专利名称：一种非挥发性存储器单元及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，特别是涉及一种非挥发性 存储器单元及其制造方法。
背景技术：
传统的非挥发性存储器(如EEPROM， FLASH, OTP, MTP)单元 结构如图l所示，首先在硅衬底上形成场区11和有源区，在有源区植入 形成N阱或P阱10，沟道12，形成覆盖在表面的栅氧化物膜21,形成 并图案化第一多晶硅栅极22，形成并图案化氧化物膜23，氧化物膜23 至少覆盖第一多晶硅栅极22，形成并图案化第二多晶硅栅极24，之后进 行轻掺杂漏极，形成侧壁氧化物25 (spacer),植入形成源和漏极14，沉 积并研磨形成介电层27。
第一多晶硅栅极22通过栅氧化物膜21与沟道12形成栅氧电容，从 而控制沟道12耗尽或反型。第一多晶硅栅极22称为浮置栅极，与其他电 极隔离，因而可以存储电荷，浮置栅极22存储的电荷可以调整元件阈值 电压。第一多晶硅栅极22通过元件氧化物膜23与第二多晶硅栅极24形 成多晶硅-绝缘体-多晶硅电容(Poly Insulator Poly capacitor,以下简称PIP 电容)，第二多晶硅栅极24称为控制栅极，控制栅极24的电压通过PIP 电容控制浮置栅极22的电荷分布进而通过栅氧电容控制沟道12的耗尽或 反型。
由于传统的非挥发性存储器由2层多晶硅栅极构成，而深亚微米级标 准逻辑电路制程只有一层多晶硅栅极，传统的非挥发性存储器如嵌入标准 逻辑电路制程则需要额外的多晶硅栅极光罩和工艺步骤。由于要求存储器 元件尺寸如多晶硅栅极22， 24尽量縮小，工艺上会有蚀刻残留导致漏电等一系列相关问题，造成工艺难以掌控。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提出一种非挥发性存储器单 元及其制造方法，只用一层多晶硅栅极，避免了复杂的两层多晶硅工艺, 可以容易的嵌入标准逻辑电路制程，使得工艺更容易掌控。
为了达到本发明的上述和其他目的，本发明提出 一种非挥发性存储器
单元，其包括半导体衬底；栅氧电容，该栅氧电容位于半导体衬底与多晶 硅栅极之间；浮置栅极，位于半导体衬底上方的第一介电层中，包括多晶 硅栅极、与多晶硅栅极连接的第一通孔和该第一通孔上方的第一金属层； 金属-绝缘体-金属电容，位于第一介电层上方的第二介电层中，包括第一 金属层、介电膜和电容上级板金属层；控制栅极，由电容上级板金属层、 与该电容上级板金属层连接的第二通孔和该第二通孔上方的第二金属层 形成；控制栅极的电压通过金属-绝缘体-金属电容控制浮置栅极的电荷分 布进而通过栅氧电容控制沟道的耗尽或反型。
作为优选，上述多晶硅栅极，第一通孔及第一金属层，电容上级板金 属层，第二通孔及第二金属层均通过图案化形成。
作为优选，上述栅氧电容由多晶硅栅极通过栅氧化物膜与沟道形成， 用于控制沟道的耗尽或反型。
作为优选，上述多晶硅栅极通过第一通孔与第一金属层连接构成的浮 置栅极，与其他电极隔离，因而可以存储电荷，存储的电荷可以调整元件 阈值电压。
作为优选，上述控制栅极通过金属-绝缘体-金属电容控制浮置栅极的 电荷分布。
本发明还提出一种制造非挥发性存储器单元的方法，其包括 步骤l、提供半导体衬底；
步骤2、在半导体衬底的上表面形成栅氧化物膜和多晶硅栅极；步骤3、在半导体衬底上形成源和漏极并沉积第一介电层；
步骤4、在第一介电层中形成第一通孔并填充金属；
步骤5、在第一介电层的第一通孔上形成金属-绝缘体-金属电容，包 括第一金属层、绝缘体层和电容上级板金属层，该第一金属层通过第一通 孔连接多晶硅栅极；
步骤6、沉积第二介电层；
步骤7、在第二介电层中形成第二通孔并填充金属；
步骤8、在第二介电层的第二通孔上形成第二金属层，该第二金属层 与电容上级板金属层通过第二通孔连接。
作为优选，上述步骤1中的半导体衬底上还包括场区、有源区和沟道，
其中在有源区通过植入形成N阱或P阱。
作为优选，上述步骤2之后还包括轻掺杂漏极以及在多晶硅栅极侧壁
形成侧壁氧化物的步骤。
采用本发明的技术方案，只需使用一层多晶硅栅极，该多晶硅栅极通 过第一通孔与第一金属层连接作为浮置栅极，第一金属层与其上的介电膜 和电容上级板金属层构成金属-绝缘体-金属电容，该金属-绝缘体-金属电 容的上级板金属层通过第二通孔与第二金属层相连作为控制栅极，控制栅 极的电压通过金属-绝缘体-金属电容控制浮置栅极的电荷分布进而通过 栅氧电容控制沟道的耗尽或反型。因而，与现有技术相比，本发明所提出 的技术方案避免了复杂的两层多晶硅工艺，可以容易的嵌入标准逻辑电路 制程，使工艺更容易掌控。
图1是传统的非挥发性存储器单元结构示意图2为本发明一种非挥发性存储器单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作更详细的描述。
参见图2， 一种非挥发性存储器单元，包括半导体衬底10;栅氧电容， 该栅氧电容位于半导体衬底10与多晶硅栅极22之间；浮置栅极，位于半
导体衬底上方的第一介电层27中，包括多晶硅栅极22、与多晶硅栅极连 接的第一通孔29和该第一通孔上方的第一金属层32;金属-绝缘体-金属 电容，位于第一介电层27上方的第二介电层37中，包括第一金属层32、 介电膜33和电容上级板金属层34;控制栅极，由电容上级板金属层34、 与该电容上级板金属层34连接的第二通孔39和该第二通孔上方的第二金 属层42形成；控制栅极的电压通过金属-绝缘体-金属电容控制浮置栅极 的电荷分布进而通过栅氧电容控制沟道的耗尽或反型。
作为优选，上述多晶硅栅极22，第一通孔29及第一金属层32、电容 上级板金属层34、第二通孔39及第二金属层42均通过图案化形成。
作为优选，上述栅氧电容由多晶硅栅极22通过栅氧化物膜21与沟道 12形成，用于控制沟道的耗尽或反型。
作为优选，上述多晶硅栅极22通过通孔29与第一金属层32连接构 成的浮置栅极，与其他电极隔离，因而可以存储电荷，存储的电荷可以调 整元件阈值电压。
作为优选，上述控制栅极通过金属-绝缘体-金属电容控制浮置栅极的 电荷分布。
参见图2， 一种制造非挥发性存储器单元的方法，其包括 步骤l、提供半导体衬底；
步骤2、在半导体衬底的上表面形成栅氧化物膜21和多晶硅栅极22;
步骤3、在半导体衬底上形成源和漏极14并沉积第一介电层27;
步骤4、在第一介电层27中形成第一通孔29并填充金属；
步骤5、在第一介电层27的第一通孔29上形成金属-绝缘体-金属电 容，包括第一金属层32、绝缘体层33和电容上级板金属层34，该第一金 属层32通过第一通孔29连接多晶硅栅极22;步骤6、沉积第二介电层37;
步骤7、在第二介电层37中形成第二通孔39并填充金属；
步骤8、在第二介电层37的第二通孔39上形成第二金属层42，第二 金属层42与电容上级板金属层34通过第二通孔39连接。
作为优选，上述步骤1中的半导体衬底上还包括场区11、有源区和 沟道12，其中在有源区通过植入形成N阱或P阱IO。
作为优选，上述步骤2之后还包括轻掺杂漏极14以及在多晶硅栅极 22侧壁形成侧壁氧化物25的过程。
以上描述了本发明的较佳实施例，当然，本发明还可有其他实施例， 在不背离本发明之精神及实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根 据本发明做出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于 本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种非挥发性存储器单元，其特征在于，包括半导体衬底；栅氧电容，该栅氧电容位于半导体衬底与多晶硅栅极之间；浮置栅极，位于半导体衬底上方的第一介电层中，包括多晶硅栅极、与多晶硅栅极连接的第一通孔和该第一通孔上方的第一金属层；金属-绝缘体-金属电容，位于第一介电层上方的第二介电层中，包括第一金属层、介电膜和电容上级板金属层；控制栅极，由电容上级板金属层、与该电容上级板金属层连接的第二通孔和该第二通孔上方的第二金属层形成；控制栅极的电压通过金属-绝缘体-金属电容控制浮置栅极的电荷分布进而通过栅氧电容控制沟道的耗尽或反型。
2. 根据权利要求1所述的一种非挥发性存储器单元，其特征在于， 上述多晶硅栅极，第一通孔及第一金属层，电容上级板金属层，第二通孔 及第二金属层均通过图案化形成。
3. 根据权利要求1所述的一种非挥发性存储器单元，其特征在于， 上述栅氧电容由多晶硅栅极通过栅氧化物膜与沟道形成，用于控制沟道的 耗尽或反型。
4. 根据权利要求1所述的一种非挥发性存储器单元，其特征在于， 上述多晶硅栅极通过第一通孔与第一金属层连接构成的浮置栅极，与其他 电极隔离，因而可以存储电荷，存储的电荷可以调整元件阈值电压。
5. 根据权利要求1所述的一种非挥发性存储器单元，其特征在于， 上述控制栅极通过金属-绝缘体-金属电容控制浮置栅极的电荷分布。
6. —种非挥发性存储器单元的制造方法，其特征是包括 步骤l、提供半导体衬底；步骤2、在半导体衬底的上表面形成栅氧化物膜和多晶硅栅极；步骤3、在半导体衬底上形成源和漏极并沉积第一介电层；步骤4、在第一介电层中形成第一通孔并填充金属；步骤5、在第一介电层的第一通孔上形成金属-绝缘体-金属电容，包 括第一金属层、绝缘体层和电容上级板金属层，该第一金属层通过第一通 孔连接多晶硅栅极；步骤6、沉积第二介电层；步骤7、在第二介电层中形成第二通孔并填充金属；步骤8、在第二介电层的第二通孔上形成第二金属层，该第二金属层 与上述电容上级板金属层通过第二通孔连接。
7. 根据权利要求6所述的一种非挥发性存储器单元的制造方法，其 特征在于，步骤1中的半导体衬底上还包括场区、有源区和沟道，其中在 有源区通过植入形成N阱或P阱。
8. 根据权利要求6所述的一种非挥发性存储器单元的制造方法，其 特征在于，步骤2之后还包括轻掺杂漏极以及在多晶硅栅极侧壁形成侧壁 氧化物的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种非挥发性存储器单元及其制造方法。该挥发性存储器单元包括半导体衬底；栅氧电容，该栅氧电容位于半导体衬底与多晶硅栅极之间；浮置栅极，包括多晶硅栅极、与多晶硅栅极连接的第一通孔和该第一通孔上方的第一金属层；金属-绝缘体-金属电容，包括第一金属层、介电膜和电容上级板金属层；控制栅极，由电容上级板金属层、与该电容上级板金属层连接的第二通孔和该第二通孔上方的第二金属层形成；控制栅极的电压通过金属-绝缘体-金属电容控制浮置栅极的电荷分布进而通过栅氧电容控制沟道的耗尽或反型。采用本发明的技术方案避免了复杂的两层多晶硅工艺，可以容易的嵌入标准逻辑电路制程，使工艺更容易掌控。
文档编号H01L21/336GK101609844SQ20081012572
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者夏洪旭, 王政烈 申请人:和舰科技(苏州)有限公司