編碼程序化光罩式只讀存儲器的方法
2023-05-14 09:12:41
專利名稱：編碼程序化光罩式只讀存儲器的方法
技術領域：
本發明是有關於一種非揮發性存儲元件，且特別是有關於一種編碼程序化(Code Programming)只讀存儲器(Read-only Memory，ROM)半導體組件的方法。
背景技術：
非揮發性半導體存儲元件的設計是用以當電源消失或自半導體存儲元件移除時，組件內部數據仍能安全地保存而不被消除。ROM是為一種廣泛使用於作為儲存預設程序的具微處理器數字電子裝置中的非揮發性存儲元件。
一般ROM組件中設置有存儲單元(Memory Cell)數組用以儲存數據，而每一個存儲單元包括一個電晶體。這些電晶體一般為金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，且設置於存儲元件的位線與字符線的交接處。這些存儲單元電晶體所記錄的數據位值或編碼是依物理或電氣特性暫存於各個存儲單元之中。一般來說，由於ROM的非揮發特性，使得儲存於存儲元件的數據僅能被讀取。
將所謂的「只讀數據」固定於ROM是於最初製造或組裝存儲元件的編碼程序化製程中進行。編碼程序化ROM傳統上需要將只讀數據離子植入內存中選定存儲單元的電晶體信道區。
由於只需將離子植入選定的存儲單元電晶體信道區，在離子轟擊步驟中必須對存儲元件的其它區域加以覆蓋及保護。因此，習知技藝更設計編碼光罩(Code Photomask)使得離子僅植入於半導體的選定區域中。於編碼程序化製程中使用編碼光罩可使得這些存儲元件特徵化成為光罩式ROM。
就編碼光罩而言，這些便利於編碼程序化光罩式ROM的工具是根據光微影原理來操作。光微影是為一種可將圖案以縮小百萬分之一結構轉移至基板上的方法。光微影製程可運用於例如是具有光罩式ROM的微電子機械系統、光學及半導體組件等許多現代化裝置。
傳統的光學光微影製程是利用一般為旋轉器(Spinner)的裝置，沉積一層光敏感性的光阻於例如是半導體晶圓的基板上，並利用紫外線或其它輻射方式曝光以進行圖案化。於曝光時，覆蓋有光阻的晶圓放置於光罩底下，而光罩可防止輻射穿透光阻的某些區域。光阻層的預設區域則接受某種程度的聚合作用(Polymerization)或解聚作用(Depolymerization)，且這些作用是為光阻受輻射曝光的特性及程度的函數。將晶圓放入一種叫做顯影劑的化學洗滌劑清洗一段時間，可溶解曝光後相對被解聚的光阻層部份。晶圓上的光阻層於接受來自光罩的圖案後，一般稱作圖案化光阻層。
圖案化光阻層可以形成於裸空的晶圓面上或形成於具有多個沉積層的晶圓上，但是這些沉積層需具有一些平滑表面以避免焦距變異(FocusVariances)深度問題。圖案化光阻的一般用途包括可選擇性地摻雜晶圓的某些區域而避免其它受保護區域被粒子植入，並可選擇性地蝕刻基板上所要蝕刻的沉積層。當用作粒子植入屏蔽層時，圖案化光阻層可以避免所欲保護區域接受摻雜物，因而基板的電氣特性可隨部位不同而有差異。當用作蝕刻屏蔽層時，圖案化光阻層可以函數分布式決定不受蝕刻製程影響的部份，以保護圖案化光阻底下的材質遭受蝕刻。
在某些製程步驟中，使用具有不同且獨立圖案的兩連續堆棧的光阻層效果會更好。根據這樣的結構，基板上某些區域可以同時被兩層光阻層所覆蓋，而其它區域則僅被其中一層光阻層所覆蓋或者不被覆蓋。然而，當使用雙光阻層，在對第二光阻層曝光時，第一光阻層會傾向於被柔軟化(解聚)。第一光阻層可能產生的其它問題還包括處理第二光阻層的額外烘烤步驟將造成第一光阻層皺褶、喪失維度的完整性、以及基板進行第二次顯影時將溶解掉第一光阻層的部份區域。這些缺點將導致更大的製程窗口，並降低光阻的解析度。
為了解決上述的問題，習知的光微影程序是使用氧化層結合一層或多層光阻層。例如氧化層設置於第二光阻層下方以代替第一光阻層。氧化層的設計可根據線路製造目的以達到所欲蝕刻及粒子植入的效果，而避免上述的問題。然而，使用氧化層替代第一光阻層圖案也會產生製造過程的缺點。例如需要更多的步驟來圖案化氧化層，因而增加製程時間、額外的材料消耗、並提高製造成本。不必要的粒子也會在氧化過程以及氧化層圖案化過程中摻雜進來。另外，氧化預編碼掩模製程(Oxide Pre-codeMasking Process)會導致線寬(Critical Dimension)偏差並造成蝕刻不均勻的相關問題。於氧化層中形成預編碼圖案的不準確線寬控制將影響實際碼(Real-code)粒子植入製程。光罩式ROM的製造及編碼一般講求儘可能快速及簡單地編碼程序化存儲元件，並達到最小的資源消耗及最低的不必要粒子摻入及線寬偏差危險度。
此外，傳統的光微影製程通常會產生對光阻層過度曝光或是曝光不足問題。當光罩表面圖案密度不均勻時更容易產生上述的問題。光罩上具有較密集圖案的區域(例如透過較多光線的區域)易於過度曝光，而光罩上具有相對較稀疏圖案的區域(例如透過較少光線的區域)則易於產生光阻曝光不足的問題。改進光阻層曝光不足的方法一般是加強過度曝光的條件，反之亦然。例如傳統的光微影製程中，所需的光罩圖案(例如具有允許光線透過以於光阻材料中產生對應所需圖案的透光孔圖案的光阻光罩)可用以對光阻材料的特定區域曝光，其中光罩圖案透光孔密度會隨半導體組件改變。由於其密度的差異，某些光罩透光孔，例如是較密透光孔區域，其底下的光阻區域會過度曝光，而某些光罩透光孔，例如是較疏透光孔區域，其底下的光阻區域則會曝光不夠。這些曝光量差異於例如是離子植入製程中即會產生問題。例如某些區域會接受過量的離子，而其它區域則接受到不夠數量的離子。因此，這些差異將導致不完善的離子植入效果，並使得存儲單元無法如預期正常操作。為了改善光阻曝光不足區域的問題，傳統的許多方法是引進了次解析度圖案(Sub-resolutionPattern)。然而，這些方法既複雜、花費甚高，且經常無法達到粒子植入所需的曝光均勻度目的。
因此，有必要對習知製造光罩式ROM的方法改進以減少製程時間及所需材料，因而能降低花費成本。並且有需要提供可靠的編碼程序化方法以降低預編碼步驟中不必要粒子摻入的可能性。另外，當組件尺寸接近光微影的解析極限，例如編碼植入面積為0.15um2時，習知技藝需要連續精準地進行預編碼及實際碼線寬控制以維持成本效益的組件效能。更有必要提供可靠的編碼程序化方法，以更佳地控制透過光罩達到光阻層的光強度，並降低不同編碼透光孔圖案可能產生的失真情況。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種快速、乾淨、易控制並且構造簡單的非揮發性內存編碼結構及其方法。本發明揭露一種編碼程序化光罩式ROM的方法。負光阻片設置於ROM的字符在線，並加以圖案化以直接在負光阻片上形成ROM預編碼圖案。接著，固化負光阻片並直接在負光阻片上形成第二層光阻層。第二層光阻層經圖案化形成ROM實際碼透光孔，以利後續的編碼程序化粒子植入步驟。根據本發明的另一目的，也可使用正光阻片替代負光阻片。
另外，本發明致力於使得於ROM組件中植入阻抗材料上形成透光孔的失真情況降至最低。於ROM組件上形成編碼圖案的方法包括使用具正常解析度圖案的光罩(例如不使用次解析度圖案)以利於統一光阻層透光孔間距差異程度。相對於習知方法中一種特殊的內存編碼僅形成一種所需的孔隙圖案，本發明中孔隙圖案形成於包括所需透光孔圖案以及不必要的透光孔圖案的第一離子植入阻抗材料。換句話說，實際上，所有第一編碼透光孔皆於第一光阻層中曝光。所需的實際碼圖案則藉由選擇性地在第二光阻層形成透光孔形成。因此，可利用第二光阻光罩控制離子植入阻抗材料的透光孔設置，以於ROM組件上形成所需的編碼程序。
根據本發明的目的，提出一種編碼程序化ROM組件的方法，ROM組件具有位線(Bit Line)以及字符線(Word Line)，且位線位於字符線下方並與字符線交接，且ROM組件具有設置於位線及字符線之間的柵極氧化層。本方法簡述如下於字符線以與門極氧化層上形成可以是負光阻的第一光阻層。圖案化第一光阻層，並於所有待編碼存儲單元上形成預編碼透光孔。接著，利用粒子植入或電漿方式固化第一光阻層。再於第一光阻層上形成第二光阻層，並圖案化第二光阻層，以於待編碼為邏輯值0的存儲單元上形成實際碼透光孔。再透過預編碼透光孔以及實際碼透光孔對每個待編碼存儲單元植入粒子。在其它實施例中，第一光阻層可以是正光阻。
根據本發明的目的，提出一種製造半導體組件的方法，簡述如下於基板上沉積抗反射層(Anti-reflective Coating，ARC)；於ARC上形成光阻層，其中ARC是夾於基板與光阻層之間，且光阻層與ARC之間沒有圖案化沉積層掩蔽半導體組件的編碼植入；於光阻層上形成圖案；以及利用粒子植入或電漿方式處理光阻層。
如上所述，光阻層包括第一光阻層，且形成的圖案包括預編碼圖案，而基板則包括多晶矽字符線。本方法更包括將半導體組件存放於儲存位置；由儲存位置取回半導體組件；於第一光阻層上形成第二光阻層；選擇性地曝光第二光阻層以定義實際碼圖案；以及透過實際碼圖案的透光孔將粒子植入基板。植入物可以是能量為一萬至五萬電子伏特，劑量為1E15至5E15的氬氣或氮氣植入物。第一光阻層包括對應預編碼圖案的透光孔，且第二光阻層包括對應實際碼圖案的透光孔。預編碼透光孔數量大於實際碼透光孔，且多個實際碼透光孔與對應的多個預編碼透光孔並排。植入物通過並排的實際碼透光孔，進入選定的存儲單元電晶體信道中，使得那些選定的存儲單元電晶體具有對應邏輯值0的電氣特性。
根據本發明的另一目的，取回半導體組件的步驟可以於收到顧客購買半導體組件的訂單後進行。本方法更包括利用電漿灰化製程，例如是氧氣電漿灰化，去除第一及第二光阻層。
根據本發明的再一目的，ROM組件中間製程結構包括半導體基板；指向第一方向的多條平行植入位線；位於半導體基板上的柵極氧化層；形成於柵極氧化層上指向第二方向的多條字符線；以及位於字符線與門極氧化層上圖案化光阻層。圖案化光阻層具有位於相鄰位線間的ROM預編碼透光孔，並利用粒子植入或是電漿方式加以處理。於字符在線沉積圖案化光阻層是使得圖案化光阻層與字符線之間沒有圖案化沉積層掩蔽ROM的編碼植入物。圖案化光阻層可以是負光阻材料。在其它實施例中，圖案化光阻層也可以是正光阻材料。
根據本發明的目的，圖案化光阻層可以是第一光阻層，中間製程結構可以包括形成於第一光阻層上的第二光阻層。圖案化第二光阻層以形成ROM實際碼透光孔。將粒子植入半導體基板的通道區，其中粒子植入位置是對應至包括預編碼透光孔以及實際碼透光孔的並列透光孔。ARC形成於第一光阻層以及字符線之間，且植入的粒子可以由實際碼透光孔植入，並透過對應的字符線植入相鄰位線之間半導體基板的通道區。字符線是多晶矽材質，而第一光阻層可以利用粒子植入方式處理。基板可以是具有P型本底雜質(Background Impurity)的半導體基板。位線可以是N型摻雜形式，且植入基板相鄰位線的離子可以是P型摻雜。
根據本發明的另一目的，半導體ROM結構包括至少一條字符線，以及形成於字符在線的光阻層。光阻層包括ROM預編碼圖案，並利用粒子植入方式或是電漿固化劑處理光阻層。光阻層與字符線之間沒有圖案化沉積層掩蔽ROM的編碼植入物。
根據本發明的再一目的，半導體組件結構包括基板、沉積於基板上的ARC、位於ARC上的第一光阻層、以及沉積於第一光阻層上的第二光阻層，其中第二光阻層包括具有第二透光孔的第二圖案。第一光阻層包括具有第一透光孔的第一圖案，並使用粒子植入或電漿方式加以處理，且ARC是夾於基板以及第一光阻層之間。沉積於ARC上的第一光阻層使得光阻層與ARC之間沒有圖案化沉積層掩蔽半導體組件的編碼植入。
為讓本發明的上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下圖1繪示對應習知製程方法的多層薄膜堆棧剖面圖；圖2繪示圖1的習知結構中蝕刻氧化層的剖面圖；圖3繪示圖2的習知結構中去除光阻層的剖面圖；圖4繪示圖3的習知結構中加入另一層光阻層的剖面圖；圖5繪示具有多條互相垂直位線及字符線的光罩ROM數組示意上視圖；圖6繪示沿圖5的剖面線6-6形成的光罩式ROM數組剖面圖；
圖7繪示根據本發明圖6結構中固化光阻層的剖面圖；圖8繪示直接沉積於固化第一光阻層的第二光阻層剖面圖；圖9繪示圖8中包括固化第一光阻層及第二光阻層區域的放大圖；圖10A繪示於第一植入阻抗層上形成預編碼圖案的ROM組件結構圖；圖10B繪示圖10A中ROM組件形成第二植入阻抗層的結構圖；圖10C繪示圖10B中ROM組件於第二植入阻抗層上形成實際編碼圖案的結構圖；圖10D繪示圖10C中ROM組件具有對應待植入實際編碼圖案的透光孔結構圖；圖11A繪示具有多個指向垂直方向條狀透光孔的ROM組件第一光罩圖案結構圖；圖11B繪示具有多個指向水平方向條狀透光孔的ROM組件第一光罩圖案結構圖；以及圖11C繪示由圖11A及圖11B的條狀透光孔形成的透光孔數組結構圖。
具體實施例方式
底下將以本發明的較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明。圖式及說明書中使用相同或相似的標號代表相同或相似的部份。值得注意的是，所附圖式是簡化形式，而非精確尺寸。為了敘述上方便及清晰，方向文字，例如上方、下方、左、右、向上、向下、上面、下面、底下、後面、以及前面等是對應所附圖式。這些方向文字不應用以限制本發明的範圍。
雖然此處所揭露是說明用的實施例，然可以理解的是這些實施例是舉例說明用，並不應用以作為限制。底下詳細說明內容的任何修飾、選擇及同等取代仍落入本發明專利請求項所定義的範圍及精神。例如一般熟知此技藝者可知由本發明的方法形成的預編碼及實際碼圖案可以形成於NMOS、PMOS、CMOS以及雙載子組件，以於高密度存儲單元中，例如具有線寬近似光微影製程物理極限的存儲單元，提供有效率的離子植入。
另外，本發明所敘述的製程步驟及結構並未包括完整的內存組件製造的流程。本發明可以結合不同的習知集成電路製造及編碼技術加以實施。此處僅提供足夠的共同實施製程步驟以了解本發明的精神。
請參考圖式部份，圖1至圖4繪示使用氧化層結合例如是光阻層等一層或多層植入阻抗層的習知光微影製程圖。植入阻抗層可以包括有機聚合物，例如是光阻，及/或無機薄膜，例如是利用化學氣相沉積(ChemicalVapor Deposition，CVD)形成的PETEOS，或是利用熱製程形成的LPTEOS。圖1的剖面圖繪示一種設置於含有矽或多晶矽的基板10上的多層薄膜堆棧。薄膜堆棧包括作為抗反射層的氮氧化矽(SiON)層12、以及位於氮氧化矽層12上方的二氧化矽(SiO2)層14。在二氧化矽層14上面旋轉式塗附第一光阻層16並進行圖案化。圖2繪示非等向性幹蝕刻二氧化矽層14後的薄膜堆棧。二氧化矽層14上形成具有較密透光孔的圖案。利用顯影劑移除第一光阻層16，並留下圖案化的二氧化矽層14在基板上，如圖3所示。再參考圖4，接著在圖案化二氧化矽層14上旋轉式地塗附第二光阻層18。再利用傳統的圖案化製程對第二光阻層18進行圖案化。接著，再透過分布於圖案化第二光阻層18以及圖案化二氧化矽層14的透光孔對晶圓進行粒子植入。
圖案化第二光阻層18後所形成的圖案相似於使用本發明的雙層光阻所得到的圖案。然而，一般例如是編碼程序化光罩式ROM，使用二氧化矽層14定義預編碼圖案需要更多的製程步驟。另外，這樣的應用既不經濟、具汙染性且不準確。
本發明的雙光阻層經發現特別適用非揮發性半導體存儲元件的製造及編碼程序化。一些非揮發性半導體存儲元件在製造時需要進行編碼程序化。在這些存儲元件的編碼程序化過程中，對MOSFET形式的存儲單元進行離子植入，使得雜質植入MOSFET以改變它們的電氣特性。例如光罩可程序化ROM組件形式的非揮發性存儲元件，可利用雜質摻入選定的MOSFET信道區來進行編碼程序化，以提高其起始電壓。
請參考圖5，光罩式ROM數組設置於半導體基板上，並具有多條垂直交接排列的位線11及字符線21。實施例中位線11是於字符線之前形成。基板可以是本底雜質型，且位線11可以是利用與本底雜質型相反的雜質植入並平行地形成於基板中。例如基板可以是P型本底雜質型，且位線可以是使用例如是砷或磷的N型摻雜物植入而形成。
於形成位線11之後，可繼續在基板上形成厚度約50埃至300埃的柵極氧化層(未顯示)。柵極氧化物可於CVD熔爐中利用熱氧化製程形成。
接著，利用CVD沉積一層傳導層。傳導層的大小必須大到足夠顯出所需的電氣特性。於傳導層上旋轉式地塗附一層光阻層，並將光阻層曝露於紫外線輻射中加以圖案化。投影至光阻層的圖案是多條平行條紋。接著，進行蝕刻製程，將曝露的多晶矽部份蝕刻掉，以將圖案轉移至傳導層。光阻移除後即顯出多個彼此平行且垂直於位線11的存儲單元字符線21。這些字符線21可以包括例如是多晶矽的傳導材料，並可利用低壓化學氣相沉積(Low Pressure CVD，LPCVD)形成。如實施例所示，位線11及字符線21具有寬度約0.15微米，且字符線11之間隔約0.15微米。
位線11及字符線21組合形成MOSFET存儲單元15於圖式中以矩形排列方式作為示範說明的用。而MOSFET存儲單元15是定義於字符線21及兩條位線11的交接處之間。位於MOSFET存儲單元15兩邊的位線11是作為源極/汲極區，且設置於源極區與汲極區之間的字符線21部份作為MOSFET存儲單元15的柵極。
MOSFET存儲單元15可藉由連接的位線11及字符線21產生作用，並儲存光罩式ROM的數據(或編碼)。當存取MOSFET存儲單元15的數據時，依照字符線21施加於其柵極的電壓高於或低於柵極的起始電壓，以進行源極/汲極位線11之間的傳導。若施加的電壓達到或高於起始電壓，MOSFET存儲單元15導通，並提供可讀取的邏輯值1。反之，若MOSFET存儲單元15不導通，則可由存儲單元15讀取的邏輯值為0。
當對給定的MOSFET存儲單元15的信道進行離子植入時，其起始電壓會增加以提供邏輯值0。進行離子植入的給定MOSFET存儲單元的信道位於字符線21與相鄰兩條位線11之間底下的基板中。另外，沒有離子植入的MOSFET存儲單元15提供邏輯值1，並於字符線21施加電壓至柵極時持續導通狀態。因此，利用離子植入改變選定MOSFET存儲單元15的邏輯值1或0，即可程序化光罩式ROM。
適當地掩蔽未進行離子植入的MOSFET存儲單元15信道區是編碼程序化製程中的關鍵步驟。根據本發明的目的，雙層光阻用以掩蔽離子植入光罩式ROM中提供邏輯值1的MOSFET存儲單元15。就雙層光阻層而言，作為光微影之用時，可用作正光阻片、或負光阻片、或兩者的組合。正光阻片，也叫做光軟化光阻，當曝露於紫外光輻射時會產生解聚作用。因此，當正光阻片置入顯影劑時，曝露於輻射的區域會溶解掉，而受掩蔽未曝露的部份則不受影響。另一方面，負光阻片，是為一種光硬化光阻，於曝露於光輻射中會產生聚合作用，使得當置入顯影劑時，曝露於輻射的區域保留著，而受光罩掩蔽的區域則溶解掉。因此，視所使用的光阻型式不同，轉移至晶圓上光阻的圖案會是光罩圖案的正影像或負影像。
根據本發明的目的，在組件尺寸低於0.25微米時，負光阻可用以替代正光阻。當雙層光阻建構於這些尺寸(例如0.15微米)時，負光阻在連續製程步驟中可保持較佳的結構。因此，其中一個實施例中，雙層光阻層的底層光阻是為負光阻。而另一個實施例中的底層光阻層則為正光阻。
圖6繪示沿圖5的剖面線6-6形成的光罩式ROM數組剖面圖。圖6的截面圖未顯示基板上的柵極氧化層以及基板中的植入的位線。圖6更顯示於字符線21沉積底部抗反射層(Bottom ARC，BARC)17。BARC層17具高度吸光特性，並能吸收透過光阻的大部份輻射，因而降低反射刻痕、輻射的駐波效應及散射。在較佳實施例中，BARC包括布魯爾科技公司的產品DVU44，厚度約550埃至700埃之間。其中以600埃為較佳。其它實施例則包括如氮氧化矽等材質。接著，使用旋轉器於BARC17上塗抹一層第一光阻層28。其中一個實施例中的第一光阻層是為負光阻，而另一個實施例的第一光阻層28則為正光阻，例如Ahin-Etsu電阻公司的產品乙縮醛(Acetal)回火混合態的SEPR203，厚度大約3000埃至7000埃。在其它實施例中，負光阻包括TOK公司的產品TDUR-N620GP。
預編碼圖案根據使用的光罩配合步進器(Stepper)或光罩調準器(Aligner)投影至晶圓上。根據於小尺寸組件使用負光阻的實施例中，一旦第一光阻層28曝露於像是紫外線之類的輻射中，光阻層的聚合作用就會加深。當使用正光阻時，未曝露區域的聚合作用較強。接著使用顯影劑溶解較未受聚合的光阻未曝露區域。光罩定義的預編碼圖案，對應曝露及未曝露的密集區域，因而轉移至第一光阻層28。實施例中，預編碼圖案描述可於後續實際碼程序化步驟中作為編碼用的所有可能MOSFET存儲單元15窗口。
於其中一個實施例中對第一光阻層28的預編碼圖案化，第一光阻層可利用粒子植入或是電漿蝕刻方式加以處理。粒子植入器是利用例如是氬氣及氮氣等植入物對晶圓轟擊。第一光阻層28可以是能量為一萬電子伏特至五萬電子伏特，劑量為1E15至5E15，或更佳為1E15至3E15的氬氣或氮氣植入物。藉由與摻雜物的反應作用，第一光阻層28的聚合物結構會在經歷相當大的變化後產生固化，並變得更有彈性，在後續的光微影製程中近於不可透光。只要第一光阻層得以彈性化並能於後續光微影製程中達到不透光效果，除了上述的氬氣/氮氣植入處理，亦可以改用或增加其它處理步驟。經過實驗測試，使用拉曼光譜分析可於離子植入光阻表面觀察到鑽石結構的形成。
圖7的剖面圖實質上類似於圖6，其差別在於第一光阻層是經過處理(例如粒子植入)，因而改變了其結構組成並形成固化第一光阻層32。於粒子植入後，固化第一光阻層32於曝露紫外線中不再有光敏感性，且在溶劑中也不被溶解，並對於熱製程具有一定的阻抗值。必須注意的是，用於固化光阻的植入物是不改變晶圓曝露區域的電氣特性為佳。
接著，在固化的第一光阻層32上以旋轉式直接沉積第二光阻層31。第二光阻層31可以選用為負光阻或正光阻。若是正光阻(例如Ahin-Etsu電阻公司的SEPR203)，選擇的實際碼光罩就是最後所需圖案的正影像。在選定實際碼光罩後，第二光阻層31使用傳統方法加以圖案化，再將晶圓置入顯影劑作化學洗條，以溶解解聚的光阻部份。固化第一光阻層32因進行離子植入得以不被溶劑溶解且不被紫外光穿透，且在第二光阻層31的顯影中保持結構的完整性。圖8繪示直接沉積於固化第一光阻層32的第二光阻層31剖面圖。配合固化第一光阻層32，第二光阻層31可決定那一個MOSFET存儲單元15具有邏輯值1，且那一個MOSFET存儲單元15具有邏輯值0。在實施例中，程序化具有邏輯值0的MOSFET存儲單元15信道區接受植入物，而程序化具有邏輯值1的MOSFET存儲單元15則不接受粒子植入，因此可保持電晶體的起始電壓不變。
圖9繪示圖8中包括固化第一光阻層32及第二光阻層31區域的放大圖。固化第一光阻層32及第二光阻層32皆具有圖案，且兩個圖案分開彼此獨立。晶圓上的區域37是只由固化第一光阻層32覆蓋或僅由第二光阻層31覆蓋，而其它區域35則可同時由固化第一光阻層32及第二光阻層31覆蓋。甚至，對應第一光阻層32的預編碼透光孔及第二光阻層31的實際碼透光孔的區域39在後續的製程中仍保持曝露狀態。這些區域39對應並接受粒子植入至其底下程序化為具有邏輯值0的MOSFET存儲單元15信道區。
分別為預編碼及實際碼光阻層32及31曝露的剩餘區域則進行粒子植入。於實施例中，位線為N型區域且P型硼離子可用作編碼植入物。硼離子是以足夠穿透BARC層17、字符線21與門極氧化層，以及能植入選定基板通道區的能量來進行植入。於晶圓進行編碼植入後，即移除兩層光阻層。即使第一光阻層具有新穎、較完美的鑽石結構，但仍可以傳統的氧氣灰化方法來加以移除。實施例中相較於一般移除單一光阻製程，移除雙層光阻並不需要額外的步驟。
較佳實施例描述了第一光阻層圖案化於非揮發性半導體存儲元件的字符在線。光阻層圖案與產生光罩式可程序化ROMs的預編碼光阻圖案一致。預編碼圖案曝露所有晶圓上欲編碼(離子植入)的存儲單元區信道。晶圓以約五萬電子伏特能量及1E15的劑量進行氮氣植入以固化光阻。根據本發明的目的，晶圓具有固化的第一光阻層可用於後續的編碼。
根據本發明的另一目的，第一光阻層的厚度及組成足夠維護底下未進行植入的基板特性(例如位線及/或相鄰通道)，使不會在後續的編碼程序化製程中受有害物質植入的影響。例如利用不同形態的雜質對位線不當的編碼植入會增加位線的電阻。因此，在第一光阻層及字符線之間沒有圖案化沉積層大到足以屏蔽後續ROM或半導體組件的編碼植入物。類似地，在第一光阻層及ARC層之間也沒有圖案化沉積層屏蔽後續ROM或半導體組件的編碼植入物。
接著，將晶圓由貯藏器中取出，並於晶圓上旋轉式地沉積第二光阻層。第二光阻層的實際碼圖案可由顧客的訂單決定。第二光阻層的圖案必須不同於第一光阻層圖案。因此，當第一光阻層曝露所有待編碼區域時，第一光阻層僅曝露待生產特殊組件中欲編碼具邏輯值0的沉積層部份。對曝露的區域進行粒子植入，再先後利用幹蝕刻及溼蝕刻方式移除兩層光阻層。
另一可行的實施例是第一光阻層於顯影之後再進行電漿蝕刻加以固化。最後形成的固化光阻層與對光阻進行粒子植入所產生的結果相似。利用電漿蝕刻固化的光阻層，其結構完整性相似於利用粒子植入固化的光阻層。電漿蝕刻固化製程的步驟可實質地對應到粒子植入固化製程前後的步驟。
如上所述，預編碼圖案可於第一植入阻抗層(Implantation ResistantLayer)(例如第一光阻層)中形成，以曝露所有晶圓上待編碼(粒子植入)存儲單元區信道。較佳實施例中是曝露了晶圓上存儲單元區的所有信道。藉由曝露存儲單元區大致所有信道，可以減輕或補足由於光罩表面透光孔密度差異造成的光阻層上過度曝光及/或曝光不足。因此，本發明的孔隙圖案大體上可呈對稱形，以降低第一植入阻抗層中形成透光孔或孔隙的大小及形狀因曝光產生的差異。
接著，於圖案化的第一植入阻抗層上形成第二植入阻抗層。於圖案化第一植入阻抗層上塗附一層第二植入阻抗層，可使得第一植入阻抗層中所有透光孔被第二植入阻抗層所覆蓋。再應用第二光罩於第二植入阻抗層，且第二光罩具有對應ROM組件所需編碼地址的透光孔圖案。傳統上，第二植入阻抗層的透光孔數目少於第一植入阻抗層。如上所述，這樣的關係源於第一植入阻抗層中待曝露及不必曝露的通道情況。接著，於第二植入阻抗層形成對應第二光罩透光孔圖案的透光孔。傳統上，第二植入阻抗層的透光孔是對應ROM組件透光孔的實際碼圖案。形成實際碼透光孔後，將粒子植入基板上曝露的區域。
當植入阻抗材料為光阻時，可使用例如是氧氣電漿結合熱硫酸來加以去除。然而，當植入阻抗材質包含無機薄膜時，可以不必去除此無機薄膜，因為無機薄膜可於介電薄膜沉積於ROM組件後形成其部份的介電薄膜堆棧。
如圖10A所示，第一植入阻抗層50所覆蓋的具有多條位線及字符線的基板，搭配多個形成於第一植入阻抗層50的透光孔(或孔隙)52。使用第一(或預編碼)光罩產生的透光孔52形成了第一(或預編碼)圖案54。實施例中，透光孔形成於ROM組件中所有預先選定待編碼的編碼信道或門極區。接著，第二植入阻抗層56形成於圖案化的第一植入阻抗層50上，如圖10B所示。第二植入阻抗層56可形成於第一植入阻抗層50穩定或固化之後，或可以形成於一個未固化或不穩定的第一植入阻抗層。所有透光孔52則被第二植入阻抗層56覆蓋。
如圖10C所示，第二(或實際碼)光罩是用以於第二植入阻抗層56中形成多個透光孔58。透光孔58定義第二(或實際碼)圖案60。於圖10C中，第一植入阻抗層50中的一個透光孔58a是包含多個透光孔52，而在第一植入阻抗層50中的一個第二透光孔58b僅包括單一透光孔52。所示的實際碼圖案60具有的面積小於預編碼圖案54。另外，每個透光孔58一般具有的面積大於每個孔隙52。其它實施例中，透光孔58的大小相當於孔隙52的大小。而且在某些製程中，至少一個透光孔58(例如是58a)的面積是任意一個透光孔52的二倍以上大小。因此，於形成透光孔58後，基板在第一植入阻抗層50上包括不具有第二植入阻抗層56的第一區域62，以及具有第二植入阻抗層56的第二區域64。
於實際碼圖案60形成後，所需透光孔(例如由透光孔58a及58b曝露的透光孔)可進行粒子植入，以形成如圖10D所示的粒子植入結構。
圖10A至圖10D所示的實施例中，相對於相鄰的存儲單元位置，透光孔52是不連續性設置。換句話說，每一個透光孔52對應單一個存儲單元，例如是MOSFET存儲單元15(圖5中)，並包括一個邊緣可避免在單一透光孔中曝光超過一個存儲單元。此外，透光孔58a及58b相對於彼此亦是不連續性設置。因此，不論是於第一植入阻抗層50、第二植入阻抗層56、或是兩者的組合所形成的透光孔相對於相鄰存儲單元位置或相對於彼此皆是不連續性設置。再者，透光孔58a也可以視為多個連續性透光孔。也就是說，透光孔58a可視為由連續性的多個透光孔所形成(例如每個透光孔包含一個以上的存儲單元)，如圖10C中虛線所示。虛線定義一系列上、中、下並列的連續透光孔，且每一列包括三個橫向的存儲單元。在圖10C中，三列的透光孔也具連續性，以定義單一透光孔58a。在另一個應用中，三列的透光孔中可有一個或多個彼此不連續。例如上列與下列可以是開通的，而中間列則是封閉的(即不形成透光孔)。在其它應用中，第二植入阻抗層56的第二透光孔58b也可以連續地包含二個或多個相鄰垂直及/或平行透光孔52。因此，連續透光孔分布於至少二個待粒子植入的柵極之間。某些實施例中，可於條狀(例如垂直、水平及/或斜線形)、直角、橢圓形等的植入阻抗材料中形成透光孔，以產生連續透光孔。這些植入阻抗層的長度或最大直徑至少是二個相鄰柵極的距離。
在某些實施例中，會使用兩個光罩(或一個光罩的兩個方向)形成如圖10A及圖10B所示的兩個透光孔矩陣，其中一個矩陣包括多個垂直條狀透光孔70，而另一矩陣則包括多個平行條狀透光孔72。這樣的製程包括指向一方向的第一(及/或第二)植入阻抗層中一個或多個條狀透光孔，以及指向另一方向(例如是垂直第一條狀透光孔)的第一(及/或第二)植入阻抗層中一個或多個條狀透光孔。例如透光孔矩陣可包括指向第一方向的植入阻抗層中的第一條狀透光孔，以及指向垂直第一條狀透光孔方向的同一植入阻抗層中的第二條狀透光孔。多個垂直條狀透光孔形成第一植入阻抗材料中，且多個平行條狀透光孔接著形成於第一植入阻抗材料中。於是相互交接的條狀透光孔在第一植入阻抗材質中形成了一個透光孔矩陣，如圖11C所示。
舉例來說，但非用以限制本發明，當製作一個0.15μm光罩式ROM時，透光孔52的直徑大約是0.19μm，且透光孔58的直徑大約是0.3μm。由於粒子植入的有效面積是以透光孔52決定，且透光孔的開或關的選擇，例如是由面積比透光孔52大的透光孔58所控制。因此，透光孔58的曝光失真並不太會影響透光孔52的有效植入面積。
在某些情況下，單一光罩可用以達到所需的第一植入阻抗層及/或第二植入阻抗層的曝光。然而，在某些情況，需要使用多個光罩來對第一植入阻抗層及/或第二植入阻抗層進行曝光。上述的例子可見於圖11A至圖11C。另一例子是在某些組件中，周邊區域會包括待曝光的柵極或其它部份具有與同一組件其它待曝光區域(例如是中央區域)不同的間距分布。因此，第一光罩(例如是具有相對稀疏的透光孔分布)會用以曝光某一個區域(例如是周邊區域)，而第二光罩(例如是具有相對密集的透光孔分布)則用以曝光另一個區域(例如是中央區域)，以加大組件製程窗口。
如所述的雙光罩曝光方法可包括(a)進行第一曝光及顯影程序，以於第一植入阻抗層中產生第一圖案，接著(b)進行第二曝光及顯影程序，以於第一植入阻抗層中產生第二圖案。兩個圖案可以部份重迭或不重迭。在其中一個實施例中，植入阻抗層例如是第一植入阻抗層是為氧化物。第一曝光及顯影程序是於光阻上進行，且第一圖案的產生包括利用光阻作為蝕刻光罩來進行氧化物蝕刻，接著再去除光阻，然後利用另一光阻層進行第二曝光及顯影程序。依照本發明的目的，上述兩個曝光步驟可先進行，再接著進行上述兩個顯影步驟，使得兩個曝光圖案同時顯影以便圖案化第一植入阻抗層。
綜上所述，雖然本發明已以一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，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種編碼程序化只讀存儲器(Read-only Memory，ROM)組件的方法，該ROM組件包括位於一基板中指向一第一方向的多條位線、位於該基板上的一柵極氧化層、以及以一第二方向形成於柵極氧化層上的多條字符線，該方法包括於所述字符線及該柵極氧化層上，形成一第一植入阻抗層；選擇性地曝光該第一植入阻抗層，以形成多個第一編碼透光孔，各所述第一編碼透光孔位於一柵極區中一字符在線，以及相鄰兩位線與該字符線交接處之間，其中所述第一編碼透光孔形成的圖案是大體上曝露所有該ROM組件中預定選取的待編碼柵極區；於該第一植入阻抗層上，形成一第二植入阻抗層；選擇性地曝光該第二植入阻抗層，以形成多個第二編碼透光孔，其中各所述第二編碼透光孔是根據該ROM組件的一編碼內容決定其預設的位置；以及透過該第二編碼透光孔植入粒子。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一編碼透光孔的圖案面積大於所述第二編碼透光孔包含的面積。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二編碼透光孔形成的圖案並未曝露全部所述第一編碼透光孔。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第二編碼透光孔包括一第一圖案以及一第二圖案，且該第一圖案的面積大於該第二圖案的面積。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，該第一圖案包括多個第一編碼透光孔。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，該第二圖案包括單一第一編碼透光孔。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該第一植入阻抗層包括一有機聚合物。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該第一植入阻抗層包括一無機薄膜。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，該有機聚合物是為一光阻，且該方法於該粒子植入步驟的後更包括去除該光阻。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一編碼透光孔的圖案包括多個不連續透光孔。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一編碼透光孔的圖案包括相連接的透光孔。
12.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一編碼透光孔包括不連續透光孔以及相連接透光孔的組合。
13.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述不連續透光孔定義具有單一間距的孔隙。
14.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述不連續透光孔定義具有多個間距的孔隙。
15.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，該第一植入阻抗層包括一光敏感材料。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述第一編碼透光孔是由該第一植入阻抗層經單一光罩曝光而形成。
17.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述第一編碼透光孔是由第一植入阻抗層經由雙光罩曝光而形成。
18.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述第一編碼透光孔是利用多個光罩進行多次曝光而形成。
19.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，該雙光罩曝光包括曝光該第一植入阻抗層以產生兩個曝光圖案的兩個步驟，以及同時顯影所述曝光圖案以圖案化該第一植入阻抗層的一步驟。
20.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，該雙光罩曝光包括(a)進行一曝光及顯影程序，以於該第一植入阻抗層中產生一第一圖案；以及(b)進行另一曝光及顯影程序，以於該第一植入阻抗層中產生一第二圖案。
21.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述曝光步驟其中之一包括利用具有多個垂直條狀透光孔的一第一光罩曝光，以及具有多個水平條狀透光孔的一第二光罩曝光，以於該組件上形成一影像。
22.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該第一植入阻抗層包括一負光阻材料。
23.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，該方法更包括於形成該第二植入阻抗層之前，是利用紫外線曝光、粒子植入、荷電粒子束及電漿等方法其中之一來處理該第一植入阻抗層，以穩定該第一植入阻抗層。
24.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該第一植入阻抗層以及該第二植入阻抗層是為相同的材料。
25.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該第二植入阻抗層是為一光阻。
26.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，各所述第一編碼透光孔的面積是小於各所述第二編碼透光孔的面積。
27.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，各所述第一編碼透光孔的面積與各所述第二編碼透光孔的面積相同。
28.一種編碼程序化ROM組件的方法，包括提供待編碼的一半制品ROM組件；於該ROM組件上塗附一第一植入阻抗材料；於該第一植入阻抗材料中形成多個第一編碼透光孔，使得粒子得以植入該ROM組件，並形成一圖案化第一植入阻抗材料；於該圖案化第一植入阻抗材料上，塗附一第二植入阻抗材料；選擇性地於該第二植入阻抗材料中，形成多個第二編碼透光孔，其中所述第二編碼透光孔是位於該ROM組件的一編碼內容所預設的位置，且所述第二編碼透光孔的數目少於所述第一編碼透光孔的數目；以及透過所述第二編碼透光孔植入所述粒子。
29.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，各所述第二編碼透光孔的面積大於各所述第一編碼透光孔。
30.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，各所述第一編碼透光孔的面積與各該第二編碼透光孔的面積相同。
全文摘要
本發明揭露一種編碼程序化光罩式只讀存儲器的方法。根據本方法，於已植入位線的基板的字符線以與門極氧化層上形成第一光阻層。接著，圖案化第一光阻層，以於所有的存儲單元上形成對應交叉字符線及位線的預編碼透光孔。再利用粒子植入或電漿方式固化第一光阻層。然後，在第一光阻層上形成第二光阻層，並圖案化第二光阻層，以於編碼為邏輯值0的存儲單元上形成實際碼透光孔。透過預編碼透光孔以及實際碼透光孔，對每一個待編碼存儲單元進行粒子植入。
文檔編號G11C16/10GK1619703SQ20041006330
公開日2005年5月25日 申請日期2004年7月2日 優先權日2003年7月3日
發明者楊大弘, 張慶裕, 鍾維民, 薛正誠 申請人:旺宏電子股份有限公司