专利名称：氮化硅只读存储器的制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种内存的制造方法，且特别是有关于一种氮化硅只读存储器(Nitride Read Only Memory，NROM)的制造方法。
在只读存储器中，可擦除且可编程只读存储器具有可编程、可擦除、以及断电后仍可保存数据的优点，对于需要能够保存数据以及能够将所保存的数据更新的设备，例如是个人计算机和电子设备中的基本输入输出(Basic Input Output System，BIOS)而言，为一种所广泛采用的内存元件。而其中尤其是电气擦除式可编程只读存储器，较之可擦除且可编程只读存储器更具有在电路内(in-circuit)进行电编程以及电移除的优势，因此为将来研究发展的主要方向。
典型的电气擦除式可编程只读存储器是以掺杂的复晶硅制作浮置闸与控制闸。在进行编程(Program)时，射入于浮置闸的电子会均匀分布于整个复晶硅浮置栅极层中。一旦复晶硅浮置栅极层下方的穿隧氧化层有缺陷存在，则容易造成元件的漏电流，影响元件的可靠度。
目前已发展出一种氮化硅只读存储器的结构，此氮化硅只读存储器是在基底上形成一个陷入介电层夹层结构(Trapping dielectricsandwiched)，此陷入介电层夹层结构由绝缘层-电荷陷入层(Chargetrapping layer)-绝缘层所组成，其材质例如是氧化硅-氮化硅-氧化硅(ONO)，其中电荷陷入层的功能等同一般可电除且可程序只读存储器的浮置栅极，而控制闸则仍然是以复晶硅来制作。当此元件在控制闸与源极区施加电压进行程序化时，信道区中接近于漏极区之处的电子会射入于电荷陷入层中，而且，由于氮化硅材质具有捕捉电子的特性，因此，射入于电荷陷入层中的电子并不会均匀分布于整个电荷陷入层中，而是以高斯分布的方式集中于电荷陷入层的局部区域上。由于射入于电荷陷入层的电子仅集中于局部的区域，因此，对于穿隧氧化层其缺陷的敏感度较小，元件漏电流的现象较不易发生。
公知在制造此种以氮化硅只读存储器的方法如下所述，首先，请参照
图1A，提供一基底100，将基底100上送入热炉管以形成氧化硅层102，接着，于氧化硅层102上依次以化学气相沉积法形成氮化硅材质的电荷陷入层104以及氧化硅层106，而于基底100上形成氧化硅-氮化硅-氧化硅(ONO)的陷入介电层夹层结构。
接着，请参照图1B，在氧化硅层106上形成图案化的光阻层108。接着，对基底100进行离子掺杂步骤。然后，以光阻层108为罩幕，以非等向性蚀刻法去除部份的绝缘层106以及电荷陷入层104以形成开口110。
最后，请参照图1C，将基底100送入热炉管中，以于开口110中形成热氧化层112作为埋入式漏极绝缘层。然后，再于基底100上以化学气相沉积法形成复晶硅层114以作为控制闸。
然而，依上述方法所形成的以氮化硅只读存储器有下列的缺点在蚀刻氧化硅层以及电荷陷入层以形成开口时，所形成的开口轮廓大多形成如图1B所示的垂直形状。在后续形成埋入式漏极绝缘层以及控制闸的工艺中，埋入式漏极绝缘层受鸟嘴效应影响形成如图1C所示的椭圆形，而且此椭圆形的埋入式漏极绝缘层将位于开口侧壁的电荷陷入层以及绝缘层向上推挤，在沉积复晶硅层后，电荷陷入层会如同图1C所示的位置116与复晶硅层互相接触，造成元件结构的缺陷。
虽然电荷陷入层的电子集中于局部区域，然而随着长时间的操作会逐渐的扩散，此时由于电荷陷入层与导电层接触，电子就会沿着相连的路径流到导电层中，而导致所储存数据的流失。
本发明提供一种氮化硅只读存储器的制造方法，能够防止电荷陷入层与控制闸互相接触，提升数据保存能力。
本发明提出一种氮化硅只读存储器的制造方法，此方法提供一个基底，再于基底上依序形成第一绝缘层、电荷陷入层以及第二绝缘层以形成陷入介电层的夹层结构。接着，在第二绝缘层上形成图案转移层，再以图案转移层为罩幕，对基底进行掺杂以形成源/漏极掺杂区。然后，以图案转移层为罩幕，去除部份第二绝缘层以及电荷陷入层以形成开口。其后，以湿式蚀刻法去除开口侧壁的部份电荷陷入层，以将前述的开口形成内凹结构。然后，将图案转移层去除，再于开口中形成热氧化层以作为埋入式漏极绝缘层，其中热氧化层与开口的侧壁密合，且将陷入电荷陷入层封闭于绝缘层与埋入式漏极绝缘层内。接着，在基底上形成一层导电层以作为元件的控制闸。
依照本发明的实施例所述，本发明的特征为蚀刻第二绝缘层以及电荷陷入层以形成开口后，对开口进行湿式蚀刻工艺，去除开口侧壁的部份电荷陷入层，以使开口形成内凹结构。由于在后续步骤中，形成于开口的埋入式漏极绝缘层会因鸟嘴效应而形成略呈椭圆的形状，因此会与开口的侧壁完全密合，而将陷入电荷陷入层完全封闭于绝缘层以及埋入式漏极绝缘层内，使得后续形成的控制闸不会与电荷陷入层接触，保持元件结构的完整性。
而且，由于电荷陷入层不与控制闸接触，所以储存在电荷陷入层中的电子，不会经由电荷陷入层与控制闸所接触的路径流到控制闸中，导致元件所储存数据的流失，而提升保存数据的能力。
附图标记说明100、200基底102、106、202、206绝缘层104、204电荷陷入层108、208图案转移层110、210开口
112、214热氧化层114、216导电层116接触位置212内凹结构首先，请参照图2A，提供一基底200，再于基底200上形成绝缘层202，绝缘层202的材质例如是氧化硅，其形成的方法例如是将基底(芯片)200置入热炉管中，进行加热工艺。接着，于绝缘层202上形成电荷陷入层204。电荷陷入层204的材质例如是氮化硅，形成的方法包括低压化学气相沉积法，通入硅甲烷与氨气为工艺气体所形成的。然后，在电荷陷入层204上形成绝缘层206。绝缘层206的材质例如是氧化硅，形成的方法包括以低压化学气相沉积法，通入硅甲烷与一氧化二氮为工艺气体所形成的，或是以热氧化法将电荷陷入层204氧化所形成的。其中绝缘层202、电荷陷入层204以及绝缘层206组成氧化硅-氮化硅-氧化硅的陷入介电层夹层结构。
接着，请参照图2B，在绝缘层206上形成图案转移208，其中图案转移层208例如是光阻层。然后，以图案转移层208为罩幕，对基底200进行一离子植入步骤以进行源/漏极的掺杂。其后，以图案转移层208为罩幕，去除部份的绝缘层206以及电荷陷入层204以形成开口210。形成开口210的方法例如是使用非等向性蚀刻法，其中此非等向性蚀刻法于蚀刻绝缘层206时的操作压力为10厘托至100厘托左右，其操作功率在开始蚀刻时为100W至500W左右，在蚀刻至绝缘层206底部时的操作功率为1W至100W左右，且蚀刻气体源为流量50sccm至200sccm左右的四氟化碳。而此非等向性蚀刻法于蚀刻电荷陷入层204时的操作压力为10厘托至100厘托左右，其操作功率在开始蚀刻时为200W至800W左右，在蚀刻至电荷陷入层204底部时的操作功率为1W至100W左右，且蚀刻气体源为流量1sccm至100sccm左右的溴化氢以及流量10sccm至50sccm左右的六氟化硫。
接着，请参照图2C，去除开口110侧壁的部份电荷陷入层204，以于开口210中形成一内凹结构212。形成该内凹结构的方法例如是使用湿式蚀刻法，其中此湿式蚀刻法所使用的蚀刻液例如是温度为摄氏20度至180度左右的磷酸，且基底200浸入蚀刻液的时间为0.5分钟至5分钟左右。由于磷酸对于氮化硅以及氧化硅具有高蚀刻选择比，因此只会蚀刻电荷陷入层204但不会蚀刻绝缘层206以及绝缘层202，因此能形成如图2C所示的具有内凹结构212的开口。
接着，请参照图2D，在开口210中形成热氧化层214以作为埋入式漏极绝缘层，并且热氧化层214将开口210填满，以使开口210侧壁的绝缘层206、电荷陷入层204以及绝缘层202均与热氧化层214紧密接触。形成热氧化层214的方法包括热氧化法，例如是将基底200置入热炉管中进行加热工艺。由于热氧化层214受到鸟嘴效应的箝制，使得热氧化层214的成长轮廓为如图2C所示的椭圆形，由于此时已将开口210形成内凹结构212，因此所形成的热氧化层214能够与开口210侧壁的绝缘层206、电荷陷入层204以及绝缘层202密合，而将电荷陷入层204封闭于绝缘层206以及热氧化层214内，不会与后续形成的控制闸互相电接触。
接着，请参照图2E，在基底200上形成导电层216以作为控制闸。导电层216例如为具有掺杂的非晶硅层，且其掺杂是在沉积非晶硅的同时施行的。其形成的方法例如是以低压化学气相沉积法，通入硅甲烷与三磷化氢为工艺气体所形成的具有掺杂的非晶硅。另外，以非晶硅所形成的导电层216可以还包括一硅化金属层以降低其阻值，此硅化金属层，例如是以六氟化钨与硅甲烷或是以六氟化钨与二氯乙烷为工艺气体所形成的硅化钨。
在上述的实施例中，当进行蚀刻绝缘层206以及电荷陷入层204以形成开口210的步骤时，也可以蚀刻绝缘层206、电荷陷入层204以及绝缘层202，而形成露出基底200的开口。
而且，对基底200进行离子植入以进行源/漏极的掺杂的步骤，除了在形成图案转移层后208之后实施外，也可以在形成开口之后实施。
综上所述，本发明的特征在于蚀刻绝缘层206、电荷陷入层204以形成开口后，对开口进行湿式蚀刻工艺，以去除开口侧壁的部份电荷陷入层，以使开口形成内凹结构。由于后续形成于开口的埋入式漏极绝缘层会形成略呈椭圆的形状，因此会与开口的侧壁完全密合，而将电荷陷入层完全封闭于绝缘层以及埋入式漏极绝缘层内，使得后续形成的控制闸不会与电荷陷入层接触，保持元件结构的完整性。
而且，由于电荷陷入层不与控制闸接触，所以储存在电荷陷入层中的电子，不会经由电荷陷入层与控制闸所接触的路径流到控制闸中，导致元件所储存数据的流失，而提高元件的保存数据能力。
在本发明中的实施例中，举一氮化硅只读存储器工艺加以说明，然而本发明并非限定于氮化硅只读存储器工艺，任何具有氧化硅-氮化硅-氧化硅夹层结构，且在氧化硅-氮化硅-氧化硅夹层结构中形成内凹开口，并形成埋入式绝缘层的半导体元件也属本发明的技术特征及专利保护范围。
虽然本发明已以一实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
权利要求
1.一种氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为该方法至少包括提供一基底；在该基底上形成一第一绝缘层；在该第一绝缘层上形成一氮化硅电荷陷入层(Charge trappinglayer)；在该氮化硅电荷陷入层上形成一第二绝缘层；在该第二绝缘层上形成一图案转移层；以该图案转移层为罩幕，蚀刻去除部份该第二绝缘层、该氮化硅电荷陷入层以形成一开口；去除该图案转移层；去除该开口侧壁的部份该氮化硅电荷陷入层，以使该开口侧壁形成一内凹(Notch)结构；在该开口中形成一热氧化层以作为一埋入式漏极绝缘层，其中该热氧化层与该开口侧壁密合；以及在该基底上形成一导电层，以作为控制闸。
2.如权利要求1所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中去除该开口侧壁的部份该氮化硅电荷陷入层，以使该开口侧壁形成一内凹结构的方法包括一湿式蚀刻法。
3.如权利要求2所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中该湿式蚀刻法所使用的一蚀刻液包括磷酸。
4.如权利要求3所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中该蚀刻液的温度为摄氏20度至180度左右。
5.如权利要求3所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中该湿式蚀刻法的操作时间为0.5分钟至5分钟左右。
6.如权利要求1所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中形成该热氧化层的方法包括热氧化法。
7.如权利要求1所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中还包括于形成该图案转移层后，对该基底进行一埋入式漏极掺杂步骤。
8.一种氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为该方法包括下列步骤提供一基底；在该基底上形成一第一绝缘层；在该第一绝缘层上形成一氮化硅电荷陷入层；在该第一绝缘层上形成一第二绝缘层；在该第二绝缘层上形成一图案转移层；以该图案转移层为罩幕，蚀刻去除部份该第二绝缘层、该氮化硅电荷陷入层以及该第一绝缘层以形成露出该基底的一开口；去除该图案转移层；去除该开口侧壁的部份该氮化硅电荷陷入层，以使该开口侧壁形成一内凹(Notch)结构；在该开口中形成一热氧化层以作为一埋入式漏极绝缘层，其中该热氧化层与该开口侧壁密合；以及在该基底上形成一导电层，以作为控制闸。
9.如权利要求8所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中去除该开口侧壁的部份该氮化硅电荷陷入层，以使该开口侧壁形成一内凹结构的方法包括一湿式蚀刻法。
10.如权利要求9所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中该湿式蚀刻法所使用的一蚀刻液包括磷酸。
11.如权利要求10所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中该蚀刻液的温度为摄氏20度至180度左右。
12.如权利要求9所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中该湿式蚀刻法的操作时间为0.5分钟至5分钟左右。
13.如权利要求8所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中形成该热氧化层的方法包括热氧化法。
14.如权利要求8所述的氮化硅只读存储器的制造方法，其特征为其中还包括于形成该图案转移层后，对该基底进行一埋入式漏极掺杂步骤。
15.一种半导体元件的制造方法，其特征为该方法至少包括下列步骤提供具有一第一绝缘层、一电荷陷入层以及一第二绝缘层的一基底；在该第二绝缘层以及该电荷陷入层中形成一内凹开口，其中该内凹开口位于该电荷陷入层的宽度大于位于该第二绝缘层的宽度；在该内凹开口中形成一热氧化层以作为一埋入式漏极绝缘层，其中该热氧化层与该内凹开口侧壁密合；以及在该基底上形成一导电层，以作为控制闸。
16.如权利要求15所述的半导体元件的制造方法，其特征为其中该电荷陷入层的材质包括氮化硅。
17.如权利要求15所述的半导体元件的制造方法，其特征为其中形成该内凹开口的方法包括下列步骤去除部份该第二绝缘层以及该电荷陷入层以形成一开口；以及以一湿式蚀刻法去除该开口侧壁的部份该电荷陷入层，以形成该内凹开口。
18.如权利要求17所述的半导体元件的制造方法，其特征为其中该湿式蚀刻法所使用的一蚀刻液包括磷酸。
19.如权利要求18所述的半导体元件的制造方法，其特征为其中该蚀刻液的温度为摄氏20度至180度左右。
20.如权利要求17所述的半导体元件的制造方法，其特征为其中该湿式蚀刻法的操作时间为0.5分钟至5分钟左右。
21.如权利要求15所述的半导体元件的制造方法，其特征为其中形成该热氧化层的方法包括热氧化法。
全文摘要
一种氮化硅只读存储器的制造方法，此方法是在基底上形成由绝缘层－电荷陷入层－绝缘层所组成的陷入介电层夹层结构(Trapping dielectric sandwiched)，接着在电荷陷入层上的绝缘层以及电荷陷入层中形成内凹开口。然后，在内凹开口中形成热氧化层与开口侧壁密合，以将电荷陷入层封闭于绝缘层与热氧化层内，而能够避免后续形成的控制闸与电荷陷入层接触，进而防止储存数据的流失。
文档编号H01L21/70GK1452238SQ02118038
公开日2003年10月29日 申请日期2002年4月18日 优先权日2002年4月18日
发明者刘建宏, 潘锡树, 黄守伟 申请人:旺宏电子股份有限公司