专利名称：利用离子植入技术制造只读存贮器的方法
技术领域：
本发明是关于一种利用离子植入技术制造只读存贮器的方法，特别是关于在制作金属连线前进行编码的只读存贮器(ROM，readonly memory)的制造方法。
虽然利用场效晶体管所制作的只读存贮器早已广为周知，回顾一下特别相关于本发明的特征及术语仍旧是有帮助的。只读存贮器的优点在于关闭电源后数据仍然可以保存。在场效晶体管只读存贮器制作中，将数据写入只读存贮器中是制造工艺的一部分，此写入方法称作“编码”(coding)。
在传统上，对于只读存贮器(Read Only Memory)的制造，一般集成电路制造商所采行的生产方式，是将硅晶片(Silicon Wafer)按一般半导体制造工艺将其制作至栅极氧化层或源/漏极界定完成(此时称该晶片为半成品)后，等待客户下订单、提供所需的编码内容，制造商再将该所需的编码数据转换并制作成掩模工具，接着利用离子植入(Ion Implantion)的方式，将存贮码写入只读存贮器的存贮单元(Memory cell)。
由于市场的瞬息万变，客户要求新产品上市的速度愈来愈快，所以如何缩短生产周期，加快交货时间(TAT)，是集成电路制造商及客户保持竞争力的一项重要因素。
依上面所述，传统上制造只读存贮器的编码步骤是在整个制程中相当前段的步骤施行，故对厂商及客户而言，后续制作步骤仍需耗费相当时日才能完成，造成竞争能力削减。
早期只读存贮器在提供运算速度及缩短交货期的考虑下大都采用或非门(NOR GATE)构成的阵列结构，但由于集成电路设计上的潮流演变，集成电路元件以及晶片尺寸(die size)已趋向于小型化。因此，设计者除一方面缩小设计规则(design rule)外，并寻找更精简的线路设计以达到大容量的目的。在固定面积上以反与非门(NAND GATE)构成的阵列结构取代或非门(NOR GATE)构成的阵列结构以使存贮容量加倍。
但是，在与非门(NAND GATE)阵列中，存贮单元的离子植入种类多使用负型离子，使被离子植入的存贮单元由增强型(enhancem-ent mode)场效晶体管工作模式变成耗尽型(depletion mode)工作模式。所以，利用负型离子(磷或砷)作为只读存贮码写入的离子种类，是目前广为运用的方式。
在制作只读存贮器的过程中，已知技术是在源/漏极界定后，存入晶片库(Wafer Bank)，尔后，等待客户下订单，提供资料，制成光掩模后，再依次加工；完成硼磷硅酸盐玻璃(BPSG，Borophos-phosilicate)沉积、金属接触窗(contacts)、接触栓(contactplug)、金属连线、保护层(passivation layer)等等许多步骤。因此需要花费许多时日才能完成上述步骤制成整个集成电路。
本发明的目的即针对上述传统技术的缺点，提出一种应用离子植入技术制造只读存贮器元件的方法，以大幅度缩短产品制造工艺周期。
本发明方法在实际制造过程当中，利用离子植入(ion implan-tation)的方法，在上述场效晶体管栅极下方的通道区域内利用植入或不植入离子的方法，将晶体管的工作模式(operation mode)由增强型(enhancement mode；normally off)变成或不变成为耗尽型(depletion mode；normally on)，藉此来定义存贮单元的状态是0或1。其中离子植入的离子种类(ion specimen)有两大类其一为p型(positive type；P-type)，常用的有硼(Boron)；其二为n型(negative type)，常用的有磷(phosphorus)或砷(Arsenic)。
首先，我们在已完成栅极与源/漏极的元件上全面性沉积(Bla-nket Deposition)一层二氧化硅(SiO2)，接着再沉积一层硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)，然后使用金属接触(contact)光掩模蚀刻至露出源/漏极顶部，接着去除光阻；然后使用接触栓(contact plug)光掩模作离子植入，之后去除光阻；接下来的步骤，我们再利用编码(coding)植入，用光掩模先将部分拟编码区域的硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)蚀刻至相当薄(可容许后序离子植入)的厚度；然后施行高能离子植入编码。须特别指出的是，通常要打穿多晶硅栅极(poly-silicon gate)而形成通道(channel)已不容易；本发明制造工艺是把编码制程后延，因此，更无法同时打穿硼磷硅酸盐玻璃层、二氧化硅层、多晶硅栅极层、栅极氧化层等。因此，本发明最主要是在于完成接触栓以及编码植入光掩模步骤后，特别再增加一道蚀刻手续，减低编码要穿透的硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)厚度；同时也将一般植入的正一价离子(ex.P+)以正二价离子来取代(ex.P++)。由于，正二价离子带有双倍的带电量，因此，可以使得离子被植入的能量由一般离子植入机所能提供的能量约200Kev加倍成为约400KeV。
本发明制造方法大幅地缩短了交货时间，可把原来的35天减少一半以上。
本发明制造方法可简述如下(a)在基板上制作一P型或N型井区；(b)形成一栅极氧化层；(c)在半导体晶片上界定一栅极；(d)制作源/漏极；(e)全面性覆盖一介电层在整个半导体晶片上；(f)制作接触窗(contact layer)；(g)在欲编码区域部分蚀刻介电层，得使该栅极顶端介电层变薄；(h)以磷离子物种穿透栅极至通道区作只读存贮器编码；(i)形成金属连线。
附图简要说明
图1a至图1e所示为传统技术的制造工艺系列横截面图，所列仅部分重要步骤以对照本发明之用；其中图1b所示为以离子植入(10)透过编码光掩模植入只读存贮器码的横截面示意图。
图2a至图2e所示为本发明制造工艺只读存贮器(ROM)的顺序步骤的横截面图，其中图2a为源/漏极界定后的横截面图；图2b为全面性沉积二氧化硅层，硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层上完成金属接触(contact)光掩模光阻(80)后的横截面图；图2c为金属接触窗蚀刻完，罩上接触栓光掩模后离子植入的横截面图2d为利用编码光掩模后先蚀刻栅极顶端部分硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)，再施行只读存贮器码离子植入的横截面图；图2e为金属连线制造工艺的横截面图。
本发明将参照图2a至2e作详细说明。这些附图所呈现的是很简化的形式，且只表示出晶体管的结构。基本上，该晶体管仅是基板上众多晶体管之一。再经由适当的金属连线与多种电子元件连结于基板上。以下以N型金属氧化物半导体场效晶管体为例进行说明。
在此先说明图1a至图1e的传统技术。现在先参考图1a，本图所示为在基板(1)上形成一P型半井区(20)，接着形成栅极氧化(gateoxide)层(4)与场氧化层(field oxide)(2)。
然后，利用已知技术，如低压化学汽相沉积法、溅镀沉积法等方法沉积一种多晶硅半导体(16)至栅极绝缘层(4)上。接着，利用传统技术自我对准植入掺杂物种形成漏极区(12)与源极区(14)。
接着参照图1b，传统方法在此时利用编码光掩模作只读存贮器码的离子植入(10)。编码植入后，尚须全面性沉积一层二氧化硅层、一层硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)，如图1c标号30所示。接着，利用金属接触窗(contact)光掩模(80)蚀刻至露出源/漏极顶部，再透过光掩模100施以离子植入(50)以形成金属接触栓(contact plug)，此离子植入采用自对准方法(Self-aligned)完成，如图1b所示。然后利用已知技术作高温回火(anneal)，再利用传统微影蚀刻技术(覆以光掩模及蚀刻)制成金属连线(70)，如图1e所示。
接下来将参照图2a至2e详细说明本发明。图2a及2b各自对应图1a及图1c，其图示使用标号数亦相同以对应于同样的制造工艺，工艺步骤大致如前段所述，在此不重覆叙述。至于图2c亦对应于图1d，其中相对应工艺部分标号亦相同，但图1d中的接触金属栓(contactplug)形成步骤所植入离子(50)是在编码离子值入(10)之后方才布植的。
本发明不像先前技术那样在源/漏极完成后即作编码离子植入，而是在金属接触栓(contact plug)完成后(图2c)，覆盖一层光阻(200)，再利用同一个编码光掩模，将欲编码植入区域蚀刻至所要求的厚度。该介电层厚度，一般为硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)厚度在1500埃至2500埃的范围。然后，使磷(或砷)游离为带正二价的离子，在电量加倍下获得较高植入能量。本例子的N通道金属半导体中，所掺杂离子为砷或磷离子如图2a。反之，在P通道金属半导体中，掺杂剂是硼离子B或二氟硼离子BF2如图2b所示。接着，如同传统技术一样，经高温回火步骤以保证栅极氧化层与源/漏极的介面品质良好。
接下来，是与已知技术相同的金属连线(interconnect)，保护层(passivation layer)等等许多步骤，如图2e所示，不再赘述。
权利要求
1.一种n通道只读存贮器元件的制造方法，其制程包含以下的步骤(a)在基板上制作一P型井区；(b)形成一栅极氧化层；(c)在半导体晶片上界定一栅极；(d)制作源/漏极；(e)全面性覆盖一介电层在整个半导体晶片上；(f)制作接触窗(contact layer)；(g)在欲编码区域部分蚀刻介电层，得使该栅极顶端介电层变薄；(h)以磷离子物种穿透栅极至通道区作只读存贮器编码；(i)形成金属连线。
2.如权利要求1所述的只读存贮器元件的制造方法，其中在步骤(b)中的栅极是一种多晶硅栅极，栅极的厚度在1000埃至3500埃之间，较佳为2500埃。
3.如权利要求1所述的只读存贮器元件的制造方法，其中在步骤(b)中的栅极是由金属硅化物(silicide)或硅化物/多晶硅(poly-cide)所共同组成的栅极。
4.如权利要求3所述的只读存贮器元件的制造方法，其中用作栅极的金属硅化物，可以是钨化硅、钽化硅、钛化硅、钴化硅、钼化硅等金属硅化物。
5.如权利要求1所述的只读存贮器元件的制造方法，其中步骤(h)用作只读存贮器码植入的离子物种也可以是砷离子。
6.如权利要求1、5所述的只读存贮器元件的制造方法，其中只读存贮器码植入离子所需的能量至少为150Kve以上。
7.如权利要求1、5所述的只读存贮器元件的制造方法，其中步骤(h)用作只读存贮器码植入离子所带电荷数为正二价。
8.一种P通道只读存贮器单元件的制造方法，其制程包含以下的步骤(a)在基板上制作一N型井区；(b)生成一栅极氧化层；(c)在半导体晶片上界定一栅极；(d)制作源/漏极；(e)全面性覆盖一介电层在整个半导体晶片上；(f)制作接触窗(contact layer)；(g)在欲编码区域部分蚀刻介电层，使栅极顶端介电层变薄；(h)以硼离子物种打入栅极下通道区作只读存贮器的离子植入；(i)形成金属连线。
9.如权利要求8所述的只读存贮器元件的制造方法，其中在步骤(b)的栅极是一种多晶硅栅极，栅极的厚度在1000埃至3500埃之间，较佳为2500埃。
10.如权利要求8所述的只读存贮器元件的制造方法，其中在步骤(b)中的栅极是由金属硅化物(silicide)或硅化物/多晶硅(poly-cide)所共同组成的棚极。
11.如权利要求10所述的只读存贮器元件的制造方法，其中用作棚极的金属硅化物，可以是钨化硅、钽化硅、钛化硅、钴化硅、钼化硅等金属硅化物。
12.如权利要求8所述的只读存贮器元件的制造方法，其中只读存贮器码植入离子所需的能量至少为150KeV以上。
13.如权利要求8所述的只读存贮器元件的制造方法，其中用作只读存贮器码植入离子所带电荷价数为正二价。
全文摘要
一种利用离子植入技术制造只读存贮器元件的方法，其特点是在已完成栅极与源/漏极的元件上全面沉积-SiO
文档编号G11C17/08GK1120232SQ94115028
公开日1996年4月10日 申请日期1994年8月5日 优先权日1994年8月5日
发明者陈民良, 徐英杰, 高昭男 申请人:台湾茂矽电子股份有限公司