堆疊柵型sonos閃存存儲器及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種堆疊柵型SONOS閃存存儲器的結構，該存儲器由一個選擇管和一個存儲管構成，所述存儲管從下至上由ONO層和第一多晶硅柵構成；所述選擇管從下至上由中壓氧化層和第二多晶硅柵構成，該選擇管的柵氧為中壓氧化層，該選擇管上方有氮化硅；所述第一多晶硅柵和所述第二多晶硅柵的側壁上有氮化硅側墻；所述存儲管和所述選擇管之間有一定的重疊，重疊量為X，0<X≤第一多晶硅柵的寬度。此外，本發明還公開了該堆疊柵型SONOS閃存存儲器的制造方法。本發明能夠有效的縮小存儲單元的面積。
【專利說明】堆疊柵型SONOS閃存存儲器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體集成電路中半導體工藝方法，具體涉及一種嵌入式半導體存儲芯片的制造方法，尤其涉及一種堆疊柵型SONOS閃存存儲器的制造方法。
【背景技術】
[0002]圖1為現有的存儲管結構不意圖，如圖1所不，ONO層和多晶娃棚組成了存儲管，中壓氧化層和多晶硅柵組成了選擇管。這種結構的存儲單元結構不夠緊湊，面積較大。
[0003]如圖2A-圖2Q所示，現有的如圖1所示的存儲管結構的工藝實現流程一般采用如下步驟:
[0004]1.形成隔離區和有源區；
[0005]2.中低壓阱以及閾值電壓調整等離子注入，在硅襯底I上全面沉積氧化層2，如圖2A所示；
[0006]3.存儲管區域的離子注入和氧化層2去除，如圖2B所示；
[0007]4.存儲管區域 ONO (oxide-nitride-oxide)層 3 淀積，如圖 2C 所示;
[0008]5.非存儲管區域ONO (oxide-nitride-oxide)層光刻以及刻蝕,如圖2D所示；
[0009]6.在非存儲管區域生長中壓氧化層4(100-20()A),如圖2E所示；
[0010]7.去除低壓區域的氧化層(同時可對低壓氧化層區域進行離子注入)，如圖2F所示；
[0011]8.在低壓區域生長低壓氧化層5，如圖2G所示；
[0012]9.多晶硅柵6的淀積和摻雜，如圖2H所示；
[0013]10.氮化硅層7淀積，如圖21所示；
[0014]11.多晶娃柵6的光刻和刻蝕,如圖2 J所不；
[0015]12.多晶硅柵6的再氧化，形成多晶硅柵6的側壁氧化層8，如圖2K所示；
[0016]13.各種器件的輕摻雜漏的注入，形成輕摻雜漏區9，如圖2L所示；
[0017]14.氮化硅側墻10的淀積和刻蝕，如圖2M所示；
[0018]15.多晶硅柵上接觸孔區域的氮化硅去除，如圖2N所示；
[0019]16.阻擋氧化層11生長，如圖20所示；
[0020]17.源漏注入形成源漏注入區12，如圖2P所示；
[0021]18.阻擋氧化層去除，如圖2Q所示。
【發明內容】
[0022]本發明解決的技術問題是提供一種堆疊柵型SONOS閃存存儲器結構，該結構能夠有效的縮小存儲單元的面積。為此，本發明還提供該堆疊柵型SONOS閃存存儲器的制造方法。
[0023]為解決上述技術問題，本發明提供一種堆疊柵型SONOS閃存存儲器的結構，該存儲器由一個選擇管和一個存儲管構成，所述存儲管從下至上由ONO層和第一多晶硅柵構成；所述選擇管從下至上由中壓氧化層和第二多晶硅柵構成，該選擇管的柵氧為中壓氧化層，該選擇管上方有氮化硅；所述第一多晶硅柵和所述第二多晶硅柵的側壁上有氮化硅側墻；所述存儲管和所述選擇管之間有一定的重疊，重疊量為x，o〈x <第一多晶娃柵的寬度。
[0024]進一步地，所述ONO層結構從下到上依次為:厚度為10-2V、的氧化層，厚度為50-200A的氮化物層,30-100A的氧化層。
[0025]進一步地，所述中壓氧化層的厚度為80-250Λ:所述選擇管上方的氮化硅的厚度為500-3000A,,
[0026]進一步地，所述氮化硅側墻的厚度為200-800Λ。
[0027]進一步地,所述第一多晶硅柵的厚度為300-2000Λ、寬度為0.065-0.5微米；所述第二多晶硅柵的厚度為1000-3000 A，第二多晶硅柵的寬度(這個寬度是指選擇管和存儲管非重疊的部分)為0.065-0.5微米。
[0028]此外，本發明還提供該堆疊柵型SONOS閃存存儲器的制造方法，該制造方法包括如下工藝步驟:
[0029]I)形成隔離區和有源區；
[0030]2)中低壓阱以及閾值電壓調整等離子注入；
[0031]3)存儲管區域的離子注入和氧化層去除；
[0032]4)全片進行 ONO層淀積；
[0033]5)全片進行第一層多晶硅淀積；
[0034]6)采用光刻和刻蝕工藝刻蝕第一層多晶硅和ONO層，在存儲管區域形成第一多晶娃柵；
[0035]7)在全硅片上全面生長中壓氧化層；
[0036]8)第二層多晶硅的淀積和摻雜；
[0037]9)第二層多晶硅化學研磨拋光；
[0038]10)在全硅片上全面淀積氮化硅層；
[0039]11)第二多晶硅柵的光刻和刻蝕；
[0040]12)第二多晶硅柵的再氧化；
[0041]13)各種器件的輕摻雜漏的注入；
[0042]14)氮化硅側墻的淀積和刻蝕；
[0043]15)在全硅片上全面生長阻擋氧化層；
[0044]16)源漏注入；
[0045]17)阻擋氧化層的去除。
[0046]進一步地,第4)步中，所述ONO層從下到上依次為:厚度為〗0-25A的氧化層，厚度為50-200A的氮化物層，30-1OOA的氧化層。
[0047]進一步地,第5)步中，第一層多晶娃的厚度為300-2000A。
[0048]進一步地，第6)步中，先用干法刻蝕去除第一層多晶硅和ONO層最上面的氧化層和氮化層，然后用濕法刻蝕去除ONO層最下面的氧化層；所述第一多晶硅柵的厚度為300-2000Λ、寬度為 0.065-0.5 微米。
[0049]進一步地,第7)步中，所述中壓氧化層的厚度為80-250 A。
[0050]進一步地,第8)步中，所述第二層多晶娃的厚度Χ/400Μ 5000 A0[0051]進一步地，第9)步中，所述第二層多晶硅化學研磨拋光后剩余的第二層多晶硅的厚度為1000-3000 A0
[0052]進一步地,第10)步中，所述氮化娃層的厚度為500-3000 A,
[0053]進一步地，第11)步中，所述第二多晶硅柵的厚度為1000-3000 Α?寬度為0.065-0.5微米。
[0054]進一步地，第12)步中，所述第二多晶硅柵的再氧化在第二層多晶硅柵的側壁上形成的氧化層的厚度為丨0-300Λ。
[0055]進一步地,第14)步中，所述氮化娃側墻的厚度200-800 Ac
[0056]進一步地，第15)步中，所述阻擋氧化層的厚度為50-500A?
[0057]進一步地，在第7)步和第8)步之間可以增加如下步驟:A.去除低壓區域的氧化層，同時對低壓氧化層區域進行離子注入；B.在全硅片上生長低壓氧化層，所述低壓氧化層的厚度為10-60 A;在第14)步之后增加如下步驟A:多晶硅柵上接觸孔區域的氮化硅去除(即該步驟A可以在第14)步之后的任一步驟完成，例如，在第14)和15)步之間，在第15)和16)步之間，在第16)和17)步之間，或者在第17)步之后)。
[0058]和現有技術相比，本發明具有以下有益效果:通過堆疊柵工藝，能夠有效的縮小存儲單元的面積，按照目前0.13 μ m的設計規則，采用原有結構，2管存儲單元的面積為0.35左右，采用新的結構后，存儲單元面積將縮小到0.26左右，約有25%左右的縮小。
【專利附圖】
【附圖說明】
·[0059]圖1為現有的存儲管結構示意圖。
[0060]圖2A-圖2Q是現有的存儲管結構的制造方法的剖面示意圖；其中，圖2A是現有方法的步驟2完成后的器件剖面結構示意圖；圖2B是現有方法的步驟3完成后的器件剖面結構示意圖；圖2C是現有方法的步驟4完成后的器件剖面結構示意圖；圖2D是現有方法的步驟5完成后的器件剖面結構示意圖；圖2E是現有方法的步驟6完成后的器件剖面結構示意圖；圖2F是現有方法的步驟7完成后的器件剖面結構示意圖；圖2G是現有方法的步驟8完成后的器件剖面結構示意圖；圖2!1是本發明方法的步驟9完成后的器件剖面結構示意圖；圖21是現有方法的步驟10完成后的器件剖面結構示意圖；圖2】是現有方法的步驟11完成后的器件剖面結構示意圖；圖2K是現有方法的步驟12完成后的器件剖面結構示意圖；圖21^是現有方法的步驟13完成后的器件剖面結構示意圖；圖211是現有方法的步驟14完成后的器件剖面結構示意圖；圖2N是現有方法的步驟15完成后的器件剖面結構示意圖；圖20是現有方法的步驟16完成后的器件剖面結構示意圖；圖2P是現有方法的步驟17完成后的器件剖面結構示意圖；圖2Q是現有方法的步驟18完成后的器件剖面結構示意圖。
[0061]圖3是本發明堆疊柵型SONOS閃存存儲器的結構示意圖。
[0062]圖4A-圖4S是本發明SONOS閃存存儲器的制造方法的剖面示意圖；其中，圖4A是現有方法的步驟2完成后的器件剖面結構示意圖；圖4B是本發明方法的步驟3完成后的器件剖面結構示意圖；圖4(:是本發明方法的步驟4完成后的器件剖面結構示意圖；圖40是本發明方法的步驟5完成后的器件剖面結構示意圖；圖4E是本發明方法的步驟6完成后的器件剖面結構示意圖；圖4?是本發明方法的步驟7完成后的器件剖面結構示意圖；圖46是本發明方法的步驟8完成后的器件剖面結構示意圖；圖4!1是本發明方法的步驟9完成后的器件剖面結構示意圖；圖41是本發明方法的步驟10完成后的器件剖面結構示意圖；圖4J是本發明方法的步驟11完成后的器件剖面結構示意圖；圖4K是本發明方法的步驟12完成后的器件剖面結構示意圖；圖4L是本發明方法的步驟13完成后的器件剖面結構示意圖；圖4M是本發明方法的步驟14完成后的器件剖面結構示意圖；圖4N是本發明方法的步驟15完成后的器件剖面結構示意圖；圖40是本發明方法的步驟16完成后的器件剖面結構示意圖；圖4?是本發明方法的步驟17完成后的器件剖面結構示意圖；圖40是本發明方法的步驟18完成后的器件剖面結構示意圖；圖4R是本發明方法的步驟19完成后的器件剖面結構示意圖；圖4S是本發明方法的步驟20完成后的器件剖面結構示意圖。
[0063]圖中附圖標記說明如下:
[0064]1:硅襯底
[0065]2:氧化層
[0066]3: ONO 層
[0067]4:中壓氧化層 [0068]5:低壓氧化層
[0069]6:多晶硅柵
[0070]6A:第一層多晶硅
[0071]6B:第一多晶娃柵
[0072]7:氮化硅層
[0073]8:側壁氧化層
[0074]9:輕摻雜漏區
[0075]10:氮化硅側墻
[0076]11:阻擋氧化層
[0077]12:源漏注入區
[0078]13A:第二層多晶硅
[0079]13B:第二多晶硅柵
【具體實施方式】
[0080]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0081]如圖3所示，本發明堆疊柵的SONOS閃存存儲器的結構包括一個選擇管和一個存儲管:存儲管從下至上由ONO層和第一多晶娃柵構成；采用ONO (oxide-nitride-oxide)層結構(從下到上:氧化層:10-25 A，氮化物層:50-200 A，氧化層:30-100 Α)，0Ν0層上面是300-2000A的第一多晶硅柵；
[0082]第二多晶硅柵構成選擇管，選擇管的柵氧為中壓氧化層(80_250A左右)；選擇管上方有氮化硅(即硅柵上的氮化娃，其厚度為500-3000Λ);
[0083]存儲管和選擇管之間有一定的重疊，重疊量范圍X (0〈X <第一多晶硅柵的寬度)；
[0084]所述第一多晶硅柵和所述第二多晶硅柵的側壁上有氮化硅側墻，氮化硅側墻的厚度約為200-800Λ;
[0085]第一多晶娃柵的厚度為300-2000A,第一多晶娃柵的寬度為0.065-0.5微米;第二
多晶娃柵的厚度為1000-3000 A，第二多晶娃柵的寬度(這個寬度是指選擇管和存儲管非重疊的部分)為0.065-0.5微米。
[0086]如圖4A-圖4S所示，本發明方法對應的工藝實現流程如下:
[0087]1.娃襯底I形成隔尚區和有源區；
[0088]2.硅襯底I上形成中低壓阱以及閾值電壓調整等離子注入，在上述硅襯底I上全面沉積氧化層2，如圖4A所示；對于操作電壓15V以內的器件，氧化層2的厚度為50-250埃，其生長方式通常為熱生長或PVD，CVD沉積；
[0089]3.存儲管區域的離子注入和氧化層2去除，如圖4Β所示；通常采用本領域常規的光刻刻蝕去除存儲管區域區域的氧化層，在其他區域(即普通晶體管區域)形成氧化層的保護層(抗反射阻擋層和光刻膠)，刻蝕一般采用含HF藥液的濕法刻蝕；
[0090]4.全片進行ONO (oxide-nitride-oxide)層3淀積,通常采用熱生長或PVD, CVD沉積，ONO層從下到上依次為:氧化層oxide:10-25 A，氮化物層nitride: 50-200 A,氧化層oxide: 30-100Λ )，如圖 4C 所示；
[0091]5.在全娃片上全面生長第一層多晶娃6A,第一層多晶娃6A的厚度約為,00 2000Λ，通常采用CVD工藝生長第一層多晶硅6A，如圖4D所示；[0092]6.第一多晶娃柵6B光刻和刻蝕,基本方法是先用干法刻蝕去除第一層多晶娃6A和0N0層3的最上面的氧化層和氮化層，然后用濕法刻蝕去除0N0層3最下面的氧化層，在存儲管區域形成第一多晶硅柵6B，如圖4E所示；所述第一多晶硅柵6B的厚度為300-2000Λ、寬度為0.065-0.5微米。
[0093]7.在全硅片上全面生長中壓氧化層4(中壓氧化層4的厚度約為80-250八，例如11(^)，通常采用熱生長工藝或CVD工藝，如圖4F所示；
[0094]8.去除低壓區域的氧化層4 (同時可對低壓氧化層區域進行離子注入)，通常采用含HF藥液的濕法刻蝕來去除低壓區域的氧化層，如圖4G所示；
[0095]9.生長低壓氧化層5，通常采用熱生長工藝或其他淀積工藝，低壓氧化層5的厚度約為10-60A，例如32A,如圖4H所示；低壓氧化層5是全片生長，由于存儲管區域有0N0層3,所以長不了氧化層；但中壓氧化層4的厚度會略有增加；
[0096]10.在全硅片上全面淀積和摻雜第二層多晶硅13A，通常采用CVD工藝生長第二層多晶硅13A，第二層多晶硅13A的厚度約為4000-15000 A，如圖41所示；
[0097]11.第二層多晶硅13A化學研磨拋光，第二層多晶硅13A研磨到厚度約為1000-3000 Λ’例如1800 Λ，如圖 4J 所示;
[0098]12.在全硅片上全面淀積氮化硅層7，通常采用CVD工藝淀積，氮化硅層7的厚度約為500-30001,例如1500 A，如圖4K所示；
[0099]13.第二層多晶硅柵13B的光刻和刻蝕，所述第二多晶硅柵13B的厚度為1000-3000 A,寬度(這個寬度是指選擇管和存儲管非重疊的部分)為0.065-0.5微米,第二多晶娃柵13B和第一多晶娃柵6B之間有一定的重疊,重疊量范圍X (0〈X <第一多晶娃柵的寬度)，如圖4L所不；
[0100]14.第二層多晶硅柵的再氧化，在第二層多晶硅柵的側壁上形成的側壁氧化層8的厚度約為10-300Λ,通常采用熱生長或CVD工藝或快速熱氧化工藝(RT0)，如圖4M所示；
[0101]15.采用本領域常規工藝進行各種器件的輕摻雜漏的注入，形成輕摻雜漏區9，如圖4N所示；[0102]16.采用本領域常規方法進行氮化硅側墻的淀積和刻蝕，形成氮化硅側墻10的厚度約為200-800 A，例如550A，如圖40所示；
[0103]17.多晶硅柵上接觸孔區域的氮化硅去除，即去除低壓區域多晶硅柵上接觸孔區域的氮化娃，如圖4P所示；
[0104]18.在全硅片上全面生長阻擋氧化層11 (約為50-500Λ)，如圖4Q所示；
[0105]19.源漏注入，形成源漏注入區12，如圖4R所示；
[0106]20.阻擋氧化層11的去除，如圖4S所示。
[0107]如果沒有低壓器件，上述步驟8，9，17可以刪除。
【權利要求】
1.一種堆疊柵型SONOS閃存存儲器的結構，該存儲器由一個選擇管和一個存儲管構成，其特征在于， 所述存儲管從下至上由ONO層和第一多晶硅柵構成； 所述選擇管從下至上由中壓氧化層和第二多晶硅柵構成，該選擇管的柵氧為中壓氧化層，該選擇管上方有氮化娃; 所述第一多晶硅柵和所述第二多晶硅柵的側壁上有氮化硅側墻； 所述存儲管和所述選擇管之間有一定的重疊，重疊量為χ，0〈χ <第一多晶硅柵的寬度。
2.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述ONO層結構從下到上依次為:厚度為10-25A的氧化層，厚度為50-200A的氮化物層，30-1 (M)A的氧化層。
3.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述中壓氧化層的厚度為80-250A;所述選擇管上方的氮化硅的厚度為500-3000A。
4.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述氮化硅側墻的厚度為200-800A。
5.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述第一多晶硅柵的厚度為300-2000A、寬度為0.065-0.5微米；所述第二多晶硅柵的厚度為1000-3000 A，寬度為0.065-0.5微米。
6.如權利要求1所述的堆疊柵型SONOS閃存存儲器的制造方法，其特征在于，該制造方法包括如下工藝步驟: 1)形成隔離區和有源區；· 2)中低壓阱以及閾值電壓調整等離子注入； 3)存儲管區域的離子注入和氧化層去除； 4)全片進行ONO層淀積； 5)全片進行第一層多晶硅淀積； 6)采用光刻和刻蝕工藝刻蝕第一層多晶硅和ONO層，在存儲管區域形成第一多晶硅柵； 7)在全硅片上全面生長中壓氧化層； 8)第二層多晶硅的淀積和摻雜； 9)第二層多晶娃化學研磨拋光； 10)在全硅片上全面淀積氮化硅層； 11)第二多晶娃柵的光刻和刻蝕； 12)第二多晶硅柵的再氧化； 13)各種器件的輕摻雜漏的注入； 14)氮化硅側墻的淀積和刻蝕； 15)在全硅片上全面生長阻擋氧化層； 16)源漏注入； 17)阻擋氧化層的去除。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第4)步中，所述ONO層從下到上依次為:厚度為10-2SA的氧化層，厚度為50-200A的氮化物層，30-1OOA的氧化層。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第5)步中，第一層多晶硅的厚度為300-2000A。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第6)步中，先用干法刻蝕去除第一層多晶硅和ONO層最上面的氧化層和氮化層，然后用濕法刻蝕去除ONO層最下面的氧化層；所述第一多晶硅柵的厚度為300-2000A、寬度為0.065-0.5微米。
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第7)步中，所述中壓氧化層的厚度為80-2 MA。
11.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第8)步中，所述第二層多晶硅的厚度為40U0-15000 An
12.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第9)步中，所述第二層多晶硅化學研磨拋光后剩余的第二層多晶硅的厚度為1000-3000 A?
13.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第10)步中，所述氮化硅層的厚度為500-3000A。
14.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第11)步中，所述第二多晶硅柵的厚度為1000-3000 A，寬度為 0.065-0.5 微米。
15.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第12)步中，所述第二多晶硅柵的再氧化在第二層多晶硅柵的側壁上形成的氧化層的厚度為10-300A。
16.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第14)步中，所述氮化硅側墻的厚度200-800A。
17.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第15)步中，所述阻擋氧化層的厚度為50-500Ao·
18.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在第7)步和第8)步之間增加如下步驟: A.去除低壓區域的氧化層，同時對低壓氧化層區域進行離子注入；B.在全硅片上生長低壓氧化層，所述低壓氧化層的厚度為10-60 A;在第14)步之后增加如下步驟:多晶硅柵上接觸孔區域的氮化硅去除。
【文檔編號】H01L21/8247GK103855162SQ201210516638
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月5日 優先權日:2012年12月5日
【發明者】張可鋼, 陳廣龍, 陳華倫 申請人:上海華虹宏力半導體制造有限公司