专利名称：用于降低后段处理中紫外线引起的硅－氧化物－氮化物－氧化物－硅双位闪存器件充电 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)闪存器件的工艺，该SONOS闪存器件包括紫外线(UV)辐射阻障层，用来降低在后段处理(back-end-of-line processing；BEOL)中紫外线引起的器件的充电。
背景技术：
非易失性存储器件现广泛使用于需要在终止电源时仍保持着信息的电子组件中。非易失性存储器件包括只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)器件。EEPROM器件不同于其它的非易失性存储器件之处在于他们能够用电来编程和擦除。闪存EEPROM器件相似于EEPROM器件之处在于存储单元能够用电来编程和擦除。然而，闪存EEPROM器件可使用单一电流脉冲将器件中所有的存储单元予以擦除。
对于EEPROM器件技术中产品研发的努力已集中在增加编程的速度、降低编程和读取电压、增加数据保存的时间、减少存储单元的擦除时间、和缩小存储单元的尺寸。对于制造EEPROM的一种重要的电介质材料是氧化物-氮化物-氧化物(ONO)结构。一种使用ONO结构的EEPROM器件是硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)型的存储单元。使用ONO构造的第二种EEPROM器件是浮栅闪存器件，其中在浮栅上形成ONO结构，该浮栅一般为多晶硅浮栅。
在SONOS器件中，于编程期间，电荷从衬底转移至ONO结构中的氮化硅层。电压施加到栅极和漏极而建立垂直和横向电场，这些电场沿着沟道长度加速电子。当电子沿着沟道移动时，一部分的电子获得足够的能量跃过底部二氧化硅层的能障，而被捕获在氮化硅层中。因为接近于漏极的电场最强，因此电子靠近于漏极区被捕获。当将施加到源极和漏极的电位反向时，则造成电子沿着沟道于相反方向行进，并被注入到接近于源极区的氮化硅层中。因为氮化硅层并不导电，因此引入到氮化硅层中的电荷倾向于保持在局部区域。因此，根据所使用的电压电位，电荷可储存在单一连续氮化硅层中分离的区域中。
非易失性存储器设计者利用电子储存在氮化硅层内局部区域的性质的优点，而设计出了利用将储存电荷于ONO层中二个区域的存储器电路。此类型的非易失性存储器件已知为双位EEPROM，其可从位于加州的Sunnyvale的Advanced Micro Devices公司购得，商标为MIRRORBITJ。在同样尺寸的存储阵列中，MIRRORBITJ双位EEPROM能够存储的信息是传统的EEPROM的二倍。左和右位储存于氮化硅层的实际不同区域，分别接近于各存储单元的左和右区域。然后使用编程方法使该二个位可同时被编程和读取。可通过将适当的擦除电压施加于栅极和源极或漏极区两者其中之一，而个别地擦除存储单元的二个位。
一个使SONOS闪存器件能正确运作的重要的概念是，必须使此二个位能够独立地写入和读取。若编程此二位的其中一个位，则对该编程位的反向读取必须感测高电压Vt，即“0”，对该非编程位的反向读取必须感测低电压Vt，即“1”。因此，对非编程位的反向读取，相当于对编程位的前向读取，为了产生足够高的读取电流，而必须击穿捕获电荷的区域。若未发生此情况，则非编程位将不能被读取为“1”，即导电位。
对于包含电介质电荷储存层的SONOS闪存器件所遇到的一个问题是，当在制造期间暴露于紫外线辐射下，结果会使电荷储存层中电荷增强，随后增加Vt，尤其是在后段处理步骤中，即在形成闪存单元之后。包含高紫外线辐射的工艺会造成如此的电荷累积和伴随的增加Vt电压。此增加的Vt电压将使得所有的位表现为高，即“0”。此外，若累积足够多的电荷，则不能用可得的电压轻易地擦除。结果，该SONOS器件将不能用作为电荷储存器件。
紫外线辐射对于具有用于电荷储存组件的多晶硅或其它的导电材料的浮栅闪存器件而言，并不造成问题。在这样的器件中，浮栅可有意地曝露于紫外线辐射下，以便中和在处理期间于存储单元的浮栅中累积的任何电子电荷。例如，美国专利第6,350,651号以此方式使用紫外线辐射。
此种处理不能用于SONOS闪存器件中，因为电荷储存层由于曝露于紫外线辐射下而可能造成无法挽回的损坏，此紫外线辐射会累积大量电荷，而该大量电荷不能通过进一步的暴露于紫外线辐射下而予中和。
因此，需要有一种方法和一种器件，能够在后段处理期间于SONOS器件中对电荷储存层提供保护，免于暴露在紫外线辐射下。因此，需要有先进的此种制造技术，以确保尤其是在后段处理期间，于SONOS结构中不会发生电荷累积和增加Vt电压。
发明内容
在一个实施例中，本发明涉及一种SONOS闪存器件，包括SONOS闪存单元；和至少一层紫外线防护层，其中该紫外线防护层包含有实质为紫外线不透光材料。
在一个实施例中，本发明涉及一种SONOS闪存器件，包括SONOS闪存单元；配置于该SONOS闪存单元上的紫外线防护接触罩层，该紫外线防护接触罩层包含有实质为紫外线不透光的材料；和至少一层额外的紫外线防护层，该至少一层额外的紫外线防护层包含有至少一层紫外线不透光材料的子层，其中各紫外线不透光材料包括一种或多种富含硅(silicon-rich)的二氧化硅、富含硅的氮化硅、富含硅的碳化硅或富含硅的SiCN，其中该紫外线防护层保护该SONOS闪存单元免于在制造SONOS闪存器件的后段处理期间曝露于紫外线中而造成损害。
在另一个实施例中，本发明涉及一种保护SONOS闪存器件免于紫外线引起充电的方法，包括在半导体器件中制造SONOS闪存单元；和在SONOS闪存单元上沉积至少一层紫外线防护层，其中该紫外线防护层包含有实质为紫外线不透光材料。
在一个实施例中，紫外线防护层保护该SONOS闪存单元免于在制造SONOS闪存器件的后段处理期间曝露于紫外线中而造成损害。
因此，本发明通过提供紫外线防护层而克服了SONOS闪存单元的紫外线引起充电的问题，尤其是在后段处理期间。本发明具有的优点譬如(1)形成紫外线防护层，该紫外线防护层保护该器件免于在后段处理期间受到紫外线辐射；(2)保护SONOS闪存单元免于紫外线引起的充电；(3)提供易于适应目前使用的制造工艺的工艺修正；以及(4)形成一层或多层的接触罩层、层间电介质层、以及除了标准电介质功能之外的尚具有额外功能的上氧化物层。因此，本发明提供了先进的ONO制造技术，并确保了在SONOS闪存器件的ONO结构中适当的电荷隔离，而同时提供了明显良好的工艺并具有节省成本的优点。虽然说明了本发明，尤其是应用在SONOS闪存器件方面，但是本发明可广泛地应用于任何包括电荷储存层受到不需要的紫外线引起充电的半导体器件的制造。
图1为示意地显示依照本发明的实施例制造的含有双位EEPROM晶体管的半导体衬底的部分的剖面图，该双位EEPROM晶体管包含实质上紫外线不透光接触罩层，并进一步包括另一具有实质为紫外线不透光子层的紫外线防护层；图2为示意地显示依照本发明的实施例制造的含有一对双位EEPROM晶体管的半导体衬底的部分的剖面图，该对双位EEPROM晶体管包含于紫外线防护层中的实质上紫外线不透光子层；图3为示意地显示依照本发明的实施例制造的包含二层紫外线防护层的半导体衬底的部分的剖面图，各该紫外线防护层包括实质上紫外线不透光子层；图4至5是以横剖面显示的，依照本发明的实施例的工艺中，在半导体器件上制造本发明的紫外线防护层的工艺步骤；图6为示意地显示相似于图1中的，依照本发明的实施例制造的包含接触罩层、三层层间电介质层和上氧化物层的半导体衬底的部分的剖面图；图7为示意地显示本发明的实施例步骤的流程图。
应了解到为了简化和清楚显示的目的，附图中所示的组件并不须按比例绘制。例如，为了能清楚显示而因此某些组件的尺寸相对于其它的组件刻意地绘得较大些。而且，经过适当地考虑，各图间的参考标记予以重复使用，以指示相对应的组件。
再者，应了解到上文中所说明的工艺步骤和结构并未形成完整的用于制造集成电路的工艺流程。能够结合本领域中当前使用的集成电路制造技术而实施本发明，而仅为用未了解本发明，才将这些诸多的共同实施工艺步骤包含在此。
具体实施例方式
参照图1，示意地显示晶体管10的剖面图，其在一个实施例中为适用于譬如MIRRORBITJ的双位EEPROM器件的SONOS闪存单元。晶体管10包括位于半导体衬底16上并由沟道区域18所分离的源极/漏极区域12和14。衬底16例如可以是单晶硅晶片。衬底16也可以是砷化镓、绝缘体上硅层、外延层、硅锗层、绝缘体上锗层、或其它已知的半导体衬底。堆叠栅极24覆盖于沟道区域18上。堆叠栅极24包括控制栅极电极26以及包含底层或隧道氧化物层28、电荷储存层30和上氧化物层32的ONO结构，如图1中所示。在一个实施例中，电荷储存层30是氮化物电荷储存层。在一个实施例中，电荷储存层30包括氮化硅。在另一个实施例中，电荷储存层30包括其它已知的电介质电荷储存材料，譬如，例如是高K电介质材料。审查中的共同转让的美国申请序号第10/36,757号，名称是“半导体器件的修正ONO结构中高K电介质材料的使用(USE OF HIGH-K DIELECTRICMATERIALS IN MODIFIED ONO STRUCTURE FORSEMICONDUCTOR DEVICE)”的相关申请案中揭示了适当的高K电介质电荷储存材料。堆叠栅极24进一步包括侧壁衬垫34。如图1中所示，电荷36a和36b可以储存于电荷储存层30中，该电荷储存层30用作SONOS或双位EEPROM器件中的电荷或电子储存层。
仍参照图1，堆叠栅极24由第一层间电介质(ILD)层20所覆盖和围绕着，该第一层间电介质层20也可称之为ILD0层20。在一个实施例中，ILD0层20为二氧化硅。在另一个实施例中，ILD0层20可以包括其它的材料，譬如磷硅酸硼玻璃(BPSG)或用于此层的其它已知的材料。在图1所示的实施例中，ILD0层20的厚度要厚于堆叠栅极24的高度。
在双位EEPROM晶体管10范例的操作中，电压施加到栅极电极24，并适当的施加电压至源极/漏极区域12和14。所施加的电压造成电子电荷从源极/漏极区域12和14前进越过沟道区域18。在编程期间，电荷一旦遭遇到足够强的垂直电场，则该电荷从沟道区域18被注入或穿隧经过下氧化物层28而进入到氮化硅电荷储存层30中。电荷储存层也可称之为电子储存层。例如，根据施加到控制栅极电极26和施加到源极/漏极区域12和14的特定电压水平，电荷36a、36b转进入电荷储存层30，并定位至邻近源极/漏极区域12，或源极/漏极区域14的区域。
本领域技术人员将了解到，为使双位EEPROM器件能正常运作，电荷36a、36b在它们最初引入的电荷储存层30的区域中将保持隔离，而在编程电荷储存层30之前，电荷储存层30中不应有任何电荷。为达成双位EEPROM器件的正常性能，必须对电荷储存层30的编程或未编程状况作适当的保持。具体地，应保护电荷储存层30免于照射到紫外线辐射，因为当照射到紫外线辐射时会在电荷储存层30中产生电荷。如上所述，如此会有非正确产生的电荷在储存的数据中产生错误，甚至会损及到电荷储存层30。
依照本发明，可通过如上述的形成紫外线防护层，而使得由照射紫外线辐射而在电荷储存层30中产生的不想要的累积电荷减至最小。在阅读下列对于上述依照本发明的构造所作的工艺说明后，将会对本发明能够避免在电荷储存层30中产生非正确的电荷并改进双位EEPROM器件的性能，有较佳的了解。
在图1所示的实施例中，第一ILD0层20由接触罩层38所覆盖。该接触罩层38也可以称之为“C1”层。在一个实施例中，接触罩层38包括吸收紫外线辐射的富含硅的材料。在一个实施例中，接触罩层38包括实质上紫外线不透光材料，譬如富含硅的氮化物、富含硅的氧化物、富含硅的碳化物或富含硅的氮碳化物。在一个实施例中，接触罩层38包括一种或多种富含硅的二氧化硅、富含硅的氮化硅、富含硅的碳化硅或富含硅的氮碳化物。接触罩层38可通过各种的工艺技术，例如CVD、LPCVD、APCVD等沉积而成。在一个范例实施例中，接触罩层38包括一层由CVD工艺所形成的富含硅的氮化硅。在一个实施例中，实质为紫外线不透光的接触罩层38提供晶体管10的保护，避免在后续形成晶体管10的堆叠栅极24工艺期间紫外线辐射照射到晶体管10。在一个实施例中，接触罩层38足够让紫外线不透光以阻隔至少大约95％的紫外线辐射入射。在另一个实施例中，接触罩层38足够让紫外线不透光以阻隔至少大约98％的紫外线辐射入射。以及在另一个实施例中，接触罩层38足够让紫外线不透光以阻隔至少大约99％的紫外线辐射入射。以下将更详细说明组成接触罩层38的富含硅的材料。
在一个实施例中(未显示)，接触罩层38包括实质为紫外线不透光的第一子层，并包含有并非为紫外线不透光材料的第二子层。具有实质为紫外线不透光的第一子层和第二子层的接触罩层38的实施例，除了各层的总厚度较薄之外，本质上类似于以下说明的关于紫外线防护层46的各层。在一个实施例中，接触罩层38的实质为紫外线不透光的第一子层可实质上比第二子层厚。在一个实施例中，由于接触罩层38的相对较薄的总厚度，因此没有第二子层。在一个实施例中，接触罩层38仅包括单一的、实质为紫外线不透光的层。
仍参照图1，晶体管10进一步包括导电连接插块40，该导电连接插块40例如可以是钨插块。导电连接插块40形成于ILD0层20中的孔42中。孔42穿透ILD0层20，提供通路或通孔至晶体管10的源极12和/或漏极14。晶体管10进一步包括金属电极44。金属电极44例如可以是晶体管10的连接组件(例如，位线等)，以提供电源和邻接晶体管。在图1中的导电插块40提供金属电极44和源极12和/或漏极14之间的电连接。在一个实施例中，如图2中所示，导电插块40同时提供一个晶体管10的源极12以及邻接的晶体管的漏极14的电连接。
在图1中所示的实施例中，晶体管10由紫外线防护层46所覆盖。在一个实施例中，紫外线防护层46为第二间层电介质层，标示为ILD1。紫外线防护层46包括实质为紫外线不透光的第一衬垫或子层46a和第二子层46b。在一个实施例中，该第二子层46b实质上要较该第一子层46a厚，因此该第一子层46a也可称之为衬垫。在一个实施例中，实质为紫外线不透光的第一子层46a对晶体管10提供保护，避免在后续的形成晶体管10的堆叠栅极24的处理期间紫外线照射到晶体管10。在一个实施例中，第一子层46a足够让紫外线不透光以阻隔至少大约95％的紫外线辐射入射。在另一个实施例中，第一子层46a足够让紫外线不透光以阻隔至少大约98％的紫外线辐射入射。以及在另一个实施例中，第一子层46a足够让紫外线不透光以阻隔至少大约99％的紫外线辐射入射。
如此处所使用的，术语“实质为紫外线不透光”意味着如上说明的层阻隔了至少大约90％的紫外线入射光。如此处所使用的，术语“实质上并非为紫外线不透光”意味着如上说明的层能让大部分的紫外线辐射通过而不予以吸收。如此处所使用的，术语“实质为紫外线透光”意味着如上说明的层透过至少大约75％的紫外线入射光而予以不吸收。这些术语并不表示材料对于紫外线辐射譬如相位位移、波长或其它性质上没有影响。
第一子层46a包含可吸收紫外线辐射的富含硅的材料。在一个实施例中，富含硅的材料实质上为此处所定义的紫外线不透光材料。在一个实施例中，第一子层46a包含一种或多种富含硅的二氧化硅、富含硅的氮化硅、富含硅的碳化硅或富含硅的SiCN。
在一个实施例中，第一子层46a包含富含硅的二氧化硅。如于本领域中已知的，纯的或按化学计量组成的二氧化硅对于紫外线辐射实质上为透光，该紫外线辐射包括从具有波长大约400nm的近紫外线辐射至具有波长大约200nm的紫外线辐射范围的紫外线辐射。然而，若增加二氧化硅的硅含量高于化学计量比率，则会增加材料的折射率和紫外线吸收率。因此，富含硅的二氧化硅提供了增强的紫外线阻隔能力。当增加二氧化硅的硅含量时，紫外线阻隔或不透光度增加。因此，在一个实施例中，第一子层46a包含富含硅的二氧化硅，其中硅的数量足够使得第一子层46a实质上为紫外线不透光。在一个实施例中，富含硅的二氧化硅具有化学式SiOx，其中x＜2。在一个实施例中，富含硅的二氧化硅具有化学式SiOx，其中1.8×1.99。在一个实施例中，富含硅的二氧化硅具有化学式SiOx，其中1.88×1.95。
一般而言，用于紫外线防护层的富含硅形式的材料，包括接触罩层38，比非富含硅形式的相同材料，具有较高的折射率。一般而言，这些材料的浓缩的硅含量会相关增加这些材料的折射率和增加紫外线的不透光度。
如已为大众所知的，实质按化学计量组成的二氧化硅的折射率大约为1.46。如上文中所述的，富含硅的二氧化硅的折射率要高于二氧化硅的折射率。在一个实施例中，第一子层46a具有从大约1.5至大约1.8范围的折射率。在另一个实施例中，第一子层46a具有从大约1.55至大约1.75范围的折射率。在另一个实施例中，第一子层46a具有从大约1.6至大约1.7范围的折射率，在一个实施例中，第一子层46a具有大于大约1.6的折射率。
此处，以及全部说明书与权利要求中，可结合该范围和比例上的限制。因此，例如，在上述折射率的范围中，虽然并不特别提出从大约1.6至大约1.8的范围，但是此范围是在所揭示的范围内。
在一个实施例中，第一子层46a包括富含硅的氮化硅。在其非富含硅的氮化硅中，化学计量形式通常指定为经验式Si3N4。富含硅的氮化硅包括浓缩硅形式的氮化硅。因此，若富含硅的氮化硅的化学式写为SixN4，则x的值将大于3。在一个实施例中，3.01×4。在一个实施例中，x值的范围从大于3，即从大约3.01至大约4。在一个实施例中，x值的范围从大约3.1至大约3.8，而在另一个实施例中，从大约3.15至大约3.6。
在一个实施例中，第一子层46a包括富含硅的碳化硅，SiC。碳化硅通常指定为实验的化学计量式SiC。富含硅的SiC包括相对于化学计量SiC的浓缩硅的SiC。因此，若在富含硅的SiC中碳化硅表示为SiaCb，a＞b，并且a+b＝2，则在化学计量SiC中，a实质地等于b，即a~b，并且a+b＝2。在一个实施例中，于富含硅SiC中，a的范围从1.01至大约1.2，并且a+b＝2。在一个实施例中，于富含硅SiC中，a的范围从1.02至大约1.1，且a+b＝2。因此，在非富含硅SiC中，a的范围从大于0.99至小于1.01，且b＝2-a。
在一个实施例中，第一子层46a包括富含硅的SiCN。SiCN有各种名称，譬如氮化硅碳(silicon carbon nitride)、碳氮化硅(siliconcarbonitride)和氰化硅(silicon cyanide)。SiCN的实验式根据形成的状况而变化，但是一般考虑为类似于Si3N4和C3N4，其中Si和C成分可互换。“互换”Si和C的化学式有时称为(Si；C)3N4。在此处，此材料将简称为SiCN。富含硅的SiCN包含大比例的Si和小比例的C，而非富含硅的SiCN包含小比例的Si和大比例的C。因此，SiCN可视为具有通式SixCvN4。使用此化学式，在富含硅SiCN中，x＞1.5和y＜1.5，在非富含硅SiCN中，x 1.5和y 1.5。在一个实施例中，于富含硅的SiCN中，x的范围从大于1.5至大约2.5，y的范围从大约0.5至小于1.5。在一个实施例中，于富含硅的SiCN中，x的范围从大约1.55至大约2.25，y的范围从大约0.75至大约1.45。
在一个实施例中，富含硅的SiCN包括相对于C和N有超化学计量数量的Si。具有此超化学计量数量Si的SiCN具有全部数量超过用于化学计量平衡N数量所需的Si和C的数量。通过提供SiCN的浓缩Si量而获得此增量。在此实施例中，例如，若y＝1.5则，x＞1.5。因此，根据SiCN中C和N的数量，而可加浓缩Si的含量。换言之，在此实施例中，一旦决定了C相关于N的含量，则在富含硅的SiCN中，将包含含量高于所需的化学计量的数量的Si，而不是包含化学计量的Si数量，因此具有超化学计量的Si数量。
在一个实施例中，第一子层46a中的富含硅的材料吸收从大约450nm至大约190nm紫外线范围的紫外线辐射。在一个实施例中，第一子层46a中的富含硅的材料吸收从大约400nm至大约200nm紫外线范围的紫外线辐射。在一个实施例中，第一子层46a中的富含硅的材料吸收从大约390nm至大约210nm紫外线范围的紫外线辐射。
在一个实施例中，用惠普公司(Hewlett-Packard)生产的紫外线光谱仪测量波长为254mn的紫外线的紫外线吸收率或透射率(％T)。测量在此波长紫外线辐射通常对紫外线吸收率提供了良好的评估。
在一个实施例中，第二子层46b包括了第一子层的非富含硅形式的材料。因此，举例而言，在一个实施例中，其中第一子层46a包括富含硅的二氧化硅，第二子层46b包括了非富含硅的、或实质上按化学计量的二氧化硅。相似地，在一个实施例中，其中第一子层46a包括富含硅的氮化硅，第二子层46b包括了非富含硅的、或实质上按化学计量的氮化硅。同样地，在一个实施例中，其中第一子层46a包括富含硅的碳化硅，第二子层46b包括了非富含硅的、或实质上按化学计量的碳化硅。以及类似地，在一个实施例中，其中第一子层46a包括富含硅的SiCN，第二子层46b包括了非富含硅的、或实质上按化学计量的SiCN。
在一个实施例中，第二子层46b并非为紫外线不透光的。在一个实施例中，第二子层46b实质上是对下至波长大约200nm的紫外线透光。在一个实施例中，第二子层46b吸收至少一些高能量紫外线辐射，也就是说，紫外线辐射具有波长从大约254nm低至大约200nm，或至大约190nm。
在一个实施例中，第二子层46b为二氧化硅。在一个实施例中，第二子层46b为具有一般化学式SiOx的二氧化硅，其中x 2。在一个实施例中，第二子层46b为具有一般化学式SiO2的二氧化硅，即，实质上为按化学计量的二氧化硅。在另一个实施例中，第二子层46b为非富含硅的氮化硅Si3N4，即，实质上按化学计量的氮化硅。在另一个实施例中，第二子层46b是如上定义的非富含硅的碳化硅SiC。在另一个实施例中，第二子层46a为如上定义的非富含硅的SiCN。
图2显示了一对邻近的晶体管10a和10b的第二示意图。如图1中的实施例所示，图2中所示的实施例包括有半导体衬底16，在此半导体衬底16上形成有二个相邻的晶体管10a和10b。各晶体管10a和10b包括源极12、漏极14和沟道区域18。形成于各晶体管10a和10b的沟道区域18上的是堆叠栅极24a、24b，如同较详细说明于图1中的晶体管10。如同图1中所示，在图2中的各晶体管10a和10b包括第一层间电介质层20，标示为ILD0层20，该ILD0层20覆盖和环绕着各堆叠栅极24a、24b。如图1中所示，ILD0层20由接触罩层38所覆盖。在一个实施例中，该接触罩层38为紫外线阻隔层。
图2中显示了第一导电插块40a、金属导体44和第二导电插块40b。在图2的实施例中，导电插块40a提供金属导体44与二个邻接的晶体管10a、10b的邻接的漏极14和源极12之间的电连接。图2显示第二导电插块40b，该第二导电插块40b提供从外部电源(图中未显示)至金属导体44的电连接。
如图2中所示，接触罩层38由紫外线防护层46所覆盖。在一个实施例中，如图2中所示的紫外线防护层46为第二层间电介质层，标示为ILD1。紫外线防护层46包括第一实质上紫外线不透光子层46a、和第二子层46b。在一个实施例中，如上关于图1中所述，第二子层46b实质上为对紫外线透光，在一个实施例中，该第二子层46b实质上并非对紫外线不透光。上述关于图1中所示实施例的紫外线防护层46可完全应用于图2的实施例的所有方面，因此在此处不再重复说明。
图3示意地显示了本发明的另一个实施例。图3显示了半导体器件50的一部分，该半导体器件50可包括例如譬如关于图1和2所述的晶体管。图3中所示的结构描绘应用于后段处理期间的各层。器件50包括第一层间电介质层20(ILD0层20)，该ILD0层20可配置于覆盖堆叠栅极(图中未显示)的层中，或其它的半导体器件结构中。图3的ILD0层20实质上与上述关于图1和2中所示实施例中的相同。器件50进一步包括接触罩层38，该接触罩层38实质上与上述关于图1和2所示实施例中的相同。图3中所示器件50包括第一导电插块40a和第二导电插块40b。图3中所示器件50也包括第一导电金属44a和第二导电金属44b。第一导电插块40a提供第一导电金属44a和第二导电金属44b之间的电连接。第二导电插块40b提供第二导电金属44b和外部电源或其它器件(图中未显示)之间的电连接。
图3中所示的半导体器件50包括两层紫外线防护层。该器件50包括第一紫外线防护层46、和第二紫外线防护层48。在一个实施例中，第一紫外线防护层46和第二紫外线防护层48与上述关于图1和2中所述的紫外线防护层46就材料、厚度、功能等方面而言实质上相同。
在一个实施例中，图3中所示的第一紫外线防护ILD层46为第二层间电介质层，标示为ILD1。图3中所示的第一紫外线防护层46包括第一实质上紫外线不透光子层46a，和第二子层46b。在一个实施例中，该第二子层46b实质上为紫外线透光，在另一个实施例中，该第二子层46b实质上并非紫外线不透光。
在一个实施例中，图3中所示的第二紫外线防护层48为第三层间电介质层，标示为ILD2。图3中所示的第二紫外线防护层48包括第一实质上紫外线不透光子层48a，和第二子层48b。在一个实施例中，该第二子层48b实质上为紫外线透光，在另一个实施例中，该第二子层48b实质上并非紫外线不透光。
当然，紫外线防护层的厚度为形成该紫外线防护层的个别子层的厚度的总和。在一个实施例中，第一子层具有厚度在从大约300埃至大约1000埃的范围内，紫外线防护层具有总厚度大约4000埃至大约10,000埃。在另一个实施例中，第一子层具有厚度在从大约400埃至大约800埃的范围内，紫外线防护层具有总厚度大约5000埃至大约8000埃。在另一个实施例中，第一子层具有厚度在从大约500埃至大约700埃的范围内，紫外线防护层具有总厚度大约6000埃至大约7000埃。在另一个实施例中，第一子层46a的厚度足够吸收从包括例如PECVD的后段处理所产生的入射紫外线辐射，该PECVD工艺可用来在半导体器件上沉积后续的材料。在紫外线防护层由譬如接触罩层38或上氧化物层的单一层所组构的实施例中，紫外线防护层的厚度具有从大约300埃至大约1000埃的范围。
虽然已详细说明了本发明的上述实施例，但是对于本领域技术人员应了解到，本发明的进一步实施例可包含其它的紫外线防护层。在一些这样的实施例中，紫外线防护层可构成另一层的层间电介质层或ILD，例如ILD3层。在ILD0层的情况，实质上为紫外线不透光的子层是接触罩层38，该接触罩层38实际上是上层或顶层，而不是如在图1至3所示ILD1和ILD3层的实施例中的下层和底层。在其它的实施例中，该紫外线防护层并非为层间电介质层。举例而言，紫外线防护层可以是上氧化物层。该上氧化物覆盖该整个半导体器件。在一个实施例中，接触罩层38和上氧化物层都包括如上述的紫外线防护层。在一个实施例中，这些层包括已如上述各子层的紫外线不透光的第一子层，和非紫外线不透光的第二子层。在另一个实施例中，该接触罩层以及在又另一个实施例中的该上氧化物层，分别包括单一的、紫外线不透光的层，不同于包含二个子层的紫外线防护层。
虽然图中并未显示，但图1至3中所示的实施例可包括如此处所说明的其它的紫外线防护层。例如，这些实施例除了含有紫外线防护接触罩层38和/或紫外线防护ILD1层46外，还可包括紫外线防护ILD2层、紫外线防护ILD3层、和/或紫外线防护上氧化物层。同样地，在一个实施例中，ILD1层46并非为紫外线防护层，但是后续的譬如ILD2、ILD3或上氧化物层为紫外线防护层。图6显示的实施例包括其它层，某些或所有这些层可包括紫外线防护层和/或实质的紫外线不透光层。
制造该器件的工艺下列说明的本发明的工艺说明可适用于譬如MIRRORBITJ器件的双位EEPROM器件中的紫外线保护层的关系内容。应了解到虽然本发明此处所讨论的是有关紫外线防护层的关系内容，但是该讨论仅是作为范例用而没有用来限制本发范围的意思。由本揭示方法所制造的紫外线防护层可应用于任何的半导体器件，其中包括有闪存单元，且该半导体器件可承受紫外线引起的充电或其它的损害。
本发明的下列说明参照着图4至6而作说明。图4至5显示了依照本发明的实施例在制造紫外线防护层的某些工艺步骤后，半导体器件的实施例的剖面图。图7显示了依照本发明的实施例的工艺步骤的示意流程图。
如图7的示意流程图中所示，依照本发明的实施例工艺的第一步骤701，提供如图4中所示的其上制有SONOS闪存单元的半导体衬底。可通过任何本领域已知的适当的方法，来制造SONOS闪存单元。因为这样的半导体器件的制法为已知，因此为了简明的目的，此处并不详细说明此种方法。图4中显示了此种器件10的例子。图4中所示器件10的组件部分实质上与关于图1中所述的相同，而这些组件部分包括位于半导体衬底16中的源极/漏极区域12和14，该源极/漏极区域12和14由沟道区域18所分离。堆叠栅极24覆置于沟道区域18上。图4中所示的器件10进一步包括第一层间电介质层20、接触罩层38、导电插块40、和金属导体44。
在依照本发明工艺的第二步骤中，在图7中示意性显示为步骤702，紫外线防护层的第一层和子层沉积于SONOS闪存单元上。在一个实施例中，如上述定义的第一层或子层为实质上紫外线不透光。在一个实施例中，第一层或子层为接触罩层38。在一个实施例中，第一层或子层为子层46a。在一个实施例中，接触罩层38为沉积的第一层，在此接触罩层38后接着沉积第一子层46a，此二层实质上包括紫外线不透光材料。
在一个实施例中，第一子层包括富含硅的二氧化硅。如上所述，富含硅的二氧化硅具有化学式SiOx，其中x＜2(或可取而代的，化学式可表示为SiyO2，其中y＞1)。如上所述，在另一个实施例中，1.8×1.99，另一个实施例为1.88×1.95。
包含吸收紫外线辐射的富含硅的材料的接触罩层38和/或第一子层46a，一般覆盖沉积于整个晶片上。在一个实施例中，沉积第一子层的方法并不使用或产生紫外线辐射。在另一个实施例中，并不将SONOS存储单元曝露于紫外线辐射中。
在接触罩层38和/或第一子层46a包括富含硅的二氧化硅、富含硅的氮化硅、和富含硅的碳化硅的实施例中，本领域中通常熟知有各种的方法来形成和沉积这些材料，因此在此将不再作详细的讨论。
在接触罩层38和/或第一子层46a包括富含硅的SiCN和在第二子层46b包括非富含硅的SiCN的实施例中，已知有各种方法用来形成和沉积这样的材料。由于能在SiCN中获得可变的化学计量，因此能通过改变供给于工艺中的含硅量而获得形成富含硅、或非富含硅的SiCN。
一般而言，在富含硅的材料中，当该材料有较高的折射率时则有较高的紫外线吸收能力。增加折射率通常造成增加材料的紫外线不透光度。
举例而言，在第一子层46a为包括富含硅的二氧化硅的实施例中，富含硅的二氧化硅根据其折射率可以不是纯的或按化学计量的二氧化硅。对于按化学计量的二氧化硅，折射率大约为1.46至1.5。为了获得充分的紫外线防护，也就是说，为了第一子层46a将能实质地紫外线不透光，则折射率须大于1.5，在一个实施例中，折射率为约大于1.6，如上文中所提及的，在另一个实施例中，折射率可实质上大于1.6。可通过在二氧化硅中加入更多的硅，即通过如上述形成富含硅的二氧化硅，而达成增加二氧化硅的折射率。在处理期间通过测量层的折射率而能够很容易地判定是否含有足够的硅。
同样的考虑应用于富含硅的氮化硅、富含硅的SiCN、和富含硅的碳化硅。
如图7中的步骤703所示，本发明方法的第三步骤包括沉积紫外线防护层46的第二子层46b。当已沉积了足够的所选厚度的第一子层46a后，则在其上沉积第二子层46b。
如图7中所示，一些实施例绕过步骤703直接进行到步骤704，而因此选择性地回到步骤702以沉积另一层的实质紫外线不透光材料。在图7中绕过步骤703用一条替代路径(a)来示意地表示。在图7中从步骤704回到步骤702用一条替代路径(b)来示意地表示。
在一个实施例中，如上所述，第二子层的材料包括第一子层非富含硅形式的材料。在如此的一个实施例中，从富含硅层的沉积转变到非富含硅层的沉积，可仅通过改变沉积状况而予完成。在一个实施例中，可通过改变沉积后热处理状况而完成转变，如上关于SiCN的说明。
举例而言，在一个实施例中，其中富含硅的材料为富含硅的二氧化硅，仅通过改变提供至沉积装置的含硅前体的量而完成从沉积第一子层至沉积第二子层的转变，该改变含硅前体的量从导致富含硅的二氧化硅的沉积的第一数量改变至导致实质上按化学计量的二氧化硅的沉积的第二数量。在一个实施例中，根据实际上连续步骤，而在同一装置上施行此二步骤。在一个实施例中，沉积延迟或暂停而导致任何不连续状况是由于改变供应至沉积装置的含硅前体的量而造成。因此，在一个实施例中，步骤702和步骤703为实质上连续沉积步骤的一部分，该步骤可视为步骤702和步骤703的结合。此实施例示意地说明于图7中，通过替代路径(b)，引导从步骤704返回到步骤702。
本领域技术人员可适当地选用沉积非富含硅材料的其它方法。
从步骤703所得的示意性结构，在图5中所示的第一子层46a上沉积第二子层46b，如图1中所示的结构。
在一个实施例中，如图3中例子所示，第二紫外线防护层48沉积于第一紫外线防护层46上。在此实施例中，重复步骤702和步骤703。在一个实施例中，有一层，在另一个实施例中，有二层或更多层，以及在另一个实施例中，没有其它的材料层形成于第一紫外线防护层和第二紫外线防护层之间。在一个实施例中，额外的层包括金属导电层，相似于图3中所示的层44a、44b。因此，在一个实施例中，形成了完全的层，也可以蚀刻或部分地去除介于第一紫外线防护层和第二紫外线防护层之间的层，形成例如导电图案或其它的“布线”。然后，沉积第二紫外线防护层以对介入的层或材料提供绝缘和保护。在一个实施例中，第二紫外线防护层取代传统的譬如ILD2层的层间电介质层、接触罩层或上氧化物层，如上述的说明。
在另一个实施例中，如图6中所示，第三紫外线防护层52沉积于第二紫外线防护层48上。图6为示意地显示相似于图1半导体衬底部分的剖面图，依照本发明的实施例制造包含接触罩层38、三层层间电介质层20、46和48(层46和48的其中任何一者或二者可以是紫外线防护层)和紫外线防护上氧化物层52。第三紫外线防护层或上氧化层52将实质类似于第一和第二紫外线防护层，在一个实施例中包括第一实质上紫外线不透光子层和第二子层，该第二子层包括非紫外线不透光材料，在另一个实施例中包括单一、实质上紫外线不透光层。
在一个实施例中，该第三紫外线防护层取代传统的譬如ILD3层的层间电介质层。
这些实施例显示于图7中步骤704，并通过替代路径(b)，引导从步骤704回到步骤702。依照步骤704，当需要沉积额外的紫外线防护层，或实质上紫外线不透光层时，可以经由替代路径(a)和/或(b)重复步骤702和步骤703，或仅有步骤702。如图7中所示，步骤704包括可选择回到步骤702，或工艺可以进行到图7中所示的最后步骤，继续半导体器件的制造。
如图7中最后步骤所示，依照本发明形成紫外线防护层或各层后，半导体器件和SONOS闪存单元进一步进行后段处理，以完成适当的器件制造。由于本发明的结果，在一个实施例中，不须保护器件和SONOS闪存单元避免其曝露于紫外线辐射。在另外的实施例中，可能希望保护器件和SONOS闪存单元使其免于此种曝露，因为不可能通过使用本发明而完全保护器件免除所有的紫外线辐射损害效果。
在一个实施例中，保护半导体器件和SONOS闪存单元避免曝露于随后形成堆叠栅极后的工艺步骤期间所产生的紫外线辐射。在另一个实施例中，保护半导体器件和SONOS闪存单元避免曝露在随后形成堆叠栅极后的ONO部分工艺步骤期间所产生的紫外线辐射。在一个实施例中，保护半导体器件和SONOS闪存单元避免曝露于随后形成电荷储存层后的工艺步骤期间所产生的紫外线辐射。在一个实施例中，避免受到在制造工艺中的这些点或这些点之外所产生的紫外线辐射，包括本文中所说明的形成一个或多个紫外线保护层。在另一个实施例中，防紫外线辐射进一步包括采取屏蔽或否则避免使受到紫外线照射。在另一个实施例中，防紫外线辐射进一步包括如上述的选择和使用无紫外线的工艺。
工业可应用性本发明通过提供紫外线保护层，而克服了紫外线于SONOS闪存器件，尤其是在后段处理期间引起的充电问题。本发明具有的优点譬如(1)形成紫外线防护层，该紫外线防护层保护该器件免于在后段处理期间受到紫外线辐射；(2)保护SONOS闪存单元免于紫外线引起充电；(3)提供易于适应目前使用的制造工艺的工艺修正；以及(4)形成一层或多层的接触罩层、层间电介质层、和除了标准的电介质功能外还具有额外功能的上氧化物层。因此，本发明提供了先进的ONO制造技术，并确保于SONOS闪存器件的ONO结构中适当的电荷隔离，而同时提供了明显良好的工艺并具有节省成本的优点。虽然本发明已作了说明，尤其是应用在SONOS闪存器件方面，但是本发明可广泛地应用于任何包括电荷储存层受到不想要的紫外线引起充电的半导体器件的制造。
虽然本发明已参照其特定的实施范例而作了详细的说明，但是本发明并不受这些所示实施例的限制。本领域技术人员将了解到，这些实施例可作许多的修饰和变化，而仍不偏离本发明的精神。例如，制成ONO结构的各层的厚度可按此处的说明而予变化。因此，本发明将包括所有落于所附权利要求和其等效结果内的此等变化和修饰。
权利要求
1.一种硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅闪存器件(10、50)，包括SONOS闪存单元(24)；以及至少一层紫外线防护层(38、46、48和/或52)，其中该紫外线防护层包括实质上紫外线不透光材料。
2.如权利要求1所述的器件，其中该紫外线防护层为设置在该硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅闪存单元上的接触罩层(38)。
3.如权利要求1所述的器件，其中该紫外线防护层(38、46、48和/或52)保护该SONOS闪存单元避免在该SONOS闪存器件的后段处理期间受到紫外线辐射而造成损害。
4.如权利要求1所述的器件，其中该紫外线不透光材料包括富含硅的二氧化硅、富含硅的氮化硅、富含硅的碳化硅或富含硅的SiCN的至少其中一种或多种。
5.如权利要求1所述的器件，进一步包括至少一层额外的紫外线防护层，该至少一层额外的紫外线防护层包括至少一层紫外线不透光材料的子层。
6.如权利要求5所述的器件，其中该至少一层额外的紫外线防护层为第一层间电介质层(46)、第二层间电介质层(48)、或上氧化物层(52)组件的其中一个或多个。
7.如权利要求1所述的器件，其中该紫外线不透光材料包括大于1.5的折射率。
8.一种保护硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅闪存单元避免受到紫外线引起充电的方法，包括在半导体器件上制造SONOS闪存单元；以及在该SONOS闪存单元上沉积至少一层紫外线防护层，其中该紫外线防护层包括实质上紫外线不透光材料。
9.如权利要求8所述的方法，其中该紫外线不透光材料包括富含硅的二氧化硅、富含硅的氮化硅、富含硅的碳化硅或富含硅的SiCN的至少其中一种或多种，和/或包括折射率大于1.5。
10.如权利要求8所述的方法，进一步包括沉积至少一层额外的紫外线防护层，该至少一层额外的紫外线防护层包括至少一层紫外线不透光材料的子层。
全文摘要
一种保护硅－氧化物－氮化物－氧化物－硅(SONOS)闪存单元(24)免于紫外线引起充电的方法，包括在半导体器件(10、50)中制造SONOS闪存单元(24)；和在SONOS闪存单元(24)上沉积至少一层紫外线防护层(38、46、48或52)，该紫外线防护层包含有实质为紫外线不透光的材料。提供一种SONOS闪存器件(10、50)，该SONOS闪存器件包括SONOS闪存单元(24)，和至少一层其中包含有实质为紫外线不透光材料的紫外线防护层(38、46、48或52)。
文档编号H01L21/336GK1748319SQ200480003682
公开日2006年3月15日 申请日期2004年1月8日 优先权日2003年2月5日
发明者M·V·恩戈, T·卡迈勒, M·T·拉姆斯拜, A·哈利亚, J·帕克, N·程, J·P·埃哈特, J·A·希尔兹, C·弗格森, A·T·许, R·A·韦尔塔斯, T·戈迪帕蒂 申请人:先进微装置公司