CN104992943A - Sonos存储器的制作工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SONOS存储器的制作工艺方法，其单元结构的制作工艺包括如下步骤：形成存储单元管的ONO层和选择管的栅氧化硅层；淀积多晶硅层并进行光刻刻蚀形成多晶硅栅；进行HF湿法腐蚀工艺去除多晶硅栅外的氧化硅并在多晶硅栅边缘底部形成下切口；进行热氧化工艺使多晶硅栅底部边缘处的栅介质厚度增加；进行HALO离子注入以及LDD离子注入；利用ONO层的底部两层的阻挡作用使存储单元管的LDD掺杂浓度减小。本发明能降低漏电、提高可靠性，具有较低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种SONOS存储器的制作工艺方法。
背景技术
硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon，SONOS)存储器的单元结构包括一个存储单元(cell)管和一个选择管，两个器件的栅介质层在存储器工作时承受的纵向电场强度都大于CMOS器件，因此两个器件都存在较大的GIDL漏电流。SONOS存储器的cell管的沟道内已经有较高浓度的N型杂质掺杂以形成耗尽管,cell管所需要的轻掺杂漏区(LDD)的掺杂浓度要比选择管低。而选择管和cell管共用LDD和HALO离子注入，无法区别两管的LDD掺杂；HALO离子注入为大角度注入，用于抑制沟道效应和防止源漏穿通。过高的SONOS cell管LDD掺杂，除了会带来栅诱导漏极泄漏电流(gate-induce drain leakage，GIDL)漏电和沟道漏电外，还会由于SONOS介质层中纵向电场太强而带来干扰(disturb)。
如图1所示，是现有SONOS存储器的制作工艺方法形成的器件结构图；cell管101和选择管102都形成于硅衬底的P阱103中，cell管101的栅介质层为ONO层104，ONO层104由依次形成于硅衬底表面的氧化硅104a，氮化硅104b，氧化硅104c组成；选择管102的栅介质层为栅氧化硅层105。cell管101的多晶硅栅106a形成于ONO层104顶部，选择管102的多晶硅栅106b形成于栅氧化硅层105的顶部，在多晶硅栅106a的侧面都形成有氮化硅侧墙110，在氮化硅侧墙110和多晶硅栅侧面间隔离有氧化硅层。cell管101为耗尽型，故其沟道区107为N型掺杂，cell管101的LDD区108a和选择管102的LDD区108b采用相同工艺形成。cell管101和选择管102共用一个源漏区109b，源漏区109a、109b和109c都是N+掺杂且采用相同工艺形成。
由图1可知，由于cell管101的沟道区107为N型掺杂，LDD区108a形成后叠加在沟道区107中会使得cell管1001的LDD掺杂浓度过高，除了会带来GIDL漏电和沟道漏电外，还会由于SONOS介质层中纵向电场太强而带来干扰(disturb)。而两个器件的栅介质层104和105在存储器工作时承受的纵向电场强度都大于CMOS器件，因此两个器件都存在较大的GIDL漏电流。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种SONOS存储器的制作工艺方法，能降低漏电、提高可靠性，具有较低成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的SONOS存储器的制作工艺方法，SONOS存储器的单元结构包括一个存储单元管和一个选择管，其特征在于，SONOS存储器的单元结构的制作工艺包括如下步骤：
步骤一、提供一硅衬底，在所述存储单元管的形成区域形成ONO层，在所述选择管的形成区域形成栅氧化硅层；所述ONO层由依次形成于所述硅衬底表面的第一氧化硅层、第二氮化硅层和第三氧化硅层组成。
步骤二、淀积多晶硅层，对所述多晶硅层进行光刻刻蚀形成所述存储单元管的第一多晶硅栅和所述选择管的第二多晶硅栅。
步骤三、进行HF湿法腐蚀工艺，该HF湿法腐蚀工艺将所述存储单元管的形成区域的所述第一多晶硅栅外的所述第三氧化硅层去除并且被去除的所述第三氧化硅层还横向延伸到所述第一多晶硅栅的底部并在所述第一多晶硅栅底部边缘形成第一下切口结构；该HF湿法腐蚀工艺将所述选择管的形成区域的所述第二多晶硅栅外的所述栅氧化硅层去除并且被去除的所述栅氧化硅层还横向延伸到所述第二多晶硅栅的底部并在所述第二多晶硅栅底部边缘形成第二下切口结构。
步骤四、进行热氧化工艺，所述热氧化工艺使所述第一下切口结构区域的所述第一多晶硅栅被氧化使得所述第一多晶硅栅的边缘底部的所述ONO层厚度增加；所述热氧化工艺使所述第二下切口结构区域的所述第二多晶硅栅被氧化使得所述第二多晶硅栅的边缘底部的所述栅氧化硅层厚度增加；所述热氧化工艺还将所述选择管的形成区域的所述第二多晶硅栅外的所述硅衬底表面氧化。
步骤五、对所述存储单元管和所述选择管同时进行HALO离子注入以及同时进行LDD离子注入；在所述LDD离子注入过程中，利用所述存储单元管的形成区域的第一多晶硅栅外保留的所述第一氧化硅层和所述第二氮化硅层的阻挡作用使所述存储单元管的LDD掺杂浓度减小并小于所述选择管的LDD掺杂浓度。
进一步的改进是，所述存储单元管为耗尽型N型沟道器件，所述选择管为N型沟道器件，步骤一中在所述存储单元管的形成区域和所述选择管的形成区域的所述硅衬底中形成有P阱；在所述存储单元管的形成区域的所述P阱表面形成有N型掺杂的沟道区。
进一步的改进是，步骤五之后还步骤如下步骤：
步骤六、在所述第一多晶硅栅和所述第二多晶硅栅的侧面形成侧墙。
步骤七、进行源漏注入同时形成所述存储单元管和所述选择管的源漏区。
进一步的改进是，所述侧墙为氮化硅侧墙。
进一步的改进是，所述侧墙还包括位于所述氮化硅侧墙和对应的所述第一多晶硅栅或所述第二多晶硅栅的侧面之间氧化硅侧墙。
进一步的改进是，步骤五中所述HALO离子注入的注入杂质为硼或者硼加铟。
进一步的改进是，步骤五中所述LDD离子注入的注入杂质为砷，注入能量为小于15Kev。
本发明在多晶硅栅刻蚀后增加一步HF湿法腐蚀工艺，能够在后续热氧化工艺中在多晶硅栅的底部边缘形成较厚的栅介质层从而降低器件的GIDL漏电流；而且还能在后续的LDD注入过程中，利用HF湿法腐蚀后cell管的ONO层剩余的底部两层做阻挡层来降低cell管的LDD掺杂浓度并小于选择管的LDD掺杂浓度，这样选择管的LDD掺杂浓度稍高，稍高的LDD浓度保证选择管较低GIDL漏电的同时有较高的器件驱动电流，较低的LDD浓度的cell管有很低的GIDL漏电和很少的disturb，从而能提高可靠性；所以本发明能降低漏电、提高可靠性。
另外，本发明和现有方法相比仅增加一步HF湿法腐蚀工艺就能实现，且是通过巧妙的利用HF湿法腐蚀工艺对多晶硅栅底部氧化硅层的横向刻蚀以及热氧化工艺以及利用HF湿法腐蚀工艺后ONO保留层对LDD的阻挡作用来实现，所以本发明具有较低的成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有SONOS存储器的制作工艺方法形成的器件结构图；
图2是本发明实施例SONOS存储器的制作工艺方法的流程图；
图3A-图3D是本发明实施例SONOS存储器的制作工艺方法各步骤中器件结构图。
具体实施方式
如图2所示，是本发明实施例SONOS存储器的制作工艺方法的流程图；如图3A至图3D所示，是本发明实施例SONOS存储器的制作工艺方法各步骤中器件结构图。本发明实施例SONOS存储器的制作工艺方法中SONOS存储器的单元结构包括一个存储单元管和一个选择管，所述存储单元管为耗尽型N型沟道器件，所述选择管为N型沟道器件，SONOS存储器的单元结构的制作工艺包括如下步骤：
步骤一、如图3A所示，提供一硅衬底，在所述硅衬底中形成有P阱1；在所述存储单元管的形成区域的所述P阱1表面形成有N型掺杂的沟道区2。
在所述存储单元管的形成区域形成ONO层3，在所述选择管的形成区域形成栅氧化硅层4；所述ONO层3由依次形成于所述硅衬底表面的第一氧化硅层3a、第二氮化硅层3b和第三氧化硅层3c组成。
步骤二、如图3A所示，淀积多晶硅层，对所述多晶硅层进行光刻刻蚀形成所述存储单元管的第一多晶硅栅5a和所述选择管的第二多晶硅栅5b。
步骤三、如图3A所示，进行HF湿法腐蚀工艺，该HF湿法腐蚀工艺将所述存储单元管的形成区域的所述第一多晶硅栅5a外的所述第三氧化硅层3c去除并且被去除的所述第三氧化硅层3c还横向延伸到所述第一多晶硅栅5a的底部并在所述第一多晶硅栅5a底部边缘形成第一下切口结构(undercut)6a；该HF湿法腐蚀工艺将所述选择管的形成区域的所述第二多晶硅栅5b外的所述栅氧化硅层4去除并且被去除的所述栅氧化硅层4还横向延伸到所述第二多晶硅栅5b的底部并在所述第二多晶硅栅5b底部边缘形成第二下切口结构6b。
步骤四、如图3B所示，进行热氧化工艺，所述热氧化工艺使所述第一下切口结构6a区域的所述第一多晶硅栅5a被氧化使得所述第一多晶硅栅5a的边缘底部即标记7a处的所述ONO层3厚度增加；所述热氧化工艺使所述第二下切口结构6b区域的所述第二多晶硅栅5b被氧化使得所述第二多晶硅栅5b的边缘底部即标记7b处的所述栅氧化硅层4厚度增加；所述热氧化工艺还将所述选择管的形成区域的所述第二多晶硅栅5b外的所述硅衬底表面氧化。
步骤五、如图3C所示，对所述存储单元管和所述选择管同时进行HALO离子注入以及同时进行LDD离子注入；在所述LDD离子注入过程中，利用所述存储单元管的形成区域的第一多晶硅栅5a外保留的所述第一氧化硅层3a和所述第二氮化硅层3b的阻挡作用使所述存储单元管的LDD区8a的掺杂浓度减小并小于所述选择管的LDD区8b的掺杂浓度。
较佳为，所述HALO离子注入的注入杂质为硼或者硼加铟。所述LDD离子注入的注入杂质为砷，注入能量为小于15Kev。
步骤六、如图3C所示，在所述第一多晶硅栅5a和所述第二多晶硅栅5b的侧面形成侧墙；较佳为，所述侧墙为氮化硅侧墙9。所述侧墙还包括位于所述氮化硅侧墙9和对应的所述第一多晶硅栅5a或所述第二多晶硅栅5b的侧面之间氧化硅侧墙10。
步骤七、如图3D所示，进行源漏注入同时形成所述存储单元管和所述选择管的源漏区11a、11b和11c，其中源漏区11b为所述存储单元管和所述选择管共用。
由上可知，本发明仅通过增加一步HF湿法腐蚀工艺，就能在后续的热氧化工艺中在多晶硅栅的底部边缘形成较厚的栅介质层，从而能降低器件的GIDL漏电流；而且还能在后续的LDD注入过程中，利用HF湿法腐蚀后cell管的ONO层剩余的底部两层即所述第一氧化硅层3a和所述第二氮化硅层3b做阻挡层来降低cell管的LDD掺杂浓度并小于选择管的LDD掺杂浓度，这样选择管的LDD掺杂浓度稍高，稍高的LDD浓度保证选择管较低GIDL漏电的同时有较高的器件驱动电流，较低的LDD浓度的cell管有很低的GIDL漏电和很少的disturb，从而能提高可靠性；所以本发明能降低漏电、提高可靠性。
另外，本发明实施例方法和现有方法相比仅增加一步HF湿法腐蚀工艺就能实现，且是通过巧妙的利用HF湿法腐蚀工艺对多晶硅栅底部氧化硅层的横向刻蚀以及热氧化工艺以及利用HF湿法腐蚀工艺后ONO保留层对LDD的阻挡作用来实现，所以本发明实施例方法具有较低的成本。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种SONOS存储器的制作工艺方法，SONOS存储器的单元结构包括一个存储单元管和一个选择管，其特征在于，SONOS存储器的单元结构的制作工艺包括如下步骤：
步骤一、提供一硅衬底，在所述存储单元管的形成区域形成ONO层，在所述选择管的形成区域形成栅氧化硅层；所述ONO层由依次形成于所述硅衬底表面的第一氧化硅层、第二氮化硅层和第三氧化硅层组成；
步骤二、淀积多晶硅层，对所述多晶硅层进行光刻刻蚀形成所述存储单元管的第一多晶硅栅和所述选择管的第二多晶硅栅；
步骤三、进行HF湿法腐蚀工艺，该HF湿法腐蚀工艺将所述存储单元管的形成区域的所述第一多晶硅栅外的所述第三氧化硅层去除并且被去除的所述第三氧化硅层还横向延伸到所述第一多晶硅栅的底部并在所述第一多晶硅栅底部边缘形成第一下切口结构；该HF湿法腐蚀工艺将所述选择管的形成区域的所述第二多晶硅栅外的所述栅氧化硅层去除并且被去除的所述栅氧化硅层还横向延伸到所述第二多晶硅栅的底部并在所述第二多晶硅栅底部边缘形成第二下切口结构；
步骤四、进行热氧化工艺，所述热氧化工艺使所述第一下切口结构区域的所述第一多晶硅栅被氧化使得所述第一多晶硅栅的边缘底部的所述ONO层厚度增加；所述热氧化工艺使所述第二下切口结构区域的所述第二多晶硅栅被氧化使得所述第二多晶硅栅的边缘底部的所述栅氧化硅层厚度增加；所述热氧化工艺还将所述选择管的形成区域的所述第二多晶硅栅外的所述硅衬底表面氧化；
步骤五、对所述存储单元管和所述选择管同时进行HALO离子注入以及同时进行LDD离子注入；在所述LDD离子注入过程中，利用所述存储单元管的形成区域的第一多晶硅栅外保留的所述第一氧化硅层和所述第二氮化硅层的阻挡作用使所述存储单元管的LDD掺杂浓度减小并小于所述选择管的LDD掺杂浓度。
2.如权利要求1所述的SONOS存储器的制作工艺方法，其特征在于：所述存储单元管为耗尽型N型沟道器件，所述选择管为N型沟道器件，步骤一中在所述存储单元管的形成区域和所述选择管的形成区域的所述硅衬底中形成有P阱；在所述存储单元管的形成区域的所述P阱表面形成有N型掺杂的沟道区。
3.如权利要求1所述的SONOS存储器的制作工艺方法，其特征在于：步骤五之后还步骤如下步骤：
步骤六、在所述第一多晶硅栅和所述第二多晶硅栅的侧面形成侧墙；
步骤七、进行源漏注入同时形成所述存储单元管和所述选择管的源漏区。
4.如权利要求3所述的SONOS存储器的制作工艺方法，其特征在于：所述侧墙为氮化硅侧墙。
5.如权利要求4所述的SONOS存储器的制作工艺方法，其特征在于：所述侧墙还包括位于所述氮化硅侧墙和对应的所述第一多晶硅栅或所述第二多晶硅栅的侧面之间氧化硅侧墙。
6.如权利要求2所述的SONOS存储器的制作工艺方法，其特征在于：步骤五中所述HALO离子注入的注入杂质为硼或者硼加铟。
7.如权利要求2所述的SONOS存储器的制作工艺方法，其特征在于：步骤五中所述LDD离子注入的注入杂质为砷，注入能量为小于15Kev。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |