一种SONOS存储器及其制备方法与流程

一种sonos存储器及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种sonos存储器及其制备方法。


背景技术：

2.闪存(flash memory)是基于可擦可编程只读存储器(eprom)与电可擦可编程只读存储器(eeprom)发展起来的一种非易失性存储器，他具有价格便宜、工艺相对简单、可方便快速的进行多次擦写的特点，自问世以来在便携式设备、嵌入式系统及汽车电子领域得到了广泛的应用。但由于具有浮栅结构的闪存存储器在读写和擦除的过程中需要高压操作，而coms不需要高压操作；闪存存储器是具有浮栅和存储栅的双层多晶硅结构，而coms为单层多晶硅结构，因此，闪存存储器与coms器件之间的整合难度较大且工艺较为复杂。而sonos(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon)技术可以很好的兼容coms工艺，并且sonos器件的单元尺寸小、操作电压低、价格便宜，在制造、使用和成本方面都极具竞争力。
3.现有的sonos器件结构通常包括选择管区(sg，select gate)、存储管区(cg，control gate)和外围逻辑区(i/o gate)，其中，选择管区与存储管区之间背靠背构成，中间的连接区域为金属硅化物，但选择管区的沟道漏电流较大，容易导致sonos器件失效，进而对良率造成影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种sonos存储器及其制备方法，以解决选择管区的沟道漏电流较大，容易导致sonos器件失效的问题。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种sonos存储器的制备方法，包括：
6.提供衬底，所述衬底上形成有存储栅和选择栅；
7.对所述衬底进行重掺杂离子注入工艺，以形成重掺杂区，所述重掺杂区位于所述存储栅外侧、所述选择栅外侧及所述存储栅和所述选择栅之间；
8.在所述存储栅和所述选择栅之间的所述重掺杂区上形成保护层；
9.在所述存储栅外侧和所述选择栅外侧的所述重掺杂区内形成第一金属硅化物层。
10.可选的，所述保护层的厚度大于100埃。
11.可选的，所述保护层的材料为氮化硅。
12.可选的，所述第一金属硅化物层的厚度小于所述重掺杂区的深度。
13.可选的，所述重掺杂离子注入工艺的离子注入浓度大于1e15atom/cm2。
14.可选的，在所述存储栅和所述选择栅两侧的所述重离子掺杂区内形成第一金属硅化物层时，还包括：
15.在所述存储栅与所述选择栅上形成第二金属硅化物层。
16.可选的，所述衬底具有选择管区和存储管区，所述选择栅位于所述选择管区内，所述存储栅位于所述存储管区内。
17.可选的，所述衬底在所述选择管区的顶面的高度低于在所述存储管区的顶面的高
度。
18.可选的，在所述衬底上形成所述存储栅和所述选择栅之前，还包括：
19.在所述衬底上依次形成第一氧化层和ono层；
20.去除所述选择管区内的所述ono层和所述第一氧化层；
21.在所述衬底的选择管区内形成第二氧化层，所述第二氧化层覆盖所述衬底；
22.在所述第一氧化层和所述第二氧化层上分别形成所述存储栅及所述选择栅；以及，
23.刻蚀所述第一氧化层、所述第二氧化层及所述ono层，保留所述存储栅下方的所述ono层和所述第一氧化层以及保留所述选择栅下方的所述第二氧化层。
24.本发明还提供一种sonos存储器，包括：
25.衬底；
26.选择栅和存储栅，形成于所述衬底上；
27.重掺杂区，位于所述衬底内，且位于所述选择栅外侧、所述存储栅外侧及所述存储栅和所述选择栅之间；
28.保护层，位于所述衬底上，且覆盖所述选择栅与所述存储栅之间的重掺杂区；
29.第一金属硅化物层，位于所述选择栅外侧和所述存储栅的外侧的所述重掺杂区内。
30.本发明提供一种sonos存储器及其制备方法，包括：提供衬底，所述衬底上形成有存储栅和选择栅；对所述衬底进行重掺杂离子注入工艺，以形成重掺杂区，所述重掺杂区位于所述存储栅外侧、所述选择栅外侧及所述存储栅和所述选择栅之间；在所述存储栅和所述选择栅之间的所述重掺杂区上形成保护层；在所述存储栅外侧和所述选择栅外侧的所述重掺杂区内形成第一金属硅化物层，所述存储栅和所述选择栅仅利用两者之间的所述重掺杂区电性连接，从根本上避免金属硅化物由于所述存储栅与所述选择栅之间的连接区域的不平坦地貌产生侧向延伸，进而降低所述存储栅和所述选择栅之间的接触电阻的问题，减少选择栅沟道漏电，保证产品的良率。
附图说明
31.图1a～1c为一种sonos存储器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图；
32.图2和图3为图1c中的sonos存储器的扫描电镜形貌图；
33.图4为本发明实施例提供的一种sonos存储器的制备方法的流程图；
34.图5a～5h为本发明实施一例提供的一种sonos存储器的制备方法相应步骤对应的结构示意图；
35.图6为图5h中的sonos存储器的扫描电镜形貌图；
36.其中，附图说明为：
37.100、200-衬底；a、a-选择栅；b、b-存储栅；202-第一氧化层；204-ono层；206-第二氧化层；208-多晶硅层；110、210-选择栅；112、212-存储栅；114、214-侧墙；116-轻掺杂区；118、218-第一金属硅化物层；119-侧向延伸部；120、220-第二金属硅化物层；216-重掺杂区；217-保护层。
具体实施方式
38.图1a～1c为一种sonos存储器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图，如图1a所示，提供衬底100，所述衬底100内形成有选择管区a与存储管区b，在所述衬底100的选择管区a上形成选择栅110，在所述衬底100的存储管区b上形成存储栅112；如图1b所示，对所述衬底100进行轻掺杂离子注入工艺，以形成轻掺杂区116，所述轻掺杂区116位于所述选择栅110外侧、所述存储栅112外侧及所述存储栅112和所述选择栅110之间；如图1c所示，在所述轻掺杂区116内形成第一金属硅化物层118，并在所述选择栅110和所述存储栅112的顶面形成第二金属硅化物层120。
39.图2和图3为图1c中的sonos存储器的扫描电镜形貌图，如图2及图3所示，由于在形成所述选择栅110和所述存储栅112的过程中，需要在所述衬底上形成第一氧化层和ono层之后对所述选择管区a上的所述第一氧化层和所述ono层进行刻蚀，为了使所述选择管区a上的所述第一氧化层去除干净，需要刻蚀一部分所述衬底100，且后续在所述选择管区a的所述衬底100上生长所述第一氧化层的过程中会氧化一部分所述衬底100，导致所述衬底100在所述选择管区a的顶面的高度低于在所述存储管区b的顶面的高度，所述选择管区a与所述存储管区b之间形成不平坦的台阶地貌。当在所述轻掺杂区116内形成所述第一金属硅化物层118时，所述选择管区a与所述存储管区b之间的不平坦的区域会影响所述第一金属硅化物层118的生长，进而在所述选择栅110与所述存储栅112之间的所述轻掺杂区116内形成带有侧向延伸部119的所述第一金属硅化物层118。
40.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
41.在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些文本未描述的其它步骤可被添加到该方法。
42.图4为本实施例提供的一种sonos存储器的制备方法的流程图，如图4所示，本发明提供了一种sonos存储器的制备方法，包括：
43.步骤s1：提供衬底，所述衬底上形成有存储栅和选择栅；
44.步骤s2：对所述衬底进行重掺杂离子注入工艺，以形成重掺杂区，所述重掺杂区位于所述存储栅外侧、所述选择栅外侧及所述存储栅和所述选择栅之间；
45.步骤s3：在所述存储栅和所述选择栅之间的所述重掺杂区上形成保护层；
46.步骤s4：在所述存储栅外侧和所述选择栅外侧的所述重掺杂区内形成第一金属硅化物层。
47.图5a～5h为本实施例提供的一种sonos存储器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图，下面结合附图5a～5h对本实施例提供的一种sonos存储器的制备方法进行更详细的描述，其中图示了本发明的优选实施例。
48.如图5a所示，提供衬底200，所述衬底200具有存储管区b和选择管区a，并在所述存储管区b和所述选择管区a的衬底200上形成堆叠的第一氧化层202与ono层204，所述ono层
204为氧化硅、氮化硅和氧化硅组成的叠层。
49.如图5b所示，在所述ono层204的表面旋涂光刻胶，对所述光刻胶进行图形化处理，以曝光后的光刻胶为掩膜刻蚀除去所述选择管区a上的所述第一氧化层202和所述ono层204，并对所述衬底200进行过刻蚀，保证所述第一氧化层202被彻底去除，由于进行了过刻蚀，所述衬底200在所述选择管区a的顶面的高度低于在所述存储管区b的顶面的高度，所述选择管区a与所述存储管区b之间出现不平坦的台阶地貌。最后灰化除去所述光刻胶。
50.如图5c所示，通过热氧工艺或者化学气相沉积工艺在所述衬底200上形成第二氧化层206，所述第二氧化层206覆盖所述选择管区a，在形成所述第二氧化层206的过程中所述衬底200的一部分会被氧化，使所述选择管区a与所述存储管区b之间的所述衬底200的高度差进一步变大。
51.进一步的，在所述ono层204及所述第一氧化层202上形成多晶硅层208，所述多晶硅层208覆盖所述ono层204及所述第一氧化层202。
52.如图5d所示，刻蚀所述多晶硅层208，并继续刻蚀所述ono层204、所述第一氧化层202及所述第二氧化层206，漏出所述衬底200。刻蚀完成后，剩余的所述多晶硅层208形成选择栅210和存储栅212，所述选择栅210位于所述选择管区a上，所述存储栅212位于所述存储管区b上。
53.应理解，所述衬底200还具有外围逻辑管区，在形成所述选择栅210及所述存储栅212时，还同步在所述外围逻辑管区内形成了逻辑栅。
54.如图5e所示，在所述选择栅210和所述存储栅212的侧壁上形成侧墙214。
55.如图5f所示，对所述衬底200进行重掺杂离子注入工艺，以形成重掺杂区216，所述重掺杂区216位于所述存储栅212外侧、所述选择栅210外侧及所述选择栅210和所述存储栅212之间。相较于轻掺杂来说，重掺杂的掺杂浓度高，可以起到电性连接的作用。
56.其中，所述重掺杂离子注入工艺的离子注入浓度大于1e15atom/cm2。
57.如图5g所示，在所述存储栅212与选择栅210之间的所述重掺杂区216上形成保护层217，所述保护层217覆盖所述重掺杂区216。所述保护层217的厚度大于100埃，以更好的保护所述存储栅212与选择栅210之间的所述重掺杂区216，避免所述存储栅212与选择栅210之间所述重掺杂区216的表面在后续工艺中发生裸露。
58.在本实施例中，所述保护层217为氮化硅；在其它可选实施例中，所述保护层217还可选用氧化硅和碳化硅等化合物。
59.如图5h所示，在所述重掺杂区216上形成金属层，所述金属层的材料为钛、镍等，进行热退火工艺使所述金属层与所述重掺杂区216内的硅反应，在所述重掺杂区216内形成第一金属硅化物层218，最后去除未反应的金属层。
60.由于所述选择栅210与所述存储栅212之间的所述重掺杂区216上存在有所述保护层217，所述金属层与所述重掺杂区216不能接触反应，所以所述第一金属硅化物层218仅形成于所述选择栅210外侧与所述存储栅212外侧的所述重掺杂区216内，且所述第一金属硅化物层218的厚度小于所述重掺杂区216的深度。
61.所述存储栅212与所述逻辑栅之间及所述选择栅210与所述逻辑栅之间采用所述第一金属硅化物层218进行电性连接；所述存储栅212与所述选择栅210之间采用所述重掺杂区216进行电性连接。
62.进一步的，在所述重掺杂区216上形成金属层的同时，在所述选择栅210与所述存储栅212的表面形成金属层，进而在所述选择栅210上和所述存储栅212上第二金属硅化物层220。
63.图6为图5h中的sonos存储器的扫描电镜形貌图，如图6所示，所述选择栅210与所述存储栅212之间仅靠所述重掺杂区216进行连接，从根本上避免所述第一金属硅化物层218由于所述选择栅210与所述存储栅212之间的台阶地貌在所述重掺杂区216内发生侧向延伸，进而提高所述sonos器件的稳定性。
64.本发明还提供一种sonos存储器，包括：衬底200；选择栅210和存储栅212，形成于所述衬底100上；重掺杂216区，位于所述衬底200内，且位于所述选择栅210外侧、所述存储栅212外侧及所述存储栅212和所述选择栅210之间；保护层217，位于所述衬底200上，且覆盖所述选择栅210与所述存储栅212之间的重掺杂区216；第一金属硅化物层218，位于所述选择栅210外侧和所述存储栅212的外侧的所述重掺杂区216内。综上，本发明提供一种sonos存储器及其制备方法，所述sonos存储器的制备方法包括：提供衬底200，所述衬底200上形成有存储栅212和选择栅210；对所述衬底200进行重掺杂离子注入工艺，以形成重掺杂区216，所述重掺杂区216位于所述选择栅210的外侧、所述存储栅212的外侧及所述存储栅212和所述选择栅210之间；在所述存储栅212和所述选择栅210之间的所述重掺杂区216上形成保护层217；在所述存储栅212外侧和所述选择栅210外侧的所述重掺杂区216内形成第一金属硅化物层218，利用所述重掺杂区216连接所述存储栅212和所述选择栅210，对导通电流的影响小于0.5％，且从根本上避免所述第一金属硅化物层218由于所述选择栅210与所述存储栅212之间的台阶地貌在所述重掺杂区216内发生侧向延伸，进而降低连接区域的电阻，减少选择栅210沟道漏电，保证产品的良率；此外，仅在生成所述第一金属硅化物层218前，使用氮化硅对所述选择栅210与所述存储栅212之间连接区域的所述重掺杂区216进行覆盖，不需要使用额外的光罩，改进工艺的同时未增加制造成本。
65.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。