SONOS存储器及工艺方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别是指一种SONOS存储器。

背景技术：

非挥发性存储器(NVM)技术，主要有浮栅(floating gate)技术、分压栅(split gate)技术以及SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)技术。SONOS技术应用广泛，具有操作电压低，速度快，容量大等优点。目前半导体制造技术中常用的SONOS存储器器件结构如图1所示，1是P阱，2是多晶硅栅极，3是氧化层/氮化硅/氧化层三明治结构(ONO，包括顶部氧化层303，中间氮化硅层302，沟道氧化层301)。其中氮化硅层302用于电荷存储，沟道氧化层301为电荷檫写通道，顶部氧化层303用于防止存储电荷挥发.4是N型源漏注入区，5是绝缘介质侧墙(氮化硅或氧化硅材质)。

SONOS存储器在编程操作时，对于编程的单元通过在栅极2上加正电压，P阱1及N型源漏区4加负电压，利用FN隧道效应将电子通过沟道氧化层301存储到氮化硅层302。在擦除操作时在栅极2上加负压，而N型源漏区4加正压将氮化硅302上存储的电荷擦除。

目前ONO层3一直延伸到侧墙5下方，所有整个源漏区与栅极交叠的区域沟道氧化层的厚度与器件单元沟道区上方完全一致。在编程操作时未选中的单元的电压条件为栅极和P阱加负压，而N型源漏区加正压，如果原来单元ONO已经存储了电子，N型源漏区附近ONO内存储的电子数就会减少，并随其他单元编程次数累计，这一现象就是漏极干扰。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种SONOS存储器，以改善SONOS存储器漏极干扰的问题。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供所述SONOS存储器的工艺方法。

为解决上述问题，本发明所述的SONOS存储器，包括：

在P阱中具有源区及漏区，源区与漏区之间为存储器的沟道区，在沟道区的硅表面，具有ONO介质层，ONO介质层之上为多晶硅栅极；多晶硅栅极两侧的ONO介质层上为多晶硅栅极的侧墙；

所述侧墙为双层结构，靠近多晶硅栅极的内层为氮化硅侧墙，外层为氧化硅侧墙；

所述多晶硅栅极底部栅长方向两端具有向多晶硅栅极内部凹陷的空间，该空间内填充氧化硅，使多晶硅栅极沟道两端处的介质层总厚度大于沟道区上方的介质层厚度。

为解决上述问题，本发明所述的SONOS存储器的工艺方法，包含如下的工艺步骤：

第1步，在硅衬底上进行P阱注入，然后在硅片表面形成氧化硅膜；

第2步，光刻定义出沟道区，进行沟道注入，再去除沟道区上方的氧化硅膜；

第3步，在沟道区上方形成ONO介质层；

第4步，在ONO介质层上形成栅氧化膜，然后淀积多晶硅层，光刻及刻蚀形成多晶硅栅极；对栅氧化膜进行过刻蚀，使多晶硅栅极底部两端位置刻蚀掉部分多晶硅，形成凹陷；然后进行多晶硅栅极热退火；

第5步，淀积氮化硅并刻蚀，形成多晶硅栅极的内层侧墙，然后淀积氧化硅并刻蚀形成多晶硅栅极的外层侧墙；

第6步，进行源区、漏区的注入。

进一步地，所述第3步，采用化学气相沉积法形成ONO介质层,然后光刻定义并刻蚀以保留沟道区上方的ONO层。

进一步地，所述第4步，栅氧化膜的过刻蚀采用各向同性干法刻蚀，使多晶硅栅极底部两端位置形成凹陷。

进一步地，所述的凹陷向沟道区中心延伸的长度不低于

进一步地，所述第5步，形成侧墙淀积的氧化硅层同时填充到多晶硅栅极下方的凹陷中，使多晶硅栅极沟道两端处的介质层总厚度大于沟道区上方的介质层厚度。

本发明通过增加栅极侧墙底部的氧化层厚度，增加了多晶硅栅极到硅衬底的势垒宽度，在编程操作时，抑制了非选中单元的漏极干扰现象。由于栅极侧墙底部氧化层厚度增加，N型源漏区域到栅极的介质层厚度增加，可以在源漏加高压时减小栅极到源漏区的电场强度，减小由此引起的漏电(GIDL效应)，沟道区域的介质层厚度不变，不会影响正常的编程和擦除操作。

附图说明

图1是现有SONOS存储器的结构示意图。

图2～7是本发明SONOS存储器工艺步骤图。

图8是本发明SONOS存储器工艺流程图。

附图标记说明

1是P阱，2是多晶硅栅极，3是ONO层(包括氧化层301，氮化层302，氧化层303),4是源区及漏区，5是侧墙(外层)，6是氧化硅膜，7是光刻胶，8是侧墙(内层)。

具体实施方式

本发明所述的SONOS存储器，如图7所示，包括：

在P阱1中具有源区及漏区，源区与漏区之间为存储器的沟道区，在沟道区的硅表面，具有ONO介质层3，ONO介质层3之上为多晶硅栅极2；多晶硅栅极2两侧的ONO介质层上为多晶硅栅极的侧墙。

所述侧墙为双层结构，靠近多晶硅栅极的内层为氮化硅侧墙8，外层为氧化硅侧墙5。

所述多晶硅栅极2底部栅长方向两端具有向多晶硅栅极内部凹陷的空间，该空间内填充氧化硅，使多晶硅栅极沟道两端处的介质层总厚度大于沟道区上方的介质层厚度。

本发明所述的SONOS存储器的工艺方法，包含如下的工艺步骤：

第1步，在硅衬底上进行P阱注入，然后在硅片表面形成氧化硅膜6。如图2所示。

第2步，光刻胶7定义出沟道区，进行沟道注入，再去除沟道区上方的氧化硅膜6；如图3所示。

第3步，去除光刻胶7及氧化硅膜6。采用化学气相沉积法形成ONO介质层,然后光刻定义并刻蚀以保留沟道区上方的ONO层，如图4所示。

第4步，如图5所示，在ONO介质层3上形成栅氧化膜，然后淀积多晶硅层，光刻及刻蚀形成多晶硅栅极2；对栅氧化膜进行各向同性的干法刻蚀，这样也会刻蚀掉栅极底部的部分多晶硅，使多晶硅栅极底部两端位置形成凹陷；所述的凹陷向沟道区中心延伸的长度d不低于由于栅极侧墙有聚合物的阻挡，过刻蚀不会对栅极侧墙造成破坏。具体来说，多晶硅栅极的刻蚀过程包含构成栅极的多晶硅的刻蚀步骤与过刻蚀步骤，多晶硅刻蚀的时候会有聚合物形成,多晶硅刻蚀完之后,栅极侧壁还有聚合物；这时开始进行过刻蚀,过刻蚀的过程采用多晶硅同性刻蚀方法,这个过刻蚀过程会对裸露出来的ONO上面的氧化层造成损耗,又因为是各向同性刻蚀,也会对栅极侧壁下面的ONO上面的氧化层造成损耗,这就造成栅极侧壁下面形成一个空洞，然后去除栅极侧壁的聚合物。

上述的栅极多晶硅刻蚀流程完毕之后,会对栅极刻蚀流程对栅极侧壁的损伤进行热退火修复。这一过程会在栅极侧壁形成氧化层,因为栅极侧壁下面的空洞的存在,热退火也会对栅极侧壁下面裸露的多晶硅进行氧化,氧化后的氧化层会把空洞填满。

第5步，如图6所示，淀积氮化硅并刻蚀，形成多晶硅栅极的内层侧墙8，然后淀积氧化硅并刻蚀形成多晶硅栅极的外层侧墙5。形成侧墙淀积的氧化硅层同时填充到多晶硅栅极下方的凹陷中，使多晶硅栅极沟道两端处的介质层总厚度大于沟道区上方的介质层厚度。

第6步，进行源区、漏区4的注入。器件完成如图7所示。

本发明通过增加栅极侧墙底部的氧化层厚度，增加了多晶硅栅极到硅衬底的势垒宽度，在编程操作时，抑制了非选中单元的漏极干扰现象。由于栅极侧墙底部氧化层厚度增加，N型源漏区域到栅极的介质层厚度增加，可以在源漏加高压时减小栅极到源漏区的电场强度，减小由此引起的漏电(GIDL效应)，沟道区域的介质层厚度不变，不会影响正常的编程和擦除操作。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。