专利名称：可编程非挥发存储器的单元布图结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及可编程非挥发存储器(NVM)的布图结构及其制造方法。
技术背景目前，OTP NVROM ( One Time Programmable Non-volatile Read-Only Memory, —次性可编程非挥发只读存储器)在世界上应用广泛。相对于其他非 挥发性只读存储器来说，OTP NVROM具有结构简单，集成度高，生产工艺精 炼，编程结构多样化等优点。OTP NVROM提供了介于掩模只读存储器(Mask Rom)和闪存(Flash)产 品特性之间的单片微型计算机(Micro Controller Unit)存储单元，既可以进行一 次性编程，在生产量不大的情况下，其价格又接近掩模产品，因此被市场广泛 应用。现有的OTP NVROM制造技术通常应用于大于0.18um技术，虽然已有多家 研究机构报道OTP NVROM在实验室的很多制造方法，但均未报道在大规模生 产中制造高密度OTP NVROM的方法。此外，OTP NVROM—般的设计法则(design rule)中，接触到栅极需要留 有一定的间距，如图l所示。而采用自对准接触(SAC)工艺的正方形网格设 计的OTP结构中的字线(word line )方向每隔一定距离要开一条共源线( common sourceline)以分离器件的源漏端，如图2所示。这使得单元布图(Celllayout) 需要占较大的空间。发明内容本发明目的在于，提供一种自对准浮栅和自对准接触(SAC)结构的可编 程NVM的单元布图结构及其制造方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种可编程NVM的单元布图结构，包括有源区域、浅槽隔离区域、多晶硅 字线，第一层接触、第二层接触，其中每两条位线共用所述第二接触。其中，所述可编程NVM的单元布图结构为网格结构。可使用自对准接触结构SAC(self align contact),同时取消共源线，并且每个源漏端互相共享使用接触以达到最小 尺寸的结构。因此采用了双层接触(contact)结构的新设计达到了每两条位线(Bit line)共用4妄触。与现有技术相比，虽然本发明这种布图结构可能对编程的难度有所增加， 但接触的设计使每个单元器件的源极和/或漏极可以独立连接出来，同时达到共 源极和/或漏极的目的，节省了空间。这种结构结合设计规则(design rule)的限 制，最大限度地应用了二维空间的空隙，充分体现了高密度的特性，降低了生 产成本。一种可编程非挥发存储器的制造方法，包括以下步骤步骤一、在半导体衬底上形成浮栅和浅槽隔离区；步骤二、进行阱注入和热退火工艺；步骤三、生长控制栅极；步骤四、形成侧墙，进行源/漏极离子注入；步骤五、生长介电质将金属连线与下层器件区分开，并进行第一层接触和 第二层接触的制造。进一步地，所述步骤一具体包括以下步骤首先，在半导体衬底表面生长隧道氧化层，之后再生长一非掺杂多晶硅层， 再进行多晶硅离子注入，形成浮栅，在形成浮栅后，形成浅槽隔离。 进一步地，所述步骤二具体包括以下步骤根据硅表面薄膜的组分和厚度进行阱注入，形成基本的器件源区，通过快 速热退火工艺将注入离子分布均匀，并形成硅间介电层。 进一步地，所述步骤三具体包括以下步骤在硅间介电层生长重掺杂多晶硅作为控制栅极，然后又生长一层硅化鵠,作 为接触与多晶硅栅形成欧姆接触的连接层，再依次生长刻蚀阻挡层，用于形成自对准接触。进一步地，所述步骤三中的所述刻蚀阻挡层为氧化硅层和氮化硅层。 进一步地，所述步骤四中利用氮化硅或氧化硅作为栅极的侧墙，然后进行 源漏极离子注入，形成完整的MOS器件。进一步地，所述步骤五中第一层接触的制造采用负距离设计规则制造。 进一步地，所述步骤五中第二层接触的制造，根据布图的设计，打孔与第一层接触相连接，完成第二层接触的制造。本发明提出可编程NVM的制造方法，使用自对准浮栅和自对准接触结构的 技术，可利用0.13um制造技术，生产尺寸0.11 urn到0.14um,单元面积为 0.066um2到0.084um2的高密度的NVM，最大限度地提高了光刻机的利用效率。 同时，此生产的OTP NVM结构可根据设计需要扩展为多次可编程非挥发只读 存储器(Multi-time programmable NVM),或者可擦写的内存(flash)结构，降 低了生产成本。以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
图1、图2为现有可编程NVM的单元布图结构示意图； 图3为本发明可编程NVM的单元布图结构实施例结构示意图； 图4为本发明方法实施例在形成浮栅和浅槽隔离区后的字线方向剖面结构 示意图；图5、图6、图7为制造过程中位线有源区方向的剖面示意图； 图8为制造过程中位线浅槽隔离方向剖面示意图。
具体实施方式
如图3所示， 一种可编程NVM的单元布图结构，包括有源区域l、浅槽隔 离(STI)区域2、多晶硅字线3、第一层接触4、第二层接触5，其中每两条位 线(Bitline)共用所述第二接触5。其中，所述可编程NVM的单元布图结构为网格结构。一种可编程非挥发存储器的制造方法，本实施例中采用0.13um工艺流程， 其中NVM既可单独制造，又可以与其他逻辑电路集成在一起。具体包括以下步 骤步骤一、浮栅和浅槽隔离区的形成；首先，在半导体衬底lO表面生长隧道氧化层ll,之后再生长一非掺杂多晶 硅层12,再进行多晶硅离子注入，从而形成浮栅。在形成浮栅后，通过光刻及 化学机械研磨等工艺，形成0.13um标准尺寸的浅槽隔离14 (STI)。该步骤中， 利用形成STI的技术将浮栅进行了第一次修整，是独特的浮栅形成技术。如图4 所示。其中所述衬底IO在本实施例中选取通用的P型掺杂的定向单晶硅片为衬底，以获得很好的重复性和可移植性。步骤二、进行阱注入和热退火工艺；根据硅表面薄膜的组分和厚度进行阱注入，形成基本的器件源区。并通过 快速热退火工艺将注入离子分布均匀，同时加固浮栅的形状，并形成硅间介电 层15。步骤三、生长控制栅极；生长重掺杂多晶硅16作为控制栅极，然后又生长一层硅化钨17 (WSix)， 作为接触与多晶硅栅形成欧姆接触的连接层，再依次生长一层比较厚的刻蚀阻 挡层，用于形成自对准接触(SAC)。如图5所示，本实施例中该刻蚀阻挡层为 一氧化硅层18和一氮化硅层19(SiN)。根据器件尺寸和设计要求进行膝光和刻 蚀，此步骤可同时帮助去除有源区中不需要的浮栅多晶硅。至此，浮栅和控制 栅同时形成。在浮栅的制造过程中没有应用单独的掩膜(mask),而是巧妙的利 用浅槽隔离14和堆叠栅极的光刻过程进行图案修整，达到自对准的效果，节省 了制造工艺，减小的由于光刻带来的尺寸误差。步骤四、形成侧墙，并进行源/漏极离子注入；该步骤可以采用现有的工艺技术，利用氮化硅或氧化硅作为栅极的侧墙， 然后进4亍源漏才及离子注入，形成完整的MOS器件。如图6所示。 步骤五、自对准接触(Self-aligned Contact , SAC);此时进行到后段工艺。为隔离前段工艺中形成的MOS器件，要生长介电质 将金属连线与下层器件区分开，通常使用硼磷硅玻璃(BPSG)、离子增强四乙 基原硅酸盐(PE-TEOS )，高密度离子注入硅氧化物等。本实施例中使用硼磷硅 玻璃20(BPSG)、离子增强四乙基原硅酸盐21，如图7、图8所示。该步骤具 体包括以下两次接触制造第一层接触的制造。根据本发明布图设计，本实施例中采用负距离设计规 则，即接触与控制栅极的设计距离为0,由于曝光的固有误差，接触必然会与控 制栅极相重合。但是由于控制栅极上有一层非常厚的刻蚀阻挡层19 (SiN)，因 此，本实施例中的接触刻蚀步骤中只刻蚀氧化层(Ox),这样氮化硅与氧化硅的 刻蚀选择比很高，刻蚀时，不会刻蚀到控制栅极，SiN可以完全保护到控制栅极 上的WSix被遮盖，不会造成栅极和源极'、漏极的穿通。这样做出的接触在珪 (silicon)表面的尺寸约为0.06-0.08um，远小于一般0.13um工艺的接触(contact) 尺寸(0.13um)，如图7所示。第二层接触的制造。根据布图的设计，在单元区域(cell region)进行两次 接触制造，目的是将单元区的SAC与金属连线连接起来，同时又不违反单元区 的布局规则。在第一层接触制造好后，进行WSix的填充，然后沉积介电氧化层， 化学机械研磨。第二层接触的曝光和刻蚀由于只需要打孔与第一层接触相连接， 因此不需要特殊处理，曝光的尺寸可完全按照0.13um的设计规则来进行。而本实施例中给出的制造方法是应用0.13um技术，制造出单元面积可以比 拟90nm技术的高密度NVM的制造方法。比一般制造技术更为有用的是，本发 明中采用堆叠的栅极结构，可以根据需求的不同和电路设计得改进修改生产工 艺，制造可以多次擦写的可编程(Multi-time Programmable, MTP)产品，具有广 泛的用途。
权利要求
1、一种可编程NVM的单元布图结构，包括有源区域、浅槽隔离区域、多晶硅字线，其特征在于还包括第一层接触、第二层接触，其中每两条位线共用所述第二接触。
2、 根据权利要求1所述的可编程NVM的单元布图结构，其特征在于所 述可编程NVM的单元布图结构为网格结构。
3、 一种可编程非挥发存储器的制造方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一、在半导体衬底上形成浮栅和浅槽隔离区；步骤二、进行阱注入和热退火工艺；步骤三、生长控制栅极；步骤四、形成侧墙，进行源/漏极离子注入；步骤五、生长介电质将金属连线与下层器件区分开，并进行第一层接触和 第二层接触的制造。
4、 根据权利要求3所述的可编程非挥发存储器的制造方法，其特征在于 所述步骤一具体包括以下步骤首先，在半导体衬底表面生长隧道氧化层，之后再生长一非掺杂多晶硅层， 再进行多晶硅离子注入，形成浮4册，在形成浮栅后，形成浅槽隔离。
5、 根据权利要求4所述的可编程非挥发存储器的制造方法，其特征在于 所述步骤二具体包括以下步骤根据硅表面薄膜的组分和厚度进行阱注入，形成基本的器件源区，通过快 速热退火工艺将注入离子分布均匀，并形成硅间介电层。
6、 根据权利要求5所述的可编程非挥发存储諸的制造方法，其特征在于 所述步骤三具体包括以下步骤在硅间介电层生长重掺杂多晶硅作为控制栅极，然后又生长一层硅化钨，作 为接触与多晶硅栅形成欧姆接触的连接层，再依次生长刻蚀阻挡层，用于形成自对准接触。
7、 根据权利要求6所述的可编程非挥发存储器的制造方法，其特征在于 所述步骤三中的所述刻蚀阻挡层为氧化硅层和氮化硅层。
8、 根据权利要求7所述的可编程非挥发存储器的制造方法，其特征在于 所述步骤四中利用氮化硅或氧化硅作为栅极的侧墙，然后进行源漏极离子注入，形成完整的MOS器件。
9、 根据权利要求8所述的可编程非挥发存储器的制造方法，其特征在于 所述步骤五中第 一层接触的制造采用负距离设计规则制造。
10、 根据权利要求8所述的可编程非挥发存储器的制造方法，其特征在于 所述步骤五中第二层接触的制造，根据布图的设计，打孔与第一层接触相连接, 完成第二层接触的制造。
全文摘要
一种可编程非挥发存储器的单元布图结构及其制造方法，所述单元布图结构包括有源区域、浅槽隔离区域、多晶硅字线，第一层接触、第二层接触，其中每两条位线共用所述第二接触。其中，所述可编程NVM的单元布图结构为网格结构。可使用自对准接触结构，同时取消共源线，并且每个源漏端互相共享使用接触以达到最小尺寸的结构。因此采用了双层接触结构的新设计达到了每两条位线共用接触。与现有技术相比，虽然本发明这种布图结构可能对编程的难度有所增加，但接触的设计使每个单元器件的源极和/或漏极可以独立连接出来，同时达到共源极和/或漏极的目的，最大限度地应用了二维空间的空隙，充分体现了高密度的特性，降低了生产成本。
文档编号H01L27/115GK101217146SQ200710173578
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者军 谢, 马惠平 申请人:上海宏力半导体制造有限公司