一种SONOS存储器的制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种SONOS存储器的制造方法。

背景技术：

挥发性存储器(NVM)技术，主要有浮栅(floating gate)技术、分压栅(splitgate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。现有P型SONOS器件的结构示意图如图1所示：包括N阱区101，形成于所述N型阱区101上的底层氧化硅层103、中间层氮化硅层104和顶层氧化硅层105，由所述底层氧化硅层103、中间层氮化硅层104和顶层氧化硅层105组成ONO层。所述底层氧化硅层103为器件的隧穿氧化层，中间层氮化硅层104为数据存储介质层，顶层氧化硅105为控制氧化层。在所述ONO层上方形成有栅极多晶硅106及栅极侧墙107。栅极多晶硅106所覆盖的N型阱区101为沟道区，在所述沟道区中形成有阈值电压VT调整注入区102，该阈值电压调整注入区102为P-区，用于阈值电压的调节。在所述栅极多晶硅106两侧的所述N型阱区101形成有对称设置的轻掺杂源漏(LDD)区108和对称设置的源漏区109。

请参考图2a～2d所示，现有SONOS存储器的制造工艺流程为：

步骤1:在硅衬底201上依次形成衬垫氧化层202和氮化硅层203,如图2a所示；

步骤2:在所述氮化硅层203、衬垫氧化层202以及部分所述硅衬底201上形成浅沟槽隔离(STI)结构204，如图2b所示。

步骤3：去除衬垫氧化层202和氮化硅层204，如图2c所示；

步骤4：在所述硅衬底201表面形成预氧层(图中未示)；

步骤5：在所述衬底201内进行离子注入形成阱区；

步骤6：去除预氧层；

步骤7：在所述硅衬底201上沉积ONO膜层，所述ONO膜层包括第一氧化硅层205、中间氮化硅层206和第二氧化硅层207，如图2d所示；

步骤8：采用光刻刻蚀工艺对SONOS器件区以外区域的所述ONO膜层进行刻蚀；

步骤9：继续后续工序，形成的栅极、源区和漏区。

上述工艺中，STI和ONO膜层的形成对SONOS储存器至关重要，但是由于受到物理机制及工艺技术等方面的限制，SONOS储存器的性能和良率都不太理想，有待进一步提高。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种SONOS存储器的制造方法，包括：

提供一衬底，所述衬底包含第一区域与第二区域，所述第一区域用于形成SONOS存储器；

在所述衬底上依次形成第一氧化物层、中间氮化物层和第二氧化物层，组成ONO膜层；

在所述ONO膜层以及部分所述衬底上形成浅沟槽隔离结构；

去除所述第二区域内的所述ONO膜层。

进一步的，所述SONOS存储器的制造方法用于制程线宽为90nm的P型SONOS储存器。

进一步的，所述第一氧化物层和第二氧化物层的材质为氧化硅。

进一步的，所述中间氮化物层的材质为氮化硅。

进一步的，在形成ONO膜层之后，在形成所述ONO膜层之后，形成所述浅沟槽隔离结构之前，在所述ONO膜层上形成一氮化硅层。

进一步的，在形成所述浅沟槽隔离结构之后，去除所述第二区域内的所述ONO膜层之前，去除所述氮化硅层。

进一步的，去除所述氮化硅层之后，去除所述第二区域内的所述ONO膜层之前，对所述衬底进行离子注入形成阱区。

进一步的，去除所述第二区域内的所述ONO膜层之后，在所述衬底上形成栅极、源极和漏极。

进一步的，去除所述第二区域内的所述ONO膜层的过程中，对所述第二层氧化物层和中间氮化物层采用干法刻蚀。

进一步的，去除所述第二区域内的所述ONO膜层的过程中，对第一氧化物层的刻蚀是采用湿法刻蚀。

进一步的，去除所述第二区域内的所述ONO膜层还包括去除所述浅沟槽隔离结构高出所述衬底的部分。

与现有技术相比，本发明提供的SONOS存储器的制造方法，在形成所述ONO膜层之后，再形成浅沟槽隔离结构，避免ONO膜层形成过程中，ONO膜层中的中间氮化物层在STI侧壁的残留，同时避免了在所述ONO层中第一氧化物层湿法刻蚀时在所述STI上形成底切，进而防止后续多晶硅在所述STI的沉积，提高了SONOS储存器的性能和良率。

另一方面，本发明提供的SONOS存储器的制造方法，省去了衬垫氧化层和预氧层，简化了生产工艺。

附图说明

图1为现有N型SONOS存储器的结构示意图；

图2a-图2d为现有技术SONOS储存器的制造方法的结构示意图；

图3为本发明一实施例中SONOS存储器的制造方法流程图；

图4a～图4e为本发明一实施例中SONOS存储器的制造方法的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。

由背景技术可知，现有工艺中，在浅沟槽隔离结构(STI)形成后再沉积ONO膜层，为保证好的隔离效果，STI中的填充氧化硅通常略高于有源区，沉积ONO膜层时，ONO膜层中的中间氮化物层会在STI的侧壁残留，后续中间氮化物层的干法刻蚀无法将其去除，另外，在ONO膜层的第一氧化物层的湿法刻蚀过程中，由于湿法刻蚀的各向同性原理，加上氮化物在STI侧壁的残留，会在STI中形成底切(Undercut)，在后续多晶硅气相沉积形成栅极时多晶硅侧钻进入STI，并且通过多晶硅刻蚀不能将其去除，造成器件的性能和良率降低。

本发明的核心思想在于，调整STI和ONO膜层的形成顺序，即在形成所述ONO膜层之后，再形成STI，避免ONO膜层刻蚀过程中，中间氮化物在STI侧壁的残留，同时避免了在所述ONO层中第一氧化物层湿法刻蚀时在所述STI上形成底切，进而防止后续多晶硅在所述STI的沉积，提高SONOS储存器的性能和良率。另一方面，本发明提供的SONOS存储器的制造方法，省去了衬垫氧化层和预氧层，简化了生产工艺。

本发明所提供的SONOS存储器的制造方法用于制程线宽为90nm的P型SONOS储存器。图3为本发明一实施例所提供的SONOS存储器的制造方法流程示意图，如图3所示，本发明提出的一种SONOS存储器的制造方法，包括以下步骤：

步骤S01：提供一衬底，所述衬底包含第一区域与第二区域，所述第一区域用于形成SONOS存储器；

步骤S02：在所述衬底上依次形成第一氧化物层、中间氮化物层和第二氧化物层，组成ONO膜层；

步骤S03：在所述ONO膜层以及部分所述衬底上形成浅沟槽隔离结构；

步骤S04：去除所述第二区域内的所述ONO膜层。

图3为本实施例中SONOS存储器的制造方法流程图，图4a～图4e为本发明一实施例中SONOS存储器的制造方法的结构示意图。请参考图3所示，并结合图4a～图4e，详细说明本发明提出的SONOS储存器的制造方法：

步骤S01中，提供一衬底301，所述衬底包含第一区域与第二区域，所述第一区域用于形成SONOS存储器。

由于本发明主要涉及SONOS器件制造工艺中的浅沟槽隔离结构(STI)和ONO膜层的制造，因此，为方便介绍本发明所提供的技术方案，在本实施例中的示意图只示出STI和ONO膜层的制造方法的结构简图，关于阱区离子注入及后续栅极、源极/漏极的制造和现有工艺相同，在此不做详细描述。

所述衬底301可以为单晶硅、多晶硅、无定型硅、硅锗化合物或绝缘体上硅(SOI)等，也可以为砷化镓或氮化镓等化合物，或者本领域技术人员已知的其他材料。本实施例中衬底301仅以采用硅衬底为例，此处仅为示例，本发明并不限于此。

所述衬底301包含第一区域与第二区域，所述第一区域用于形成SONOS存储器，所述第二区域为外围区域或用于形成其他半导体器件的区域。本实施例中，主要说明SONOS存储器的制造方法，因此在图4a至图4e中仅标示出了第一区域，所述第二区域可以位于所述第一区域的一侧，或者所述第二区域包围所述第一区域。

步骤S02中，在所述衬底301上依次形成第一氧化物层302、中间氮化物层303和第二氧化物层304，所述第一氧化物层302、所述中间氮化物层303和所述第二氧化物层304组成ONO膜层，如图4a所示。

其中，在本实施例中，所述第一氧化物层302可以采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺进行沉积，所述中间氮化物层303可以采用低压化学气相沉积(LPCVD)工艺或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺等进行沉积，所述第二氧化物层304可以采用常压化学气相沉积(APCVD)工艺、低压化学气相沉积工艺(LPCVD)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺等进行沉积。并且，所述第一氧化物层302和所述第二氧化物层304可以为氧化硅，所述第一氧化物层302的厚度优选为18埃～24埃，例如18埃，20埃，22埃等；所述第二氧化物层304的厚度优选为40埃～80埃，例如45埃，60埃，70埃等；所述中间氮化物层303可以为氮化硅，其厚度优选为80埃～120埃，例如90埃，100埃，110埃等。

步骤S03中，在所述ONO膜层以及部分所述衬底301上形成浅沟槽隔离结构306，形成如图4c所示的结构。

首先，在形成所述浅沟槽隔离结构306之前，在所述ONO膜层上形成一氮化硅层305，即在所述ONO膜层的第二氧化物层304的表面形成一氮化硅层305，如图4b所示。所述氮化硅层305可以采用低压化学气相沉积形成，其厚度优选为160埃～240埃，例如180埃，200埃，210埃。所述氮化硅层305有助于在STI氧化物填充过程中保护有源区，作为STI氧化物填充后进行化学机械抛光(CMP)研磨的停止层。

其次，在所述ONO膜层以及部分所述衬底301上形成浅沟槽结构306，如图4c所示。在所述衬底301上定义有源区后，在所述氮化硅层305上形成光刻胶，通过曝光与显影形成掩模图形，然后对所述氮化硅层305和所述ONO膜层(第一氧化物层302、中间氮化物层303和第二氧化物层304)进行刻蚀至暴露出所述衬底301，接着对部分所述衬底301进行刻蚀，形成沟槽，最后去除光刻胶。

然后，在所述沟槽内填充氧化硅，直至氧化硅的填充高度略高于所述沟槽两侧的所述氮化硅层305。在沟槽填充氧化硅可以采用高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)工艺。以化学机械抛光(CMP)工艺对沟槽内填充氧化硅进行平坦处理，直至露出所述氮化硅层305，即将沟槽外的氧化硅完全抛光去除，将沟槽之上的氧化硅抛光到氮化硅层305的高度。

最后，湿法刻蚀去除所述沟槽上方的氧化硅和沟槽两侧的所述氮化硅层305，使氧化硅的填充高度略高于所述衬底上有源区ONO膜层，形成浅沟槽隔离结构306，如图4d所示。

由于所述浅沟槽隔离结构在所述ONO膜层形成之后形成，避免了形成ONO膜层(中间氮化物层303)时，氮化物在所述浅沟槽隔离机构306侧壁的残留。同时避免了在所述ONO层中第一氧化物层湿法刻蚀时在所述STI上形成底切，进而防止后续多晶硅在所述STI的沉积。

在现有技术中，形成所述氮化硅层305前会在所述衬底上形成衬垫氧化层，在所述浅沟槽隔离机构306形成过程中，用来当作所述氮化硅层的衬垫层，缓解衬底与氮化硅层之间的应力匹配，起到缓冲作用，并在所述浅沟槽隔离结构306形成后同氮化硅层一起刻蚀去除。本实施例中，由于在所述浅沟槽隔离结构306形成前，形成具有第一氧化物层302、中间氮化物层303和第二氧化物层304三层结构的ONO膜层，在所述浅沟槽隔离机构306形成时，起到了很好的缓冲作用，避免所述浅沟槽隔离机构306形成过程中对所述衬底301表面的破坏，因此，本实施例在所述浅沟槽隔离结构306形成前后省去衬垫氧化层的沉积与去除，简化了工艺流程。

在步骤S04中，去除所述第二区域内的所述ONO膜层。

在去除所述第二区域内的所述ONO膜层前，进行离子注入，形成阱区。在现有技术中，在所述阱区离子注入前，形成一二氧化硅预氧层，用于在所述阱区离子注入过程中对所述衬底表面的保护，并在所述阱区离子注入完成后刻蚀去除。本实施例中，由于在阱区离子注入前已经在所述衬底表面沉积了所述ONO膜层，在离子注入时所述ONO膜层对所述衬底可以起到了很好的保护作用，因此，省去阱区离子注入前后预氧层的沉积与刻蚀，进一步简化了工艺流程。

保留SONOS器件区的所述ONO膜层，刻蚀SONOS器件区以外的所述ONO膜层，所ONO膜层的第二氧化物层304和中间氮化物层303的刻蚀采用干法刻蚀，所述第一氧化物层302的刻蚀采用湿法刻蚀，化学剂可用氢氟酸(HF)等。通过结合使用干法刻蚀和湿法刻蚀，防止或者减少暴露部分所述衬底301表面被干法刻蚀损伤。

步骤S04中去除所述第二区域内的所述ONO膜层，还包括去除所述浅沟槽隔离结构306高出所述衬底301的部分，即采用湿法刻蚀去除高出所述衬底301上的STI内填充的二氧化硅，并进行化学机械研磨(CMP)处理，使STI表面与所述衬底301表面齐平，如图4e所示。

完成后续工艺步骤，在所述衬底301上形成栅极、源极和漏极。

综上所述，本发明提供一种SONOS存储器的制造方法，在形成所述ONO膜层之后，再形成STI，避免ONO膜层刻蚀过程中，氮化物在STI侧壁的残留，同时避免了在所述ONO层中第一氧化物层湿法刻蚀时在所述STI上形成底切，进而防止后续多晶硅在所述STI的沉积，提高了SONOS储存器的性能和良率。另一方面，本发明提供的SONOS存储器的制造方法，省去了衬垫氧化层和预氧层，简化了生产工艺。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。