具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法
2023-06-09 22:51:06 2
專利名稱：具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法
技術領域：
本發明有關一種光罩式只讀存儲器(mask read-only-memory，mask ROM)製造方法；特別是有關於一種具有二極體存儲胞的光罩式只讀存儲器製造方法。
(2)背景技術光罩式只讀存儲器通常使用通道電晶體作為其存儲胞。藉由選擇性植入離子於通道電晶體的通道區域，以寫入數據於光罩式只讀存儲器中。藉植入離子於特定電晶體的通道區域，改變電晶體的啟始電壓，進而決定存儲胞的″打開″或″關閉″狀態。一光罩式只讀存儲胞形成方法是藉沉積多晶矽字元線於位元線上，之後，存儲胞通道(memory cell channel)形成於兩相鄰位元線間的字元線下方區域。每一光罩式只讀存儲胞的″1″或″0″狀態是決定於是否有離子植入通道區域。藉離子植入步驟將數據寫入光罩式只讀存儲胞的好處是可事先做好光罩式只讀存儲器元件的半成品。一旦所需要的數據寫入編碼圖案(program codes)決定之後，可製作其離子遮罩，以進行最後的離子植入步驟，進而縮短交貨日期。然而，此種習知方法需要一個以上的光罩，以完成離子植入步驟。另外，此離子植入步驟對於光罩式只讀存儲器產品的可靠度有非常重要的影響。
圖1A是一傳統的光罩式只讀存儲器元件的頂視示意圖。參照圖1B，一柵氧化層102是形成於一P型基底100上。柵極104形成於P型基底100上方，以供做字元線。使用柵極104作為遮罩，執行一離子植入步驟，以形成N型源極/漏極作為位元線。位元線是垂直於字元線。通道區域形成於字元線下方。每一個存儲胞的狀態由通道區域決定，其中關閉通道區域的方法是植入P型離子於特定通道區域107，以形成編碼區110，如圖1C所示。
圖1B及圖1C是光罩式只讀存儲器的傳統製造方法。參照圖1B，提供一P型基底100。多個絕緣區101是形成於P型基底100中。一柵氧化層102及柵極104是依次形成於P型基底100上。使用P型離子作為摻質，執行一離子植入步驟，以形成多個源極/漏極106於P型基底100中。通道區域107是形成於兩相鄰源極/漏極106之間。
參照圖1C，一光阻層108是形成於P型基底100上，以曝露出欲形成離子植入區的部份P型基底100。使用P-31作為摻質，執行一離子植入步驟，其植入能量約160仟電子伏特(Kev)，植入劑量約1×1014離子/每平方公分。離子植入步驟完成之後，在溫度約850℃下，進行回火，以完成編碼區(code ion implantregions)110的製作。
傳統的光罩式只讀存儲器元件使用一通道電晶體作為一存儲胞，其植入離子於通道電晶體中，以決定其二值化數據狀態為″0″或″1″。然而，當光罩式只讀存儲器元件尺寸縮小時，編碼圖案解析度(code pattern resolution)的問題會更形突顯出來，即不容易定義出準確的編碼區位置。
據此，亟待提供一種改進的光罩式只讀存儲器製作方法，當元件尺寸逐漸縮小的情況下，其可克服傳統製造方法所面臨的缺失。
(3)發明內容本發明的主要目的是提供一種具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其是形成由一接觸插塞/一PN二極體單元組成的構造取代一通道電晶體(channel transistor)，以供做一存儲胞。此接觸插塞/PN二極體單元構造的製程簡單，並且即使在元件尺寸縮小的情況下，其仍可準確定義光罩式只讀存儲器元件的編碼位置(code area)。
本發明的另一目的是提供一種具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其是形成由一接觸插塞/一PN二極體單元組成的構造取代一通道電晶體(channel transistor)，以供做一存儲胞。由於PN二極體所佔據的基底面積小於通道電晶體佔據的基底面積，因此本發明方法可提供高密度的光罩式只讀存儲器元件。
本發明的又一目的是提供一種具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其是以一簡單製程形成一接觸插塞/PN二極體單元構造取代一通道電晶體，以供做一存儲胞，故可降低製造費用。
根據以上所述的目的，本發明提供一種具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法。提供一半導體基底並形成具有第一導電性的一埋置擴散層於半導體基底頂部。形成多個淺渠溝隔離區於半導體基底中，使得埋置擴散層形成多條位元線。形成一介電層於埋置擴散層及此些淺渠溝隔離區上方。形成具有一光罩式只讀存儲器編碼圖案(mask read-only-memory code pattern)的一光阻層於此介電層上。使用此光阻層作為一蝕刻罩幕，執行一非等向性蝕刻製程以形成多個開口於此介電層中，其中每一開口是位於埋置擴散層的一部份曝露區域上。移除光阻層。執行一離子植入步驟，以形成具有電性與第一導電性相反的一第二導電性的一擴散區於埋置擴散層的每一個部份曝露區域中。形成一接觸插塞於每一開口中，並抵靠於擴散區。形成一導電層於此介電層上，以供形成字元線。據上述製程步驟，可獲得由一接觸插塞/二極體單元(diode cell)組成的構造，其是用以取代一通道電晶體，以供做光罩式只讀存儲器的存儲胞。此二極體單元所佔據的基底面積小於通道電晶體佔據的基底面積。因此，本發明方法可獲得高密度的光罩式只讀存儲器元件。另外，接觸插塞/二極體單元(diode cell)構造的製程簡單，即使在元件尺寸縮小情況下，仍可準確定義光罩式只讀存儲器元件的編碼位置(code area)。本發明方法的製造費用亦可降低。
(4)
圖1A是一傳統的光罩式只讀存儲器的頂視示意圖；圖1B至圖1C是一傳統光罩式只讀存儲器製造方法的各種步驟截面示意圖，其包括一編碼步驟；及圖2A至圖2E是根據本發明一較佳具有體實施例的各種步驟的截面示意圖。
(5)具有體實施方式本發明提供一種具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其是形成由一接觸插塞/一PN二極體單元組成的構造取代一通道電晶體，以供做一存儲胞。此接觸插塞/PN二極體單元構造的製程簡單，即使在元件尺寸縮小的情況下，其仍可準確定義光罩式只讀存儲器元件的編碼位置(code area)。本發明方法的製造費用亦可降低。另外，PN二極體佔據的基底面積小於通道電晶體佔據的基底面積，故藉本發明方法，可獲得高密度的光罩式只讀存儲器元件。
本發明的具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法將根據本發明一較佳具有體實施例，配合附圖予以詳細說明。
圖2A至圖2E是根據本發明一較佳實施例的各種步驟截面示意圖。參照圖2A，提供一半導體基底200。此半導體基底200可以是矽底材、鍺底材、砷化鍺底材或類似材質。執行一離子植入步驟201以形成具有一第一導電性的一埋置擴散層(buried diffusion layer)202於半導體基底200頂部，以供形成位元線，如圖2B所示。第一導電性可以是N型或P型導電性之一。在此一較佳實施例中，埋置擴散層202為一N+埋置擴散層。參照圖2B，接著，形成一具有第一導電性的摻雜導電層(doped conductive layer)203於埋置擴散層202上方。摻雜導電層203較佳為一N-摻雜多晶矽層，其可使用SiH4及PH3作為反應氣體，在溫度約600~650℃及壓力約0.3~0.6託下，以臨場摻雜低壓化學氣相沉積法(in-situ doped low pressure chemical vapordeposition)形成。此N-摻雜多晶矽層亦可在溫度約900℃下，藉高溫擴散方法將摻質，例如砷或POCl3，趨入埋置擴散層202上方的多晶矽層內而形成。此外，此N-摻雜多晶矽層可使用磷、砷、PH3及AsH3作為離子源，以離子植入步驟將摻質植入埋置擴散層202上方的多晶矽層內而形成。一氮化矽層204是形成於摻雜導電層203上，以供作一化學機械研磨終止層。氮化矽層204可使用SiH2Cl2及NH3作為反應氣體，在溫度約700~800℃下，以低壓化學氣相沉積法形成。
參照圖2C，以傳統的微影及蝕刻製程，形成多個渠溝區於半導體基底200中。然後，一二氧化矽層沉積於氮化矽層204上方，以填滿此些渠溝區。此二氧化矽層可使用四乙基鄰矽酸鹽(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)作為反應氣體，在溫度約650~850℃及壓力約0.1~5託下，以低壓化學氣相沉積方法形成。此二氧化矽層亦可使用SiH4作為反應氣體，在溫度約300~400℃及壓力約1~10託下，以等離子體化學氣相沉積方法形成。接著，以化學機械研磨方法平坦化此二氧化矽層直至氮化矽層204，以形成多個淺渠溝隔離區205於半導體基底200中，同時使埋置擴散層202形成多條位元線。然後，使用熱磷酸水溶液作為蝕刻溶液，以溼蝕刻方式移除氮化矽層204。
參照圖2D，一介電層206是形成於淺渠溝隔離區205上方。介電層206可以是以傳統化學氣相沉積方法形成的一二氧化矽層，或者是一硼磷矽玻璃(borophosphosilicate glass)，是使用四乙基鄰矽酸鹽(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)、O3、三乙基硼酸鹽(tri-ethyl-borate，TEB)及三甲基磷酸鹽(tri-methyl-phosphate，TMPO)作為反應氣體，在溫度約400~500℃及壓力約10託下，以等離子體化學氣相沉積法形成。介電層206亦可以是一磷矽玻璃(phosphosilicate glass)，是使用SiH4、N2O及PH3作為反應氣體，以等離子體化學氣相沉積法形成。此外，介電層206可以是一氮化矽層，使用SiH2Cl2及NH3作為反應氣體，在溫度約700~800℃下，以低壓化學氣相沉積法形成，或者是一氮氧化矽層，是使用SiH4、N2O及N2作為反應氣體，以等離子體化學氣相沉積法形成。接下來，一光阻層(未示出)形成於介電層206上，及具有一光罩式只讀存儲器編碼圖案(mask ROM code pattern)的光罩(未示出)放置於光阻層上方，以便將光罩式只讀存儲器編碼圖案轉移至光阻層上。接著，使用此光阻層作為一蝕刻罩幕，進行一非等向性蝕刻製程，以形成多個開口207於介電層206中，並且每一開口207是抵靠摻雜導電層203的一曝露的部份區域。移除光阻層。接著，執行一離子植入步驟，以形成具有電性相反於第一導電性的一第二導電性的一擴散區208於摻雜導電層203的每一曝露的部份區域中，其中每一擴散區208是相應本發明光罩式只讀存儲胞的一編碼區(code area)。在此較佳具體實施例中，擴散區208是為一P+擴散區，是使用硼或BF2+作為離子源，以離子植入方式形成。藉此，每一P+擴散區及一曝露的部份N-摻雜導電層203/一部份的N+埋置擴散層202構成一PN二極體單元(PN diode cell)，其可取代傳統光罩式只讀存儲器的一通道電晶體，以供做一存儲胞。截至目前為止，即完成本發明光罩式只讀存儲器的編碼步驟(coding process)。
參照圖2E，形成一接觸插塞209於每一開口207中，並抵靠於摻雜導電層203的一曝露的部份區域上，以構成一接觸插塞209/一PN二極體單元組合構造。此一接觸插塞209/PN二極體單元組合構造是取代一通道電晶體，以供作一存儲胞。接觸插塞209可包含鎢，可使用WF6及SiH4作為反應氣體，在溫度約300~550℃及壓力約1~100託下，以低壓化學氣相沉積法形成。然後，形成一導電層210於介電層206及接觸插塞209上方，以供形成字元線。導電層210較佳為一多晶矽層，可使用SiH4作為反應氣體，在溫度約600~650℃下，以低壓化學氣相沉積方法形成。
本發明的另一較佳具體實施例中，是省略N-摻雜導電層203，而直接形成一P+擴散區於一曝露的部份N+埋置擴散層202中，以構成一PN二極體單元。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非以限定本發明的申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或等效替換，均應包含在下述的權利要求所限定的範圍內。
權利要求
1.一種具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其包括提供一半導體基底；於該半導體基底形成一具有第一導電性的埋置擴散層；於該半導體基底中形成多個隔離區，使得該埋置擴散層形成多條位元線；於該埋置擴散層及該隔離區上方形成一介電層；於該介電層中形成多個開口；於該開口中形成一具有第二導電性的擴散區，該第二導電性的電性與該第一導電性的電性相反；於每一該開口中形成一接觸插塞；及於該介電層及該接觸插塞上形成一導電層，以供形成字元線。
2.如權利要求1所述的具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其特徵在於，該半導體基底是選自矽底材、鍺底材及砷化鍺底材之一。
3.如權利要求1所述的具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其特徵在於，該第一導電性為N型導電性及P型導電性之一。
4.如權利要求1所述的具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其特徵在於，該接觸插塞包含鎢，是使用WF6及SiH4作為反應氣體，在溫度約300～550℃及壓力約1～100託下，以低壓化學氣相沉積法形成。
5.如權利要求1所述的具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其特徵在於，該導電層包含多晶矽，是使用SiH4作為反應氣體，在溫度約600～650℃及壓力約0.3～0.6託下，以低壓化學氣相沉積法形成。
6.一種具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其包括提供一半導體基底；於該半導體基底形成一具有第一導電性的埋置擴散層；於該埋置擴散層上形成具有該第一導電性的一摻雜導電層，該摻雜導電層的摻質濃度是低於該埋置擴散層的摻質濃度；於該半導體基底中形成多個隔離區；於該摻雜導電層及該隔離區上方形成一介電層；於該介電層中形成多個開口；於該開口中形成一具有第二導電性的擴散區，該第二導電性與該第一導電性的電性相反；於每一該開口中形成一接觸插塞；及於該介電層及該接觸插塞上形成一導電層，以供形成字元線。
7.如權利要求6所述的具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其特徵在於，該第一導電性為N型導電性及P型導電性之一。
8.如權利要求6所述的具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其特徵在於，該摻雜導電層包含經摻雜多晶矽，是使用SiH4及PH3作為反應氣體，在溫度約600～650℃及壓力約0.3～0.6託下，以臨埸摻雜低壓化學氣相沉積法形成。
9.如權利要求6所述的具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其特徵在於，該接觸插塞包含鎢，是使用WF6及SiH4作為反應氣體，在溫度約300～550℃及壓力約1～100託下，以低壓化學氣相沉積法形成。
10.如權利要求6所述的具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法，其特徵在於，該導電層包含多晶矽，是使用SiH4作為反應氣體，在溫度約600～650℃及壓力約0.3～0.6託下，以低壓化學氣相沉積法形成。
全文摘要
一種具有二極體存儲胞光罩式只讀存儲器的製作方法。一具有第一導電性的摻雜導電層是形成於位元線上。一具有光罩式只讀存儲器編碼圖案的光阻層形成於摻雜導電層上方的一介電層上，以供作一蝕刻罩幕，藉以形成多個開口於此介電層中摻雜導電層曝露的部分區域上方。執行一離子植入步驟，以形成具有電性與第一導電性相反的第二導電性的一擴散區於摻雜導電層的每一曝露的部分區域中。藉此，曝露的部分摻雜導電層與形成於其中的擴散層構成一二極體單元(diode cell)，以供做一存儲胞。一接觸插塞形成於每一開口中，並抵靠一二極體單元。一導電層形成於接觸插塞上方，以供形成字元線。
文檔編號H01L21/822GK1581466SQ0315304
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月7日 優先權日2003年8月7日
發明者吳俊沛, 陳輝煌, 蔡文彬, 高瑄苓 申請人:旺宏電子股份有限公司