Sonos非揮發(fā)性存儲(chǔ)器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其單元結(jié)構(gòu)的SONOS存儲(chǔ)器晶體管和選擇晶體管的柵極為通過絕緣層隔離的交疊的兩層結(jié)構(gòu)，選擇晶體管的第一側(cè)面形成有第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻，SONOS存儲(chǔ)器晶體管的隧道注入?yún)^(qū)和ONO層都和第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)；整個(gè)單元結(jié)構(gòu)僅包括2個(gè)源漏區(qū)，在SONOS存儲(chǔ)器晶體管和選擇晶體管的柵極之間并不存在源漏區(qū)。本發(fā)明還公開了一種SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方法。本發(fā)明直接省去了中兩個(gè)晶體管柵極中間的一個(gè)源漏區(qū)，能大大縮小存儲(chǔ)器單元的面積，而且無需增加額外的光刻步驟。
【專利說明】SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種。

【背景技術(shù)】
[0002]SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)閃存，電可擦寫存儲(chǔ)器產(chǎn)品。目前常用存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)由一個(gè)完整的SONOS存儲(chǔ)器晶體管和一個(gè)完整的選擇晶體管組成2晶體管結(jié)構(gòu)(2T結(jié)構(gòu))，每個(gè)晶體管都有完整的源極，漏極和柵極，且兩個(gè)晶體管共用一層多晶硅。如圖1所示，是現(xiàn)有SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)圖；現(xiàn)有SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)包括一個(gè)SONOS存儲(chǔ)器晶體管和一個(gè)選擇晶體管，所述單元結(jié)構(gòu)形成于P阱102中，所述P阱102形成于硅襯底100的深N阱101中。
[0003]所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的柵極結(jié)構(gòu)包括依次形成于所述P阱101表面的ONO層104和多晶硅柵106，所述ONO層104為由依次形成所述P阱101表面的第一氧化層、第二氮化層和第三氧化層組成的三層結(jié)構(gòu)，所述ONO層104用于電荷存儲(chǔ)；在所述ONO層104的底部的所述P阱101中的表面部分形成有隧道注入?yún)^(qū)103。
[0004]所述選擇晶體管的柵極結(jié)構(gòu)包括依次形成于所述P阱102表面的柵介質(zhì)層105和多晶硅柵106。在所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管和所述選擇晶體管的多晶硅柵106都為由同時(shí)形成的多晶硅層刻蝕形成，且兩個(gè)多晶硅柵106的側(cè)面都形成有側(cè)墻107。
[0005]形成于所述P阱102中三個(gè)N型輕摻雜漏區(qū)108和N+摻雜的源漏區(qū)109。N型輕摻雜漏區(qū)108和對(duì)應(yīng)的多晶硅柵106自對(duì)準(zhǔn)，源漏區(qū)109和對(duì)應(yīng)的側(cè)墻107自對(duì)準(zhǔn)。所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管和所述選擇晶體管中共用三個(gè)N型輕摻雜漏區(qū)108和N+摻雜的源漏區(qū)109中的一個(gè)；另兩個(gè)非共用的源漏區(qū)109分別通過金屬接觸110引出，并分別形成整個(gè)單元結(jié)構(gòu)的源極和漏極。兩個(gè)多晶硅柵106也分別通過金屬接觸110 (未示出)引出。
[0006]由上可知，現(xiàn)有SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)的SONOS存儲(chǔ)器晶體管和選擇晶體管都包括由完整的源區(qū)和漏區(qū)，占用面積較大。另外，為了避免隧道注入?yún)^(qū)103和ONO層104進(jìn)入選擇晶體管柵極區(qū)域，在定義隧道注入?yún)^(qū)103的隧道注入窗口和ONO層104時(shí)，必須在兩個(gè)晶體管柵極之間留出足夠的距離。這樣就進(jìn)一步的限制了存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)的縮小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，能省去單元結(jié)構(gòu)中的一個(gè)源漏區(qū)，從而能大大縮小存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的面積，且無需增加額外的光刻步驟，成本較低。為此，本發(fā)明還提供一種SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)包括一個(gè)SONOS存儲(chǔ)器晶體管和一個(gè)選擇晶體管，所述單元結(jié)構(gòu)形成于P阱中，所述P阱形成于硅襯底的深N阱中。
[0009]所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的柵極結(jié)構(gòu)包括依次形成于所述P阱表面的ONO層和第一柵極導(dǎo)電材料層，所述ONO層為由依次形成所述P阱表面的第一氧化層、第二氮化層和第三氧化層組成的三層結(jié)構(gòu)，所述ONO層用于電荷存儲(chǔ)；在所述ONO層的底部的所述P阱中的表面部分形成有隧道注入?yún)^(qū)。
[0010]所述選擇晶體管的柵極結(jié)構(gòu)包括依次形成于所述P阱表面的柵介質(zhì)層和第二柵極導(dǎo)電材料層。
[0011]在所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面形成有第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻，在所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部表面形成有第二絕緣介質(zhì)層。
[0012]所述隧道注入?yún)^(qū)和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)；所述ONO層和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)，所述ONO層和所述柵介質(zhì)層在橫向上隔離有所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻；所述ONO層從所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻的底部向上延伸并覆蓋在所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻的側(cè)面、以及所述第二絕緣介質(zhì)層的頂部表面。
[0013]所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面間隔有所述ONO層和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻，所述第一柵極導(dǎo)電材料層還延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部，且延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部的所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層之間隔離有所述ONO層和所述第二絕緣介質(zhì)層。
[0014]由形成于所述P阱中的N+區(qū)組成的兩個(gè)源漏區(qū)，第一源漏區(qū)和所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二源漏區(qū)和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。
[0015]在所述第一柵極導(dǎo)電材料層、所述第二柵極導(dǎo)電材料層、所述第一源漏區(qū)和所述第二源漏區(qū)的頂部分別形成有金屬接觸，各所述金屬接觸分別引出第一柵極、第二柵極、第一源漏極和第二源漏極。
[0016]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層為多晶硅。
[0017]進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的多晶硅頂部形成有鎢或硅化鎢。
[0018]進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述P阱中還形成有兩個(gè)N型輕摻雜漏區(qū)，第一 N型輕摻雜漏區(qū)和所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二 N型輕摻雜漏區(qū)和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。
[0019]進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面、所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面分別形成有第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻。
[0020]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方法，SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)包括一個(gè)SONOS存儲(chǔ)器晶體管和一個(gè)選擇晶體管，所述單元結(jié)構(gòu)的形成步驟如下:
[0021]步驟一、采用光刻注入工藝在硅襯底中形成深N阱，在所述深N阱中形成P阱。
[0022]步驟二、在所述P阱表面依次形成柵介質(zhì)層、第二柵極導(dǎo)電材料層和第二絕緣介質(zhì)層。
[0023]步驟三、采用光刻工藝定義出所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的隧道注入窗口區(qū)域，采用刻蝕工藝依次將所述隧道注入窗口區(qū)域的所述第二絕緣介質(zhì)層、第二柵極導(dǎo)電材料層和所述柵介質(zhì)層去除并形成由所述第二絕緣介質(zhì)層、第二柵極導(dǎo)電材料層和所述柵介質(zhì)層圍成的隧道注入窗口。
[0024]步驟四、采用淀積加刻蝕工藝在所述隧道注入窗口的側(cè)面上形成第一絕緣介質(zhì)側(cè)
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[0025]步驟五、采用離子注入工藝在所述隧道注入窗口底部的所述P阱中的表面部分形成所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的隧道注入?yún)^(qū)，所述隧道注入?yún)^(qū)和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)。
[0026]步驟六、在形成有所述隧道注入?yún)^(qū)的所述硅襯底正面依次形成第一氧化層、第二氮化層和第三氧化層，由所述第一氧化層、所述第二氮化層和所述第三氧化層組成的三層結(jié)構(gòu)作為ONO層，所述ONO層用于電荷存儲(chǔ)；所述ONO層覆蓋形成有所述隧道注入?yún)^(qū)的所述P阱表面、所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻的側(cè)面和所述第二絕緣介質(zhì)層的表面。
[0027]步驟七、在所述ONO層表面形成第一柵極導(dǎo)電材料層。
[0028]步驟八、采用光刻刻蝕工藝依次對(duì)所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述ONO層進(jìn)行刻蝕，由刻蝕后的所述ONO層和所述第一柵極導(dǎo)電材料層組成所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的柵極結(jié)構(gòu)；刻蝕時(shí)，所述ONO層和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)，所述ONO層和所述柵介質(zhì)層在橫向上隔離有所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻；刻蝕后，所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面間隔有所述ONO層和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻，所述第一柵極導(dǎo)電材料層還延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部，且延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部的所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層之間隔離有所述ONO層和所述第二絕緣介質(zhì)層。
[0029]步驟九、采用光刻刻蝕工藝依次所述第二柵極導(dǎo)電材料層和所述柵介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，由刻蝕后的所述柵介質(zhì)層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層組成所述選擇晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。
[0030]步驟十、采用自對(duì)準(zhǔn)的N+離子注入工藝在所述P阱中形成兩個(gè)源漏區(qū)，第一源漏區(qū)和所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二源漏區(qū)和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。
[0031]步驟十一、在所述第一柵極導(dǎo)電材料層、所述第二柵極導(dǎo)電材料層、所述第一源漏區(qū)和所述第二源漏區(qū)的頂部分別形成金屬接觸，各所述金屬接觸分別引出第一柵極、第二柵極、第一源漏極和第二源漏極。
[0032]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中所形成的所述第二柵極導(dǎo)電材料層、步驟七中所形成的所述第一柵極導(dǎo)電材料層都為多晶硅。
[0033]進(jìn)一步的改進(jìn)是，在步驟十形成所述源漏區(qū)之后還包括在所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的多晶硅頂部形成鎢或硅化鎢的步驟。
[0034]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟十的所述源漏區(qū)的N+離子注入工藝之前，還包括采用自對(duì)準(zhǔn)的N型輕摻雜漏區(qū)注入工藝在所述P阱中形成兩個(gè)N型輕摻雜漏區(qū)的步驟，第一 N型輕摻雜漏區(qū)和所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二 N型輕摻雜漏區(qū)和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。
[0035]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟十的所述源漏區(qū)的N+離子注入工藝之前，還包括采用淀積加刻蝕工藝在所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面、所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面分別形成第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻的步驟。
[0036]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟五中所述隧道注入?yún)^(qū)207的離子注入雜質(zhì)為磷或砷，注入深度中心值在2000埃以內(nèi)，注入劑量為IEllcnT2?lE14cnT2。
[0037]本發(fā)明的單元結(jié)構(gòu)中SONOS存儲(chǔ)器晶體管和選擇晶體管的第一和第二柵極導(dǎo)電材料層互相交疊的兩層結(jié)構(gòu)，且交疊一側(cè)的選擇晶體管的第二柵極導(dǎo)電材料層的側(cè)面形成有第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻，SONOS存儲(chǔ)器晶體管的ONO層和隧道注入?yún)^(qū)都和第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)，從而能夠防止ONO層和隧道注入?yún)^(qū)進(jìn)入到SONOS存儲(chǔ)器晶體管以外的區(qū)域中，所以本發(fā)明不必要在SONOS存儲(chǔ)器晶體管和選擇晶體管之間再設(shè)置一個(gè)源漏區(qū)以及保持一定距離，所以相對(duì)于現(xiàn)有2T結(jié)構(gòu)，本發(fā)明直接省去了中兩個(gè)晶體管柵極中間的一個(gè)源漏區(qū)，能大大縮小存儲(chǔ)器單元的面積，而且無需增加額外的光刻步驟。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0039]圖1是現(xiàn)有SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖2是本發(fā)明實(shí)施例SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)圖；
[0041]圖3-圖15是本發(fā)明實(shí)施例方法的各步驟中的器件結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0042]如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)圖；本發(fā)明實(shí)施例SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)包括一個(gè)SONOS存儲(chǔ)器晶體管和一個(gè)選擇晶體管，所述單元結(jié)構(gòu)形成于P阱202中，所述P阱202形成于硅襯底200的深N阱201中。
[0043]所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的柵極結(jié)構(gòu)包括依次形成于所述P阱202表面的ONO層208和第一柵極導(dǎo)電材料層209，所述ONO層208為由依次形成所述P阱202表面的第一氧化層、第二氮化層和第三氧化層組成的三層結(jié)構(gòu)，所述ONO層208用于電荷存儲(chǔ)；在所述ONO層208的底部的所述P阱202中的表面部分形成有隧道注入?yún)^(qū)207，所述隧道注入?yún)^(qū)207用于提供直接隧穿的電子，所述隧道注入?yún)^(qū)207為一 N型摻雜的離子注入?yún)^(qū)，較佳為摻雜雜質(zhì)為磷或砷；所述隧道注入?yún)^(qū)207的離子注入的注入深度中心值在2000埃以內(nèi)，注入劑量為 IEllcnT2 ?lE14cm_2。
[0044]所述選擇晶體管的柵極結(jié)構(gòu)包括依次形成于所述P阱202表面的柵介質(zhì)層203和第二柵極導(dǎo)電材料層204。所述柵介質(zhì)層203能為熱氧化層。所述第一柵極導(dǎo)電材料層209和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204為多晶硅；在其它實(shí)施例中，在所述第一柵極導(dǎo)電材料層209和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的多晶硅頂部還能包括鎢或硅化鎢。
[0045]在所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的第一側(cè)面形成有第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206，在所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的頂部表面形成有第二絕緣介質(zhì)層205。所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206為二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅或這幾種材料交疊的多層膜結(jié)構(gòu)。所述第二絕緣介質(zhì)層205為二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅或這幾種材料交疊的多層膜結(jié)構(gòu)。
[0046]所述隧道注入?yún)^(qū)207和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206自對(duì)準(zhǔn)；所述ONO層208和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206自對(duì)準(zhǔn)，所述ONO層208和所述柵介質(zhì)層203在橫向上隔離有所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206 ;所述ONO層208從所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206的底部向上延伸并覆蓋在所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206的側(cè)面、以及所述第二絕緣介質(zhì)層205的頂部表面。
[0047]所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的第二側(cè)面和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的第一側(cè)面間隔有所述ONO層208和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206，所述第一柵極導(dǎo)電材料層209還延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的頂部，且延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的頂部的所述第一柵極導(dǎo)電材料層209和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204之間隔離有所述ONO層208和所述第二絕緣介質(zhì)層205。
[0048]由形成于所述P阱202中的N+區(qū)組成的兩個(gè)源漏區(qū)212，第一源漏區(qū)212和所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二源漏區(qū)212和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。在其它較佳實(shí)施例中，在所述P阱202中還形成有兩個(gè)N型輕摻雜漏區(qū)211，第一 N型輕摻雜漏區(qū)211和所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二 N型輕摻雜漏區(qū)211和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。
[0049]在其它較佳實(shí)施例中，在所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的第一側(cè)面、所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的第二側(cè)面分別形成有第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻210，所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的位于所述第二柵極導(dǎo)電材料層204頂部的側(cè)面也形成有第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻210。此時(shí)第一和二源漏區(qū)212分別和對(duì)應(yīng)的所述第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻210自對(duì)準(zhǔn)。所述第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻210為二氧化硅或氮化硅。
[0050]在所述第一柵極導(dǎo)電材料層209、所述第二柵極導(dǎo)電材料層204、所述第一源漏區(qū)212和所述第二源漏區(qū)212的頂部分別形成有金屬接觸213，各所述金屬接觸213分別引出第一柵極、第二柵極、第一源漏極和第二源漏極。
[0051]如圖3至圖15所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法的各步驟中的器件結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明實(shí)施例SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方法的SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)包括一個(gè)SONOS存儲(chǔ)器晶體管和一個(gè)選擇晶體管。本發(fā)明實(shí)施例方法的可以多個(gè)單元結(jié)構(gòu)集成在一起進(jìn)行制作，也可以將SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器和其它CMOS器件集成在一起制作，所述單元結(jié)構(gòu)的形成步驟如下:
[0052]步驟一、通過局部場(chǎng)氧隔離(LOCOS)或淺溝槽隔離(STI)工藝在硅襯底200上隔離出形成器件的有源區(qū)。
[0053]如圖3所示，采用光刻注入工藝在硅襯底200中形成深N阱201。所述深N阱201和LOCOS或STI工藝的前后順序可以互換。
[0054]在所述深N阱201中形成P阱202。
[0055]步驟二、如圖4所示，在所述P阱202表面依次形成柵介質(zhì)層203、第二柵極導(dǎo)電材料層204和第二絕緣介質(zhì)層205。在較佳實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層203為熱氧化層并采用熱氧化工藝形成；所述第二柵極導(dǎo)電材料層204為多晶硅，采用化學(xué)氣相淀積工藝工藝形成；所述第二絕緣介質(zhì)層205為二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅或這幾種材料交疊的多層膜結(jié)構(gòu)，采用化學(xué)氣相淀積工藝形成。圖4和以下各圖5至圖15中僅示意出了兩個(gè)單元結(jié)構(gòu)的示意圖，當(dāng)將SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器和其它CMOS器件集成在一起制作時(shí)，CMOS器件將位于其它區(qū)域，此時(shí)CMOS器件的所述柵介質(zhì)層203和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204也同時(shí)形成。
[0056]步驟三、如圖5所示，采用光刻工藝定義出所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的隧道注入窗口區(qū)域，采用刻蝕工藝依次將所述隧道注入窗口區(qū)域的所述第二絕緣介質(zhì)層205、第二柵極導(dǎo)電材料層204和所述柵介質(zhì)層203去除并形成由所述第二絕緣介質(zhì)層205、第二柵極導(dǎo)電材料層204和所述柵介質(zhì)層203圍成的隧道注入窗口 ；在較佳實(shí)施例中，刻蝕工藝為等離子體刻蝕工藝。
[0057]步驟四、如圖6所示，采用淀積加刻蝕工藝如等離子體刻蝕工藝在所述隧道注入窗口的側(cè)面上形成第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206。所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206為二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅或這幾種材料交疊的多層膜結(jié)構(gòu)。
[0058]步驟五、如圖7所示，采用離子注入工藝在所述隧道注入窗口底部的所述P阱202中的表面部分形成所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的隧道注入?yún)^(qū)207，所述隧道注入?yún)^(qū)207和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206自對(duì)準(zhǔn)。所述隧道注入?yún)^(qū)207用于提供直接隧穿的電子，所述隧道注入?yún)^(qū)207為一 N型摻雜的離子注入?yún)^(qū)。較佳為，所述隧道注入?yún)^(qū)207的離子注入雜質(zhì)為磷或砷，注入深度中心值在2000埃以內(nèi)，注入劑量為IEllcnT2?lE14cm_2。
[0059]步驟六、如圖8所示，在形成有所述隧道注入?yún)^(qū)207的所述硅襯底200正面依次形成第一氧化層、第二氮化層和第三氧化層，由所述第一氧化層、所述第二氮化層和所述第三氧化層組成的三層結(jié)構(gòu)作為ONO層208，所述ONO層208用于電荷存儲(chǔ)；所述ONO層208覆蓋形成有所述隧道注入?yún)^(qū)207的所述P阱202表面、所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206的側(cè)面和所述第二絕緣介質(zhì)層205的表面。在較佳實(shí)施例中，所述第一氧化層采用熱氧化工藝生長(zhǎng)；所述第二氮化層和所述第三氧化層分別通過化學(xué)氣相淀積工藝生長(zhǎng)。
[0060]步驟七、如圖9所示，在所述ONO層208表面形成第一柵極導(dǎo)電材料層209。在較佳實(shí)施例中，所述第一柵極導(dǎo)電材料層209為多晶硅，采用化學(xué)氣相淀積工藝工藝形成。
[0061]步驟八、如圖10所示，采用光刻工藝形成的光刻膠定義出刻蝕圖形，并采用刻蝕工藝依次對(duì)所述第一柵極導(dǎo)電材料層209和所述ONO層208進(jìn)行刻蝕，較佳為，該刻蝕工藝為等離子體刻蝕工藝。由刻蝕后的所述ONO層208和所述第一柵極導(dǎo)電材料層209組成所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。
[0062]刻蝕時(shí)，所述ONO層208和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206自對(duì)準(zhǔn)，所述ONO層208和所述柵介質(zhì)層203在橫向上隔離有所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206;刻蝕后，所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的第二側(cè)面和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的第一側(cè)面間隔有所述ONO層208和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻206，所述第一柵極導(dǎo)電材料層209還延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的頂部，且延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的頂部的所述第一柵極導(dǎo)電材料層209和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204之間隔離有所述ONO層208和所述第二絕緣介質(zhì)層 205。
[0063]步驟九、如圖11所示，采用光刻工藝形成的光刻膠定義出刻蝕圖形，并采用刻蝕工藝依次所述第二柵極導(dǎo)電材料層204和所述柵介質(zhì)層203進(jìn)行刻蝕，由刻蝕后的所述柵介質(zhì)層203和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204組成所述選擇晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，在CMOS器件的形成區(qū)域，也同時(shí)對(duì)所述第二柵極導(dǎo)電材料層204和所述柵介質(zhì)層203進(jìn)行刻蝕形成CMOS器件的柵極結(jié)構(gòu)。
[0064]步驟十、如圖14所示，采用自對(duì)準(zhǔn)的N+離子注入工藝在所述P阱202中形成兩個(gè)源漏區(qū)212，第一源漏區(qū)212和所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二源漏區(qū)212和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。
[0065]在較佳實(shí)施例中，在形成源漏區(qū)212之前還包括如下步驟:
[0066]如圖12所示，采用自對(duì)準(zhǔn)的N型輕摻雜漏區(qū)211注入工藝在所述P阱202中形成兩個(gè)N型輕摻雜漏區(qū)211，第一 N型輕摻雜漏區(qū)211和所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二 N型輕摻雜漏區(qū)211和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。
[0067]如圖13所示，采用淀積加刻蝕工藝在所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的第一側(cè)面、所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的第二側(cè)面分別形成第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻210，所述第一柵極導(dǎo)電材料層209的位于所述第二柵極導(dǎo)電材料層204頂部的側(cè)面也形成有第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻210。之后接著進(jìn)行如圖14所示的源漏區(qū)212的形成，此時(shí)第一和二源漏區(qū)212分別和對(duì)應(yīng)的所述第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻210自對(duì)準(zhǔn)。所述第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻210為二氧化硅或氮化硅。
[0068]形成所述源漏區(qū)212之后還包括在所述第一柵極導(dǎo)電材料層209和所述第二柵極導(dǎo)電材料層204的多晶硅頂部形成鎢或硅化鎢；較佳為，鎢或硅化鎢采用濺射工藝形成。
[0069]步驟十一、如圖13所示，在所述第一柵極導(dǎo)電材料層209、所述第二柵極導(dǎo)電材料層204、所述第一源漏區(qū)212和所述第二源漏區(qū)212的頂部分別形成金屬接觸213，各所述金屬接觸213分別引出第一柵極、第二柵極、第一源漏極和第二源漏極。
[0070]以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其特征在于，SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)包括一個(gè)SONOS存儲(chǔ)器晶體管和一個(gè)選擇晶體管，所述單元結(jié)構(gòu)形成于P阱中，所述P阱形成于硅襯底的深N阱中； 所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的柵極結(jié)構(gòu)包括依次形成于所述P阱表面的ONO層和第一柵極導(dǎo)電材料層，所述ONO層為由依次形成所述P阱表面的第一氧化層、第二氮化層和第三氧化層組成的三層結(jié)構(gòu)，所述ONO層用于電荷存儲(chǔ)；在所述ONO層的底部的所述P阱中的表面部分形成有隧道注入?yún)^(qū)； 所述選擇晶體管的柵極結(jié)構(gòu)包括依次形成于所述P阱表面的柵介質(zhì)層和第二柵極導(dǎo)電材料層； 在所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面形成有第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻，在所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部表面形成有第二絕緣介質(zhì)層； 所述隧道注入?yún)^(qū)和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)；所述ONO層和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)，所述ONO層和所述柵介質(zhì)層在橫向上隔離有所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻；所述ONO層從所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻的底部向上延伸并覆蓋在所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻的側(cè)面、以及所述第二絕緣介質(zhì)層的頂部表面； 所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面間隔有所述ONO層和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻，所述第一柵極導(dǎo)電材料層還延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部，且延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部的所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層之間隔離有所述ONO層和所述第二絕緣介質(zhì)層； 由形成于所述P阱中的N+區(qū)組成的兩個(gè)源漏區(qū)，第一源漏區(qū)和所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二源漏區(qū)和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)； 在所述第一柵極導(dǎo)電材料層、所述第二柵極導(dǎo)電材料層、所述第一源漏區(qū)和所述第二源漏區(qū)的頂部分別形成有金屬接觸，各所述金屬接觸分別引出第一柵極、第二柵極、第一源漏極和第二源漏極。
2.如權(quán)利要求1所述的SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其特征在于:所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層為多晶硅。
3.如權(quán)利要求2所述的SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其特征在于:在所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的多晶硅頂部形成有鎢或硅化鎢。
4.如權(quán)利要求1所述的SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其特征在于:在所述P阱中還形成有兩個(gè)N型輕摻雜漏區(qū)，第一 N型輕摻雜漏區(qū)和所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二 N型輕摻雜漏區(qū)和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。
5.如權(quán)利要求1所述的SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其特征在于:在所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面、所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面分別形成有第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻。
6.一種SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于，SONOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)包括一個(gè)SONOS存儲(chǔ)器晶體管和一個(gè)選擇晶體管，所述單元結(jié)構(gòu)的形成步驟如下: 步驟一、采用光刻注入工藝在硅襯底中形成深N阱，在所述深N阱中形成P阱；步驟二、在所述P阱表面依次形成柵介質(zhì)層、第二柵極導(dǎo)電材料層和第二絕緣介質(zhì)層；步驟三、采用光刻工藝定義出所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的隧道注入窗口區(qū)域，采用刻蝕工藝依次將所述隧道注入窗口區(qū)域的所述第二絕緣介質(zhì)層、第二柵極導(dǎo)電材料層和所述柵介質(zhì)層去除并形成由所述第二絕緣介質(zhì)層、第二柵極導(dǎo)電材料層和所述柵介質(zhì)層圍成的隧道注入窗口；步驟四、采用淀積加刻蝕工藝在所述隧道注入窗口的側(cè)面上形成第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻；步驟五、采用離子注入工藝在所述隧道注入窗口底部的所述P阱中的表面部分形成所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的隧道注入?yún)^(qū)，所述隧道注入?yún)^(qū)和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)； 步驟六、在形成有所述隧道注入?yún)^(qū)的所述硅襯底正面依次形成第一氧化層、第二氮化層和第三氧化層，由所述第一氧化層、所述第二氮化層和所述第三氧化層組成的三層結(jié)構(gòu)作為ONO層，所述ONO層用于電荷存儲(chǔ)；所述ONO層覆蓋形成有所述隧道注入?yún)^(qū)的所述P阱表面、所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻的側(cè)面和所述第二絕緣介質(zhì)層的表面； 步驟七、在所述ONO層表面形成第一柵極導(dǎo)電材料層； 步驟八、采用光刻刻蝕工藝依次對(duì)所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述ONO層進(jìn)行刻蝕，由刻蝕后的所述ONO層和所述第一柵極導(dǎo)電材料層組成所述SONOS存儲(chǔ)器晶體管的柵極結(jié)構(gòu)；刻蝕時(shí)，所述ONO層和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)，所述ONO層和所述柵介質(zhì)層在橫向上隔離有所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻；刻蝕后，所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面間隔有所述ONO層和所述第一絕緣介質(zhì)側(cè)墻，所述第一柵極導(dǎo)電材料層還延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部，且延伸到所述第二柵極導(dǎo)電材料層的頂部的所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層之間隔離有所述ONO層和所述第二絕緣介質(zhì)層；步驟九、采用光刻刻蝕工藝依次所述第二柵極導(dǎo)電材料層和所述柵介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，由刻蝕后的所述柵介質(zhì)層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層組成所述選擇晶體管的柵極結(jié)構(gòu)； 步驟十、采用自對(duì)準(zhǔn)的N+離子注入工藝在所述P阱中形成兩個(gè)源漏區(qū)，第一源漏區(qū)和所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二源漏區(qū)和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)； 步驟十一、在所述第一柵極導(dǎo)電材料層、所述第二柵極導(dǎo)電材料層、所述第一源漏區(qū)和所述第二源漏區(qū)的頂部分別形成金屬接觸，各所述金屬接觸分別引出第一柵極、第二柵極、第一源漏極和第二源漏極。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:步驟二中所形成的所述第二柵極導(dǎo)電材料層、步驟七中所形成的所述第一柵極導(dǎo)電材料層都為多晶硅。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:在步驟十形成所述源漏區(qū)之后還包括在所述第一柵極導(dǎo)電材料層和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的多晶硅頂部形成鎢或硅化鎢的步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:步驟十的所述源漏區(qū)的N+離子注入工藝之前，還包括采用自對(duì)準(zhǔn)的N型輕摻雜漏區(qū)注入工藝在所述P阱中形成兩個(gè)N型輕摻雜漏區(qū)的步驟，第一 N型輕摻雜漏區(qū)和所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)，第二 N型輕摻雜漏區(qū)和所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面自對(duì)準(zhǔn)。
10.如權(quán)利要求7或9所述的方法，其特征在于:步驟十的所述源漏區(qū)的N+離子注入工藝之前，還包括采用淀積加刻蝕工藝在所述第一柵極導(dǎo)電材料層的第一側(cè)面、所述第二柵極導(dǎo)電材料層的第二側(cè)面分別形成第二絕緣介質(zhì)側(cè)墻的步驟。
【文檔編號(hào)】H01L21/8247GK104425500SQ201310386482
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】陳瑜, 袁苑, 陳華倫 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司