專利名稱：Sonos快閃存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制作方法，尤其是一種SONOS快閃存儲(chǔ)器的制
作方法。
背景技術(shù)：
通常，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ) 器，易失性存儲(chǔ)器易于在電源中斷時(shí)丟失其數(shù)據(jù)，而非易失性存儲(chǔ)器即使在 電中斷時(shí)仍可保存其數(shù)據(jù)。與其它的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)(例如，磁盤驅(qū)動(dòng)器) 相比，非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器相對(duì)較小。因此，非易失性存儲(chǔ)器已廣泛地應(yīng) 用于移動(dòng)通信系統(tǒng)、存儲(chǔ)卡等。
近來(lái)，已經(jīng)提出了具有硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)結(jié)構(gòu) 的非易失性存儲(chǔ)器，即SONOS快閃存儲(chǔ)器。SONOS快閃存儲(chǔ)器具有很薄的單 元，其便于制造且容易結(jié)合至例如集成電路的外圍區(qū)域(peripheral region)和/ 或邏輯區(qū)域(logic region)中。
現(xiàn)有技術(shù)中SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法參考附圖1至附圖7所示，其 中附圖7還包括附圖7A至附圖7C，首先，參考附圖1,提供一半導(dǎo)體襯底 200，并在所述半導(dǎo)體襯底200上形成介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆 疊結(jié)構(gòu)210，所述三層堆疊結(jié)構(gòu)210包括形成在半導(dǎo)體襯底200上的介質(zhì)層
參考附圖2所示，在三層堆疊結(jié)構(gòu)210上依次形成第一多晶硅層220、腐 蝕阻擋層230,并在腐蝕阻擋層230上形成光刻膠層280，并曝光、顯影光刻 膠層280形成開口，以光刻膠為掩膜，依次刻蝕腐蝕阻擋層130、第一多晶硅 層120以及介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)210，直至曝露出半導(dǎo)體村底200，所述光刻膠開口的位置與半導(dǎo)體襯底200內(nèi)需要形成源極和漏 極的位置相對(duì)應(yīng)。
參考附圖3所示，以光刻膠層280為掩膜，在半導(dǎo)體襯底200中進(jìn)行一 定深度的離子注入，形成源極240和漏極250。參考附圖4所示，去除光刻膠 層280，并在源極和漏極區(qū)域?qū)?yīng)的半導(dǎo)體襯底200上以及腐蝕阻擋層230的 表面形成介電層260,并采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝平坦化介電層260,直至完全 曝露出腐蝕阻擋層230的表面。
參考附圖5所示，去除腐蝕阻擋層230，只留下第一多晶硅層220。參考 附圖6所示，在第一多晶硅層220以及介電層260上形成第二多晶硅層270, 多晶硅的厚度應(yīng)該完全覆蓋介電層260。參考附圖7所示，在第二多晶硅層 270上形成光刻膠層(圖中未示出)，并曝光顯影所述光刻膠層形成開口，并 以光刻膠為掩膜，刻蝕第二多晶硅層270,使第二多晶硅層270將SONOS快 閃存儲(chǔ)器的各個(gè)柵;f及結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，形成字線，最后，去除所述光刻膠層。
最后，本發(fā)明形成的SONOS快閃存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)如圖7以及7A、 7B和7C所 示，其中，圖7是本發(fā)明形成所述SONOS快閃存儲(chǔ)器的俯視圖；圖7A、 7B和 7C分別為圖7所示快閃存儲(chǔ)器在A-A、 B-B、 C-C方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖。 其中A-A為存儲(chǔ)器的位線方向，B-B以及C-C為存儲(chǔ)器的字線方向。從附 圖7A和附圖7C可以看出，在介電層260側(cè)壁以及介電層260之間形成多晶硅殘 留290，殘留的多晶硅會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)單元之間發(fā)生短路。
專利號(hào)為US6797565的美國(guó)專利也提供了 一種SONOS存儲(chǔ)器的制作工 藝，與附圖1至7描述的現(xiàn)有技術(shù)相同，在刻蝕第二多晶硅層形成字線的過(guò)程 中，也會(huì)在介電層側(cè)壁以及介電層之間形成多晶硅殘留，導(dǎo)致不同存儲(chǔ)單元 之間產(chǎn)生短路的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)制作SONOS快閃存儲(chǔ)器的方法會(huì)在不同 存儲(chǔ)單元之間存在多晶硅殘留，導(dǎo)致不同存儲(chǔ)單元之間短路的缺陷。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法，包括 如下步驟
提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次具有介質(zhì)層-捕獲電荷層 - 介 質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)、第一多晶硅層以及腐蝕阻擋層；
沿位線方向依次刻蝕腐蝕阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層 -介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，形成沿位線方向的開口；
通過(guò)開口位置進(jìn)行離子注入，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源極和漏極；
沿字線方向依次刻蝕腐蝕阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層 -介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，形成多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列；
形成覆蓋多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列的介電層，并進(jìn)行平坦化處理直至曝露出 腐蝕阻擋層；去除腐蝕阻擋層；
在第一多晶硅層以及介質(zhì)層表面形成第二多晶硅層，并沿字線方向刻蝕 所述第二多晶硅層，直至暴露介質(zhì)層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)采用本發(fā)明所述的工藝方法， 沿位線方向依次刻蝕腐蝕阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層-介 質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，進(jìn)行源極和漏極注入之后；沿字線方向依次刻蝕腐蝕 阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，形 成多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列；而且刻蝕第二多晶硅層時(shí)刻蝕至介電層時(shí)停止，因 此在刻蝕第二多晶硅層的工藝中不會(huì)在介電層的側(cè)壁以及介電層之間產(chǎn)生多 晶硅殘留，也就避免了不同的柵極結(jié)構(gòu)之間存在多晶硅殘留，防止漏電流發(fā) 生，提高了形成的SONOS快閃存儲(chǔ)器的性能。


圖1至圖6是現(xiàn)有技術(shù)形成SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法工藝流程不同 步驟的截面結(jié)構(gòu)示意圖7是現(xiàn)有技術(shù)形成的SONOS快閃存儲(chǔ)器的俯視圖7A、 7B和7C分別為圖7所示快閃存儲(chǔ)器在A-A、 B-B、 C-C方 向的截面結(jié)構(gòu)示意圖8、圖9、圖10、圖IIA、圖12A、圖13A、圖14A以及圖15為本發(fā) 明所述SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法工藝流程不同步驟沿字線方向的截面 結(jié)構(gòu)示意圖IIB、圖12B、圖13B以及圖14B分別為圖IIA、圖12A、圖13A以 及圖14A沿圖中所示剖切方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖16是本發(fā)明形成的SONOS快閃存儲(chǔ)器的俯視圖16A、 16B和16C分別為圖16所示快閃存儲(chǔ)器在A-A、 B-B、 C-C方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明僅僅對(duì)快 存存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行描述，其外圍電路的結(jié)構(gòu)以及形成工藝與現(xiàn)有 技術(shù)相同，具體形成工藝可參考專利號(hào)為US6797565的美國(guó)專利，在此不做 進(jìn)一步的描述。
首先，本發(fā)明提供一種SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法，包括如下步驟 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次具有介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層 的三層堆疊結(jié)構(gòu)、第一多晶硅層以及腐蝕阻擋層；沿位線方向依次刻蝕腐蝕 阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，形 成沿位線方向的開口；通過(guò)開口位置進(jìn)行離子注入，在半導(dǎo)體村底內(nèi)形成源 極和漏極；沿字線方向依次刻蝕腐蝕阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲 電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，形成多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列；形成覆蓋多晶 硅柵極結(jié)構(gòu)陣列的介電層，并進(jìn)行平坦化處理直至曝露出腐蝕阻擋層；去除 腐蝕阻擋層；在第一多晶硅層以及介質(zhì)層表面形成第二多晶硅層，并沿字線 方向刻蝕所述第二多晶硅層，直至暴露介質(zhì)層。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體工藝步驟。
首先，提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次具有介質(zhì)層-捕獲電 荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)、第一多晶硅層以及腐蝕阻擋層。參考附圖8 所示，提供一半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100較好的是半導(dǎo)體硅，可以 為n型或者P型半導(dǎo)體，也可以是絕緣體上硅等。在所述半導(dǎo)體襯底100上 形成介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)層-捕獲電荷 層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)較好的是氧化物-氮化物-氧化物層110,所述的 氧化物-氮化物-氧化物層110包括形成在半導(dǎo)體襯底100上的氧化物層 110a,形成在110a上的氮化物層110b以及形成在110b上的氧化物層110c, 形成氧化物-氮化物-氧化物層110的工藝為現(xiàn)有技術(shù)，例如化學(xué)氣相沉積 法和氧化法。
所述的氧化物層最好的是氧化硅，還可能包括氮化物例如氮氧化硅以及 其它可以優(yōu)化器件性能的摻雜劑，所述的氮化層可以是富含硅、氮以及其它 可以提高器件性能的摻雜劑例如氧等，最優(yōu)選的為氮化硅。所述氧化物-氮 化物-氧化物層110目前最優(yōu)化的為氧化硅-氮化硅-氧化硅。
之后，在氧化物-氮化物-氧化物層110上形成第一多晶硅層120，所述 第一多晶硅層120的形成工藝也可以選用任何現(xiàn)有工藝，較好的為化學(xué)氣相 沉積法或者用爐管生長(zhǎng)，厚度可以設(shè)定在600~800A。之后，在第一多晶硅 層120上形成腐蝕阻擋層130，所述腐蝕阻擋層130為氮化硅、氮氧化硅、炭化硅等，形成工藝也可以選擇現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝，較好的是采用化學(xué) 氣相沉積法或者用爐管生長(zhǎng)。
參考附圖9所示，在腐蝕阻擋層130上形成光刻膠層180,并曝光、顯影 形成光刻膠開口 ，所述光刻膠開口的位置與需要形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域的 位置相對(duì)應(yīng)，以光刻膠為掩膜，依次沿位線方向刻蝕腐蝕阻擋層130、第一多 晶硅層120以及氧化物-氮化物-氧化物層110,直至曝露出半導(dǎo)體襯底100。 刻蝕刻蝕腐蝕阻擋層130、第一多晶硅層120以及氧化物-氮化物-氧化物層 110的工藝為現(xiàn)有技術(shù)，較好的例如采用干法刻蝕。刻蝕后的第一多晶硅層 120以及氧化物-氮化物-氧化物層110構(gòu)成所述SONOS快閃存儲(chǔ)器的多晶 硅柵極。
參考附圖10所示，以光刻膠層180為掩膜，沿位線方向在半導(dǎo)體村底100 中進(jìn)行一定深度的離子注入，形成源極140和漏極150，離子注入的深度為現(xiàn) 有技術(shù)，可根據(jù)不同的注入深度要求調(diào)整離子注入的能量和劑量。其中，形 成源極140和漏極150的工藝為現(xiàn)有技術(shù)，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基體 材料選用p型硅，對(duì)源極和漏極進(jìn)行N型低摻雜離子注入，注入離子如砷離 子、磷離子等。
離子注入之后，也可以進(jìn)行熱退火的工藝，使注入的離子更好的分散。 也可以參考專利號(hào)為US6797565的美國(guó)專利進(jìn)行一次以上的離子注入，每次 離子注入以后進(jìn)行熱處理，可以使注入的離子進(jìn)入半導(dǎo)體襯底100的深度增 加。將所述的若干源極或者所述的若干漏極連接起來(lái)，就構(gòu)成所述SONOS快 閃存儲(chǔ)器的位線。
參考附圖11A所示，去處光刻膠層180，之后，在刻蝕腐蝕阻擋層130、 第一多晶硅層120以及氧化物-氮化物-氧化物層110形成的開口內(nèi)以及腐 蝕阻擋層130上形成光刻膠層111，并且曝光、顯影光刻膠層lll,使光刻膠 層111沿字線方向形成開口。其中，附圖IIB是附圖11在剖切面IIB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，所述剖切面IIB為SONOS快閃存儲(chǔ)器的位線方向。
之后，參考附圖12A和附圖12B所示，以光刻膠層lll為掩膜，依次刻 蝕腐蝕阻擋層130、第一多晶硅層120以及氧化物-氮化物-氧化物層110, 并去除光刻膠層lll，形成多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列?？涛g刻蝕腐蝕阻擋層130、 第一多晶硅層120以及氧化物-氮化物-氧化物層110的工藝為現(xiàn)有技術(shù)， 較好的例如采用干法刻蝕。
參考附圖13A和附圖13B所示，在源極140和漏極150區(qū)域?qū)?yīng)的半導(dǎo) 體襯底100上以及腐蝕阻擋層130的表面形成介電層160。介電層160的形成 工藝為現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝，比較優(yōu)選的例如化學(xué)氣相沉積法。介電層 160的材料較好的為氧化硅、氮氧化硅等，本發(fā)明最優(yōu)選的為氧化硅層，采用 等離子體化學(xué)氣相沉積法形成。之后，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝平坦化介電層 160，直至完全曝露出腐蝕阻擋層130的表面。
參考附圖14A和附圖14B所示，去除腐蝕阻擋層130,只留下第一多晶 硅層120。去除腐蝕阻擋層130的工藝為現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)工藝，本發(fā)明優(yōu)選采 用濕法刻蝕工藝。
參考附圖15A和附圖15B所示，在第一多晶硅層120以及介電層160上 形成第二多晶硅層170,多晶硅的厚度應(yīng)該完全覆蓋介電層160。形成第二多 晶硅層170的工藝可以是現(xiàn)有技術(shù)的任何常規(guī)工藝，例如與形成第一多晶硅 層120的工藝相同，采用等離子體化學(xué)氣相沉積法。之后，在第二多晶硅層 170上形成光刻膠層(圖中未示出)，并沿字線方向曝光、顯影所述光刻膠層 形成開口，并以光刻膠為掩膜，沿字線方向刻蝕第二多晶硅層170,直至完全 暴露介電層160，使第二多晶硅層170將SONOS快閃存儲(chǔ)器的各個(gè)柵極結(jié)構(gòu) 連接起來(lái)，最后，去除所述光刻膠層。
最后，本發(fā)明形成的SONOS快閃存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)如圖16以及16A、 16B
和16C所示，其中，圖16是本發(fā)明形成所述SONOS快閃存儲(chǔ)器的俯視圖； 圖16A、 16B和16C分別為圖16所示快閃存儲(chǔ)器在A-A、 B-B、 C-C方 向的截面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，A-A方向?yàn)樾纬傻腟ONOS快閃存儲(chǔ)器的位線 方向，B-B、 C-C方向?yàn)樾纬傻腟ONOS快閃存儲(chǔ)器的字線方向。
由于本發(fā)明的柵極結(jié)構(gòu)為多個(gè)分離的多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列，而且刻蝕第 二多晶硅層時(shí)刻蝕至介電層時(shí)停止，因此在刻蝕第二多晶硅層的工藝中不會(huì) 在介電層的側(cè)壁以及介電層之間產(chǎn)生多晶硅殘留，也就避免了不同的柵極結(jié) 構(gòu)之間存在多晶硅殘留，防止漏電流發(fā)生，提高了形成的SONOS快閃存儲(chǔ)器 的性能。
雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次具有介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)、第一多晶硅層以及腐蝕阻擋層；沿位線方向依次刻蝕腐蝕阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，形成沿位線方向的開口；通過(guò)開口位置進(jìn)行離子注入，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源極和漏極；沿字線方向依次刻蝕腐蝕阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，形成多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列；形成覆蓋多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列的介電層，并進(jìn)行平坦化處理直至曝露出腐蝕阻擋層；去除腐蝕阻擋層；在第一多晶硅層以及介質(zhì)層表面形成第二多晶硅層，并沿字線方向刻蝕所述第二多晶硅層，直至暴露介質(zhì)層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法，其特征在于，所述 介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)為氧化硅-氮化硅-氧化硅層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法，其特征在于，刻蝕 腐蝕阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié) 構(gòu)的工藝為干刻蝕。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法，其特征在于，所述 腐蝕阻擋層材料為氮化硅層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法，其特征在于，所述 介電層材料為氧化硅。
全文摘要
一種SONOS快閃存儲(chǔ)器的制作方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次具有介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)、第一多晶硅層以及腐蝕阻擋層；沿位線方向依次刻蝕腐蝕阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)；進(jìn)行離子注入，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源極和漏極后，沿字線方向進(jìn)行刻蝕腐蝕阻擋層、第一多晶硅層和介質(zhì)層-捕獲電荷層-介質(zhì)層的三層堆疊結(jié)構(gòu)，形成多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列；形成覆蓋多晶硅柵極結(jié)構(gòu)陣列的介電層；去除腐蝕阻擋層；形成將多晶硅柵極結(jié)構(gòu)沿字線方向連接的多晶硅層。本方法避免在介電層的側(cè)壁以及介電層之間產(chǎn)生多晶硅殘留，防止漏電流發(fā)生。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101197327SQ20061011905
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者仇圣棻, 鵬 孫, 丹 徐 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司