时，可以有效地降低电阻-电容延迟时间。因此可以有效地增加器件的操作速度，进而改善器件的性能。
虽然在本较佳实施例中以氮化物只读存储器晶体管进行说明，然而本发明并不限定于此，在不脱离本发明的精神和范围内，也可以适用于其它金氧半晶体管的制造。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，但并不限定于本发明所公开的叙述中，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，但可在了解本发明的技术内容后，对前述内容作各种的更动与润饰。另外，也可以依据本发明的范围所界定的精神和范围作各种的更动与润饰。所有在本发明中所使用的实施例与附图仅用以对本发明进行说明，并不以此为限。
Claims (20)
1.一种垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：该方法包括：
提供一基底；
在该基底中形成一沟渠；
进行一离子植入步骤，在该基底的表面形成一第一源极/漏极区与一第二源极/漏极区，且在该沟渠底部的该基底中形成一第三源极/漏极区；
在该基底与该沟渠的表面形成一捕捉层；
在该沟渠之中及该基底上形成一栅极导体层。
2.根据权利要求1所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：该捕捉层包括一混合介电层，该混合介电层包括底氧化硅层-氮化硅层-项氧化硅层。
3.根据权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述底氧化硅层的形成方法包括低温热氧化法。
4.根据权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述底氧化硅层的厚度介于50埃至70埃之间。
5.根据权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述顶氧化硅层的形成方法包括热氧化法。
6.根据权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述顶氧化硅层的厚度介于140埃至160埃之间。
7.根据权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述氮化硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
8.根据权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述氮化硅层的厚度介于110埃至135埃之间。
9.根据权利要求1所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：该栅极导体层的材料包括一掺杂多晶硅层。
10.根据权利要求9所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：该掺杂多晶硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
11.一种垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，适用于具有一沟渠的一半导体基底，其中在该沟渠边缘的该半导体基底的表面具有一第一源极/漏极区与一第二源极/漏极区，且在该沟渠底部的该半导体基底中具有一第三源极/漏极区，其特征在于：该方法包括：
在该半导体基底与该沟渠的表面形成一捕捉层；
在该沟渠之中及该半导体基底上形成一栅极导体层。
12.根据权利要求11所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：该捕捉层包括一混合介电层，该混合介电层包括底氧化硅层-氮化硅层-项氧化硅层。
13.根据权利要求12所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述底氧化硅层的形成方法包括低温热氧化法。
14.根据权利要求12所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述底氧化硅层的厚度介于50埃至70埃之间。
15.根据权利要求12所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述顶氧化硅层的形成方法包括热氧化法。
16.根据权利要求12所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述顶氧化硅层的厚度介于140埃至160埃之间。
17.根据权利要求12所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：前述氮化硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
18.根据权利要求12所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其中前述氮化硅层的厚度介于110埃至135埃之间。
19.根据权利要求11所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：该栅极导体层的材料包括一掺杂多晶硅层。
20.根据权利要求19所述的垂直式的氮化物只读存储单元的制造方法，其特征在于：该掺杂多晶硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060201 Termination date: 20191121 |
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