一种sonos闪存存储器及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种SONOS闪存存储器的结构，该存储器由一个选择管和一个存储管构成，该闪存存储器的存储管由ONO层和多晶硅栅组成；该闪存存储器的选择管由中压氧化层和多晶硅栅组成；存储管和选择管之间距离很小，存储管多晶硅栅到选择管多晶硅栅的距离为0.06～0.16μm；存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅上方有侧壁氧化层和氮化硅层；存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的侧壁有氮化硅侧墙。此外，本发明还公开了该SONOS闪存存储器的制造方法。本发明能够有效的缩小存储单元的面积。
【专利说明】—种SONOS闪存存储器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体集成电路中半导体工艺方法，具体涉及一种嵌入式半导体存储芯片，尤其涉及一种SONOS闪存存储器；此外本发明还涉及该SONOS闪存存储器的制造方法。
【背景技术】
[0002]图1为现有的存储管结构不意图，如图1所不，ONO层和多晶娃棚组成了存储管，中压氧化层和多晶硅栅组成了选择管。这种存储单元结构面积较大，不够紧凑。
[0003]如图2A-图2Q所示，现有的如图1所示的存储管结构的工艺实现流程一般采用如下步骤:
[0004]1.形成隔离区和有源区；
[0005]2.中低压阱以及阈值电压调整等离子注入，在硅衬底I上全面沉积氧化层2，如图2A所示；
[0006]3.存储管区域的离子注入和氧化层2去除，如图2B所示；
[0007]4.存储管区域 ONO (oxide-nitride-oxide)层 3 淀积，如图 2C 所示;
[0008]5.非存储管区域ONO (oxide-nitride-oxide)层光刻以及刻蚀,如图2D所示；
[0009]6.在非存储管区域生长中压氧化层4(100-200A)，如图2E所示；
[0010]7.去除低压区域的氧化层(同时可对低压氧化层区域进行离子注入)，如图2F所示；
[0011]8.在低压区域生长低压氧化层5，如图2G所示；
[0012]9.多晶硅栅6的淀积和掺杂，如图2H所示；
[0013]10.氮化硅层7淀积，如图21所示；
[0014]11.多晶娃栅6的光刻和刻蚀,如图2 J所不；
[0015]12.多晶硅栅6的再氧化，在多晶硅栅6的侧壁形成氧化层8，如图2K所示；
[0016]13.各种器件的轻掺杂漏的注入，形成轻掺杂漏区9，如图2L所示；
[0017]14.氮化硅侧墙10的淀积和刻蚀，如图2M所示；
[0018]15.多晶硅栅上接触孔区域的氮化硅去除，如图2N所示；
[0019]16.阻挡氧化层11生长，如图20所示；
[0020]17.源漏注入形成源漏注入区12，如图2P所示；
[0021]18.阻挡氧化层去除，如图2Q所示。
【发明内容】
[0022]本发明解决的技术问题是提供一种SONOS闪存存储器结构，该结构能够有效的缩小存储单元的面积。为此，本发明还提供该SONOS闪存存储器的制造方法。
[0023]为解决上述技术问题，本发明提供一种SONOS闪存存储器的结构，该存储器由一个选择管和一个存储管构成，该闪存存储器的存储管由ONO层和多晶硅栅组成；该闪存存储器的选择管由中压氧化层和多晶硅栅组成；存储管和选择管之间距离很小，存储管多晶硅栅到选择管多晶硅栅的距离为0.06~0.16 μ m ;存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅上方有侧壁氧化层和氮化硅层；存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的侧壁有氮化硅侧墙。
[0024]进一步地，所述ONO层结构从下到上依次为:厚度为Ι0-25Λ的氧化层，厚度为50-200A的氮化物层,30-100A的氧化层。
[0025]进一步地，所述中压氧化层的厚度为80-250Λ:所述存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅上方的侧壁氧化层的厚度为500-1500A,所述存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅上方的氮化硅层的厚度为500-3000A;所述氮化硅侧墙的厚度为200-800A。
[0026]进一步地，所述存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的厚度为500-3000A。所述存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的宽度为0.065-0.5微米。
[0027]此外，本发明还提供该SONOS闪存存储器的制造方法，该制造方法包括如下工艺步骤:
[0028]I)形成隔离区和有源区；
[0029]2)中低压阱以及阈值电压调整等离子注入；
[0030]3)存储管区域的离子注入和氧化层去除；
[0031 ] 4)全片进行ONO层淀积；
[0032]5)非存储管区域ONO层光刻以及刻蚀；
[0033]6)全片进行中压氧化层生长；
[0034]7)多晶硅的淀积和掺杂；
[0035]8)在全硅片上全面淀积氮化硅层；
[0036]9)氮化硅层光刻和刻蚀；只刻蚀选择管和存储管相邻位置的氮化硅层；
[0037]10)全片进行侧壁氧化层淀积；
[0038]11)侧壁氧化层刻蚀:刻蚀去除氮化硅层上的氧化层及多晶硅上的部分氧化层，在氮化硅层侧壁形成侧壁氧化层；
[0039]12)多晶硅刻蚀:以氮化硅和侧壁氧化层为刻蚀掩模层进行多晶硅刻蚀，使ONO层及中压氧化层露出；
[0040]13)周边区域多晶硅栅刻蚀，分别在ONO层上方、中压氧化层上方形成多晶硅栅；
[0041]14)多晶硅栅的再氧化，在多晶硅栅的侧壁上形成氧化层；
[0042]15)各种器件的轻掺杂漏的注入；
[0043]16)氮化硅侧墙的淀积和刻蚀；
[0044]17)在全硅片上全面生长阻挡氧化层；
[0045]18)源漏注入；
[0046]19)阻挡氧化层的去除。
[0047]进一步地，第4)步中，所述存储管区域ONO层淀积从下到上依次为:厚度为10-25Λ的氧化层，厚度为50-200A的氮化物层，30-1OOA的氧化层。 [0048]进一步地，第6)步中，所述中压氧化层的厚度为80-250 A=
[0049]进一步地,第7)步中，所述多晶娃的厚度为500-3000Λ,.[0050]进一步地,第8)步中，所述氮化娃层的厚度为500-3000Λ。
[0051]进一步地，第9)步中，所述氮化硅层的刻蚀宽度为0.1~0.35 μ m。[0052]进一步地，第10)步和第11)步中，所述侧壁氧化层的厚度为500-1500;\。
[0053]进一步地，第13)步中，在ONO层上方形成存储管多晶硅栅，在中压氧化层上方形成选择管多晶硅栅，存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的宽度均为0.065-0.5微米，厚度均为500-3000A。
[0054]进一步地,第14)步中,所述氧化层的厚度为3CM50 A0
[0055]进一步地，第16)步中，在多晶硅栅上形成氮化硅侧墙的厚度为200-800 L
[0056]进一步地，第17)步中，所述阻挡氧化层的厚度为50-300 A0
[0057]进一步地，在第6)步和第7)步之间可以增加如下步骤:A.去除低压区域的氧化层，同时对低压氧化层区域进行离子注入；B.在全硅片上生长低压氧化层，所述低压氧化层的厚度为10-60 Λ;则第13)步为:周边区域多晶硅栅刻蚀，分别在ONO层上方、中压氧化层和低压氧化层上方形成多晶硅栅；在第16)步之后增加如下步骤A:多晶硅栅上接触孔区域的氮化硅去除(即该步骤A可以在第16)步之后的任一步骤完成，例如，在第16)和17)步之间，在第17)和18)步之间，在第18)和19)步之间，或者在第19)步之后)。
[0058]和现有技术相比，本发明具有以下有益效果:通过增加侧壁氧化层刻蚀的步骤，能够有效的缩小存储单元的面积，按照目前0.13 μ m的设计规则，采用原有结构，2管存储单元的面积为0.35左右，采用新的结构后，存储单元面积将缩小到0.32左右，约有10%左右的缩小。
【专利附图】
【附图说明】
[0059]图1为现有的存储管结构示意图。
[0060]图2A-图2Q是现有的存储管结构的制造方法的剖面示意图；其中，图2A是现有方法的步骤2完成后的器件剖面结构示意图；图2B是现有方法的步骤3完成后的器件剖面结构示意图；图2C是现有方法的步骤4完成后的器件剖面结构示意图；图2D是现有方法的步骤5完成后的器件剖面结构示意图；图2E是现有方法的步骤6完成后的器件剖面结构示意图；图2?是现有方法的步骤7完成后的器件剖面结构示意图；图26是现有方法的步骤8完成后的器件剖面结构示意图；图2!1是本发明方法的步骤9完成后的器件剖面结构示意图；图21是现有方法的步骤10完成后的器件剖面结构示意图；图2J是现有方法的步骤11完成后的器件剖面结构示意图；图2K是现有方法的步骤12完成后的器件剖面结构示意图；图21^是现有方法的步骤13完成后的器件剖面结构示意图；图211是现有方法的步骤14完成后的器件剖面结构示意图；图2N是现有方法的步骤15完成后的器件剖面结构示意图；图20是现有方法的步骤16完成后的器件剖面结构示意图；图2P是现有方法的步骤17完成后的器件剖面结构示意图；图2Q是现有方法的步骤18完成后的器件剖面结构示意图。
[0061]图3是本发明SONOS闪存存储器的结构示意图。
[0062]图4A-图4U是本发明SONOS闪存存储器的制造方法的剖面示意图；其中，图4A是现有方法的步骤2完成后的器件剖面结构示意图；图4B是本发明方法的步骤3完成后的器件剖面结构示意图；图4(:是本发明方法的步骤4完成后的器件剖面结构示意图；图40是本发明方法的步骤5完成后的器件剖面结构示意图；图4E是本发明方法的步骤6完成后的器件剖面结构示意图；图4?是本发明方法的步骤7完成后的器件剖面结构示意图；图46是本发明方法的步骤8完成后的器件剖面结构示意图；图4!1是本发明方法的步骤9完成后的器件剖面结构示意图；图41是本发明方法的步骤10完成后的器件剖面结构示意图；图4J是本发明方法的步骤11完成后的器件剖面结构示意图；图4K是本发明方法的步骤12完成后的器件剖面结构示意图；图4L是本发明方法的步骤13完成后的器件剖面结构示意图；图4M是本发明方法的步骤14完成后的器件剖面结构示意图；图4N是本发明方法的步骤15完成后的器件剖面结构示意图；图40是本发明方法的步骤16完成后的器件剖面结构示意图；图4?是本发明方法的步骤17完成后的器件剖面结构示意图；图40是本发明方法的步骤18完成后的器件剖面结构示意图；图4R是本发明方法的步骤19完成后的器件剖面结构示意图；图45是本发明方法的步骤20完成后的器件剖面结构示意图；图肛是本发明方法的步骤21完成后的器件剖面结构示意图；图仙是本发明方法的步骤22完成后的器件剖面结构示意图。
[0063]图中附图标记说明如下:
[0064]1:硅衬底
[0065]2:氧化层
[0066]3: ONO 层
[0067]4:中压氧化层
[0068]5:低压氧化层
[0069]6:多晶硅栅
[0070]7:氮化硅层
[0071]8:氧化层·
[0072]9:轻掺杂漏区
[0073]10:氮化硅侧墙
[0074]11:阻挡氧化层
[0075]12:源漏注入区
[0076]13:侧壁氧化层
【具体实施方式】
[0077]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0078]如图3所示，本发明堆叠栅的SONOS闪存存储器的结构包括:
[0079]a)存储管采用ONO (oxide-nitride-oxide)层结构(从下到上:氧化层:10-25 Λ,氮化物层:50-200 A,氧化层:30-100 A)；
[0080]b)选择管的栅氧为中压氧化层(厚度为80-250A左右)；
[0081]c)多晶硅栅的厚度为500-3000A;所有多晶硅栅都是一次淀积的，存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的厚度均为500-3000A ,存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的宽度均为
0.065-0.5 微米。
[0082]d)存储管和选择管之间距离很小，存储管多晶硅栅到选择管多晶硅栅的距离为
0.06 ~0.16 μ m ;
[0083]e)存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅上方--500-1500Λ的侧壁氧化层；
[0084]f)多晶硅栅上的氮化硅侧墙的厚度为200-800Λ:
[0085]g)多晶硅栅上方的氮化硅层的厚度为500-30001[0086]如图4A-图4U所示，本发明方法对应的工艺实现流程如下:
[0087]1.娃衬底形成隔尚区和有源区；
[0088]2.硅衬底上形成中低压阱以及阈值电压调整等离子注入，在上述硅衬底I上全面沉积氧化层2，如图4A所示；对于操作电压15V以内的器件，氧化层的厚度为50-250埃，其生长方式通常为热生长或PVD，CVD沉积；
[0089]3.存储管区域的离子注入和氧化层2去除，如图4Β所示；通常采用本领域常规的光刻刻蚀去除存储管区域区域的氧化层，在其他区域(即普通晶体管区域)形成氧化层的保护层(抗反射阻挡层和光刻胶)，刻蚀一般采用含HF药液的湿法刻蚀；
[0090]4.全片进行ONO (oxide-nitride-oxide)层3淀积,通常采用热生长或PVD, CVD沉积方式，ONO层3从下到上依次为:氧化层oxide:10-25 A,氮化物层nitride: 50-200 K,氧化层oxide: 30-100 Λ，如图4C所示；
[0091]5.非存储管区域ONO (oxide-nitride-oxide)层3光刻以及刻蚀,如图4D所示；
[0092]6.全片进行中压氧化层4生长，通常其生长方式为热生长，中压氧化层4是全片生长，由于存储管区域有0N0层，所以长不了氧化层；该中压氧化层4的厚度约为80_250.\,例如110 A,如图4E所示；
[0093]7.去除低压区域的氧化层(同时可对低压氧化层区域进行离子注入)，通常采用含HF药液的湿法刻蚀来去除低压区域的氧化层，如图4F所示；
[0094]8.全片进行低压氧化层5生长，通常采用热生长工艺或其他淀积工艺，低压氧化层5的厚度约为10-60A,例如32A如图4G所示；低压氧化层是全片生长，由于存储管区域有0N0层，所以长不了氧化层；但中压氧化层厚度会略有增加；
[0095]9.在全硅片上全面淀积和掺杂多晶硅6，其生长方式通常为热生长或CVD沉积；多晶硅6的厚度约为500-30004,例如丨800 Λ，如图4H所示；
[0096]10.在全硅片上全面淀积氮化硅层7，其生长方式通常为热生长或CVD沉积；氮化硅层7的厚度约为500-3000A，例如1500 A，如图41所示；
[0097]11.氮化硅层7光刻和刻蚀，只刻蚀选择管和存储管相邻的位置，刻蚀宽度约为
0.1~0.35 μ m，如图4J所示；
[0098]12.在全硅片上全面淀积侧壁氧化层13，其生长方式通常为CVD沉积；该侧壁氧化层13的厚度约为500-1500 A,例如500 A,如图4K所述；
[0099]13.侧壁氧化层刻蚀，刻蚀去除氮化硅层7上的氧化层及多晶硅6上的部分氧化层，在氮化硅层7侧壁形成侧壁氧化层13，侧壁氧化层13的厚度约为500-1500 A,例如500 A,如图4L所示；
[0100]14.以氮化硅层7和侧壁氧化层13为刻蚀掩模层进行多晶硅刻蚀，使0N0层3及中压氧化层4露出，如图4M所示；
[0101]15.周边区域多晶硅栅刻蚀，分别在0N0层3上方、中压氧化层4上方以及低压氧化层5上方形成多晶硅栅，在0N0层3上方形成存储管多晶硅栅，在中压氧化层4上方形成选择管多晶硅栅，存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的宽度均为0.065-0.5微米，厚度均为500-3000A,如图4N所示； [0102]16.多晶硅栅的再氧化，通常使用热生长或RTO (快速热氧化)工艺在多晶硅栅的侧壁上形成氧化层8，该氧化层8的厚度约为30-150 A,例如1】θΑ,如图40所示；[0103]17.采用本领域常规工艺进行各种器件的轻掺杂漏的注入，形成轻掺杂漏区9，如图4P所示；
[0104]18.采用本领域常规方法进行氮化硅侧墙10的淀积和刻蚀，在多晶硅栅上形成氮化硅侧墙10的厚度约为200-800 A,例如550A，如图4Q所示；
[0105]19.多晶硅栅上接触孔区域的氮化硅去除(即去除低压氧化层5上多晶硅栅上方的氮化硅)，如图4R所示；
[0106]20.在全硅片上全面生长阻挡氧化层11 (阻挡氧化层11的厚度约为50-300 A，例如250A)，如图4S所示；
[0107]21.源漏注入，形成源漏注入区12，如图4T所示；
[0108]22.阻挡氧化层11的去除，如图4U所示。
[0109]如果没有低压器件，上述步骤7，8，19可以删除。
【权利要求】
1.一种SONOS闪存存储器的结构，该存储器由一个选择管和一个存储管构成，其特征在于， 该闪存存储器的存储管由ONO层和多晶硅栅组成； 该闪存存储器的选择管由中压氧化层和多晶硅栅组成； 存储管和选择管之间距离很小，存储管多晶硅栅到选择管多晶硅栅的距离为0.06~0.16 μ m ； 存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅上方有侧壁氧化层和氮化硅层；存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的侧壁有氮化硅侧墙。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述ONO层结构从下到上依次为:厚度为10-25A的氧化层，厚度为50-200A的氮化物层，30-100A的氧化层。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述中压氧化层的厚度为80-250A;所述存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅上方的侧壁氧化层的厚度为500-1500A,所述存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅上方的氮化硅层的厚度为500-3000A;所述氮化硅侧墙的厚度为200-800A。
4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的厚度为500-3000A;所述存储管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的宽度为0.065-0.5微米。
5.如权利要求1所述的SONOS闪存存储器的制造方法，其特征在于，该制造方法包括如下工艺步骤: 1)形成隔离区和有 源区； 2)中低压阱以及阈值电压调整等离子注入； 3)存储管区域的离子注入和氧化层去除； 4)全片进行ONO层淀积； 5)非存储管区域ONO层光刻以及刻蚀； 6)全片进行中压氧化层生长； 7)多晶硅的淀积和掺杂； 8)在全硅片上全面淀积氮化硅层； 9)氮化硅层光刻和刻蚀；只刻蚀选择管和存储管相邻位置的氮化硅层； 10)全片进行侧壁氧化层淀积； 11)侧壁氧化层刻蚀:刻蚀去除氮化硅层上的氧化层及多晶硅上的部分氧化层，在氮化硅层侧壁形成侧壁氧化层； 12)多晶硅刻蚀:以氮化硅和侧壁氧化层为刻蚀掩模层进行多晶硅刻蚀，使ONO层及中压氧化层露出； 13)周边区域多晶硅栅刻蚀，分别在ONO层上方、中压氧化层上方形成多晶硅栅； 14)多晶硅栅的再氧化，在多晶硅栅的侧壁上形成氧化层； 15)各种器件的轻掺杂漏的注入； 16)氮化硅侧墙的淀积和刻蚀； 17)在全硅片上全面生长阻挡氧化层； 18)源漏注入； 19)阻挡氧化层的去除。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第4)步中，所述存储管区域ONO层淀积从下到上依次为:厚度为10-25A的氧化层，厚度为50-200A的氮化物层，30-丨OOA的氧化层。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第6)步中，所述中压氧化层的厚度为80_250A?
8.如权利要求5所述的方法,其特征在于,第7)步中，所述多晶娃的厚度为500-3000/^
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第8)步中，所述氮化硅层的厚度为500-3000Λ,.
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第9)步中，所述氮化硅层的刻蚀宽度为0.1 ~0.35 μ mD
11.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第10)步和第11)步中，所述侧壁氧化层的厚度为 500-1500.L
12.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第13)步中，在ONO层上方形成存储管多晶硅栅，在中压氧化层上方形成选择管多晶硅栅，存储 管多晶硅栅和选择管多晶硅栅的宽度均为0.065-0.5微米，厚度均为500-3000A?
13.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第14)步中，所述氧化层的厚度为30_150A。
14.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第16)步中，在多晶硅栅上形成氮化硅侧墙的厚度为200-800 Λ?
15.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第17)步中，所述阻挡氧化层的厚度为50-300A。
16.如权利要求5所述的方法，其特 征在于，在第6)步和第7)步之间增加如下步骤: A.去除低压区域的氧化层，同时对低压氧化层区域进行离子注入；B.在全硅片上生长低压氧化层，所述低压氧化层的厚度为10-60 A;则第13)步为:周边区域多晶硅栅刻蚀，分别在ONO层上方、中压氧化层和低压氧化层上方形成多晶硅栅；在第16)步之后增加如下步骤:多晶硅栅上接触孔区域的氮化硅去除。
【文档编号】H01L21/8247GK103855161SQ201210516633
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2012年12月5日
【发明者】张可钢, 陈广龙, 陈华伦 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司