专利名称：一种存储装置及其护层形成方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体装置，特别是一种改良的可擦写式内存装置的护层结构，以及其制造方法。
对于一般半导体产品而言，护层主要在IC封装时的阻挡水气与杂质外并可以避免半导体组件在封装过程中所可能受到的机械或化学损害。另外，对于闪存(flash memory)等半导体存储产品而言，护层的主要作用之一，是作为氢阻绝(hydrogen blocking)，隔离氢离子穿入内联线层结构。由于在可擦除只读存储器(Erasable Programmable ROM，EPROM)中，浮置闸极(floating gate)中储存负电荷作为数据储存的信息，因此若氢离子深入金属内联线层中，则可能对其下的半导体组件中的带负电的浮置闸极造成损害，影响内存组件的数据保持能力(data retention)与持久性(endurance)。
一般现有的保护层材料通常采用氮化硅(silicon nitride，SiN)为主，在美国专利第5788767号中提到，一般的护层结构通常在多重金属内联线的最上层金属结构上沉积一氧化硅层，续于该氧化硅层上形成一氮化硅层。或者，分别形成两层氮化硅层作为护层结构。在护层结构中，普遍以电浆增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)形成氮化硅材料作为保护层。主要是因为氮化硅材料对于水气，以及碱金属离子的阻隔能力均相当良好，因而普遍被选为护层材料的主结构层。
然而当考虑到护层对氢离子的阻挡效果时，氮化硅材料并无法实现令人满意的效果。对于闪存产品等而言，氢离子对于氮化硅护层的穿透性，往往导致数据保持能力的稳定性受到影响。
本发明的再一个目的在于提供以氮氧化硅材料为主的一种护层，以及具有该护层的半导体存储装置与其制造方法，使该半导体存储装置具有良好的数据保持能力效果与耐用性。
依据本发明的一种存储装置，包含有一半导体基底，上有存储单元；一内联线结构，位于该半导体基底上，耦合于该存储单元；一护层，覆盖于该内联线结构表面，包含一第一介电层，覆盖于该内联线结构表面；以及一氮氧化硅层(Silicon-Oxy-Nitride，SiOxNy)，覆盖于该第一介电层上。
其中，上述存储单元可以是掩模式只读存储器(Mask ROM)或闪存(flash ROM)。在上述存储装置中，还可包含一第二介电层，覆盖在该氮氧化硅层之上。其中，第二介电层可为磷硅玻璃层(PSG)、第一介电层可为高密度电浆沉积的氧化物层(HDP oxide)。
根据本发明，提出一种形成护层的方法，适用于具有内联线结构的存储装置，包含沉积一第一介电层于该内联线结构上；沉积一氮氧化硅层于该第一介电层上；以及沉积一第二介电层于该氮氧化硅层上。
在上述方法中，可以利用高密度电浆化学气相沉积法(HDPCVD)形成一氧化物层在该内联线结构上作为第一介电层，较佳厚度为7000至10000。而该氮氧化硅层可利用化学气相沉积法生成，较佳厚度为4000至7000。而该第二介电层可利用常压气相沉积法(Atmospheric pressureCVD，APCVD)形成一磷硅玻璃层，较佳厚度为8000至10000。
为了让本发明的上述目的、特征、及优点能更明显易懂，以下配合附图作详细说明如下。
表1
其中HBO氢阻挡氧化层(hydrogen blocking oxide)；TEOS四乙基硅酸盐(tetra-ethyl-ortho-silicate)；HDP高密度电浆氧化物层；UV-SiN紫外光可擦写的氮化硅层；SiON以化学气相沉积法形成的氮氧化硅层；AMAT台湾应用材料公司的化学气相沉积机台；NVLSNovellus公司的化学气相沉积机台；PE-TEOS以电浆强化化学气相沉积法形成之TEOS氧化物层；PSG以常压气相沉积法形成的磷硅玻璃层；SAUSG(sub-atmosphere undoped silica glass，次常压未掺杂硅玻璃)以次压气相沉积法(Sub-atmospheric pressure CVD，SPCVD)形成的未掺杂硅玻璃层。
将表1中的七组护层结构的晶圆在250℃下烘烤48小时，测试每片晶圆上19个位置上的电荷损失量(charge loss)，即烘烤前后的损失量，分别取各组晶圆的测量数据的中间值与标准差值。结果分布如
图1所示，而详细数据如表2所示。
表2
由表2中可以看出，具有SiON材料的G2、G3、G4、与G6护层结构，其电荷损失量小，明显优于现有常用的G1与G7护层组合。而电荷损失越少，显示含有SiON材料的护层结构对内存装置中数据保持能力的效果越优异。在表2中，虽然现有含有SiN的护层组合G5的中间值接近于含有SiON材料者，然其标准差值过高，显示其均匀性不佳，与含SiON的G2、G3、G4、与G6的低中间值与低标准差相比较，SiON作为护层材料的表现显著优于现有的SiN。另外，比较不同设备商的机台所沉积的SiN的G1与G5，其对于护层的数据保持能力的效果并无特别的改善。
表2中的试验结果显示，采取SiON材料取代现有的SiN作为内存装置中金属内联线上的护层结构之一时，可以有效减少电荷损失，而增进内存装置的数据保持能力效果。
图2A和图2B分别是含SiN与SiON护层的SIMS分析结果，即将上述G5与G6护层结构进行二次离子质谱仪分析所得到的元素深度分布图(Depth Profile)。含有SiN材料的G5护层结构的SIMS分析结果如图2A所示，而含有SiON的G6护层结构则如图2B所示。
由图2A和图2B中可以看出，以SiON作为护层结构的图2B中，氢离子穿透的斜率(II)较SiN作为护层结构的图2A中的(I)大，说明以SiON作为护层结构时，氢离子的衰变(Hydrogen decay)较快，表示其氢离子穿透量较少，深度也较浅。因此，采用SiON作为护层结构时，可以减少氢离子对于最下层的存储单元的影响。
根据上述测试结果，显见SiON作为护层时，可以有效增进内存装置的数据保持能力效果，并减少氢离子的影响。接下来根据图3A至图3C，详细说明根据本发明的一实施例中形成护层的方法流程，以及所形成的具有该护层的存储装置。
如图3A所示，首先在一具有存储单元的半导体基底100上形成二层金属内联线结构，包含第一金属层102、第一层间介电层104、金属插塞106、第二金属层108、第二层间介电层110。其中，在较佳实施例中，半导体基底100上的存储单元可以为掩模式只读存储器、可擦写可程序只读存储器、或者为闪存等等存储单元。
在该内联线结构上，首先沉积一第一介电层于该内联线结构上。在较佳实施例中，可在第二层间介电层110上，以高密度电浆化学气相沉积法沉积高密度电浆氧化物层作为第一介电层112，较佳厚度为7000至10000之间，最好是8000。但第一介电层的材料并非以此为限，也可为TEOS、PE-TEOS、SAUSG。
接着如图3B，在该第一介电层112上方沉积一氮氧化硅层114。氮氧化硅层是在SiH42455sccm、N2O1500sccm、RF470W、压力1.9mtorr及温度400℃下，以化学气相沉积法生成。较佳者厚度为4000至7000，最好是4000。
由上述第一介电层112与氮氧化硅层114所组成的一内联线结构的外部护层(Upper Passivation)，可有效避免下方的内联线结构与半导体基质中的存储单元受到外界杂质污染，维持良好的数据保持能力效果。
接着如图3C，在较佳实施例中，可再沉积一第二介电层于该氮氧化硅层上。此第二介电层可以利用常压气相沉积法形成一磷硅玻璃层作为第二介电层116，较佳厚度介于8000至10000，最好是9000。利用磷硅玻璃等第二介电层，可以增进护层结构表面的光滑度与均匀性，增进针孔试验(Pine Hole Test)时的良率。但第二介电层之材料并非以此为限，也可为SAUSG等材料。
根据上述方法所形成的存储装置包含一半导体基底100，其上布有存储单元；一内联线结构(102～110)，位于该半导体基底100上，耦合于该存储单元；一护层结构，包含第一介电层112，如HDP氧化物层，覆盖于内联线结构的表面；以及氮氧化硅层114，覆盖于该第一介电层112表面。该存储装置更好的实施是，在该氮氧化硅层114上覆盖一第二介电层116，如磷硅玻璃层，形成三层式的护层结构。
通过上述本发明的方法，可以得到本发明的具有氮氧化硅的存储装置，除了具有阻挡外界杂质与水气的功能外，在氢阻绝效果与数据保持能力效果上优于现有的氮化硅护层，在电性分析与材料分析均具有良好效果。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明，本行业内的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可进行各种轻易思及的变化与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种存储装置，其特征在于包含一半导体基底，其上布有一存储单元；一内联线结构，位于该半导体基底上，耦合于该存储单元；以及一护层，覆盖于该内联线结构，包含一第一介电层，覆盖于该该内联线结构表面上；以及一氮氧化硅层，覆盖于该第一介电层表面。
2.如权利要求1项所述的存储装置，其特征在于还包含一第二介电层，覆盖于该氮氧化硅层之上。
3.如权利要求2项所述的存储装置，其特征在于所述第二介电层为一磷硅玻璃层。
4.如权利要求3所述的存储装置，其特征在于所述磷硅玻璃层厚度为8000至10000。
5.如权利要求2所述的存储装置，其特征在于所述第二介电层为次常压未掺杂硅玻璃。
6.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于所述第一介电层为高密度电浆沉积氧化物层，厚度为7000至10000。
7.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于所述第一介电层为TEOS、PE-TEOS或SAUSG之一。
8.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于所述氮氧化硅层的厚度为4000至7000。
9.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于所述存储单元是掩模式只读存储器单元。
10.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于所述存储单元是闪存单元。
11.一种形成护层的方法，适用于具有一内联线结构的一存储装置，其特征在于包含沉积一第一介电层于该内联线结构上；沉积一氮氧化硅层于该第一介电层上；以及沉积一第二介电层于该氮氧化硅层上。
12.如权利要求11所述的形成护层的方法，其特征在于其中沉积一第一介电层是以高密度电浆形成一氧化物层于所述内联线结构上。
13.如权利要求12所述的形成护层的方法，其特征在于所述第一介电层厚度介于7000至10000。
14.如权利要求11所述的形成护层的方法，其特征在于所述第二介电层是以常压气相沉积法形成一磷硅玻璃层。
15.如权利要求14所述的形成护层的方法，其特征在于所述第二介电层厚度介于8000至10000。
16.如权利要求11所述的形成护层的方法，其特征在于所述氮氧化硅层是以化学气相沉积法(CVD)生成。
17.如权利要求11所述的形成护层的方法，其特征在于所述氮氧化硅层厚度介于4000至7000。
18.如权利要求11所述的形成护层的方法，其特征在于所述存储装置为闪存。
19.如权利要求11所述的形成护层的方法，其特征在于所述存储装置为掩模式只读存储器。
全文摘要
一种存储装置，包含一半导体基底，上有存储单元；一内联线结构，位于该半导体基底上，耦合于该存储单元；一护层，覆盖于该内联线结构上，包含一第一介电层，如高密度电浆氧化物层，覆盖于该内联线结构表面；一氮氧化硅层，覆盖于高密度电浆氧化物层上；一第二介电层，如磷硅玻璃，覆盖于氮氧化硅层上。其中第一介电层、氮氧化硅层与第二介电层形成该存储装置一外部护层结构，可以提供良好的数据保持能力效果与氢阻挡能力。
文档编号H01L21/70GK1449043SQ02108458
公开日2003年10月15日 申请日期2002年4月1日 优先权日2002年4月1日
发明者邱宏裕, 曾铕寪, 吕文彬, 薛正诚, 郑培仁, 徐富祥 申请人:旺宏电子股份有限公司