专利名称：垂直式的氮化物只读存储单元的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种半导体器件的结构，特别是关于一种具有垂直结构的氮化物只读存储单元(Nitride Read-Only-Memory cell，NROMcell)。
另外，在公知的技术中，氮化物层所收集的电荷集中于邻近源极/漏极的区域内，而且收集在氮化物层的电荷会增加信道区的启始电压(Threshold Voltage)。当存储单元内存在有集中电荷时(例如程序化后的存储单元)，此存储单元会受到启始电压升高的影响，而使此存储单元在进行资料读取时，因读取电压低于启始电压而使信道区成为非传导区。反之，当在存储单元内没有集中电荷时，则会因读取电压会超过启始电压，而使信道区成为传导区。
公知的氮化物只读存储器件使用于只读存储器(read onlymemory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable ROM，EPROM)、可擦除可编程只读闪存(Flash EPROM)、可电除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM)、或可电除可编程只读闪存(Flash Electrically Erasable Programmable ROM，FlashEEPROM)的中。由于氮化物只读存储器件经由信道区而将热电子注入并陷于氮化物层中以进行存储单元的程序化，因此在传统的可程序只读存储器器件中，使用氮化物只读存储器件时，消除程序化所使用的时间会远大于程序化所使用的时间，进而使整体程序化与消除程序化的时间增加。
另外，在公知的氮化物只读存储器件中，由于信道区位于栅极下方，因此在更快速、更小型化、更密集封包的集成电路设计需求下，信道区的长度将有随之逐渐缩短的趋势，以使器件的操作速度加快。然而，当信道区的长度缩短至一定程度之后，则会产生短信道效应(Short Channel Effects)及热电子效应(Hot Electron Effects)，进而导致器件的电性失效的结果。
本发明提供一种氮化物只读存储器件结构，其中此氮化物只读存储器具有垂直结构，以使信道区沿着垂直方向分布，以有效地降低器件尺寸。
本发明提供一种氮化物只读存储器件结构，其中位线沿着X方向分布，以更进一步地缩小器件尺寸。
本发明提供一种氮化物只读存储器件结构，以通过增加信道区的长度而使器件的接合电容可以有效地降低的同时，可同时提高氮化物只读存储器件的性能及降低器件尺寸。
为了达成上述目的，本发明提出一种垂直式的氮化物只读存储单元，其结构包括具有沟渠的基底、具有覆盖基底的水平部分以及嵌在沟渠中一端与水平部分邻接的垂直部分的栅极、位于栅极与基底之间的捕捉层、位于栅极垂直部分的另一端的基底中的第一源极/漏极区、以及位于沟渠边缘的基底中而且与栅极的垂直部分及水平部分连接的第二源极/漏极区。
由上述可知，本发明的垂直式只读存储器件所需的面积远小于传统的水平式只读存储器件，因此，可得到具有高密集程度的存储器件。
由上述可知，本发明的信道区沿着垂直方向延伸，因此位线沿着X方向延伸，可更进一步缩小氮化物只读存储单元的尺寸。
由上述可知，本发明的信道区沿着垂直方向延伸，因此信道区的长度可随着沟渠深度的调整而调整，进而有效地降低接合电容的需求。而且可在降低器件尺寸的同时，避免短信道效应的发生，进而有效地提升器件的稳定性。
由上述可知，本发明在降低接合电容的同时，可以有效地降低电阻-电容延迟时间(RC delay time)，因此，可以有效地增加器件的操作速度，进而改善器件的性能。
103离子植入104第一源极/漏极区106第二源极/漏极区108一般源极/漏极区110，114二氧化硅层112氮化硅层116栅极导体层接着，请参照图2所示，进行离子植入103，以在沟渠边缘的基底中形成第一源极/漏极区104与第二源极/漏极区106，以及在沟渠102的底部基底中形成一般源极/漏极区108。源极/漏极区104、106、108的植入方法例如是使用介于5×1012离子/平方厘米至2×1016离子/平方厘米之间的剂量以及介于5KeV至80KeV之间的能量，进行氟化硼、砷或磷离子的植入。另外，在形成源极/漏极区104、106、108之后，进行一热处理，以在10秒(快速热反应(RTA)，高温)至60分钟(低温)之间，将器件加热至摄氏800度至摄氏1100度之间，以使所植入的掺质活性化。
接着，请参照图3至图5所示，在基底与沟渠之上形成捕捉层。如图5所示，例如是由二氧化硅层110-氮化硅层112-二氧化硅层114所构成的捕捉层，形成于基底100与沟渠102(如
图1所示)之上。请参照图3所示，在低温氧化操作之下，在基底100与沟渠102(如图1所示)之上形成厚度为50埃至150埃之间的底二氧化硅层110，且底二氧化硅层110的较佳厚度为80埃左右。氧化温度介于摄氏750度至摄氏1000度之间，较佳为摄氏800度左右。
接着，请参照图4所示，使用化学气相沉积法，在底二氧化硅层110上覆盖一层厚度介于20埃至150埃之间的氮化硅层112，氮化硅层112的较佳厚度为100埃左右。另外形成氮化硅层112的方法虽以化学气相沉积法为例进行说明，然而并不是以此为限，也可以改用其它沉积法。
接着，请参照图5所示，利用热氧化法，在氮化硅层112之上形成一顶二氧化硅层114。形成顶二氧化硅层114的方法，虽然以热氧化法为例进行说明，然而并不是以此为限，也可以改用沉积法或结合法。需要注意的是，利用热氧化法形成顶二氧化硅层114期间，会消耗部分氮化硅层112，且氮化硅层112的消耗厚度为顶二氧化硅层114的形成厚度的一半。因此，如果顶二氧化硅层114的预定形成厚度为100埃时，则氮化硅层112的厚度至少比最后所需的氮化硅层112的厚度多50埃，以通过消耗额外的氮化硅而形成顶二氧化硅层114。另外，顶二氧化硅层114的较佳厚度系为50埃至150埃。
接着，请参照图6所示，在基底100之上，覆盖一层栅极导体层116，并填满沟渠102(如第1图所示)。栅极导体层116例如是掺杂多晶硅层。栅极导体层116的形成方法例如是利用低压化学气相沉积法(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)，在基底上覆盖一层未掺杂多晶硅层，再将活性掺质植入未掺杂多晶硅层中，以形成掺杂多晶硅层。
由上述垂直式氮化物只读存储器晶体管可得知，垂直式只读存储器件所需的面积远小于传统的水平式结构晶体管。再由现行的设计法则可知，具有较小需求面积的器件将可更进一步地提升器件的密集度而得到高密集程度的电路器件。因此，使用本发明的垂直式氮化物只读存储器，可得到高密集程度的存储器件。
由上述垂直式氮化物只读存储器晶体管可得知，由于信道区沿着垂直方向延伸，因此位线沿着X方向延伸，故可更进一步缩小氮化物只读存储单元的尺寸。
由上述垂直式氮化物只读存储器晶体管可得知，由于信道区沿着垂直方向延伸，因此信道区的长度可随着沟渠深度的调整而调整，进而有效地降低接合电容的需求。且可在降低器件尺寸的同时，避免短信道效应的发生，进而有效地提升器件的稳定性。
由上述可知，本发明降低接合电容的同时，可以有效地降低电阻-电容延迟时间。因此可以有效地增加器件的操作速度，进而改善器件的性能。
虽然在本较佳实施例中是以氮化物只读存储器晶体管进行说明，然而本发明并不限定于此，在不脱离本发明的精神和范围内，也可以适用于其它金属氧化物半导体晶体管的制造。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然并非用以来限定本发明，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。也可以依据本发明的权利要求所界定的精神和范围作各种的更动与润饰。所有在本发明中所使用的实施例与附图仅用来对本发明进行说明，并不以此为限。
权利要求
1.一种垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于包括一基底，该基底中有一沟渠；一栅极，该栅极包括一水平部分与一垂直部分，该水平部分覆盖在基底上，该垂直部分嵌入沟渠中而且一端与该水平部分邻接；一捕捉层，位于栅极与基底之间；一第一源极/漏极区，位于该垂直部分另一端的基底中；一第二源极/漏极区，位于该沟渠边缘的基底中，且与该垂直部分及该水平部分连接。
2.如权利要求1所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于该捕捉层包括一混合介电层，该混合介电层包括氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层。
3.如权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于氧化硅层的形成方法包括低温热氧化法。
4.如权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于氧化硅层的厚度介于50埃至150埃之间。
5.如权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于氮化硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
6.如权利要求2所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于氮化硅层的厚度介于20埃至150埃之间。
7.如权利要求1所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于该栅极的材料包括一掺杂多晶硅层，且该掺杂多晶硅层是由一未掺杂多晶硅层同时掺杂而得。
8.如权利要求7所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于该掺杂多晶硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
9.一种金属氧化物半导体晶体管，其特征在于包括一基底，该基底中具有一沟渠；一栅极，该栅极包括一水平部分与一垂直部分，其中水平部分覆盖在基底上，垂直部分嵌入沟渠中而且一端与该水平部分邻接；一介电层，位于栅极与基底之间；一第一源极/漏极区，位于垂直部分另一端的基底中；一第二源极/漏极区，位于沟渠边缘的基底中，且与该垂直部分及该水平部分连接。
10.如权利要求9所述的金属氧化物半导体晶体管，其特征在于该介电层包括一混合介电层，该混合介电层包括氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层。
11.如权利要求10所述的金属氧化物半导体晶体管，其特征在于氧化硅层的形成方法包括低温热氧化法。
12.如权利要求10所述的金属氧化物半导体晶体管，其特征在于氧化硅层的厚度介于50埃至150埃之间。
13.如权利要求10所述的金属氧化物半导体晶体管，其特征在于氮化硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
14.如权利要求10所述的金属氧化物半导体晶体管，其特征在于氮化硅层的厚度介于20埃至150埃之间。
15.如权利要求9所述的金属氧化物半导体晶体管，其特征在于该介电层包括氧化硅层。
16.如权利要求9所述的金属氧化物半导体晶体管，其特征在于该栅极的材料包括一掺杂多晶硅层，该掺杂多晶硅层由一未掺杂多晶硅层同时掺杂而得。
17.如权利要求16所述的金属氧化物半导体晶体管，其特征在于该掺杂多晶硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
18.一种垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于包括一基底，该基底中具有一沟渠；一栅极，该栅极包括一水平部分与一垂直部分，其中该水平部分覆盖在基底上，该垂直部分嵌入沟渠中且一端与该水平部分邻接；一捕捉层，位于栅极与基底之间；一一般源极/漏极区，位于该垂直部分另一端的基底中；一第一源极/漏极区，位于沟渠一端边缘的基底中，且与该垂直部分及该水平部分连接；一第二源极/漏极区，位于沟渠另一端边缘的基底中，且与该垂直部分及该水平部分连接。
19.如权利要求18所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于该捕捉层包括一混合介电层，该混合介电层包括氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层。
20.如权利要求19所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于氧化硅层的形成方法包括低温热氧化法。
21.如权利要求19所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于氧化硅层的厚度介于50埃至150埃之间。
22.如权利要求19所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于氮化硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
23.如权利要求19所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于氮化硅层的厚度介于20埃至150埃之间。
24.如权利要求18所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于该栅极的材料包括一掺杂多晶硅层，该掺杂多晶硅层由一未掺杂多晶硅层同时掺杂而得。
25.如权利要求24所述的垂直式的氮化物只读存储单元，其特征在于该掺杂多晶硅层的形成方法包括低压化学气相沉积法。
26.一种半导体结构，该半导体结构之一主动区内具有一第一传导形式，该第一传导形式的一种是基底至少包括一沟渠、嵌于沟渠中且具有一水平部分与一垂直部分的一栅极电极，其中该水平部分覆盖在基底上，该垂直部分垂直嵌入沟渠中且一端与该水平部分邻接，至少在该垂直部分附近覆盖一捕捉层，该半导体结构的特征在于包括一第一源极/漏极区，位于该垂直部分另一端的基底中；一第二源极/漏极区，位于沟渠边缘的基底中，且与该垂直部分及该水平部分连接。
全文摘要
一种垂直式的氮化物只读存储单元，其结构包括具有沟渠的基底、具有覆盖基底的水平部分以及嵌在沟渠中一端与水平部分邻接的垂直部分的栅极、位于栅极与基底之间的捕捉层、位于栅极垂直部分的另一端的基底中的第一源极/漏极区、以及位于沟渠边缘的基底中且与栅极的垂直部分以及水平部分连接的第二源极/漏极区。
文档编号H01L29/66GK1407626SQ01131319
公开日2003年4月2日 申请日期2001年9月6日 优先权日2001年9月6日
发明者张耀文, 卢道政 申请人:旺宏电子股份有限公司