专利名称：缩小sonos存储器单元面积的制造方法
技术领域：
本发明属于半导体器件的工艺集成方法，尤其涉及一种缩小SONOS存储器单元面 积的制造方法。
背景技术：
传统的S0N0S(硅-氧化物-氮化物_氧化物-硅)存储器由一个 ONO (Oxide-Nitride-Oxide，氧化物-氮化物-氧化物)为栅极绝缘层的晶体管和普通的以 Si02为绝缘层的晶体管组成一个存储单元(见图1)。SONOS管的基本原理为下层与有源区 接触的Si02为隧穿氧化层4，厚度很薄，对于0. 13um(微米)工艺，操作电压+/-15V以内， 其厚度大约为15 25埃，在一定的垂直电压下，有源区中的电子可以穿过该隧穿氧化层4 进入氮化物层3，并被存储，相反在反向电压下，氮化物层3存储的电子可以通过此隧穿氧 化层4进入有源区。中间的氮化物层3为电容层，用来存储隧穿的电子。上层的oxide(氧 化物)为绝缘氧化层2，保证氮化物层3中的电子不会进入栅，栅上的电流也不能进入氮化 物层3。如图4所示，传统SONOS存储器的制造工艺流程为1)在硅衬底5上全面沉积Si02，形成Si02层4，见图4A ；2)光刻刻蚀去除SONOS管区域的Si02，在其他区域(即普通晶体管区域)形成 Si02的保护层(抗反射阻挡层7和光刻胶8)，见图4B ；3)全面沉积ONO三层膜，由上至下为绝缘氧化层2，氮化物层3，隧穿氧化层4，见 图4C;4)光刻保护SONOS管的ONO区域，在该区域上形成Si02的保护层(抗反射阻挡层 7和光刻胶8)；5)干法刻蚀去除普通晶体管区域的0N(绝缘氧化层2和氮化物层3)，见图4D ；6)湿法刻蚀去除普通晶体管区域剩下的Si02，见图4E ；7)后续步骤形成栅氧与栅极，见图4F和图4G。在步骤6)中由于湿法刻蚀的各向同性原理，SONOS区域的绝缘氧化层2由于和抗 反射层7或光刻胶8粘附性比氮化物层3和隧穿氧化层4的差很多，会造成绝缘氧化层2产 生横向刻蚀，然后再形成栅的时候，SONOS管的栅必须在绝缘氧化层2残留的区域形成，因 为绝缘氧化层2为绝缘层，如果没有这层，器件会直接击穿失效，因此受到绝缘氧化层2横 向刻蚀的制约，SONOS管和普通晶体管之间的最小距离受到工艺限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，该 方法能减少SONOS存储器ONO结构的上层Si02在湿法刻蚀中的横向刻蚀，使SONOS管与普 通晶体管之间的间距可以缩小，从而达到缩小面积的目的。为解决上述技术问题，本发明提供一种缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，包括如下步骤1)在硅衬底上全面沉积Si02 ；2)光刻刻蚀去除SONOS管区域的Si02，在普通晶体管区域形成Si02的保护层；3)全面沉积ONO三层膜；4)光刻保护SONOS管的ONO区域，在该区域上形成Si02的保护层；5)干法刻蚀去除普通晶体管区域的ON ；6)对硅片进行加热，使光刻胶沿侧壁流动覆盖ONO三层膜的上层氧化物；7)湿法刻蚀去除普通晶体管区域剩下的Si02 ；8)后续步骤形成栅氧与栅极。步骤6)中的温度为80 160°C，时间为IOs 240s。步骤6)对硅片进行加热的加热方式为直接接触加热或红外线远距离加热，硅片 加热时旋转或静止。步骤2)和步骤4)中的光刻工艺所使用的材料为G-Line，I-line, I-line+I-Line BARC, KrF+KrF BARC 或 ArF+ArF BARC。步骤7)采用HF湿法刻蚀去除Si02。和现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明利用光刻胶热流动工艺，在 Si02的湿法刻蚀前，进行一次热流动，能减少SONOS存储器ONO结构的上层Si02在湿法刻 蚀中的横向刻蚀，使SONOS管与普通晶体管之间的间距可以缩小，从而达到缩小SONOS存储 器单元面积的目的。
图1是现有SONOS存储器的存储单元示意图；图2是本发明SONOS存储器的存储单元示意图；图3是本发明中步骤6)热流动工艺的示意图。图4是现有SONOS存储器的制造工艺流程图；图5是本发明的SONOS存储器的制造工艺流程图。其中，1为SONOS管的栅极，2为绝缘氧化层，3为氮化物层，4为隧穿氧化层，5为硅 衬底，6为普通选择管的栅极，7为抗反射阻挡层(BRAC)，8为光刻胶，L为SONOS管与普通 选择管的间距。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。如图5所示，本发明提供一种SONOS存储器的制造方法，其工艺步骤为1)在硅衬底5上全面沉积Si02，形成Si02层4，见图5A ；对于操作电压15V以内 的器件，其厚度为50 250埃，其生长方式通常为热生长或PVD，CVD沉积。2)光刻刻蚀去除SONOS管区域的Si02，在其他区域(即普通晶体管区域)形成 Si02的保护层(抗反射阻挡层8和光刻胶7)，见图5B ；刻蚀一般采用含HF药液的湿法刻 蚀。3)全面沉积ONO三层膜(Oxide-Nitride-Oxide，绝缘氧化层2_氮化物层3_隧穿氧化层4)，见图5C ；对于操作电压15V以内的器件，通常厚度为隧穿氧化层4为10 100 埃，氮化物层3为40 350埃，绝缘氧化层2为50 250埃，通常采用热生长或PVD，CVD 沉积。4)光刻保护SONOS管的ONO区域，在该区域上形成Si02的保护层(抗反射阻挡层 8和光刻胶7)；5)干法刻蚀去除普通晶体管区域的0N(绝缘氧化层2和氮化物层3)，见图5D所 示；所述的干法刻蚀在对氮化物层3刻蚀时对衬底氧化层有高选择比，保证不会刻蚀到衬底。6)对硅片进行加热，使光刻胶8沿侧壁流动覆盖ONO三层膜的绝缘氧化层2，见图 5E ；7)湿法刻蚀去除普通晶体管区域剩下的Si02，该步骤一般采用HF刻蚀Si02，不会 和光刻胶8产生反应，见图5F;8)后续步骤形成栅氧与栅极，见图5G和图5H。其中，步骤2)，4)中的光刻工艺所使用的材料为G-Line (G线，对应光谱436nm)， I-Iined线，对应光谱365nm)，I-Iine光刻胶+Ι-LineBARC(抗反射阻挡层)，KrF(氟化 氪，对应光谱248nm)+KrF BARC，或ArF (氟化氩，对应光谱193nm)+ArF BARC0对于G_line， I-line,因为在湿法刻蚀中HF的侧向刻蚀较小，一般不采用BARC，但也可以使用BARC增强 粘附性，对于KrF和ArF，通常需要使用BARC，除非所使用的光刻胶材料对于HF的侧向刻蚀 抵抗力很强或与衬底结合能力很强，不发生横向渗透。其具体刻蚀抵抗力和粘附性的衡量 标准为湿法产生的横向刻蚀量<纵向刻蚀量。其中，步骤6)热流动步骤的具体工艺条件为温度为70°C -250°C，加热时间为 10s-600s，优选地，温度为80 160°C，时间为60s 120s。加热方式可以为直接接触加热， 红外线远距离加热等，硅片加热时可以旋转或静止。步骤6)采用的光刻胶热流动是一种被广泛应用于0. 13um(微米)以下的工艺方 法，其原理是在光刻完成后，对光刻胶进行加热，使之超过光刻胶的玻璃化温度产生横向流 动，缩小光刻后的尺寸。如图3所示，图3A中实线为普通光刻后的光刻胶，加热超过一定温度后，光刻胶从 固态转化为固体液体共存态，发生流动，此时光刻胶为虚线，此时单边或双边的尺寸变化被 称为热流动产生的尺寸变化。此尺寸变化与材料本身，加热的温度、方式和时间紧密相关； 图3B表示的是随加热温度热流动尺寸变化的示意图。本发明利用光刻胶热流动工艺，在Si02的湿法刻蚀前，进行一次热流动，使光刻 胶沿侧壁流动覆盖上层氧化层，在后续的湿法刻蚀中，一般采用HF刻蚀Si02，不会和光刻 胶产生反应。因此能保护ONO结构的上层Si02不会产生横向刻蚀，使SONOS管与普通晶体 管之间的间距L可以缩小(见图1和图2)，从而达到缩小SONOS存储器单元面积的目的。
权利要求
一种缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，其特征在于，包括如下步骤1)在硅衬底上全面沉积SiO2；2)光刻刻蚀去除SONOS管区域的SiO2，在普通晶体管区域形成SiO2的保护层；3)全面沉积ONO三层膜，所述ONO三层膜由上至下依次为绝缘氧化层、氮化物层和隧穿氧化层；4)光刻保护SONOS管的ONO区域，在该区域上形成SiO2的保护层；5)干法刻蚀去除普通晶体管区域的绝缘氧化层和氮化物层；6)对硅片进行加热，使光刻胶沿侧壁流动覆盖ONO三层膜的绝缘氧化层；7)湿法刻蚀去除普通晶体管区域剩下的SiO2；8)后续步骤形成栅氧与栅极。
2.根据权利要求1所述的缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，其特征是，步骤1) 中，对于操作电压15V以内的器件，所述Si02的厚度为50 250埃，其生长方式为热生长 或PVD，CVD沉积。
3.根据权利要求1所述的缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，其特征是，步骤2) 中刻蚀采用含HF药液的湿法刻蚀。
4.根据权利要求1所述的缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，其特征是，步骤3) 中，对于操作电压15V以内的器件，所述隧穿氧化层为10 100埃，所述氮化物层为40 350埃，所述绝缘氧化层为50 250埃，该步骤采用热生长或PVD，CVD沉积。
5.根据权利要求1所述的缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，其特征是，步骤6) 中的温度为70 250°C，时间为IOs 600s。
6.根据权利要求5所述的缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，其特征是，步骤6) 中的温度为80 160°C，时间为60s 120s。
7.根据权利要求1所述的缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，其特征是，步骤6) 对硅片进行加热的加热方式为直接接触加热或红外线远距离加热，硅片加热时旋转或静 止。
8.根据权利要求1所述的缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，其特征是，步骤2) 和步骤4)中的光刻工艺所使用的材料为G线光刻胶，I线光刻胶，I线光刻胶+1线抗反射 阻挡层，KrF光刻胶+KrF抗反射阻挡层，或ArF光刻胶+ArF抗反射阻挡层。
9.根据权利要求1所述的缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，其特征是，步骤7) 采用HF湿法刻蚀去除Si02。
全文摘要
本发明公开了一种缩小SONOS存储器单元面积的制造方法，包括如下步骤1)在硅衬底上全面沉积SiO2；2)光刻刻蚀去除SONOS管区域的SiO2，在普通晶体管区域形成SiO2的保护层；3)全面沉积ONO三层膜；4)光刻保护SONOS管的ONO区域，在该区域上形成SiO2的保护层；5)干法刻蚀去除普通晶体管区域的ON；6)对硅片进行加热；7)湿法刻蚀去除普通晶体管区域剩下的SiO2；8)后续步骤形成栅氧与栅极。该方法能减少SONOS存储器ONO结构的上层SiO2在湿法刻蚀中的横向刻蚀，使SONOS管与普通晶体管之间的间距缩小，从而达到缩小面积的目的。
文档编号H01L21/8247GK101924077SQ20091005742
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月17日 优先权日2009年6月17日
发明者王雷, 肖胜安 申请人:上海华虹Nec电子有限公司