具有自行對準金屬矽化物組成單位的罩幕式只讀存儲器的製造方法
2023-07-02 05:00:46 2
專利名稱：具有自行對準金屬矽化物組成單位的罩幕式只讀存儲器的製造方法
技術領域：
本發明是有關於一種半導體內存組件以及半導體內存組件的製造方法，且特別是有關於一種高密度罩幕式可編程只讀存儲器以及利用自行對準金屬矽化物工藝，以製造高密度罩幕式可編程只讀存儲器的方法。
只讀存儲器組件系一種半導體集成電路，而此半導體集成電路廣泛應用於以微處理器為主的系統中。此只讀存儲器組件系用來永久儲存資料，甚至在電源中斷時，資料亦不被刪除。只讀存儲器組件特別適合於許多需要相同資料的組件或儲存需要重複使用的資料。其中一個應用範例即為個人計算機的基本輸入輸出系統。只讀存儲器組件是以主動組件的數組方式來儲存二位訊號，而在製造過程中集成電路製造商系依顧客要求的規格來程序化此主動組件的數組。
傳統的罩幕式只讀存儲器包括或非門式與與非門式。或非門式只讀存儲器是將複數個內存電晶體的源極與漏極，分別以平行的方式連接。然而與非門式只讀存儲器是將複數個內存電晶體的源極與漏極，以串聯的方式連接。
請參照
圖1至圖3，其所繪示為公知一種平存儲單元(flat-cell)的罩幕式只讀存儲器的示意圖。首先提供一具有P型摻質的半導體矽基底。埋入式位線11系以N型摻質植入具有複數個互相平行的細長條區域的基底中而形成的，而此埋入式位線11構成源極/漏極區域。其次，在基底10上形成一層柵極氧化層12，而此柵極氧化層12例如是以熱氧化法形成的氧化矽層。然後柵極13系以垂直的方向橫跨在埋入式位線11之上，而此柵極13構成字符線，以用於罩幕式只讀存儲器組件的記憶數組中。公知編碼的工藝系在基底10上覆蓋一層圖案化的光阻層14，並暴露出複數個編碼區開口(coding openings)15。然後在選擇的存儲單元所暴露出的信道區域中植入摻質，藉以進行程序化步驟。
存儲單元電晶體的信道區域位於每二條相鄰位線之間且位於字符線之下的基底中。存儲單元電晶體是以阻斷(blocking)或導通(conducting)的方式來編碼。「1」或「0」資料位可視為二種狀態之一。若以P型摻質植入存儲單元，則存儲單元具有高的啟始電壓，而使得存儲單元永遠處於「關」的狀態，例如為存入二位數字「0」。若未將摻質植入存儲單元，則存儲單元具有低的啟始電壓，而使得存儲單元處於「開」的狀態，例如為存入二位數字「1」。
因此，當半導體組件製造廠商力求改進性能與降低成本時，只讀存儲器組件的尺寸越來越小，而只讀存儲器組件的密度也隨著越來越高。然而由於組件尺寸縮小，線寬隨著減少，使得公知只讀存儲器組件中的字符線與位線的電阻增高。因而不利於只讀存儲器組件的操作速度。
解決上述問題的方法為利用耐高溫的金屬矽化物薄膜來降低字符線與位線的電阻。相較於非金屬矽化物結構，在自行對準金屬矽化物(SALICIDE)的工藝中，形成低阻值的源極接觸、柵極接觸以及漏極接觸，因而能降低位線與字符線的電阻。然而自行對準金屬矽化物的工藝需要將額外的步驟併入工藝中。
在美國專利第5633187號專利案中，蘇揭露自行對準金屬矽化物的工藝，以降低只讀存儲器中的位線與字符線的電阻。然而蘇所揭露的工藝需要形成二層矽化金屬層。蘇揭露在字符線上沉積一層矽化鎢層，然後在位線上沉積矽化鈦層。
在美國專利第5712203號專利案中，蘇揭露另一種自行對準金屬矽化物的工藝，以降低只讀存儲器中的位線的電阻。雖然此工藝僅需形成一層金屬矽化層，但亦僅降低了位線的電阻。
根據上述，半導體業者需要提供一種自行對準金屬矽化物的工藝，使得此工藝能容易地併入只讀存儲器組件的工藝中，並能同時降低位線與字符線的電阻。
因此本發明提供一種罩幕式可編程只讀存儲器的製造方法，包括在半導體基底上形成一層厚度大於約1000埃的氧化層。接著在此氧化層上形成一層第一罩幕層，且圖案化此第一罩幕層，以形成位線。其次去除位線區域的氧化層，以暴露出半導體基底。接著將導電摻質以離子植入法摻入暴露出的基底，而形成埋入式位線區域。然後去除第一罩幕層，再形成第二罩幕層，隨後在第二罩幕層上形成編碼圖案，以形成編碼區開口，而此編碼區開口暴露出位線之間的基底部分。接者去除第二罩幕層，並在編碼區開口內形成一層柵極氧化層。隨後在餘留的氧化層、埋入式位線區域以與門極氧化層上沉積一層導電層，以形成複數個導電柵極結構，而這些導電柵極結構構成罩幕式只讀存儲器的字符線。隨後在基底上沉積一層耐高溫金屬，以在埋入式位線與字符線上形成一層自行對準矽化金屬層。
另一較佳實施例，本發明提供一種只讀存儲器組件，此只讀存儲器組件包括複數個互相平行的位線，其位於基底中；複數個字符線，其垂直於上述複數個位線上；複數個內存單元，位於二相鄰位線與部分字符線的交會處。一層矽化金屬層覆蓋著二相鄰字符線之間的位線部分。
上述一般性描述與隨後的詳細描述僅作為範例而加以說明，以對本發明的權利要求提供更進一步的說明。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下圖式的簡單說明圖1為公知一種只讀存儲器的上視示意圖；圖2為圖1中沿II-II線的製造流程剖面圖；圖3為圖1中沿III-III線的剖面示意圖；圖4為依照本發明的較佳實施例，一種罩幕式只讀存儲器的存儲單元的上視示意圖；圖5A為圖4中沿A-A線的剖面示意圖，其所繪示為依照本發明在存儲單元區上形成一層厚氧化層與形成位圖案的步驟。
圖5B為圖4中沿B-B線的剖面示意圖，可更說明此步驟；圖6A為圖4中沿A-A線的剖面示意圖，其所繪示為蝕刻位線區上的氧化層，並植入N+摻質，以形成埋入式位線的步驟。
圖6B至圖6D為圖4中分別沿B-B線、C-C線以及D-D線的剖面示意圖，可更說明此步驟；圖7A為圖4中沿A-A線的剖面示意圖，其所繪示為形成編碼區圖案與蝕刻編碼區內的氧化層的步驟。
圖7B至圖7D為圖4中分別沿B-B線、C-C線以及D-D線的剖面示意圖，可更說明此步驟；圖8A為圖4中沿A-A線的剖面示意圖，其所繪示為形成柵極氧化層的步驟。
圖8B至圖8D為圖4中分別沿B-B線、C-C線以及D-D線的剖面示意圖，可更說明此步驟；圖9A為圖4中沿A-A線的剖面示意圖，其所繪示為沉積且圖案化多晶矽柵極的步驟。
圖9B至圖9D為圖4中分別沿B-B線、C-C線以及D-D線的剖面示意圖，可更說明此步驟；圖10A為圖4中沿A-A線的剖面示意圖，其所繪示為形成間隙壁的步驟。
圖10B至圖10D為圖4中分別沿B-B線、C-C線以及D-D線的剖面示意圖，可更說明此步驟；以及圖11A為圖4中沿A-A線的剖面示意圖，其所繪示為形成自行對準金屬矽化物層的步驟。
圖11B至圖11D為圖4中分別沿B-B線、C-C線以及D-D線的剖面示意圖，可更說明此步驟。
附圖標記說明10矽基底11埋入式位線12柵極氧化層13柵極14光阻層15編碼區開口21厚氧化層23P型矽半導體基底25第一光阻層27細長條形開口29位線31第二光阻層33柵極氧化層35多晶矽37圖案化的厚氧化層39編碼區的柵極氧化層41編碼區開口43柵極45存儲單元47間隙壁
51矽化金屬層請參照圖5A與圖5B，在P型矽半導體基底23上沉積一層厚度約至少1000埃的厚氧化層(TOX)21。厚氧化層的厚度約為厚度約100埃的柵極氧化層的十倍。若厚氧化層的厚度與柵極氧化層的厚度相差不大，則不易區分被程序化為」1」或」0」的資料位。形成厚氧化層的方法，例如為熱生長或公知低壓氣相沉積法。依上述方法來形成厚氧化層，可避免橫向生長氧化層以及其後的「鳥嘴」外觀的形成。例如，在整個內存區上生長氧化層，因此「鳥嘴」僅生長在內存的邊緣。因此在內存區場氧化層可避免有「鳥嘴」的外觀。相似地，形成連續厚氧化層的方法，例如為低壓化學氣相沉積法，可完全避免「鳥嘴」外觀的形成。
接者，在厚氧化層21上塗布光阻25，隨後利用公知微影工藝圖案化光阻層25，以形成複數個互相平行的細長條形開口27，以定義位線29，而此位線可作為存儲單元電晶體的源極/漏極區。
接者，請參照圖6A至圖6D以及圖7A至圖7D，進行蝕刻步驟，以去除在位線區內的氧化層，並暴露出氧化層下的基底。其較佳的方法包括公知非等向性蝕刻法，例如為反應性離子蝕刻法。然後以光阻層為罩幕，進行N+摻質的離子植入步驟，而此N+型摻質例如為砷或磷。砷摻質的植入能量大約為60至120KeV，而所使用的劑量約為5×1014至5×1015ions/cm2。磷摻質的植入能量大約為30至70KeV，而所使用的劑量約為5E14至5E15ions/cm2。請參照圖6A至圖6C，以離子植入法在暴露出的基底中形成N+區域29，以作為只讀存儲器組件的埋入式位線。
在去除第一光阻層的步驟後，形成圖案化的第二光阻層31，並暴露出基底，而此暴露出的基底系作為存儲單元的信道區域。當字符線為高電壓時，電晶體是處於「開」的狀態。利用微影工藝，以在光阻層中定義出編碼區開口41，如圖7A至圖7D所示。編碼區開口可選擇性的暴露出基底的表面，而於後續工藝中在暴露出的基底上形成薄柵極氧化層33。然後去除第二光阻層。去除第一與第二光阻層的方法，例如為使用公知的溶劑來去除光阻層。然後利用公知的技術，以生長柵極氧化層，而其厚度由所使用的工藝來決定。請參照圖8A至圖8D，其所繪示為形成柵極氧化層的剖面示意圖。請參照圖8A，由於摻雜的矽層具有較快的氧化速率，而使得矽層具有較高的摻質密度。因此在位線N+的柵極氧化層的厚度高於在信道上的柵極氧化層的厚度。
請參照圖9A至圖9D，在餘留的厚氧化層上與柵極氧化層上沉積一層毯覆式多晶矽層35，以形成字符線結構。沉積多晶矽層的方法例如為低壓化學氣相沉積法或其它公知的方法，而沉積的厚度約為2000埃至4000埃。利用微影與蝕刻工藝，以形成複數個柵極43，而此複數個柵極電極43構成字符線，其中字符線用於罩幕式只讀存儲器組件的內存數組中。
請參照圖10A至圖10D，形成間隙壁47，以保護柵極側壁，避免在柵極側壁上形成矽化金屬層。首先沉積一層絕緣層(圖中未示出)，再進行非等向性蝕刻步驟，以形成間隙壁47。絕緣層的材質，例如為二氧化矽，其沉積的厚度約為1000埃至2000埃。然後對絕緣層進行回蝕刻步驟，而回蝕刻法，例如為反應性離子蝕刻法。
接者，請參照圖11A至圖11D，進行自行對準金屬矽化物工藝，一層薄的耐高溫金屬層，例如為鈦，其沉積的厚度約為300埃至400埃。隨後在氮氣的環境下，在溫度攝氏600度至900度之間進行熱處理工藝。鈦與位線、多晶矽層直接接觸的部分，形成金屬矽化物51。以鈦層為例，形成矽化鈦(TiSi2)層。在其餘的區域，鈦與其反應生成氮化鈦(TiN)或氮氧化鈦(TiOxNy)。然後以熱硫酸溶液來進行選擇性蝕刻，熱硫酸溶液對未參與反應的金屬鈦、氮化鈦(TiN)以及氮氧化鈦(TiOxNy)的蝕刻速率快於矽化鈦(TiSi2)的蝕刻速率。利用上述自行對準金屬矽化物工藝，在只讀存儲器的字符線上與部分埋入式位線上形成矽化金屬層51，而且僅需沉積一層耐高溫的金屬層。
請參照圖4與圖11D，只讀存儲器組件中的存儲單元45位於字符線與二條相鄰位線的交會處。由於在信道區域上形成有圖案化的厚氧化層37，因此關閉狀態的存儲單元具有高的啟始電壓。不論字符線電壓高或低，存儲單元一直維持在關閉狀態。然而具有編碼區開口的存儲單元，由於編碼區開口內的柵極氧化層39具有正常厚度(normal thickness)，當字符線處於高電壓狀態時，具有正常厚度的柵極氧化層的存儲單元能設定在導通的狀態。依照本發明的原則，只讀存儲器組件在字符線與部分位線上形成有矽化金屬層。由於只需單一步驟來沉積矽化金屬層，因此可容易地將此沉積步驟併入工藝中。而矽化金屬層能降低字符線與位線的電阻，以致能加快存儲單元的操作速度。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可在只讀存儲器組件的製造方法中作各種的改進與變型，因此本發明的保護範圍當以權利要求書為準。
權利要求
1.一種具有自行對準金屬矽化物組成單位的罩幕式可編程只讀存儲器的製造方法，其特徵在於該方法包括下列步驟形成具有厚度大於約1000埃的一氧化層於一半導體基底上；形成一第一罩幕層在該氧化層上，並圖案化該第一罩幕層，以形成複數個位線區域；去除該些位線區域內的該氧化層，以暴露出該半導體基底；進行一離子植入步驟，將複數個導電的摻質植入暴露出的該半導體基底中，以形成複數條埋入式位線；去除該第一罩幕層，並形成一第二罩幕層；形成一編碼圖案，以形成複數個編碼區開口，並暴露出相鄰二條位線之間的該半導體基底部分；去除該第二罩幕層；生長一柵極氧化層於該些編碼區開口中；沉積一層導電層於餘留的該氧化層、該埋入式位線以及該柵極氧化層上；形成複數個導電柵極結構，而該些導電柵極結構組成該罩幕式只讀存儲器的複數條字符線；形成絕緣間隙壁於該些柵極結構的側壁；以及沉積一耐高溫金屬層，以形成一矽化金屬層於該些字符線與部分該些位線上。
2.如權利要求1所述的具有自行對準金屬矽化物組成單位的罩幕式可編程只讀存儲器的製造方法，其特徵在於其中形成間隙壁的步驟，更包括沉積一厚度約1000埃至2000埃的二氧化矽層；以及使用反應性離子蝕刻法，進行回蝕刻步驟，以形成該些柵極結構的側壁。
3.如權利要求1所述的具有自行對準金屬矽化物組成單位的罩幕式可編程只讀存儲器的製造方法，其特徵在於其中形成該矽化金屬層的步驟，更包括沉積一厚度約300埃至400埃的鈦層；從溫度攝氏600度至攝氏900度，進行熱處理工藝，以使得鈦與該些字符線上的多晶矽以及部分該些埋入式位線上的矽反應，而形成矽化鈦層；以及去除未反應成矽化鈦層的鈦層部分。
4.如權利要求1所述的具有自行對準金屬矽化物組成單位的罩幕式可編程只讀存儲器的製造方法，其特徵在於其中該氧化層厚度約為該柵極氧化層厚度的十倍。
5.如權利要求1所述的具有自行對準金屬矽化物組成單位的罩幕式可編程只讀存儲器的製造方法，其特徵在於其中進行一離子植入步驟，將該些導電的摻質植入暴露出的該半導體基底中，以形成該些埋入式位線，而該些導電的摻質為N+摻質。
6.一種只讀存儲器組件的結構，包括複數條平行位線，位於一基底中；複數條字符線，垂直於該些平行位線之上；複數個存儲單元，每一存儲單元均位於二相鄰位線與部分字符線的交會處，以及其中一矽化金屬層覆蓋著二相鄰字符線之間的該些平行位線部分。
7.如權利要求6所述的只讀存儲器組件的結構，其特徵在於其中矽化金屬層覆蓋著字符線。
全文摘要
一種高密度罩幕式只讀存儲器組件以及利用自行對準金屬矽化物工藝來製造高密度罩幕式只讀存儲器組件的方法。此方法系包括埋入式位線N+、可形成非可編程存儲單元的厚氧化層、已去除厚氧化層而可形成可編程存儲單元的薄柵極氧化層、作為字符線的多晶矽柵極結構以及沉積的單一金屬矽化層。因為只需沉積一層金屬矽化物,而簡化了工藝。在上述的只讀存儲器組件中的字符線與部分埋入式位線上形成有矽化金屬層,而此矽化金屬層可降低位線與字符線之間的電阻,因而可加快上述只讀存儲器組件的存儲單元的操作速率。
文檔編號H01L21/8246GK1378275SQ01109540
公開日2002年11月6日 申請日期2001年3月30日 優先權日2001年3月30日
發明者蕭建銘 申請人:華邦電子股份有限公司