專利名稱：Sonos存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及SONOS存儲器的制作方法。
背景技術(shù)：
通常，用于存儲數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲器分為易失性存儲器和非易失性存儲器，易失性存儲器容易在電源中斷時丟失其數(shù)據(jù)，而非易失性存儲器即使在電源中斷時仍可保存其數(shù)據(jù)。與其他的非易失性存儲技術(shù)(例如，磁盤驅(qū)動器)相比，非易失性半導(dǎo)體存儲器相對較小。因此，非易失性存儲器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于移動通信系統(tǒng)、存儲卡等。非易失性存儲可由浮柵結(jié)構(gòu)或SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)結(jié)構(gòu)兩大主要技術(shù)之一實現(xiàn)。浮柵型存儲器利用與外界隔離的多晶硅導(dǎo)電層來捕獲并存儲電荷，工藝流程比較容易控制，但是一旦隧穿氧化層中存在缺陷，存儲電荷容易沿著缺陷從多晶硅存儲層中大量丟失，所以隧穿氧化層厚度較厚(70 120埃)，存儲單元尺寸不易微縮。SONOS存儲器利用絕緣的氮化硅介質(zhì)層來俘獲并存儲電荷，電荷存儲在氮化硅層離散的陷阱中，不會因為隧穿氧化層的一個缺陷導(dǎo)致電荷的大量丟失，所以隧穿氧化層厚度較薄(20^50埃)，存儲單元尺寸易于微縮。SONOS還有擦寫能力好、操作電壓低和功率低、工藝過程簡單且與標準CMOS工藝兼容等優(yōu)勢。圖I為現(xiàn)有技術(shù)的SONOS存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖，請參考圖1，現(xiàn)有的SONOS結(jié)構(gòu)包括襯底10，位于所述襯底10上的遂穿介質(zhì)層11、捕獲電荷層12和頂部介質(zhì)層13，其中，遂穿介質(zhì)層11的材料為氧化硅，捕獲電荷層12的材料為氮化硅，頂部介質(zhì)層13的材料為氧化娃，隧介質(zhì)層11、捕獲電荷層12和頂部介質(zhì)層13構(gòu)成了 ONO (Oxede-Nitride-Oxdie)的疊層結(jié)構(gòu)，位于所述頂部介質(zhì)層13上的柵極14，所述柵極14外部形成有氧化層17 ;位于所述襯底10內(nèi)、所述疊層結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極15和漏極16。SONS存儲器的工作原理為在寫過程中時，在柵極14和襯底10之間施加正電壓(通常為+10V)，在源極15和漏極16上施加相同的低電壓(通常為0V)，溝道中的電子發(fā)生隧穿穿過遂穿介質(zhì)層11，存儲在捕獲電荷層12中，完成電子隧穿編程操作過程。在擦除過程時，在柵極14和襯底10之間施加負電壓(通常為-10V)，在源極14和漏極15上施加相同的低電壓(通常為0V)，即可完成捕獲電荷層12中捕獲的電子隧穿穿過遂穿介質(zhì)層11進入襯底10的擦除操作過程。在實際中發(fā)現(xiàn)，由于柵極多晶硅的底部被侵入氧化成二氧化硅而導(dǎo)致多晶硅柵極邊緣處ONO薄膜層太厚的不良效應(yīng)，現(xiàn)有SONOS存儲器在執(zhí)行擦除操作時無法完全擦除，影響了器件性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供了一種新的SONOS存儲器的制作方法，利用所述方法形成的SONOS存儲器能夠在執(zhí)行擦除操作時完全擦除，提高了器件的性能。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種SONOS存儲器的制作方法，包括
在襯底中的有源區(qū)上形成第一二氧化硅層；在第一二氧化硅層上沉積氮化硅層； 在氮化硅層上形成第二二氧化硅層，所述第二二氧化硅層、氮化硅層、第一二氧化娃層構(gòu)成ONO薄膜層；在ONO薄膜層上沉積多晶硅層；刻蝕所述多晶硅層，在所述ONO薄膜層上形成多晶硅柵極；在所述多晶硅柵極和ONO薄膜層上沉積保護二氧化硅層；對所述多晶硅柵極進行高溫氧化；進行刻蝕工藝，去除位于襯底上的ONO薄膜層，形成電荷存儲單元?？蛇x地，所述第一二氧化硅層利用高溫氧化工藝或化學(xué)氣相沉積工藝形成。可選地，所述氮化硅層利用化學(xué)氣相沉積工藝形成?？蛇x地，所述第二二氧化硅層利用高溫?zé)嵫趸に嚮蚧瘜W(xué)氣相沉積工藝形成?？蛇x地，所述多晶硅柵極通過化學(xué)氣相沉積多晶硅層，并且對所述多晶硅層進行各向異性刻蝕工藝形成?？蛇x地，所述保護二氧化硅層利用化學(xué)氣相沉積工藝形成?？蛇x地，所述高溫氧化工藝為快速氧化工藝或者高溫爐管氧化工藝?？蛇x地，所述電荷存儲單元利用各向異性刻蝕工藝對所述ONO薄膜層的第二二氧化硅層和氮化硅層刻蝕形成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明在傳統(tǒng)的多晶硅柵極的高溫氧化工藝之前沉積一層二氧化硅保護層，有效降低了柵極多晶硅的底部被侵入氧化成二氧化硅而導(dǎo)致多晶硅柵極邊緣處ONO薄膜層太厚的不良效應(yīng)，從而使存儲器在執(zhí)行擦除操作時能完全擦除，提高了器件的性能。
圖I是現(xiàn)有技術(shù)的SONOS存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 圖3是現(xiàn)有技術(shù)的SONOS存儲器的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明一個實施例的SONOS存儲器的制作方法流程示意圖；圖5 圖7是本發(fā)明一個實施例的SONOS存儲器的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式在實際中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有SONOS存儲器在執(zhí)行擦除操作時無法完全擦除，影響了器件性能。請結(jié)合圖1，由于柵極14邊緣的頂部介質(zhì)層13的厚度偏厚，降低了垂直方向的電場強度，從而導(dǎo)致了 SONOS不完全擦除。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，引起頂部介質(zhì)層13偏厚的原因是由于現(xiàn)有的SONOS存儲器制作過程中在柵極14的邊緣發(fā)生了微笑效應(yīng)(smiling effect)。請參考圖2 圖4所示的現(xiàn)有的SONOS存儲器的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先，如圖2所示，提供半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上依次形成有第遂穿介質(zhì)層11、捕獲電荷層12、頂部介質(zhì)層13和柵極14，所述遂穿介質(zhì)層11的材質(zhì)為氧化硅，所述捕獲電荷層12的材質(zhì)為氮化硅，所述頂部介質(zhì)層13的材質(zhì)為氧化硅，所述柵極14的材質(zhì)為多晶硅，柵極14利用對多晶硅層刻蝕形成。然后，參考圖3，進行快速熱氧化工藝(RT0)，對所述柵極14進行氧化，在所述柵極14外部形成熱氧化層17，所述熱氧化層17的厚度為97埃，所述快速熱氧化工藝的溫度高達1100攝氏度。在進行快速熱氧化工藝過程中，柵極14的兩側(cè)被氧化的同時，在柵極14的底部的邊緣(與頂部介質(zhì)層13)接近的位置18原本不應(yīng)該形成氧化層的位 置也形成了熱氧化層18，從而在柵極14的底部形成向上的笑臉曲線。為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種SONOS存儲器的制作方法，包括請參考圖4所示的本發(fā)明一個實施例的SONOS存儲器的制作方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，所述方法包括步驟SI，在襯底中的有源區(qū)上形成第一二氧化硅層；步驟S2，在第一二氧化硅層上沉積氮化硅層；步驟SI,在氮化硅層上形成第二二氧化硅層，所述第二二氧化硅層、氮化硅層、第一二氧化娃層構(gòu)成ONO薄膜層；步驟S4，在ONO薄膜層上沉積多晶硅層；步驟S5，刻蝕所述多晶硅層，在所述ONO薄膜層上形成多晶硅柵極；步驟S6，在所述多晶硅柵極和ONO薄膜層上沉積保護二氧化硅層；步驟S7，對所述多晶硅柵極進行高溫氧化；步驟S8，進行刻蝕工藝，去除位于襯底上的ONO薄膜層，形成電荷存儲單元。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明。為了更好的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，請結(jié)合圖5 圖7所示的本發(fā)明一個實施例的SONOS存儲器的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先，請參考圖5，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100的有源區(qū)上依次形成第一二氧化硅層110、氮化硅層120、第二二氧化硅層130，所述第二二氧化硅層130與所述氮化硅層120和第一二氧化硅層構(gòu)110成ONO薄膜層。本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材質(zhì)為娃。在其他的實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材質(zhì)還可以為錯或錯娃。所述第一二氧化硅層110的材質(zhì)為氧化硅，其可以利用高溫氧化工藝或化學(xué)氣相沉積工藝形成。所述氮化硅層120可以利用化學(xué)氣相沉積工藝形成。所述氮化硅層作為電荷存儲層，用于存儲電荷。所述第二二氧化硅層130利用高溫?zé)嵫趸に嚮蚧瘜W(xué)氣相沉積工藝形成。然后，繼續(xù)參考圖5，在所述ONO薄膜層上沉積多晶硅層，對所述多晶硅層進行刻蝕，在所述ONO薄膜層上形成多晶硅柵極140。所述多晶硅柵極140作為控制柵極。所述多晶硅層采用化學(xué)氣相沉積工藝形成，所述多晶硅柵極140采用對所述多晶硅層進行各向異性刻蝕工藝形成。然后，請參考圖6，進行沉積工藝，形成覆蓋所述多晶硅柵極140的保護二氧化硅層180。所述保護二氧化硅層180能夠有效降低后續(xù)對多晶硅柵極進行高溫氧化時，多晶硅柵極的底部被侵入氧化成二氧化硅而導(dǎo)致多晶硅柵極邊緣處ONO薄膜層太厚的不良效應(yīng)，從而使存儲器在執(zhí)行擦除操作時能完全擦除，提高了器件的性能。。作為一個實施例，所述保護二氧化硅層180利用化學(xué)氣相沉積工藝形成。作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述化學(xué)氣相沉積工藝為低壓化學(xué)氣相沉積工藝(LPCVD)。所述保護二氧化硅層180的厚度范圍為2(Γ60埃。接著，請參考圖7，對所述多晶硅柵極140進行高溫氧化，形成氧化層190。所述氧化層190的厚度范圍為8(Γ120埃。本實施例中，所述氧化層190的厚度為97埃。所述高溫氧化可以為快速氧化工藝(RTO)或者高溫爐管氧化工藝。作為一個實施例，所述氧化層190采用快速熱氧化工藝(RTO)形成。由于所述保護二氧化硅層180對柵極進行了保護，防止了柵極多晶硅140的底部被侵入氧化成二氧化硅而導(dǎo)致多晶硅柵極140邊緣處ONO薄膜層太厚的不良效應(yīng)，從而使存儲器在執(zhí)行擦除操作時能完全擦除，提高了器件的性能。然后，請繼續(xù)參考圖7，進行刻蝕工藝，去除位于半導(dǎo)體襯底100上的ONO薄膜層，形成電荷存儲單元。所述刻蝕工藝為各向異性刻蝕工藝。本發(fā)明還提供利用上述制作方法形成的SONOS存儲器，請參考圖7，所述SONOS存儲器包括半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100上形成于第一二氧化硅層110、氮化硅層120、第二二氧化硅層130和多晶硅柵極140 ；保護二氧化硅層180，覆蓋所述多晶硅柵極140表面；氧化層190，覆蓋所述多晶硅柵極140表面的保護二氧化硅層180的表面。作為一個實施例，所述保護二氧化硅層180的厚度范圍為2(Γ60埃。所述氧化層190的厚度范圍為80 120埃。綜上，本發(fā)明在傳統(tǒng)的多晶硅柵極的高溫氧化工藝之前沉積一層二氧化硅保護層，有效降低了柵極多晶硅的底部被侵入氧化成二氧化硅而導(dǎo)致多晶硅柵極邊緣處ONO薄膜層太厚的不良效應(yīng)，從而使存儲器在執(zhí)行擦除操作時能完全擦除，提高了器件的性能。因此，上述較佳實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SONOS存儲器的制作方法，其特征在于，包括在襯底中的有源區(qū)上形成第一二氧化硅層；在第一二氧化娃層上沉積氮化娃層；在氮化硅層上形成第二二氧化硅層，所述第二二氧化硅層、氮化硅層、第一二氧化硅層構(gòu)成ONO薄膜層；在ONO薄膜層上沉積多晶硅層；刻蝕所述多晶硅層，在所述ONO薄膜層上形成多晶硅柵極；在所述多晶硅柵極和ONO薄膜層上沉積保護二氧化硅層；對所述多晶硅柵極進行高溫氧化；進行刻蝕工藝，去除位于襯底上的ONO薄膜層，形成電荷存儲單元。
2.如權(quán)利要求I所述的SONOS存儲器的制作方法，其特征在于，所述第一二氧化硅層利用高溫氧化工藝或化學(xué)氣相沉積工藝形成。
3.如權(quán)利要求I所述的SONOS存儲器的制作方法，其特征在于，所述氮化硅層利用化學(xué)氣相沉積工藝形成。
4.如權(quán)利要求I所述的SONOS存儲器的制作方法，其特征在于，所述第二二氧化硅層利用高溫?zé)嵫趸に嚮蚧瘜W(xué)氣相沉積工藝形成。
5.如權(quán)利要求I所述的SONOS存儲器的制作方法，其特征在于，所述多晶硅柵極通過化學(xué)氣相沉積多晶硅層，并且對所述多晶硅層進行各向異性刻蝕工藝形成。
6.如權(quán)利要求I所述的SONOS存儲器的制作方法，其特征在于，所述保護二氧化硅層利用化學(xué)氣相沉積工藝形成。
7.如權(quán)利要求I所述的SONOS存儲器的制作方法，其特征在于，所述高溫氧化工藝為快速氧化工藝或者高溫爐管氧化工藝。
8.如權(quán)利要求I所述的SONOS存儲器的制作方法，其特征在于，所述電荷存儲單元利用各向異性刻蝕工藝對所述ONO薄膜層的第二二氧化硅層和氮化硅層刻蝕形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種SONOS存儲器的制造方法，包括在襯底中的有源區(qū)上依次形成第一二氧化硅層、氮化硅層和第二二氧化硅層，所述第二二氧化硅層、氮化硅層、第一二氧化硅層構(gòu)成ONO薄膜層；在ONO薄膜層上沉積多晶硅層；刻蝕所述多晶硅層，在所述ONO薄膜層上形成多晶硅柵極；在所述多晶硅柵極和ONO薄膜層上沉積保護二氧化硅層；對所述多晶硅柵極進行高溫氧化；進行刻蝕工藝，去除位于襯底上的ONO薄膜層，形成電荷存儲單元。本發(fā)明有效降低了柵極多晶硅的底部被侵入氧化成二氧化硅而導(dǎo)致多晶硅柵極邊緣處ONO薄膜層太厚的不良效應(yīng)，從而使存儲器在執(zhí)行擦除操作時能完全擦除，提高了器件的性能。
文檔編號H01L21/8247GK102945833SQ20121050712
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者徐愛斌, 莘海維, 包德君 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司