專利名稱：具有埋入擴散隔離物的氮化物只讀存儲器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種半導體存儲元件。更準確地說，本發(fā)明涉及一種具有埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲器及其制造方法。
背景技術(shù)：
普遍為業(yè)界所熟知的是，氮化物只讀存儲器具有沉積在其硅襯底上的一層氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層。多晶硅柵極沉積在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上。兩個埋入的擴散(BD)區(qū)注入在硅襯底內(nèi)并且位于多晶硅柵極兩旁靠近間隔物的位置。作為氮化物只讀存儲器的源極和漏極，這兩個埋入的擴散(BD)區(qū)經(jīng)由離子注入工藝來注入。在硅襯底內(nèi)介于兩個埋入的擴散(BD)區(qū)之間且在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層的下面形成溝道。
在此制造過程中，熱預算的增加會提高該氮化物只讀存儲器的可靠性。然而，增加熱預算也會導致該氮化物只讀存儲器容易受到短溝道效應的影響。此外，進行尺寸微縮也會導致該氮化物只讀存儲器容易受到短溝道效應的影響。一種防止短溝道效應產(chǎn)生的方法，是在該氮化物只讀存儲器的溝道兩端注入兩個口袋注入?yún)^(qū)，其每一個口袋注入?yún)^(qū)靠近埋入的擴散(BD)區(qū)。總之，因為以傾斜角注入該兩個口袋注入?yún)^(qū)，會造成多晶硅柵極以及氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層側(cè)邊的損害，如此會造成對該氮化物只讀存儲器可靠性的不良影響。
因此，極需一種新的氮化物只讀存儲器及其制造方法?？梢愿倪M該元件的可靠性以及消除短溝道效應。

發(fā)明內(nèi)容
大致說來，本發(fā)明公開了一種具有埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲器結(jié)構(gòu)，同時本發(fā)明還公開了一種具有埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲器的制造方法。
本發(fā)明的目的是提供一種具有埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲元件。該元件提供半導體元件，包含具有兩個埋入的擴散區(qū)的硅襯底，在該硅襯底上方形成氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層，該兩個埋入的擴散區(qū)由該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層所覆蓋，多晶硅柵極覆蓋在介于該兩個埋入的擴散區(qū)之間的該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上，所以該多晶硅柵極側(cè)壁兩端的每一端分別位于該兩個埋入的擴散區(qū)中的每一個的大致界面之上，兩個埋入的擴散間隔物，如兩個絕緣間隔物，分別位于該多晶硅柵極兩側(cè)以及該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上。在一個實施例中，每一個絕緣間隔物的厚度是介于100埃到500埃之間。在另一個實施例中，每一個絕緣間隔物是由氧化硅組成。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種氮化物只讀存儲元件的制造方法。該方法包含提供其上具有氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層的硅襯底；將長度比氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層還短的多晶硅柵極形成在該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上；兩個埋入的擴散間隔物(絕緣間隔物)分別形成在該多晶硅柵極兩側(cè)以及該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上；之后，透過該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層將兩個埋入的擴散區(qū)離子注入在該硅基板內(nèi)且靠近兩個絕緣間隔物，然后對該兩個埋入的擴散區(qū)進行熱退火，所以使得該兩個埋入的擴散區(qū)之間的大致界面被限定在多晶硅柵極的兩個側(cè)壁之下。在一個實施例中，通過將順形絕緣層沉積在該多晶硅柵極的上方，且蝕刻掉該順形絕緣層在該多晶硅柵極之上的部分來形成絕緣間隔物。在另一個實施例中，通過快速熱退火工藝對兩個埋入的擴散區(qū)進行熱退火。在又一個實施例中，該兩個埋入的擴散區(qū)是通過埋入的擴散注入工藝以及口袋注入工藝來達成。
因為絕緣間隔物位于多晶硅柵極的兩側(cè)，所以通過口袋離子注入產(chǎn)生的兩個離子注入損害區(qū)域，會在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層上且在遠低于絕緣間隔物處產(chǎn)生。因此，該離子注入損害區(qū)域遠離電荷存儲區(qū)域。此外，多晶硅柵極也不會受到口袋離子注入的影響。如此一來，可以提高本發(fā)明的具有埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲元件的可靠性，也可以有效地抑制短溝道效應，并且提供較高的元件微縮能力。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，將在接下來的說明實施例中提出，通過說明書或本發(fā)明的實施便可以明顯得知。通過說明書、權(quán)利要求書和附圖中特別指出的半導體元件和制造方法，將可以了解和達到本發(fā)明的目的及其他優(yōu)點。
可以了解的是前述的一般說明及下列的詳細說明僅為示例性及解釋性的，并不是如權(quán)利要求書那樣來限制本發(fā)明。
附圖簡述這些附圖，結(jié)合在本發(fā)明中并構(gòu)成本發(fā)明的一部分，用于說明本發(fā)明的實施例，并且與本發(fā)明的說明一起用來解釋本發(fā)明的特征、優(yōu)點及主旨。
在附圖中

圖1(a)到(d)示出用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造兩個具有埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲器的典型方法；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有兩個埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲器的剖面圖；以及圖3(a)到(g)示出用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例同時制造氮化物只讀存儲元件以及外圍元件的典型方法。
具體實施例方式
參考標記將會在符合本發(fā)明的實施例中詳述，范例會在附圖中顯示，在盡可能的情況下，會在附圖中使用相同的參考標記來表示相同或相似的元件。同時，也應該了解以下一般及詳細的解釋，僅是為了說明本發(fā)明所要保護的范圍，而非限制本發(fā)明。而且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，適當?shù)刈餍┬〉母淖兗罢{(diào)整，仍將不失本發(fā)明的要義所在，也不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
圖1(a)到(d)示出用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造兩個具有埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲器的典型方法。請參閱圖1(a)，硅襯底110具有形成在其上的氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120。多晶硅層形成在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120之上，并進行圖案化蝕刻直到其下的氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120裸露出來為止。剩余的多晶硅層構(gòu)成了該氮化物只讀存儲器的兩個多晶硅柵極130。
接著，請參閱圖1(b)，通過將順形氧化層沉積在該兩個多晶硅柵極130上方，并蝕刻掉該兩個多晶硅柵極130上方的一部分順形氧化層，在該兩個多晶硅柵極130的兩側(cè)形成四個埋入的擴散(BD)間隔物150，例如四個絕緣間隔物。
接著，請參閱圖1(c)，進行離子注入工藝以在該硅襯底110中的位于氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120以及三個溝槽140下方的部分中形成三個埋入的擴散(BD)區(qū)160。該離子注入工藝包含埋入的擴散(BD)離子注入以及口袋離子注入。如圖1(c)中的箭頭所示，該埋入的擴散(BD)離子注入是以垂直于氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120的角度進行，而該口袋離子注入是以相對于氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120的表面具有一傾斜角度的方式進行。此傾斜角度大約介于0度到60度之間。
接著，請參閱圖1(d)，進行熱退火工藝以驅(qū)入三個埋入的擴散(BD)區(qū)160，導致在多晶硅柵極130的側(cè)壁下方形成埋入的擴散(BD)區(qū)的大致界面。如此，三個埋入的擴散區(qū)(BD)160向下延伸以形成驅(qū)入埋入的擴散(BD)區(qū)160’。如圖所示，三個埋入的擴散(BD)氧化層170形成在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120之上并填滿三個溝槽140。最后，多晶硅層180沉積在三個埋入的擴散(BD)氧化層170、兩個多晶硅柵極130以及四個埋入的擴散(BD)間隔物150之上。然后對該多晶硅層180進行橫向圖案化蝕刻以形成該氮化物只讀存儲器的字線。如圖1(d)所示，形成兩個氮化物只讀存儲元件(元件1與元件2)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有兩個埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲器的剖面圖。該氮化物只讀存儲器具有硅襯底110，其具有兩個埋入的擴散(BD)驅(qū)入?yún)^(qū)160’。氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120形成在硅襯底110之上。而多晶硅柵極130被限定在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120之上，且介于兩個埋入的擴散(BD)驅(qū)入?yún)^(qū)160’之間。該多晶硅柵極130的兩側(cè)中的每一側(cè)位于兩個埋入的擴散(BD)驅(qū)入?yún)^(qū)160’的大致界面230之上。兩個埋入的擴散(BD)間隔物150，如兩個絕緣間隔物，形成在該兩個多晶硅柵極130側(cè)壁的每一側(cè)。每一個間隔物的厚度介于100埃到500埃之間。如該埋入的擴散(BD)驅(qū)入?yún)^(qū)的界面范圍240所示，每一個埋入的擴散(BD)驅(qū)入?yún)^(qū)160’的大致界面230位于該多晶硅柵極130的每一個側(cè)壁的下方。圖中僅顯示一個埋入的擴散(BD)驅(qū)入?yún)^(qū)的界面范圍240，但應明了這可以適用于所有的界面230。兩個埋入的擴散(BD)氧化層170形成在每個埋入的擴散(BD)間隔物150的側(cè)邊。多晶硅層180被限定在兩個埋入的擴散(BD)氧化層170、兩個埋入的擴散(BD)間隔物150以及多晶硅柵極130之上。對氮化物只讀存儲元件而言，多晶硅層180是作為字線之用，而兩個埋入的擴散(BD)驅(qū)入?yún)^(qū)160’是作為源/漏極區(qū)，即作為位線之用。
如圖所示，僅有一個氮化物只讀存儲元件具有將電荷210存儲在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120靠近埋入的擴散(BD)驅(qū)入?yún)^(qū)160’的界面處的能力。由于兩個埋入的擴散(BD)間隔物150的存在，而在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層120遠低于埋入的擴散(BD)間隔物150處產(chǎn)生由口袋離子注入所產(chǎn)生的兩個離子注入損害區(qū)域220。而該多晶硅柵極130并不會受到口袋離子注入的損害。如圖所示，兩個離子注入損害區(qū)域220遠離電荷存儲區(qū)域210，因此可以提高氮化物只讀存儲器元件的可靠性，并且提供氮化物只讀存儲元件較高的微縮能力。進一步而言，也可以有效地抑制短溝道效應。
圖3(a)到(g)示出用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例同時制造氮化物只讀存儲元件以及外圍元件的典型方法。請參閱圖3(a)，硅襯底310被分為存儲器區(qū)域以及外圍區(qū)域。氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層320形成在硅襯底310上以覆蓋硅襯底310的上表面。光刻膠層325被沉積在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上，以保護存儲器區(qū)域的氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層。該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層然后被蝕刻以移除外圍區(qū)域的氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層。因此，剩下的氧化/氮化/氧化(ONO)物構(gòu)成氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層320。外圍氧化層330然后被沉積在硅襯底310上的屬于外圍區(qū)域的部分。
接著，請參閱圖3(b)，在光刻膠層325移除之后，多晶硅層沉積在存儲器區(qū)域的氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層320以及外圍區(qū)域的外圍氧化層330之上。此后多晶硅層通過光刻膠345和345’來進行圖案化，然后進行蝕刻直到其下的氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層320裸露出來形成溝槽315為止。外圍區(qū)域的多晶硅層并未被蝕刻，因為其被光刻膠345’所保護。剩余的多晶硅層構(gòu)成了多晶硅柵極340以及多晶硅區(qū)域340’。
接著，請參閱圖3(c)，在光刻膠層345和345’移除之后，埋入的擴散(BD)間隔物350形成在多晶硅柵極340以及多晶硅區(qū)域340’的側(cè)面。然后進行離子注入工藝以形成埋入的擴散(BD)區(qū)355，其位于該硅襯底310的氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層320以及溝槽315的下方。通過將順形氧化層沉積在每一個多晶硅柵極340以及多晶硅區(qū)域340’之上，然后再蝕刻掉位于多晶硅柵極340以及多晶硅區(qū)域340’上的一部分順形氧化層來形成該埋入的擴散(BD)間隔物350。如圖中的箭頭所示，此埋入的擴散(BD)區(qū)355是通過埋入的擴散(BD)離子注入以及口袋離子注入所形成。
繼續(xù)，請參閱圖3(d)，進行爐管退火工藝以驅(qū)入埋入的擴散(BD)區(qū)355，導致在多晶硅柵極340的側(cè)壁下方形成埋入的擴散(BD)區(qū)355的大致界面。如此，三個埋入的擴散(BD)區(qū)355向下延伸以形成驅(qū)入埋入的擴散(BD)區(qū)355’。之后，三個埋入的擴散(BD)氧化層360形成在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層320之上并填滿三個溝槽315。最后，多晶硅層365沉積在埋入的擴散(BD)氧化層360、多晶硅柵極340以及埋入的擴散(BD)間隔物350之上。
接著，請參閱圖3(e)，對該多晶硅層365進行圖案化蝕刻工藝以形成橫向的字線365’和外圍區(qū)域處的兩個溝槽375和376。該兩個溝槽375和376是通過以下兩個步驟來形成的(1)多晶硅層365和多晶硅區(qū)域340’的一部分被蝕刻，而剩下的多晶硅區(qū)域340’形成外圍多晶硅柵極370；以及(2)在兩個外圍絕緣間隔物357形成在外圍多晶硅柵極370的兩側(cè)之后，未被外圍絕緣間隔物和外圍多晶硅柵極370所覆蓋的外圍柵極氧化層330被蝕刻掉，以構(gòu)成外圍柵極氧化層330’。通過先將絕緣層沉積在外圍多晶硅柵極370之上，再蝕刻去掉外圍多晶硅柵極370上方的一部分絕緣層來形成該兩個外圍絕緣間隔物。每一個外圍絕緣間隔物的厚度介于1500埃到2500埃之間。
繼續(xù)，請參閱圖3(f)，硅化物380在字線365’、外圍多晶硅柵極370和溝槽375底部的上方形成。
最后，請參閱圖3(g)，層間介電層385沉積在硅化物380上方，所以溝槽375和376可以被填滿。如圖所示，在層間介電層385被圖案化蝕刻之后，兩個接觸窗390形成在層間介電層385內(nèi)。最后，兩個金屬層395被填滿在接觸窗390以及在層間介電層385上方。該兩個金屬層395是作為氮化物只讀存儲元件以及外圍元件的導體之用。在一例子中，接觸窗可以是鎢，而金屬層可以是鋁。
相當明顯地，本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神內(nèi)，可以通過所公開的結(jié)構(gòu)和方法形成各種修改及變體。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，將可以通過本發(fā)明在此公開的說明及實施，而輕易了解本發(fā)明的其他實施例。因而在此的說明及范例僅是示例性的，并非要限制本發(fā)明，本發(fā)明的真正范圍及精神將在所附權(quán)利要求書中指出。
權(quán)利要求
1.一種存儲元件，包含硅襯底，其具有第一和第二埋入的擴散區(qū)；氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層，其限定在該硅襯底上；多晶硅柵極，其覆蓋在介于該第一和第二埋入的擴散區(qū)之間的該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上，該多晶硅柵極具有第一端和第二端，該多晶硅柵極在該第一和第二埋入的擴散區(qū)之間延伸一定的長度，所以該多晶硅柵極的該第一端和該第二端位于該第一和第二埋入的擴散區(qū)之間的大致界面之上；以及分別位于該多晶硅柵極的該第一端和該第二端旁邊的第一和第二絕緣間隔物。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲元件，還包含分別位于該第一和第二絕緣間隔物旁邊的第一和第二氧化區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的存儲元件，還包含限定在該多晶硅柵極、該第一和第二絕緣間隔物、以及該第一和第二氧化區(qū)之上的多晶硅層。
4.如權(quán)利要求3所述的存儲元件，其中該多晶硅層限定為字線。
5.如權(quán)利要求1所述的存儲元件，其中每一該第一和第二絕緣間隔物是由氧化硅組成。
6.如權(quán)利要求1所述的存儲元件，其中每一該絕緣間隔物的厚度介于100埃到500埃之間。
7.如權(quán)利要求1所述的存儲元件，其中該第一和第二埋入的擴散區(qū)限定為位線。
8.一種制造存儲元件的方法，包含提供硅襯底；在該硅襯底之上形成氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層；在該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上形成多晶硅柵極；分別在該多晶硅柵極的第一端和一第二端的旁邊形成第一和第二絕緣間隔物；在該硅襯底內(nèi)靠近及介于該第一和第二絕緣間隔物之間離子注入第一和第二埋入的擴散區(qū)；對該第一和第二埋入的擴散區(qū)進行熱退火，所以使得限定該第一和第二埋入的擴散區(qū)之間的大致界面，每一該第一和第二埋入的擴散區(qū)之間的大致界面分別位于多晶硅柵極的該第一端和該第二端之下。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包含分別在該第一和第二絕緣間隔物的旁邊及之間形成第一和第二氧化區(qū)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，還包含在該第一和第二氧化區(qū)、該第一和第二絕緣間隔物、以及該多晶硅柵極之上形成多晶硅層。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中通過將順形絕緣層沉積在該多晶硅柵極之上，并且蝕刻掉該順形絕緣層在該多晶硅柵極之上的部分，來形成該第一和第二絕緣間隔物。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中通過埋入的擴散注入工藝以及口袋注入工藝來對第一和第二埋入的擴散區(qū)進行離子注入。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中通過快速熱退火工藝來對該第一和第二埋入的擴散區(qū)進行熱退火。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中如下形成多晶硅柵極將多晶硅層沉積在該硅襯底上，利用光刻膠圖案化該多晶硅層，并且蝕刻該多晶硅層中的未被該光刻膠所覆蓋的部分直到露出該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中每一該第一和第二絕緣間隔物是由一種氧化硅所限定。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，其中可以如下將該存儲元件的制造與外圍元件的制造結(jié)合起來將該硅襯底分隔為存儲器區(qū)域以及外圍區(qū)域，同時在該存儲器區(qū)域以及該外圍區(qū)域分別制造該存儲元件以及外圍元件。
17.如權(quán)利要求8所述的方法，其中如下形成該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層將氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層沉積在該硅襯底上以覆蓋該存儲器區(qū)域以及該外圍區(qū)域，利用光刻膠圖案化該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層，以蝕刻掉該氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層中的屬于該外圍區(qū)域的部分用來準備外圍柵極氧化層的沉積。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中通過將外圍柵極氧化層沉積在該外圍區(qū)域的該硅襯底之上來執(zhí)行該外圍柵極氧化層的沉積。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中通過將外圍多晶硅柵極形成在該外圍柵極氧化層之上，并且將第一和第二外圍絕緣間隔物形成在該外圍多晶硅柵極的第一端和第二端的旁邊，來形成該外圍元件。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該存儲元件與該外圍元件由層間介電層來分隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲器的制造方法。氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層沉積在硅襯底上，并且多晶硅柵極形成在氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上。兩個埋入的擴散間隔物形成在多晶硅柵極側(cè)壁的兩側(cè)以及氧化硅/氮化硅/氧化硅(O/N/O)層之上。兩個埋入的擴散區(qū)通過離子注入形成在硅襯底內(nèi)靠近于這兩個埋入的擴散間隔物處。這兩個埋入的擴散區(qū)然后通過熱退火使該埋入的擴散區(qū)的大致界面位于該多晶硅柵極的側(cè)壁之下。本發(fā)明還公開了一種具有埋入的擴散間隔物的氮化物只讀存儲器結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/70GK1949539SQ20061014153
公開日2007年4月18日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者劉建宏 申請人:旺宏電子股份有限公司