专利名称：一种复合存储介质浮栅存储器结构及其制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种复合存储介质浮栅存储器结构及其制作方法。
背景技术：
自从1967年贝尔实验室的D. Kahng和S. M. Sze提出了浮栅结构的非易失性半导 体存储器以来，基于栅堆叠的MOSFET结构的浮栅半导体存储器就在容量、成本和功耗上以 占有极大的优势取代了之前长期使用的磁存储器。在此基础上，日本东芝公司在1984年成功提出了 Flash存储器的概念，目前Flash 存储器是非易失性半导体存储器市场上的主流器件，但是随着微电子技术节点不断向前推 进，工艺线宽将进一步减小，基于浮栅结构的传统Flash器件正在遭遇严重的技术难点，主 要原因是由于隧穿介质层的持续减薄，漏电现象越发严重，严重限制了 Flash器件的可缩 小化，导致浮栅存储器件的密度难以提升。目前解决此类问题的解决方案有两种。一种革命式方案，就是采用完全不同存储 机理和结构的存储介质，如RRAM，FeRAM, PCRAM等；另外一种改进型方案，就是在现有非易 失性浮栅存储器的基础上，采用新的浮栅存储介质，如Mtride，纳米晶等。对于前一种方 案，由于采用两端式存储结构，存储单元占用芯片的面积会大幅减少，密度可以进一步提 高，但是在这种方案当中，有的与传统CMOS工艺的兼容性不是很高，需要增加额外的工艺 步骤，有的存储机理还有待进一步研究，因此目前还不是很成熟。而对于第二种方案，采用 氮化硅，非金属纳米晶，几乎与传统CMOS工艺完全兼容，甚至不需要增加额外的光刻模板， 对于目前65nm以下的非易失性浮栅存储器领域，有着非常广阔的应用前景。但是在第二种方案中，对于硅纳米晶浮栅存储器和氮化硅浮栅存储器都存在着电 荷存储能力不足的问题，而采用硅纳米晶和氮化硅的复合结构可以提高浮栅的电荷存储能 力。目前制作纳米晶的方法有多种，不同衬底上的纳米晶密度也不尽相同，但是氮化硅衬底 的硅纳米晶密度较高，而且基于LPCVD的制作方法最为简单，可以一步形成，成本低廉，而 且均勻性较高，可以用于大规模生产应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种复合存储介质浮栅存储器结构及其制 作方法，以解决传统Flash技术节点可缩小化问题存在的不足，采用两种存储介质储存电 荷，增大存储窗口，使浮栅存储电荷的可靠性增加，提高浮栅器件的保持特性。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种复合存储介质浮栅存储器结构，该结构由下 至上依次包括硅衬底、隧穿介质层、氮化硅、硅纳米晶、高温氧化物、多晶硅层和在硅衬底上 刻蚀形成的栅和源/漏区，以及在二氧化硅层上刻蚀形成的侧墙。
上述方案中，所述隧穿介质层为二氧化硅，厚度小于或等于40埃。上述方案中，所述氮化硅和硅纳米晶构成复合存储介质，氮化硅的厚度为3 4nm0上述方案中，所述高温氧化物的厚度为7 12nm，所述多晶硅层的厚度为150 300nmo本发明还提供了一种复合存储介质浮栅存储器结构的制作方法 ，该方法包括步骤1 在硅衬底上生长一层二氧化硅；步骤2 在二氧化硅上生长一层氮化硅；步骤3 对氮化硅表面进行预处理，然后在氮化硅表面淀积一层硅纳米晶；步骤4 在硅纳米晶上淀积一层高温氧化物；步骤5 在高温氧化物上淀积一层多晶硅，然后再一步刻蚀到硅衬底形成栅和源/ 漏区；步骤6 采用高密度等离子体淀积一层二氧化硅，再各向异性刻蚀出侧墙；步骤7 最后再做出源/漏区，引出电极。上述方案中，步骤1中所述在硅衬底上生长一层二氧化硅采用热氧化方法实现， 步骤2中所述在二氧化硅上生长一层氮化硅采用LPCVD方法实现，氮化硅的厚度为3 4nm。上述方案中，步骤3中所述对氮化硅表面进行预处理采用稀释的氢氟酸，在氮化 硅表面淀积一层硅纳米晶采用LPCVD方法实现，淀积硅纳米晶所用气体为硅烷。上述方案中，步骤4中所述在硅纳米晶上淀积一层高温氧化物采用LPCVD方法实 现，高温氧化物的厚度为7 12nm。上述方案中，步骤5中所述在高温氧化物上淀积一层多晶硅采用LPCVD方法实现， 多晶硅的厚度为150 300nm。上述方案中，步骤6中所述淀积二氧化硅的厚度为400 600nm。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、利用本发明，可得到具有两种存储介质的浮栅结构，可以增大存储窗口。2、利用本发明，可得到具有高密度的硅纳米晶，进一步增大存储窗口。3、利用本发明，可得到一种分立存储介质的硅纳米晶，提高浮栅电荷存储的保持 特性。4、利用本发明，可得到LPCVD制作的硅纳米晶，这种方法与传统CMOS工艺完全兼 容，可以提高器件制造的成品率，适用于大规模生产。
图1是本发明提供的复合存储介质浮栅存储器结构的结构示意图；图2是本发明提供的制作复合存储介质浮栅存储器结构的方法流程图；图3-1至图3-8是依照本发明实施例提供的制作复合存储介质浮栅存储器结 构的工艺流程图；其中，1-金属；2-多晶硅；3-高温氧化物(HTO) ；4-硅纳米晶；5-侧墙 (spacer) ；6-氮化硅；7_热生长的二氧化硅；8_硅衬底。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明是采用氮化硅和硅纳米晶复合介质作为非易失性存储器当中的浮栅层，可 以使得浮栅层存储电荷的能力增大，从而可以提高存储窗口。如图1所示，图1是本发明提供的复合存储介质浮栅存储器结构的结构示意图，该 结构由下至上依次包括硅衬底、隧穿介质层、氮化硅、硅纳米晶、高温氧化物、多晶硅层和在 硅衬底上刻蚀形成的栅和源/漏区，以及在二氧化硅层上刻蚀形成的侧墙。隧穿介质层为二氧化硅，厚度小于或等于40埃。氮化硅和硅纳米晶构成复合存储 介质，氮化硅的厚度为3 4nm。高温氧化物的厚度为7 12nm，多晶硅层的厚度为150 300nmo如图2所示，图2是本发明提供的制作复合存储介质浮栅存储器结构的方法流程 图，该方法包括以下步骤步骤1 在硅衬底上生长一层二氧化硅；在硅衬底上生长一层二氧化硅采用热氧 化方法实现。步骤2 在二氧化硅上生长一层氮化硅；在二氧化硅上生长一层氮化硅采用LPCVD 方法实现，氮化硅的厚度为3 4nm。步骤3 对氮化硅表面进行预处理，然后在氮化硅表面淀积一层硅纳米晶；对氮化 硅表面进行预处理采用稀释的氢氟酸，在氮化硅表面淀积一层硅纳米晶采用LPCVD方法实 现，淀积硅纳米晶所用气体为硅烷。步骤4 在硅纳米晶上淀积一层高温氧化物；在硅纳米晶上淀积一层高温氧化物 采用LPCVD方法实现，高温氧化物的厚度为7 12nm。步骤5 在高温氧化物上淀积一层多晶硅，然后再一步刻蚀到硅衬底形成栅和 源/漏区；在高温氧化物上淀积一层多晶硅采用LPCVD方法实现，多晶硅的厚度为150 300nmo步骤6 采用高密度等离子体淀积一层二氧化硅，再各向异性刻蚀出侧墙；淀积二 氧化硅的厚度为400 600nm。步骤7 最后再做出源/漏区，引出电极。图3-1至图3-8是依照本发明实施例提供的制作复合存储介质浮栅存储器结构的 工艺流程图，具体工艺步骤如下先在硅衬底上热氧化一层二氧化硅(图3-1)，再用LPCVD 方法淀积一层氮化硅(图3-2)，厚度范围为3 4nm，再用稀释的氢氟酸进行预处理，然 后在氮化硅表面用LPCVD方法淀积一层高密度的硅纳米晶(图3-3)，再淀积一层ΗΤ0(图 3-4)，厚度范围为7 12nm，然后淀积一层150 300nm左右的多晶硅(图3-5)，再一步 刻蚀到硅衬底形成栅和源/漏区(图3-6)，然后HDP (高密度等离子体)淀积一层400 600nm的二氧化硅，再各向异性刻蚀出侧墙(spacer)(图3_7)，最后再做出源/漏区，引出 电极(图3-8)。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种复合存储介质浮栅存储器结构，其特征在于，该结构由下至上依次包括硅衬底、隧穿介质层、氮化硅、硅纳米晶、高温氧化物、多晶硅层和在硅衬底上刻蚀形成的栅和源/漏区，以及在二氧化硅层上刻蚀形成的侧墙。
2.根据权利要求1所述的复合存储介质浮栅存储器结构，其特征在于，所述隧穿介质 层为二氧化硅，厚度小于或等于40埃。
3.根据权利要求1所述的复合存储介质浮栅存储器结构，其特征在于，所述氮化硅和 硅纳米晶构成复合存储介质，氮化硅的厚度为3 4nm。
4.根据权利要求1所述的复合存储介质浮栅存储器结构，其特征在于，所述高温氧化 物的厚度为7 12nm，所述多晶硅层的厚度为150 300nm。
5.一种复合存储介质浮栅存储器结构的制作方法，其特征在于，该方法包括步骤1 在硅衬底上生长一层二氧化硅；步骤2 在二氧化硅上生长一层氮化硅；步骤3 对氮化硅表面进行预处理，然后在氮化硅表面淀积一层硅纳米晶；步骤4 在硅纳米晶上淀积一层高温氧化物；步骤5 在高温氧化物上淀积一层多晶硅，然后再一步刻蚀到硅衬底形成栅和源/漏区；步骤6 采用高密度等离子体淀积一层二氧化硅，再各向异性刻蚀出侧墙；步骤7 最后再做出源/漏区，引出电极。
6.根据权利要求5所述的复合存储介质浮栅存储器结构的制作方法，其特征在于，步 骤1中所述在硅衬底上生长一层二氧化硅采用热氧化方法实现，步骤2中所述在二氧化硅 上生长一层氮化硅采用LPCVD方法实现，氮化硅的厚度为3 4nm。
7.根据权利要求5所述的复合存储介质浮栅存储器结构的制作方法，其特征在于，步 骤3中所述对氮化硅表面进行预处理采用稀释的氢氟酸，在氮化硅表面淀积一层硅纳米晶 采用LPCVD方法实现，淀积硅纳米晶所用气体为硅烷。
8.根据权利要求5所述的复合存储介质浮栅存储器结构的制作方法，其特征在于，步 骤4中所述在硅纳米晶上淀积一层高温氧化物采用LPCVD方法实现，高温氧化物的厚度为 7 12nm。
9.根据权利要求5所述的复合存储介质浮栅存储器结构的制作方法，其特征在于，步 骤5中所述在高温氧化物上淀积一层多晶硅采用LPCVD方法实现，多晶硅的厚度为150 300nmo
10.根据权利要求5所述的复合存储介质浮栅存储器结构的制作方法，其特征在于，步 骤6中所述淀积二氧化硅的厚度为400 600nm。
全文摘要
本发明公开了一种复合存储介质浮栅存储器结构及其制作方法。复合存储介质浮栅存储器结构由下至上依次包括硅衬底、隧穿介质层、氮化硅、硅纳米晶、高温氧化物、多晶硅层和在硅衬底上刻蚀形成的栅和源/漏区，以及在二氧化硅层上刻蚀形成的侧墙。利用本发明，解决了传统Flash技术节点可缩小化问题存在的不足，采用两种存储介质储存电荷，增大了存储窗口，使浮栅存储电荷的可靠性增加，提高了浮栅器件的保持特性。
文档编号H01L27/115GK101814506SQ200910078558
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月25日 优先权日2009年2月25日
发明者刘明, 杨潇楠, 王永, 王琴 申请人:中国科学院微电子研究所