改善SONOS存储器读取操作能力的方法

摘要

本发明公开了一种改善SONOS存储器读取操作能力的方法，包括步骤：在形成栅极之后进行N型轻掺杂漏注入；形成氮化硅侧墙；在硅衬底正面形成源漏注入保护用的二氧化硅层；采用NPC层次的光罩形成第一光刻胶图形定义出SONOS晶体管和N型传输晶体管的栅极之间的接触孔开口区；利用第一光刻胶图形为掩膜分别对二氧化硅层和氮化硅侧墙进行刻蚀；进行源漏注入。本发明能提高器件的读取电流，改善器件的读取操作能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制集成电路制造方法，尤其是涉及一种改善SONOS存储器 读取操作能力的方法。

背景技术

SONOS(硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅)闪存器件，因为具备良好的等比例 缩小特性和抗辐照特性而成为目前主要的闪存器件类型之一。

现有SONOS存储器的单元结构由一个SONOS晶体管和一个传输晶体管组成，如图 1所示，是现有SONOS存储器单元结构的示意图；虚线款103所示区域为SONOS晶体 管，虚线框104所示区域为传输晶体管，在硅衬底101表面形成有P阱102，SONOS 晶体管的栅极结构由叠加的ONO层105a和多晶硅栅106组成，ONO层由隧穿氧化硅层、 氮化硅存储层和控制氧化硅层组成，其中隧穿氧化硅层用于电子或空穴在沟道和氮化 硅存储层之间进行隧穿，氮化硅存储层用于存储电荷信息，控制氧化硅层位于氮化硅 存储层和多晶硅栅106之间用于通过多晶硅栅106实现对顶部ONO层105a和沟道的 控制。传输晶体管为NMOS管，传输晶体管的栅极由叠加的栅氧105b和多晶硅栅组成。 在两个栅极的侧面形成由氮化硅侧墙，在栅极的顶部形成有氮化硅硬掩膜层107。现 有工艺中，在源漏注入之前，需要在注入区的硅衬底表面形成保护硅衬底表面且能使 注入离子穿透的二氧化硅层108，二氧化硅层108为左右。源漏区109a为SONOS 晶体管的源区，源漏区109b为传输晶体管的漏区，源漏区109c为SONOS晶体管的漏 区和传输晶体管的源区的共用区。

SONOS晶体管用来存储储存工作状态即0或1，传输晶体管负责传输所储存的工 作状态；当SONOS晶体管结构缩小的过程中，SONOS晶体管和传输晶体管之间的间隙 D1逐渐减小，在形成栅极侧墙之后，SONOS晶体管和传输晶体管之间的间隙D1进一 步减小如减小到0.15微米，而在进行源漏注入之前需要生长一层左右的二氧化 硅108，这样SONOS晶体管和传输晶体管之间的间隙被二氧化硅108所填充，这样在 进行源漏植入即源漏离子注入时SONOS晶体管和传输晶体管之间的间隙由于有二氧化 硅108填充所阻挡，只有少量的源漏极离子植入到硅衬底101，也即最后形成的源漏 区109c的结深和掺杂浓度会比源漏区109a和109b小，这样会对SONOS晶体管和传 输晶体管的电流造成不利影响，从而对电路的读操作产生不利影响。所以，随着SONOS 存储器的单元结构的尺寸不断减少，现有方法形成的SONOS存储器的读取电流会降低， 读取操作能力会下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改善SONOS存储器读取操作能力的方法， 能提高器件的读取电流，改善器件的读取操作能力。

为解决上述技术问题，本发明提供的改善SONOS存储器读取操作能力的方法的 SONOS存储器的单元结构由一个SONOS晶体管和一个N型传输晶体管组成，采用如下 步骤制造所述SONOS存储器的单元结构：

步骤一、在形成所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之后，进行N型 轻掺杂漏注入，形成的N型轻掺杂漏区和所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的 栅极边缘自对准。

所述SONOS晶体管的栅极由叠加于P阱表面的ONO层和多晶硅栅组成，所述N型 传输晶体管的栅极由叠加于所述P阱表面的栅氧和多晶硅栅组成，所述P阱形成于硅 衬底表面。

所述SONOS晶体管的漏区和所述N型传输晶体管的源区共用一个第一源漏区，且 该第一源漏区位于所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的的栅极之间，所述SONOS 晶体管和所述N型传输晶体管的的栅极的间隙越小，所述SONOS存储器的单元结构的 占用面积越小。

步骤二、在所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极的侧面形成氮化硅侧 墙。

步骤三、在形成所述氮化硅侧墙后的所述硅衬底正面形成二氧化硅层；在所述 SONOS晶体管的源区侧和所述N型传输晶体管的漏区侧，所述二氧化硅层的厚度满足 后续进行源漏注入时离子能注入到所述硅衬底表面且能对所述硅衬底表面形成保护； 随着所述SONOS存储器的单元结构的尺寸的减小，位于所述SONOS晶体管和所述N型 传输晶体管的栅极之间的所述二氧化硅层会从两个栅极的侧面往中间延伸并使所述 二氧化硅层的纵向厚度增加，当所述二氧化硅层将所述SONOS晶体管和所述N型传输 晶体管的栅极之间的间隙完全填充时所述二氧化硅层的纵向厚度达到最大。

步骤四、采用NPC层次的光罩形成第一光刻胶图形定义出所述SONOS晶体管和所 述N型传输晶体管的栅极之间的第一接触孔的开口区，后续形成的所述第一接触孔的 底部和所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之间间隙自对准，所述第一接 触孔用于引出所述第一源漏区。

步骤五、利用所述第一光刻胶图形为掩膜对所述二氧化硅层进行刻蚀，该刻蚀使 所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之间的所述二氧化硅层的纵向厚度和 满足后续进行源漏注入时离子能注入到所述硅衬底表面且能对所述硅衬底表面形成 保护。

利用所述第一光刻胶图形为掩膜对所述氮化硅侧墙进行刻蚀，该刻蚀使所述 SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之间的所述氮化硅侧墙的顶部圆滑且开口 增加；之后去除所述第一光刻胶图形。

步骤六、进行源漏注入，所述源漏注入同时形成所述SONOS晶体管的源区、所述 N型传输晶体管的漏区和所述第一源漏区。

进一步的改进是，步骤五中所述二氧化硅层刻蚀后的位于所述SONOS晶体管和所 述N型传输晶体管的栅极之间的所述二氧化硅层的纵向厚度等于位于所述SONOS晶体 管的源区侧和所述N型传输晶体管的漏区侧的所述二氧化硅的厚度。

进一步的改进是，步骤三形成的所述二氧化硅位于所述SONOS晶体管的源区侧和 所述N型传输晶体管的漏区侧的厚度为

进一步的改进是，步骤二中形成所述氮化硅侧墙的方法为先在所述硅衬底正面淀 积一层氮化硅层，在对所述氮化硅层进行全面刻蚀形成所述氮化硅侧墙。

进一步的改进是，步骤一中形成所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极 的步骤包括：

步骤11、在所述SONOS晶体管区域的所述P阱中进行开启电压离子注入，形成的 开启离子注入区用于调节所述SONOS晶体管的开启电压并在所述SONOS晶体管编程时 提供电子和空穴。

步骤12、在所述硅衬底表面形成所述ONO层，然后利用干法刻蚀工艺去除掉所述 SONOS晶体管形成区域以外的所述ONO层。

步骤13、在所述N型传输晶体管的形成区域的所述硅衬底表面形成所述栅氧。

步骤14、在所述硅衬底表面淀积多晶硅，并对所述多晶硅进行N型重掺杂。

步骤15、利用栅极层次光罩形成第二光刻胶图形定义出所述SONOS晶体管和所述 N型传输晶体管的栅极形成区域，利用干法刻蚀工艺对所述多晶硅进行刻蚀形成所述 SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的多晶硅栅。

进一步的改进是，步骤15中形成所述第二光刻胶图形之前还包括在所述多晶硅 表面形成由氮化硅组成的硬掩膜层的步骤；步骤15中形成所述第二光刻胶图形之后 进行刻蚀时先对所述硬掩膜层进行刻蚀，在对所述多晶硅进行刻蚀。

本发明通过将定义SONOS晶体管和N型传输晶体管的栅极之间的第一接触孔的开 口区的NPC层次的光罩的光刻工艺提前到源漏注入之前，利用NPC层次的光罩形成第 一光刻胶图形为掩膜对SONOS晶体管和N型传输晶体管的栅极之间的二氧化硅层进行 刻蚀，从而能够使得SONOS晶体管和N型传输晶体管的栅极之间的二氧化硅层能够减 薄到进行源漏注入时所需要的厚度，既能实现对注入区域的硅衬底表面形成良好的保 护，又能使源漏注入离子良好的注入到硅衬底表面并使该区域的源漏注入区良好掺 杂，从而能消除现有技术中SONOS晶体管和N型传输晶体管的栅极之间的源漏注入的 离子不易穿透较厚的二氧化硅层的缺陷，源漏注入区的良好掺杂能提高器件的读取电 流，改善器件的读取操作能力。

另外，本发明并不需要增加额外的光刻工艺，仅需将NPC层次光刻前移到源漏注 入之前即可，所以本发明的工艺成本低且能和现有技术良好兼容。

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存储器单元结构的示意图；

图2是本发明实施例方法流程图；

图3A-图3B是本发明实施例方法的各步骤中SONOS存储器单元结构的示意图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例方法流程图；如图3A至图3B所示，是本发明实施 例方法的各步骤中SONOS存储器单元结构的示意图。本发明实施例改善SONOS存储器 读取操作能力的方法的SONOS存储器的单元结构由一个SONOS晶体管和一个N型传输 晶体管组成，采用如下步骤制造所述SONOS存储器的单元结构：

步骤一、如图3A所示，首先、形成所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的 栅极，包括步骤：

步骤11、在硅衬底1上形成P阱2，在所述SONOS晶体管区域的所述P阱2中进 行开启电压离子注入，形成的开启离子注入区用于调节所述SONOS晶体管的开启电压 并在所述SONOS晶体管编程时提供电子和空穴。

步骤12、在所述硅衬底1表面形成所述ONO层3，然后利用干法刻蚀工艺去除掉 所述SONOS晶体管形成区域以外的所述ONO层3。ONO层3由隧穿氧化硅层、氮化硅 存储层和控制氧化硅层组成，其中隧穿氧化硅层用于电子或空穴在沟道和氮化硅存储 层之间进行隧穿，氮化硅存储层用于存储电荷信息，控制氧化硅层位于氮化硅存储层 和多晶硅栅5之间用于通过多晶硅栅5实现对顶部ONO层105a和沟道的控制。

步骤13、在所述N型传输晶体管的形成区域的所述硅衬底1表面形成所述栅氧4。

步骤14、在所述硅衬底1表面淀积多晶硅5，并对所述多晶硅5进行N型重掺杂。

步骤15、在所述多晶硅表面形成由氮化硅组成的硬掩膜层8。

利用栅极层次光罩形成第二光刻胶图形定义出所述SONOS晶体管和所述N型传输 晶体管的栅极形成区域，利用干法刻蚀工艺对依次对所述硬掩膜层8和所述多晶硅5 进行刻蚀形成所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的多晶硅栅5。

其次、在形成所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之后，进行N型轻 掺杂漏注入，所述N型轻掺杂漏和所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极边 缘自对准。

所述SONOS晶体管的栅极由叠加于P阱2表面的ONO层3和多晶硅栅5组成，所 述N型传输晶体管的栅极由叠加于所述P阱2表面的栅氧4和多晶硅栅5组成，所述 P阱2形成于硅衬底1表面。

如图3B所示，所述SONOS晶体管的漏区和所述N型传输晶体管的源区共用一个 第一源漏区9B，且该第一源漏区9B位于所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的 的栅极之间，所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的的栅极的间隙越小，所述 SONOS存储器的单元结构的占用面积越小。

步骤二、如图3A所示，先在所述硅衬底1正面淀积一层氮化硅层，在对所述氮 化硅层进行全面刻蚀在所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极的侧面形成氮 化硅侧墙7。

步骤三、如图3A所示，在形成所述氮化硅侧墙7后的所述硅衬底1正面形成二 氧化硅层9；在所述SONOS晶体管的源区9A侧和所述N型传输晶体管的漏区9B侧， 所述二氧化硅层9的厚度满足后续进行源漏注入时离子能注入到所述硅衬底1表面且 能对所述硅衬底1表面形成保护；较佳为，所述二氧化硅位于所述SONOS晶体管的源 区9A侧和所述N型传输晶体管的漏区9B侧的厚度为

随着所述SONOS存储器的单元结构的尺寸的减小，位于所述SONOS晶体管和所述 N型传输晶体管的栅极之间的所述二氧化硅层9会从两个栅极的侧面往中间延伸并使 所述二氧化硅层9的纵向厚度增加，当所述二氧化硅层9将所述SONOS晶体管和所述 N型传输晶体管的栅极之间的间隙完全填充时所述二氧化硅层9的纵向厚度达到最 大。

步骤四、如图3A所示，采用NPC层次的光罩形成第一光刻胶图形10定义出所述 SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之间的第一接触孔的开口区，后续形成的 所述第一接触孔的底部和所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之间间隙自 对准，所述第一接触孔用于引出所述第一源漏区9B。

步骤五、如图3B所示，利用所述第一光刻胶图形10为掩膜对所述二氧化硅层9 进行刻蚀，该刻蚀使所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之间的所述二氧 化硅层9的纵向厚度和满足后续进行源漏注入时离子能注入到所述硅衬底1表面且能 对所述硅衬底1表面形成保护。较佳为，所述二氧化硅层9刻蚀后的位于所述SONOS 晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之间的所述二氧化硅层9的纵向厚度等于位于所 述SONOS晶体管的源区9A侧和所述N型传输晶体管的漏区9B侧的所述二氧化硅的厚 度，即都为左右。

利用所述第一光刻胶图形10为掩膜对所述氮化硅侧墙7进行刻蚀，该刻蚀使所 述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之间的所述氮化硅侧墙7的顶部圆滑且 开口增加；之后去除所述第一光刻胶图形10。

步骤六、如图3B所示，进行源漏注入，所述源漏注入同时形成所述SONOS晶体 管的源区9A、所述N型传输晶体管的漏区9B和所述第一源漏区9B。

源漏注入之后，还包括后续的形成层间膜的步骤；形成接触孔10的步骤，所述 接触孔10闯过所述层间膜和底部对应的源漏区或多晶硅栅接触，其中所述第一接触 孔的底部和所述SONOS晶体管和所述N型传输晶体管的栅极之间间隙自对准，之后需 要在对应的接触孔10中填充金属实现将底部区域电连接引出。

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。