发明名称 具有能捕获电荷之闸极介电质结构的依电性记忆体装置之电晶体及其制造方法
摘要 本发明系有关于一种具有能捕获电荷之闸极介电质结构的依电性记忆体装置之电晶体及其制造方法。在一依电性记忆体装置之一单元区域中的电晶体包括:一第一导电型之基板;一闸极介电质结构,能捕获电荷及形成于上述基板上;一闸极,形成于上述闸极介电质结构上;一闸极绝缘层,形成于上述闸极上;一第二导电型之源极/汲极,形成于上述基板之设置于上述闸极的每一横向侧边下面之一预定区域中;以及一第一导电型之通道离子布植区域,形成于上述基板之设置于上述闸极下面的一预定区域。
申请公布号 TWI269451 申请公布日期 2006.12.21
申请号 TW093119548 申请日期 2004.06.30
申请人 海力士半导体股份有限公司 发明人 李相敦;金一旭;安进弘;朴荣俊
分类号 H01L29/792(2006.01) 主分类号 H01L29/792(2006.01)
代理机构 代理人 何金涂 台北市大安区敦化南路2段77号8楼;林荣琳 台北市大安区敦化南路2段77号8楼
主权项 1.一种电晶体,位于一依电性记忆体装置之一单元区域中,该电晶体包括:一第一导电型之基板;一闸极介电质结构,能捕获电荷且形成于该基板上;一闸极,形成于该闸极介电质结构上;一闸极绝缘层,形成于该闸极上;一第二导电型之源极/汲极,形成于该基板之设置于该闸极的每一横向侧边下面之一预定区域中;以及一第一导电型之通道离子布植区域,形成于该基板之设置于该闸极下面的一预定区域中。2.如申请专利范围第1项之电晶体,其中该闸极介电质结构包括:一下闸极介电质层,形成于该基板上;一中间闸极介电质层,用以捕获电荷,其形成于该下闸极介电质层上;以及一上闸极介电质层,形成于该中间闸极介电质层上。3.如申请专利范围第2项之电晶体,其中该中间闸极介电质层植入有电子,以增加一临界电压値。4.如申请专利范围第2项之电晶体,其中该中间闸极介电质层植入有电洞,以减少一临界电压値。5.如申请专利范围第2项之电晶体,其中该下闸极介电质层及该上闸极介电质层系由氧化物所制成,以及该中间闸极介电质层系由氮化物所制成。6.如申请专利范围第2项之电晶体,其中该下闸极介电质层及该上闸极介电质层系由氧化物所制成,以及该中间闸极介电质层系由一选自由氮氧化物、氧化铝及氧化铪所组成之群的物质所制成。7.一种依电性记忆体装置,包括:一第一电晶体,使用于一记忆体单元中及具有一闸极介电质结构,该闸极介电质结构包括:一下闸极介电质层;一中间闸极介电质层,用以捕获电荷;及一上闸极介电质层;以及一第二电晶体,使用于一逻辑电路中及具有一单一氧化层之闸极介电质结构。8.如申请专利范围第7项之依电性记忆体装置,其中该第一电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层具有一等于该第二电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层之厚度。9.如申请专利范围第7项之依电性记忆体装置,其中该第一电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层具有一大于该第二电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层之厚度。10.如申请专利范围第7项之依电性记忆体装置,其中该第一电晶体之中间闸极介电质层植入有电子,以增加一临界电压値。11.如申请专利范围第7项之依电性记忆体装置,其中该第一电晶体之中间闸极介电质层植入有电洞,以减少一临界电压値。12.如申请专利范围第7项之依电性记忆体装置,其中在该第一电晶体之闸极介电质结构中,该下闸极介电质层及该上闸极介电质层系由氧化物所制成,以及该中间闸极介电质层系由氮化物所制成。13.如申请专利范围第7项之依电性记忆体装置,其中在该第一电晶体之闸极介电质结构中,该下闸极介电质层及该上闸极介电质层系由氧化物所制成,以及该中间闸极介电质层系由一选自由氮氧化物、氧化铝及氧化铪所组成之群的物质所制成。14.一种依电性记忆体装置,包括:一第一N-通道金属氧化物半导体(NMOS)电晶体,用于一记忆体单元中及具有一闸极介电质结构,该闸极介电质结构包括:一下闸极介电质层;一中间闸极介电质层;及一上闸极介电质层;一第二NMOS电晶体,用于一逻辑电路中及具有一单一氧化层之闸极介电质结构;以及一P-通道金属氧化物半导体(PMOS)电晶体,用于一逻辑电路中及具有一闸极介电质结构,该闸极介电质结构包括:一下闸极介电质层;一中间闸极介电质层;及一上闸极介电质层。15.如申请专利范围第14项之依电性记忆体装置,其中该第一NMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层及该PMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层具有一等于该第二NMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层之厚度。16.如申请专利范围第14项之依电性记忆体装置,其中该第一NMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层及该PMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层具有一大于该第二NMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层之厚度。17.如申请专利范围第14项之依电性记忆体装置,其中该PMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层具有一等于该第二NMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层之厚度,以及该第一NMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层具有一大于该第PMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层及该第二NMOS电晶体之闸极介电质结构的有效氧化层之厚度。18.如申请专利范围第14项之依电性记忆体装置,其中该第一NMOS电晶体及该PMOS电晶体之每一中间闸极介电质层植入有电子,以增加一临界电压値。19.如申请专利范围第14项之依电性记忆体装置,其中该第一NMOS电晶体及该PMOS电晶体之每一中间闸极介电质层植入有电洞,以减少一临界电压値。20.如申请专利范围第14项之依电性记忆体装置,其中该第一NMOS电晶体及该PMOS电晶体之每一下闸极介电质层及每一上闸极介电质层系由氧化物所制成,以及该第一NMOS电晶体及该PMOS电晶体之每一中间闸极介电质层系由氮化物所制成。21.如申请专利范围第14项之依电性记忆体装置,其中该第一NMOS电晶体及该PMOS电晶体之每一下闸极介电质层及每一上闸极介电质层系由氧化物所制成,以及该第一NMOS电晶体及该PMOS电晶体之每一中间闸极介电质层系由一选自由氮氧化物、氧化铝及氧化铪所组成之群的物质所制成。22.一种依电性记忆体装置,包括:一电晶体,用于一记忆体单元中,该电晶体包括:一第一导电型之基板;一闸极介电质结构,能捕获电荷及形成于该基板上;一闸极,形成于该闸极介电质结构上;一闸极绝缘层,形成于该闸极上;一第二导电型之源极/汲极,形成于该基板之设置于该闸极之每一横向侧边下面的一预定部分中;及一第一导电型之通道离子布植区域,形成于该基板之设置于该闸极下面的一预定区域中;以及一电压产生装置,用以藉由将一预定电压供应至该基板、该闸极及该源极/汲极以将电荷植入该闸极介电质结构,来控制使用于该记忆体单元中之电晶体的临界电压。23.如申请专利范围第22项之依电性记忆体装置,其中该闸极介电质结构包括:一下闸极介电质层,形成于该基板上;一中间闸极介电质层,用以捕获电荷及形成于该下闸极介电质层上;以及一上闸极介电质层,形成于该中间闸极介电质层上。24.如申请专利范围第23项之依电性记忆体装置,其中该电压产生装置藉由将电子植入该中间闸极介电质层,以增加用于该记忆单元中之电晶体的临界电压。25.如申请专利范围第23项之依电性记忆体装置,其中该电压产生装置藉由将电洞植入该中间闸极介电质层,以减少用于该记忆单元中之电晶体的临界电压。26.如申请专利范围第23项之依电性记忆体装置,其中该下闸极介电质层及该上闸极介电质层系由氧化物所制成,以及该中间闸极介电质层系由氮化物所制成。27.如申请专利范围第23项之依电性记忆体装置,其中该下闸极介电质层及该上闸极介电质层系由氧化物所制成,以及该中间闸极介电质层系由一选自由氮氧化物、氧化铝及氧化铪所组成之群的物质所制成。28.一种用以形成一依电性记忆体装置之一闸极介电质结构的方法,其中该依电性记忆体装置系以一单元区域(在该单元区域中形成有一用于一记忆单元中之一电晶体)及一周边区域(在该周边区域中形成有一用于一逻辑电路中之一电晶体)所界定,该方法包括下列步骤:依序形成一第一氧化层、一用以捕获电荷之介电质层及一第二氧化层于一基板上;选择性地蚀刻设置于该周边区域中之第二氧化层及介电质层;蚀刻暴露于该周边区域中之第一氧化层,同时蚀刻该单元区域中之第二氧化层;以及形成一第三氧化层于该单元区域及该周边区域中。29.如申请专利范围第28项之方法,其中在蚀刻该单元区域中之第二氧化层的步骤中,控制该第二氧化层,以保留一预定厚度,以便该单元区域中之电晶体的闸极介电质结构包括该第一氧化层、该用以捕获电荷之介电质层、该第二氧化层及该第三氧化层,以及该周边区域中之电晶体的闸极介电质结构包括该第三氧化层。30.如申请专利范围第28项之方法,其中在蚀刻该单元区域中之第二氧化层的步骤中,控制该第二氧化层,以保留一预定厚度,以便该单元区域中之电晶体的闸极介电质结构包括该第一氧化层、该用以捕获电荷之介电质层及该第三氧化层,以及该周边区域中之电晶体的闸极介电质结构包括该第三氧化层。31.如申请专利范围第28项之方法,其中该用以捕获电荷之介电质层系由一选自由氮化物、氮氧化物、氧化铝及氧化铪所组成之群的物质所制成。32.一种用以在一依电性记忆体装置中形成一闸极介电质结构的方法,其中该依电性记忆体装置系以一单元区域(在该单元区域中形成有一用于一记忆体单元之第一NMOS电晶体)及一周边区域(在该周边区域中形成有一用于一逻辑电路之第二NMOS电晶体及一用于一逻辑电路中之PMOS电晶体)来界定,该方法包括下列步骤:依序形成一第一氧化层、一用以捕获电荷之介电质层及一第二氧化层于一基板上;选择性地在该周边区域之第一预定区域中蚀刻该第二氧化层及该介电质层,其中该第二NMOS电晶体系形成于该周边区域之第一预定区域中;去除暴露于该第一预定区域中之第一氧化层,同时蚀刻设置于该单元区域中及该周边区域之第二预定区域中的第二氧化层,其中该PMOS电晶体系形成于该周边区域之第二预定区域中;以及形成一第三氧化层于该单元区域及该周边区域中。33.如申请专利范围第32项之方法,其中在蚀刻该单元区域中及该周边区域之第一预定区域中之第二氧化层的步骤中,控制该第二氧化层之蚀刻至一预定厚度,以便该第一NMOS电晶体及该PMOS电晶体之每一闸极介电质结构包括该第一氧化层、该用以捕获电荷之介电质层、该第二氧化层之剩余部分及该第三氧化层,以及该二NMOS电晶体之闸极介电质结构包括该第三氧化层。34.如申请专利范围第32项之方法,其中在蚀刻该单元区域中及该周边区域之第一预定区域中之第二氧化层的步骤中,控制该第二氧化层,以保留一预定厚度,以便该第一NMOS电晶体及该PMOS电晶体之每一闸极介电质结构包括该第一氧化层、该用以捕获电荷之介电质层及该第三氧化层,以及该二NMOS电晶体之闸极介电质结构包括该第三氧化层。35.如申请专利范围第32项之方法,其中该用以捕获电荷之介电质层系由一选自由氮化物、氮氧化物、氧化铝及氧化铪所组成之群的物质所制成。36.一种用以在一依电性记忆体装置中形成一闸极介电质结构的方法,其中该依电性记忆体装置系以一单元区域(在该单元区域中形成有一用于一记忆体单元中之第一NMOS电晶体)及一周边区域(在该周边区域中形成有一用于一逻辑电路之PMOS电晶体及一用于一逻辑电路之第二NMOS电晶体)来界定,该方法包括下列步骤:依序形成一第一氧化层、一用以捕获电荷之介电质层及一第二氧化层于一基板上;选择性地蚀刻在该周边区域之第一预定区域中之第二氧化层及介电质层,其中该第二NMOS电晶体系形成于该周边区域之第一预定区域中;选择性地蚀刻在该周边区域之第二预定区域中之第二氧化层的部分,其中该PMOS电晶体系形成于该周边区域之第二预定区域中,以减少该第二氧化层之厚度;去除暴露于该第一预定区域中之第一氧化层,同时去除该第二预定区域中之第二氧化层及该单元区域中之第二氧化层的部分;以及形成一第三氧化层于该单元区域及该周边区域中。37.如申请专利范围第36项之方法,其中在蚀刻该二预定区域中及该单元区域中之第二氧化层的步骤中,控制该第二氧化层之蚀刻至一预定厚度,以便该第一NMOS电晶体之闸极介电质结构包括该第一氧化层、该用以捕获电荷之介电质层、该第二氧化层之剩余部分及该第三氧化层;该PMOS电晶体之闸极介电质结构包括该第一氧化层、该用以捕获电荷之介电质层及该第三氧化层;以及该第二NMOS电晶体之闸极介电质结构包括该第三氧化层。38.如申请专利范围第36项之方法,其中该用以捕获电荷之介电质层系由一选自由氮化物、氮氧化物、氧化铝及氧化铪所组成之群的物质所制成。图式简单说明:第1图系显示一传统动态随机存取记忆体(DRAM)装置之一电晶体的剖面图;第2A图系显示界面漏电流随着一P-型井区中之硼的掺杂浓度之增加而增加的特性之图示;第2B图系显示一资料保留时间随着一P-型井区之掺杂浓度的增加而减少之图示;第3图系显示依据本发明一DRAM之一电晶体的剖面图,其中该电晶体具有一氧化物、氮化物及氧化物(ONO)之闸极介电质结构;第4A图显示依据本发明第一较佳实施例一DRAM装置之剖面图,其中该DRAM装置在一单元区域中具有NMOS电晶体(该等NMOS电晶体具有一ONO之闸极介电质结构)及在一周边区域中具有NMOS及PMOS电晶体(该NMOS及PMOS电晶体具有一单一氧化层之闸极介电质结构);第4B图显示依据本发明第二及第三较佳实施例一DRAM装置之剖面图,其中该DRAM装置在一单元区域中具有NMOS电晶体及在一周边区域中具有一PMOS电晶体(每一NMOS电晶体及PMOS电晶体具有一ONO之闸极介电质结构),以及在该周边区域中具有一NMOS电晶体(该NMOS电晶体具有一单一氧化层之闸极介电质结构);第5A-5D图系描述用以制造依据本发明第一实施例之第4A图所示的DRAM装置之方法的剖面图;第6A-6D图系描述用以制造依据本发明第二实施例之第4B图所示的DRAM装置之方法的剖面图;以及第7A-7E图系描述用以制造依据本发明第三实施例之第4B图所示的DRAM装置之方法的剖面图。
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