Sonos存储器的结构及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及SONOS存储器的结构及其工艺实现方法。
【背景技术】
[0002]SONOS存储器由于具有高密度、大容量等优点，已成为目前的主流闪存类型之一，广泛地应用于数码相机、智能手机等电子产品中。
[0003]随着SONOS存储器容量的提高，器件的尺寸越来越小，浮置栅极里面存储的电荷也越来越少，加上MLC的广泛应用，对SONOS存储器的数据挥发特性要求越来越高。但是，传统的SONOS存储器在擦写操作方面的方式方法限制了其在这方面可靠性的进一步提高。
[0004]传统的SONOS存储器是通过沟道区的FN隧穿进行擦除和HCI沟道热电子注入进行信息写入的。这种操作方式，电子和空穴都是通过浮置栅极下面的隧穿氧化层进出浮栅，因此隧穿氧化层与衬底之间界面的界面态会急速恶化，在反复的擦除写入操作后，SONOS存储器器件的数据保存能力会大大降低。
[0005]同时，FN隧穿擦写的缺点之一是速度较慢。但由于信息写入时的热电子注入具备高能量的特点，为了抑制氧化层在写入操作过程中的性能恶化，其必须保持一定的厚度。因此，为了达到需要的擦除速度，信息擦除时的电压无法降低，这也使隧穿氧化层无法通过降低操作电压来减轻其性能恶化。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题之一是提供一种SONOS存储器的制造方法，它可以在不降低擦写速度的条件下，提高SONOS存储器的可靠性。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的SONOS存储器的制造方法，步骤包括:
[0008]I)在硅衬底上依次生长底层氧化膜、氮化硅、薄多晶硅和顶层氧化膜；
[0009]2)在顶层氧化膜上刻蚀出窗口 ；
[0010]3)生长一层薄氧化硅，形成擦除窗口 ；
[0011]4)淀积控制栅极多晶硅；
[0012]5)用常规工艺刻蚀形成控制栅极，然后形成栅极隔离侧墙，并进行轻掺杂源漏注入和源漏注入，完成SONOS存储器的制作。
[0013]本发明要解决的技术问题之二是提供用上述方法制造的SONOS存储器的结构。该SONOS存储器包括底层氧化膜、氮化硅、顶层氧化膜、控制栅极、栅极侧墙、轻掺杂源漏和源漏，所述顶层氧化膜上开有一个擦除窗口。
[0014]本发明通过多晶硅自氧化技术，制备浮栅顶部氧化层，使SONOS存储器的信息写入与擦除分别通过浮栅底层和顶层的不同氧化层来进行，从而在不降低器件的擦写速度的条件下，改善了器件写入和擦除反复操作的可靠性。
【附图说明】
[0015]图1是传统的SONOS存储器的结构示意图。
[0016]图2?图6是本发明实施例的SONOS存储器的制造工艺流程示意图。其中，图6又是本发明实施例制造的SONOS存储器的结构示意图。
[0017]图中附图标记说明如下:
[0018]1:硅衬底
[0019]2:底层氧化膜(隧穿氧化层)
[0020]3:氮化硅(浮置栅极)
[0021]4:顶层氧化膜(阻挡氧化层)
[0022]5:擦除窗口
[0023]6:控制栅极多晶硅
[0024]7:轻掺杂源漏
[0025]8:栅极隔离侧墙
[0026]9:源漏
[0027]10:多晶硅
【具体实施方式】
[0028]为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图，详述如下:
[0029]本发明的SONOS存储器的制造方法，其具体工艺实现步骤如下:
[0030]步骤I，用常规热氧化工艺，在硅衬底I上生长一层厚度为90?180埃米的底层氧化膜2，然后在底层氧化膜2上依次淀积厚度为80?120埃米的氮化硅3、厚度为30?50埃米的多晶硅10、厚度为40?100埃米的顶层氧化膜4，如图2所示。
[0031]步骤2，在顶层氧化膜4上刻蚀出一个尺寸为0.1?0.2微米的小窗口，如图3所
/Jn ο
[0032]步骤3，生长厚度为60?80埃米的氧化硅，如图4所示。这步氧化硅生长会消耗掉氮化硅3上面的那层薄多晶硅10。顶层氧化膜4随着氧化硅的生长而变得更厚，最终厚度为150?260埃米。小窗口内的氧化硅厚度为60?80埃米，该小窗口作为擦除窗口 5。
[0033]步骤4，淀积控制栅极多晶硅6，如图5所示。
[0034]步骤5，用常规工艺刻蚀形成栅多晶硅电极，形成栅极隔离侧墙8，进行器件N型轻掺杂源漏的注入和N型源漏的注入，最终形成如图6所示的SONOS存储器。
[0035]在该SONOS存储器中，厚氮化硅3为电荷保持层，用作浮置栅极。氮化硅3下面的底层氧化膜2为电荷隧穿层，用于实现信息的写入操作。该层底层氧化膜2的厚度90?180埃米，比传统结构要厚，传统结构的底层氧化膜厚度一般只有70埃米左右。氮化硅3顶部的顶层氧化膜4为电荷阻挡层，用于实现器件的高速擦除操作。顶层氧化膜4上具有擦除窗口 5。
[0036]该SONOS存储器的信息写入仍然是热电子注入方法，但擦除方法则变为了独特的栅电极擦除。器件在擦写的操作过程中，电子分别通过底层氧化层进入浮栅、通过顶层氧化层抽取出浮栅，如此大大减轻了底层氧化层所受的损伤。同时，由于控制栅与沟道衬底之间介质层的整体厚度减薄，栅电极擦除时其发生FN隧穿所需的工作电压可以降低。两者结合，就进一步降低了 SONOS存储器器件在信息擦写过程所受到的损伤，从而改善了 SONOS存储器器件的电荷保持能力，提高了其反复擦除和数据挥发的可靠性。
【主权项】
1.SONOS存储器的制造方法，其特征在于，步骤包括: 1)在硅衬底上依次生长底层氧化膜、氮化硅、薄多晶硅和顶层氧化膜； 2)在顶层氧化膜上刻蚀出窗口； 3)生长一层薄氧化硅，形成擦除窗口； 4)淀积控制栅极多晶硅； 5)用常规工艺刻蚀形成控制栅极，然后形成栅极隔离侧墙，并进行轻掺杂源漏注入和源漏注入，完成SONOS存储器的制作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)，所述底层氧化膜的厚度为90?180埃米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)，所述氮化硅的厚度为80?120埃米。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)，所述薄多晶硅的厚度为30?50埃米。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤I)，所述顶层氧化膜的厚度为40?100埃米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)，所述窗口的尺寸为0.1?0.2微米。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)，所述薄氧化硅的厚度为60?80埃米。
8.SONOS存储器的结构，包括底层氧化膜、氮化硅、顶层氧化膜、控制栅极、栅极侧墙、轻掺杂源漏和源漏，其特征在于，所述顶层氧化膜上开有一个擦除窗口。
9.根据权利要求8所述的结构，其特征在于，所述擦除窗口处的氧化硅厚度为60?80埃米。
10.根据权利要求8或9所述的结构，其特征在于，所述底层氧化膜的厚度为90?180埃米。
【专利摘要】本发明公开了一种SONOS存储器的制造方法，步骤包括：1）在硅衬底上依次生长底层氧化膜、氮化硅、薄多晶硅和顶层氧化膜；2）在顶层氧化膜上刻蚀出窗口；3）生长一层薄氧化硅，形成擦除窗口；4）淀积控制栅极多晶硅；5）形成控制栅极和栅极隔离侧墙，并进行轻掺杂源漏注入和源漏注入，完成SONOS存储器的制作。本发明还公开了用上述方法制造的SONOS存储器的结构，该SONOS存储器的顶层氧化膜上开有擦除窗口。本发明通过多晶硅自氧化技术，制备浮栅顶部氧化层，使SONOS存储器的信息写入与擦除分别通过浮栅底层和顶层的不同氧化层进行，从而在不降低器件的擦写速度的条件下，改善了器件写入和擦除反复操作的可靠性。
【IPC分类】H01L21-8247, H01L27-115, H01L29-792
【公开号】CN104716204
【申请号】CN201310689298
【发明人】刘冬华, 钱文生, 石晶
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月16日