TWI286369B - Method of fabricating flash memory device - Google Patents
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Description
1286369 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於快閃記憶體裝置,且更具體言之,係關於 一種製造快閃記憶體裝置之方法,其中可改良接面崩潰電 壓(JBV)及一高壓p通道金氧半導體(PMOS)電晶體之開啓 電流(on-current)範圍。 【先前技術】 在NAND快閃記憶體裝置中,當程式化/擦除時使用高壓 偏壓。為將高壓偏壓供應至單元,必須使一高壓電晶體位 於字線及位元線之末端,從而使得能夠平穩地施加一高壓。 在一其中每單元儲存丨位元之單層單元(下文中稱作 ’’SLC”)中,在自μ V至19·5 V下以500 mV階躍執行程式 化。然而’在一其中每單元儲存兩個或兩個以上之多層單 兀(下文中稱作!,MLC")中,單元分佈必須小於SLC之單元分 佈。因此,由製程範圍之狹窄而呈現一問題。 鲁 為解決此問題,在MLC中使用一高壓PM0S電晶體以改良 該單元臨限電壓分佈。 或相似部件。 圖la至Id為說明相關技術中製造快閃記憶體裝置之方法 勺】視圖相同參考數字將用以表示具有同樣功能之同樣 為裝k s知快閃記憶體裴置,在一 p型傳導半導體基板之
區域)。藉由一 卜。5亥半導體具有兩個 低壓元件區域(或單元 隔離製程將半導體基板10分為一 一活性區域及 106965.doc 1286369 "-場區域。 接下來參看圖la,一穿隨氧化膜lla,一用於浮動閘極之 多晶矽膜lib,一層間介電膜lie及用於控制閘極之多晶石夕 膜lid層壓於半導體基板10上。用於控制閘極之多晶石夕膜 lid,層間介電膜Uc及用於浮動閘極之多晶矽膜Ub藉由光 微影選擇性蝕刻,從而使得閘極11形成於高壓PM〇s電晶體 區域及低壓元件區域上。 .其後’為減輕藉由蝕刻製程造成之對閘極丨丨之損壞,藉 由再氧化製程在閘極11之側面及上表面上形成再氧化膜 12 〇 如圖lb中所示,將第一光阻層PR1塗佈於整個表面上且藉 由曝光及顯影製程將其圖案化,從而曝光高壓pM〇S電晶體 區域。 隨後將經圖案化之第一光阻層PR1用作光罩來植入卜離 子,k而在咼麼PMOS電晶體區域之閘極I〗之兩側上之n型 齡井中形成低濃度P型離子植入區域13。 該低濃度P型離子植入區域13用以減輕JBV減少現象,該 現象歸因於N型井與待隨後形成之高濃度p型離子植入區域 之間的濃度差而產生。此時,以一低濃度摻雜水平形成區 域13 〇 其後,如圖lc中所示,將第一光阻層pRl用作光罩來植入 P+離子,從而在低濃度p型離子植入區域i 3中形成高濃度p 型離子植入區域14。 藉此,完成了一具有由低濃度P型離子植入區域13環繞之 I06965.doc 1286369 而濃度?型離子植入區域14之雙摻雜汲極(000)結構的源 極與汲極接面。 當移除第一光阻層PR1之後,一深UV光阻係塗佈於整個 表面上作為第二先阻層PR2。如圖Id中所示,隨後圖案化該 第二光阻層PR2以曝光低壓元件區域。 隨後將經圖案化之第二光阻層PR2用作光罩來植入具有 一 1E13離子/cm3或更小之離子濃度的n型離子,諸如p31及 φ As75離子,從而在該低壓元件區域之閘極u之兩側上的半 導體基板10中形成低濃度N型離子植入區域1 5。 其後’雖然在圖式中並未展示,但是將第二光阻層PR2 移除且在高壓PM0S電晶體區域及低壓元件區域之閘極玉^ 之兩側上形成一分隔物。在該低壓元件區域之閘極1丨及該 分隔物之兩側上將N+離子植入至半導體基板1〇中,從而形 成一高濃度N型離子植入區域。 為使高濃度PMOS電晶體保持高接面崩潰(JBV),需要低 • 濃度P型離子植入區域13之濃度較低。然而,若P型離子植 入區域13之濃度較低,則存在較少可用於電流的電荷载流 子且導致高壓PMOS電晶體之開啓電流的減少。 【發明内容】 本务明之一優點為一種製造快閃記記憶體裝置之方法, 其中,可在不降低JBV的情況下改良電流可導出性。 根據本發明之一實施例,提供一種製造快閃記憶體裝置 之方法’其包括以下步驟:在一具有—高射M〇s電晶體區 域及-低m元件區域之半導體基板上形成複數個閉極;在 106965.doc 1286369 s亥同壓PMOS電晶體區域之閘極的兩側上之半導體基板中 形成低濃度P型離子植入區域;將高濃度]31?2離子植入至高 壓PM〇S電晶體區域中以在低濃度P型離子植入區域内形成 间/辰度P型離子植入區域;及將低濃度N型雜質離子植入高 壓PMOS電晶體區域及低壓元件區域中。 根據本發明之第二實施例,提供一種製造快閃記憶體裝 置之方法,其包括以下步驟··在一具有一高壓pM〇s電晶體 _ 區域及低壓元件區域之半導體基板上形成複數個閘極;在 忒咼壓PMOS電晶體區域之閘極兩側上的半導體基板中形 成低濃度P型離子植入區域;將低濃度^·型雜質離子植入高 壓PMOS電晶體區域及低壓元件區域中;及藉由將高濃度 BF2離子植入咼壓pm〇s電晶體區域中來在低濃度p型離子 植入區域内形成高濃度p型離子植入區域。 在一實施例中,一種製造快閃記憶體裝置之方法包括在 一基板上界定一高壓區域及一低壓區域。該高壓區域提供 # 一用於一或多個經組態以在一第一電壓下操作之第一電晶 體的區域,該低壓區域提供一用於一或多個經組態以在一 低於該第-電壓之第二電壓下操作之第二電晶體的區域, 每一第一電晶體具有一閘極且在該閘極之每一側具有一源 極/汲極區域。一第一雜質區域係形成為該源極/汲極區域之 一部分,該第一雜質區域距該基板之一上表面一第一深 度,該第一雜質區域具有一第一傳導率且具有—第一雜質 >辰度。一第二雜質係形成為該源極/汲極區域之一部分,該 第二雜質區域距該基板之該上表面一小於該第一深度之第 106965.doc 1286369 二深度,該第二雜質區域具有該第一傳導率且具有一大於 該第-雜質濃度之第二雜質濃度。將第二傳導率之雜質植 =該源極/汲極區域中。該源極及極區域參照-在該閘極之 母-端提供之傳導區域,其中該傳導區域經組態為源極或 沒極區域。 該第一電晶體係一 PM0S電晶體且該第一傳導率係一 p型 傳導率’且該第二傳導率係—N型傳導率。使用第—能量位 準將第二類型之雜質植人該源極/沒極區域中,從而使得非 常大量之第二類型之雜質被植入至該第二雜質區域之下。 該第二雜質區域藉由用第一能量位準將第一類型之雜質植 入而形成,且用第二能量位準將第二類型之雜質植入該源 極/汲極區域中’該第二能量位準高於該第一能量位準。形 成第二雜質區域包括將BF2離子植入源極/沒極區域中同時 遮蔽該低壓區域。該BF2離子之氟(F)成分阻止卵)成分擴 散出源極/汲極區域及擴散至基板中。 在另-實施例中,一種製造快岡記憶體裝置之方法包括 在基板上界定一用於p型電晶體的高壓區域及一用型電 晶體的低壓區域;在P型電晶體中之至少一者之閘極的每一 側上形成一第一P型區域;型雜質離子植入該第一 P型 區域中;及使用BF2離子在該第一p型區域内形成一第二p 型區域,該第二P型區域具有一比該第一㈣區域高之濃度 位準。HN型雜質以-小於用於形成該第二p型區域之劑量 的劑量植入至該第一 1>型區域中。將N型雜質植入至一小於 該第二P型區域之深度的深度。 106965.doc -10- 1286369 【實施方式】 現將參照隨附圖式描述本發明之較佳實施例。 圖h至2d係說明根據本發明之一實施例之製造快閃記憶 體裝置之方法的剖視圖。相同的參考數字將用於表示且有 相同功能之同樣或相似部件。 〃 如圖2a中所示’在一具彳一高麼pM〇s電晶體區域及一低 麼元件區域之p型導電半導體基板20的高麼rnos電晶體區 ,中形成-N型井2〇a。該半導體基板2嗜由—隔離製程而 得以分為一活性區域及一場區域。 隨後,將一穿隧氧化膜2la、一用於浮動閘極之多晶矽膜 21b、一層間介電膜21()及一用於控制閘極之多晶矽膜層 壓於半導體基板20上。使用一光及蝕刻製程來選擇性地蝕 刻用於控制閘極之多晶矽膜21d、層間介電膜2lc及用於浮 動閘極之多晶矽膜21b,從而在高壓卩]^08電晶體區域及低 壓元件區域上形成閘極21。 為減輕藉由該蝕刻製程所引起之對閘極21之損壞,藉由 一再氧化製程在閘極21之上表面及側面上形成一再氧化膜 22 〇 如圖2b中所示’隨後在整個表面塗佈一第一光阻層pR 1。 藉由曝光及顯影製程將該第一光阻層pR1圖案化以使得曝 露高壓PMOS電晶體區域。
其後,將該經圖案化之第一光阻層PR1用作光罩來植入一 具有2.0E12至8.0E12離子/cm3之濃度的P-離子(諸如Bl 1離 子)’攸而在έ亥而壓PMOS電晶體區域之閘極21之兩側上之N 106965.doc 1286369 型井20a中形成低濃度P型離子植入區域23。隨後移除第一 光阻層PR1。 當植入B11離子時,離子植入能量為25至50 KeV,其中傾 角為0°。然而’為增強閘極2 1與源極與汲極接面之間的重 疊,傾角為3。至7。。該傾角界定植入至基板表面之離子的 入射角度。零度傾斜意謂離子之入射角度大體上與基板之 表面垂直。 φ 圖3係展示當閘極與歐姆接觸之間的距離(CtCsp)a L0 μπι及〇·6 μιη時取決於低濃度P型離子植入區域之濃度的 JBV變化。自圖3可看出,將jBV維持在22 ν或更高,低濃 度Ρ型離子植入區域23之濃度應保持在4.0Ε12至6.0Ε12離 子/cm3之間,在該範圍之外,JBv在濃度範圍内急劇下降。 在一實施例中,低濃度P型離子植入區域23具有2E12至8E12 離子/cm3之濃度。 在一金氧半場效電晶體(MOSFET)之操作中,通常需要升 • 高開啓電流以增大設計範圍,且需增加源極與汲極接面之 換雜濃度以升高該開啓電流。然而,若源極與汲極接面之 濃度升高,則由開啓電流升高但JBV減少之事實引出一個問 題。 為解決此問題,如圖2c中所示,亦在高壓PMOS電晶體區 域中執行形成低壓元件區域之低濃度N型離子植入區域24 的N-離子植入製程。 換吕之,藉由以一低濃度將一諸如磷光體(P)及砷(As)之 N•離子植入該低壓元件區域及該高壓PMOS電晶體區域 106965.doc •12- 1286369 中’在該低壓元件區域之閘極2 1之兩側於半導體基板2〇中 形成低濃度N型離子植入區域24。 同時,在該高壓PMOS電晶體區域中歸因於經植入之N型 離子而產生一效應,其中更大量的硼離子可相對地得以 植入一電流通過週期中。因此,存在一可增強開啓電流的 效應。 隨後,如圖2d中所示,在整個表面上塗佈一第二光阻層 φ PR2。藉由曝光及顯影製程將該第二光阻層PR]圖案化以使 得曝露高壓PMOS電晶體區域。 其後,將經圖案化之第二光阻層PR2用作光罩來植入一具 有南濃度的BF2離子,從而在低濃度!>型離子植入區域内形 成高濃度P型離子植入區域25。 若當植入離子時使用B丨丨,則歸因於隨後之熱處理製程而 使侍硼(B)離子過度地在半導體基板2〇下擴散。因此獲取一 良好的JBV變得較為困難。因此,藉由植入高濃度bf2離 • 子,在半導體基板20下之硼(B)的擴散受到在基板上向外擴 散之氟(F)離子抑制,從而可形成一具有淺深度之高濃度接 面。因此,在高壓區域中之PM〇s之源極及汲極區域在其上 部(區域25)具有相對高濃度且在其下部(區域23)具有相對 低濃度。在一實施例中,源極及汲極區域中之摻雜濃度自 該區域之上部至該區域之下部逐漸降低。因此,有可能最 小化高濃度p型離子植入區域25與N型井2〇a之間的濃度差 並因此獲取一良好JB V。 雖然在圖式中並未圖示,但是將第二光阻層pR2移除。在 106965.doc 1286369 高壓PMOS電晶體區域及低壓元件區域的閘極2 1的兩側上 形成一分隔物。隨後,在該低壓元件區域之閘極21及該分 隔物的兩侧上之半導體基板20中形成高濃度N型離子植入 區域,從而形成一DDD結構之源極與汲極接面。 上文已描述在植入N-離子之製程(圖2c)之後執行植入高 濃度BF2離子之製程(圖2d)。然而,應瞭解可在植入^^離子 之製程(圖2c)之前執行植入高濃度BF2離子之製程(圖2d)。 在此狀況下,植入P-離子時所使用之第一光阻層pR1亦可 在植入高濃度BF2離子之製程中使用。此可避免第二光阻層 PR2之形成且可簡化該製程。 如上文所述,本發明具有以下優點: 第一 ’當將N-離子被植入至低濃度元件區域時,深紫外 線(uv)光罩可為非必需的。因此,可避免視昂貴深uv光罩 之使用而定的生產成本。 第一’由於可省略深UV光罩製程,故可縮短轉回時間 (TAT)〇 第二’可藉由將N-離子植入至高壓pM〇s電晶體區域中來 在高壓PMOS電晶體的電流通過週期中植入更大量之硼(b) 離子。此產生經改良的開啓電流範圍。此外,由於將bf2 離子用作植入面壓PM〇s電晶體中的P+離子,故可防止B離 子擴散至底部中的現象。因此,有可能最小化高濃度p型離 子植入區域與N型井之間的濃度差並因此獲取一良hjbv。 仏&已參照較佳貫施例進行了以上描述,但應瞭解在不 偏離本發明及附加申請專利範圍之範疇的前提下可由一普 106965.doc -14- 1286369 通熟習此項技術者對本發明做出變化及修正。 【圖式簡單說明】 圖1 a至1 d為說明相關技術中製造快閃記憶體裝 的剖視圖。 置之方法
圖2a至2d為說明根據本發明之一實施例之製造快閃記憔 體裝置之方法的剖視圖。 圖3為展示JBV對低濃度P型離子植入區域之濃度的圖 表0 【主要元件符號說明】 10 11 a lib 11c lid 11 半導體基板 穿隧氧化膜 多晶矽膜 層間介電膜 多晶碎膜 閘極
12 13 14 15 20 20a 21 2 1 a 21b 再氧化膜 低丨辰度P型離子植入區域 南丨辰度P型離子植入區域 低濃度N型離子植入區域 半導體基板 N型井 閘極 穿隧氧化膜 多晶石夕膜 106965.doc -15- 1286369 21c 21d 22 23 24 25 PR1 PR2 層間介電膜 多晶砍膜 再氧化膜 低濃度P型離子植入區域 低濃度N型離子植入區域 高濃度P型離子植入區域 第一光阻層 第二光阻層
106965.doc -16-
Claims (1)
1286369 十、申請專利範圍: 一種製造一快閃記憶體裝置之方法,該方法包含·· 在一基板上界定一高壓區域及一低壓區域,該高壓區 域提供一用於一或多個經組態以在一第一電壓下操作之 第一電晶體的區域,該低壓區域提供一用於一或多個經 組態以在一低於該第一電壓之第二電壓下操作之第二電
:曰體的區域,每一第一電晶體具有一閘極且在該閘極之 母一側面上具有一源極/汲極區域,· 形成一第一雜質區域作為該源極/汲極區域之一部分, 該第-雜質區域距該基板之一上表面一第一深度,該且 有第:傳導率之第一雜質區域具有一第一雜質濃度; 形成一第二雜質作為該源極/汲極區域之一部分,該第 π雜貝區域距该基板之該上表面-小於第一深度之第二 冰度’ ^第二雜質區域具有該第一傳導率且 該第1質濃度之第二雜質濃度;及 於 將第-#導率之雜質植入該源極/汲極區域中。 •:睛求項1之方法,其中該第-電晶體係-ρ通道金氧半 二電晶體且該第—傳導率係㈣傳導率,且該第 一傳導率係Ν型傳導率。 3·如請求項1之方法, 型之該 套其中使用一苐一能量位準將該第二類 植人邊源極/汲極區域中,⑼而使得顯著大 下。5一類型之該等雜質被植入在該第二雜質區域 4.如請求項1之方法 其中藉由用一第一能量位準植入該第 106965.doc 1286369 類型之雜質形成該第二雜質區域,且用一第二能量位 準將該第二類型之該等雜質植入該源極/汲極區域中,該 第一能量位準高於該第一能量位準。 5· ^睛求項丨之方法,其中在形成該第一雜質區域之後將該 第一傳導率之該等雜質植入該源極/汲極區域中。 月长項1之方法,其中在形成該第一雜質區域之前將該 第一傳導率之該等雜質植入該源極/汲極區域中。 7.如請求項1之方法,其中該形成一第二雜質區域包括將 BF2離子植入該源極/汲極區域中同時遮蔽該低壓區域。 8· 士咕求項7之方法,其中使用具有一2E12至8Ει 2離子/⑽3 、’辰又的B ]丨離子形成該第一雜質區域。 9·如喷求項8之方法,其中藉由使用一乃至5〇 KeV之能量位 準植入B11離子形成該第一雜質區域。 10.如明求項7之方法,其中該等叫離子之氟⑺成分阻止硼 (B)成刀擴散出該源極/汲極區域及擴散至該基板中。 U·如咕求項7之方法,其中使用具有一 4 E12至6E12離子/cm3 之濃度的Βπ離子形成該第一雜質區域。 12· 一種製造一快閃記憶體裝置之方法,該方法包含·· 在基板上界定一用於Ρ型電晶體的高壓區域及一用 於Ν型電晶體的低壓區域; 在該等ρ型電晶體中至少一者之一閘極的每一側面上 形成一第一ρ型區域; 將一 Ν型雜質離子植入該第一ρ型區域中;及 一 ρ型區域内形成一第二ρ型區 使用BF2離子在該等第 106965.doc 1286369 域,兮 古的IP型區域具有一比該第-P型區威之濃度位準 同h辰度位準。 13 ·如請皮 區祕、2之方法’其中以-小於-用以形成該第二p型 :或之劑量的劑量將該㈣型雜質植入該第一 p型區域 中。 W如請求項13之方法’其巾將料N_f植人—在該第二 P型區域之深度之下的深度。
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