TW393688B - Manufacturing method for the neutron irradiation encoding of ROM - Google Patents

Description

A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（/) 技術領域： 本發明係關於一種唯讀記憶體(ROM)的製程技術，特 別是關於以中子束照射(neutron irradiation)編碼之唯讀記憶 體的製造方法。 發明背景： 罩幕式唯讀記憶體(Mask ROM)是最基本的一種 ROM。以圖一的NMOS陣列(Array)爲例，這個陣列由兩條 位元線81^及81^2，和三條字元線WLi、\^2及”1^3所組 成。這兩條位元線以空乏型(depletion mode)NMOS電晶體 爲負載，且分別與各個加強型(enhancement mode)NMOS電 晶體並聯。每個加強型電晶體的閘極均接往與其位址相對 的字元線，而源極則接地。當字元線Wk的電壓切換至〇V 時(WL2及WL3爲5V)，位址爲(11)的電晶體將不導通， 使位元線81^的輸出爲0。而81^2線上的電流因爲M12電晶體 爲空乏型元件，因此爲導通，位元線BL2的輸出將爲1。也 就是說，此時的輸出(Bh、BL2)將爲(0、1)。同理，當字元 線電壓切換至WL2時(\\0^及13爲5V)，兩條位元線將輸出 訊號(1、0);而在解讀字元線WL3時(WL^WL^w)， (BL、BL2)=(0、0)。換句話說，圖一的電路設計將儲存 (01)(10)及(00輝3個數位訊號。因爲這個電路在製作時便已 完成，有無外界電源並不會影響電路，因此爲一非揮發性 的記憶裝置，但也因此只可以讀而不能寫，故稱爲唯讀記 憶體(Read Only Memory ; ROM) 〇 本紙張从適用中關家標準（CpS) A4^ (2丨Gx297^董）

In · r ^-I----?----—訂 JII.——^ --------_I I_(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 —__ B7 _ 五、發明説明（>) 傳統在製作罩幕式唯讀記憶體陣列時，是經離子植入 (Ion Implantation)來調整其啓始電壓Vt(Threshold Voltage)來 儲存資料的。 然而，因爲製程上的限制(離子不能穿過太厚的層次而 植入矽基板內），以往所製作的罩幕式ROM半成品，於離 子植入程式碼後，尙須經歷形成介電層、金屬連線和保護 層的許多步驟，使罩幕式ROM的接單至出貨所需的時間仍 長達約1〜2個禮拜以上，無法迅速供應市場上之需求。 於是，目前已出現另一種較快速的製程，如聯華電子 蘇(Hsue)等人在美國專利第5,429,974號中所揭露，其方法 是先沈積介電層和金屬層後，利用蝕刻技術將介電層厚度 變薄，再進行離子佈植植入程式碼，必須在植入程式碼後 進行高溫驅入的動作，造成金屬層受到傷害的可能。 因此，本發明提出以中子束照射編碼之唯讀記憶體的 製造方法，而可以避免習知方法的各種缺點。以中子束照 射使矽同位素轉變爲磷離子的方法，可參閱Hass等人的論 "Phosphrous doping of silicon by means of neutron irradation", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-23, No. 8, August 1976。 發明之概述： 本發明之主要目的爲提供一種罩幕式唯讀記憶體 (Mask ROM)的新製程技術，於形成護層後再植入程式碼， 可以大幅縮短罩幕式唯讀記憶體的接單至出貨所需的時間 (tum-around time)。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A ! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 氏張从適用中國國家標準（)八4胁（210X2^7公釐) ' A7 B7 五、發明説明（ 本發明之次要目的爲提供一種罩幕式唯讀記憶體的新 製程技術，以中子束照射編碼，使矽同位素轉變爲磷離子 而達到編碼的作用。 本發明之另一目的爲提供一種罩幕式唯讀記憶體的新 製程技術，利用矽同位素之佈植，以增進中子束照射的效 果。 本發明之再一目的爲提供一種罩幕式唯讀記憶體的新 製程技術，以中子束照射編碼，不必使保護層變薄就能植 入編碼，製程方式簡單且具高度的實用性。 本發明之又一目的爲提供一種罩幕式唯讀記憶體的新 製程技術，以中子束照射編碼，只會有共價鍵的破壞而不 會有晶格之破壞，故可以降低回火之溫度，製程方式簡單 且具高度的實用性。 本發明係利用以下的製程方式，而達成上述之各種目 的：首先，在半導體矽基板上形成P井區和N井區，接著， 在定義出主動元件區和隔離區後，再進行離子植入以形成 矽同位素區，然後，沈積閘氧化層和複晶矽層之後，再製 定義出字元線及週邊元件閘極的圖案，並在字元線及週邊 元件閘極的兩側形成形成NLDD攙雜區(NMOS元件）、 PLDD攙雜區(PMOS元件）、隔離用的側壁子(spacer)、N+攙 雜區以及P+攙雜區，接著，沈積一層第一介電層於整個半 導體基板表面，並利用熱流整平坦化所述第一介電層，最 後再定義出接觸窗並進行金屬層和護層(passivation)的沈積 與蝕刻，本發明所述尙未植入編碼之罩幕式唯讀記憶體 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X2|7公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ^! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ (Mask ROM)的基本結構至此已完成，將半成品可暫時儲存 起來，稱爲保護層倉庫，未來僅須將程式碼植入後再作些 許處理，即可出貨。 植入編碼時，於所述已完成護層之晶圓，塗佈一層光 阻，並以微影技術製定出程式碼植入窗口，所述光阻必須 是能夠阻擋或吸收中子之光阻，再進行中子束照射以使矽 同位素區的矽轉變爲磷離子以達到植入程式碼的功用，然 後去除光阻，進行回火熱處理，以修補共價鍵之破壞。本 發明所述之以中子束照射編碼之唯讀記憶體的製造方法於 焉完成。此段程式碼植入自光罩式唯讀記體完成出貨的時 間僅約爲1至2天左右，較習知方法約8天以上大幅縮減， 能夠靈活有效地掌握市場先機，提升產品競爭力。 圖式簡要說明： 圖一爲習知技藝罩幕式唯讀記憶體(Mask ROM)的電路 不意圖。 圖二爲本發明實施例於形成矽同位素區及N+攙雜區後 之剖面圖。 圖三(A)、三(B)爲本發明實施例於形成第一介電層厚 後之剖面圖。 圖四(A)、四(B)爲本發明實施例將罩幕式唯讀記憶體 區域內以中子東照射形成程式碼後之剖面圖。 圖號說明： 21-半導體基板 23-隔離區 25-矽同位素區 26-N+攙雜區 表紙張尺度適用中國國家標準（CpS ) A4規格（210X2^7公釐） --------J---i------—訂---^---A (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 五、發明説明（ A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 27-植入矽同位素 29-複晶矽層 31-第一介電層 35-護層 39-中子束照射 發明詳細說明： 以下實施例主要係以中子束照射編碼之罩幕式唯讀記 憶體(Mask ROM)的製造方法作一詳細的說明，但是熟知半 導體技藝之人士皆能明瞭，本發明的製程亦可適用於其它 型態的唯讀記憶體，也可以推廣至各種不同材料的同位素 經中子束照射後而轉變爲三或五價的雜質。 請參閱圖二，本發明之起始材料爲Ρ型半導體矽基板 21，首先，在半導體矽基板21上形成Ρ井區和Ν井區，接 著’定義出主動元件區和隔離區23後，再進行矽同位素 (SP)離子植入27以形成矽同位素區25，如圖二所示。 所述P井區通常是運用離子植入法植入P型雜質，一般 係植入硼(B11)離子，其離子植入能量爲30到100 keV之 間，離子植入劑量(dose)則介於1E13到3E13離子/平方公 分之間。所述N井區通常是運用離子植入法植入N型雜質， 一般係植入磷(P31)離子，其離子植入能量爲30到100 keV 之間，離子植入劑量(dose)則介於5E12到1.5E13離子/平 方公分之間。所述隔離區23是利用熱氧化法(thermal growth) 所形成的場氧化層(field oxide)，將所述半導體矽基板21表 面的矽原子氧化而生成，長出厚爲3000到6500埃之間的氧 28-閘氧化層 30-淡攙雜區 33-側壁子 37-光阻層 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 .^! 本紙張尺度適用中國國家榡準（C1^s ) A4規格（210X297公釐） A7 ____B7_ 五、發明説明（4) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 化層。形成所述矽同位素區25的步驟，爲本發明重點之 一，係植入矽同位素(Si3G)27，其植入能量爲2〇到150 keV 之間，而植入劑量介於1E12到1E15離子/平方公分之間， 若是認爲半導體矽基板21內所含的矽同位素(Si3t))足夠的 話，也可以省略植入矽同位素的步驟。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 請參閱圖三，沈積一層閘氧化層28和複晶矽(或金屬矽 化物）29後，再定義出字元線及週邊元件閘極的圖案 29A，並在字元線及週邊元件閘極的兩側形成NLDD/PLDD 淡攙雜區30、隔離用的側壁子(spacer)33、N+/P+攙雜區 26，圖示中爲了簡化起見，僅畫出四個位元線作爲代表。 接著，沈積一層第一介電層31於整個半導體基板21表面， 並利用熱流整(thermal reflow)平坦化所述第一介電層31，如 圖三⑻和圖三(b)所示，其中圖三(b)乃爲圖三⑻沿著AA方 向的剖面圖，最後再定義出接觸窗並進行金屬層和護層 (passivation)的沈積與蝕刻(未於圖中標出），本發明所述罩 幕式唯讀記憶體(Mask ROM)的基本結構至此已完成。將半 成品可暫時儲存起來，稱爲保護層倉庫(passivation bank)， 未來僅須將程式碼植入後再作些許處理，即可出貨。 所述複晶矽層29，通常是利用同步磷攙雜(in-situ phophorus doped)之低壓化學氣相沉積法(LPCVD)形成， 其厚度介於1500到4500埃之間。所述側壁子(spaCer)33通 常是利用低壓化學氣相沈積法形成之二氧化矽或是氮化矽 (Si3N4)，其厚度介於1000到3000埃之間。而所述第一介 電層31通常是利用大氣壓氣相沈積法(APCVD)所形成之硼 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（;？） 磷攙雜玻璃(BPSG)，其厚度介於3000到8000埃。但第一介 電層32也可以利用磷攙雜玻璃(PSG)、四乙氧基矽烷(TEOS) 或無攙雜二氧化矽(NSG)等材料取代。 請參閱圖四，沈積一層護層35於所述第一介電層31表 面後，再塗佈一層光阻37，並以微影技術製定出程式碼植 入窗口，所述光阻37必須是能夠阻擋或吸收中子之光阻， 再進行中子束39照射以使矽同位素區25的矽轉變爲磷離子 以達到植入程式碼的功用，如圖四(a)和圖四(b)所示，其中 圖四(b)乃爲圖四(a)沿著AA1方向的剖面圖。本發明所述之 以中子束照射編碼之唯讀記憶體的製造方法於焉完成。 所述護層35通常是利用電漿輔助化學氣相沈積法 (PECVD)所生成的氮化矽(SiNx)，但是也可以是電紫輔助化 學氣相沈積法(PECVD)所生成的二氧化矽或是其他型態的 二氧化矽，其厚度介於5000到10000埃之間。 所述中子束39照射以使矽同位素區25的矽轉變爲磷離 子，是本發明重要的關鍵，其反應方程式如下： Si30(n,r)^Si3l-2-h >p31+/r ⑴ 矽同位素經過中子束39照射之後轉變爲磷離子，可以 使通道成爲N型而導通，以達到植入程式碼的功用。此段 程式碼植入至光罩式唯讀記憶體完成出貨的時間僅約爲1 至2天左右，較習知方法約8天以上大幅縮減，能夠靈活 有效地掌握市場先機，提升產品競爭力。 上述說明係以較佳實施例來闡述本發明，而非限制本 發明，並且，熟知半導體技藝之人士皆能明瞭，適當而作 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，11 本紙張尺度適用中國國家標準（) Λ4規格Ul〇X2$7公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（？） 些微的改變及調整’仍將不失本發明之要義所在’亦不脫 離本發明之精神和範圍° 本紙張尺度適用中國國家標準（cys ) A4規格（210X297舍釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 1一種以中子束照射編碼之唯讀記憶體的製造方法，係包 含下列步驟： ⑻於半導體基板上形成井區’並定義出隔離區和主動 區； (b) 於所述主動區內，形成矽同位素區； (c) 形成一層閘氧化層與複晶矽層，並定義出複晶矽字元 線結構， (d) 完成唯讀記憶體之場效電晶體結構； (e) 依序形成一層第一介電層和護層於整個半導體基板表 面； (f) 塗佈一層光阻於所述護層表面，並定義出編碼窗口； 以及 (g) 進行中子束照射’以使所述半導體基板內的同位素轉 變爲五價的雜質。 2. 如申請專利範圍第1項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法’其中所述唯讀記憶體是光罩式唯讀 記憶體(Mask ROM) ° 3. 如申請專利範圍第1項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法，其中所述半導體基板的材料是矽。 4. 如申請專利範圍第1項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法，其中所述同位素是矽同位素(Si3〇)。 5·如申請專利範圍第4項所述之以中子束照射編碼之唯讀記 憶體的製造方法，其中所述矽同位素(Si3G)，其植入能量 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Λ I. I紙張尺度適用中國國家#準（CNS ) A4規格（21^X297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 爲20到150 keV之間，而植入劑量介於1E12到1E15離 子/平方公分之間。 (請先聞讀背面之注項再填寫本頁) 6. 如申請專利範圍第1項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法，其中所述第一介電層是硼磷攙雜玻 璃(BPSG)。 7. 如申請專利範圍第1項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法，其中所述護層是選自二氧化矽(Si〇2) 和氮化砍之一。 8. 如申請專利範圍第1項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法，其中所述光阻是能夠阻擋中子之光 阻。 9. 如申請專利範圍第1項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法，其中所述光阻是能夠吸收中子之光 阻。 Λ ! 10. 如申請專利範圍第1項所述之以中子束照射編碼之唯 讀記憶體的製造方法，其中所述步驟(g)進行中子束照 射後，產生五價的磷離子(P31P 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11. 一種以中子束照射編碼之唯讀記憶體的製造方法，係包 含下列步驟： (a) 於半導體基板上形成井區，並定義出隔離區和主動 區； (b) 形成一層閘氧化層與複晶矽層，並定義出字元線結 構； (c) 完成唯讀記憶體之場效電晶體結構； 本紙張尺度逍用中國國家棣準（CNS ) A4規格（210:12297公釐） A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 (d) 依序形成一層第一介電層和護層於整個半導體基板表 面； (e) 塗佈一層光阻於所述護層表面，並定義出編碼窗口，· 以及 ⑺進行中子束照射，以使所述半導體基板內的同位素轉 變爲五價的雜質。 12. 如申請專利範圍第11項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法，其中所述唯讀記憶體是光罩式唯 讀記憶體(Mask ROM)。 13. 如申請專利範圍第11項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法，其中所述半導體基板的材料是 砂。 14. 如申請專利範圍第11項所述之以中子束照射編碼之唯 讀記憶體的製造方法，其中所述第一介電層是硼磷攙雜 玻璃(BPSG)。 15. 如申請專利範圍第11項所述之以中子束照射編碼之唯 讀記憶體的製造方法，其中所述護層是選自二氧化矽 (Si02)和氮化矽之一。 16. 如申請專利範圍第11項所述之以中子束照射編碼之唯讀 記憶體的製造方法，其中所述光阻是能夠阻擋中子之 光阻。 17. 如申請專利範圍第11項所述之以中子束照射編碼之唯 讀記憶體的製造方法，其中所述光阻是能夠吸收中子 之光阻。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2丨从297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 18.如申請專利範圍第U項所述之以中子束照射編碼之唯 讀記憶體的製造方法，其中所述步驟⑺進行中子束照射 後，產生五價的磷離子(P31) ° ---J-----1^ -- 〆 ' ' I-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *言. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210><找7公釐）