SONOS非挥发性存储器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种SONOS非挥发性存储器，其单元结构的SONOS存储器晶体管和选择晶体管的栅极为通过绝缘层隔离的交叠的两层结构，选择晶体管的第一侧面形成有第一绝缘介质侧墙，SONOS存储器晶体管的隧道注入区和ONO层都和第一绝缘介质侧墙自对准；整个单元结构仅包括2个源漏区，在SONOS存储器晶体管和选择晶体管的栅极之间并不存在源漏区。本发明专利技术还公开了一种SONOS非挥发性存储器的制造方法。本发明专利技术直接省去了中两个晶体管栅极中间的一个源漏区，能大大缩小存储器单元的面积，而且无需增加额外的光刻步骤。

【技术实现步骤摘要】
SONOS非挥发性存储器及其制造方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种。
技术介绍
SONOS非挥发性存储器被广泛应用于先进闪存，电可擦写存储器产品。目前常用存储器单元结构由一个完整的SONOS存储器晶体管和一个完整的选择晶体管组成2晶体管结构(2T结构)，每个晶体管都有完整的源极，漏极和栅极，且两个晶体管共用一层多晶硅。如图1所示，是现有SONOS非挥发性存储器的单元结构图；现有SONOS非挥发性存储器的单元结构包括一个SONOS存储器晶体管和一个选择晶体管，所述单元结构形成于P阱102中，所述P阱102形成于硅衬底100的深N阱101中。 所述SONOS存储器晶体管的栅极结构包括依次形成于所述P阱101表面的ONO层104和多晶硅栅106，所述ONO层104为由依次形成所述P阱101表面的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化层组成的三层结构，所述ONO层104用于电荷存储；在所述ONO层104的底部的所述P阱101中的表面部分形成有隧道注入区103。 所述选择晶体管的栅极结构包括依次形成于所述P阱102表面的栅介质层105和多晶硅栅106。在所述SONOS存储器晶体管和所述选择晶体管的多晶硅栅106都为由同时形成的多晶硅层刻蚀形成，且两个多晶硅栅106的侧面都形成有侧墙107。 形成于所述P阱102中三个N型轻掺杂漏区108和N+掺杂的源漏区109。N型轻掺杂漏区108和对应的多晶硅栅106自对准，源漏区109和对应的侧墙107自对准。所述SONOS存储器晶体管和所述选择晶体管中共用三个N型轻掺杂漏区108和N+掺杂的源漏区109中的一个；另两个非共用的源漏区109分别通过金属接触110引出，并分别形成整个单元结构的源极和漏极。两个多晶硅栅106也分别通过金属接触110 (未示出)引出。 由上可知，现有SONOS非挥发性存储器的单元结构的SONOS存储器晶体管和选择晶体管都包括由完整的源区和漏区，占用面积较大。另外，为了避免隧道注入区103和ONO层104进入选择晶体管栅极区域，在定义隧道注入区103的隧道注入窗口和ONO层104时，必须在两个晶体管栅极之间留出足够的距离。这样就进一步的限制了存储器单元结构的缩小。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种SONOS非挥发性存储器，能省去单元结构中的一个源漏区，从而能大大缩小存储单元结构的面积，且无需增加额外的光刻步骤，成本较低。为此，本专利技术还提供一种SONOS非挥发性存储器的制造方法。 为解决上述技术问题，本专利技术提供的SONOS非挥发性存储器的单元结构包括一个SONOS存储器晶体管和一个选择晶体管，所述单元结构形成于P阱中，所述P阱形成于硅衬底的深N阱中。 所述SONOS存储器晶体管的栅极结构包括依次形成于所述P阱表面的ONO层和第一栅极导电材料层，所述ONO层为由依次形成所述P阱表面的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化层组成的三层结构，所述ONO层用于电荷存储；在所述ONO层的底部的所述P阱中的表面部分形成有隧道注入区。 所述选择晶体管的栅极结构包括依次形成于所述P阱表面的栅介质层和第二栅极导电材料层。 在所述第二栅极导电材料层的第一侧面形成有第一绝缘介质侧墙，在所述第二栅极导电材料层的顶部表面形成有第二绝缘介质层。 所述隧道注入区和所述第一绝缘介质侧墙自对准；所述ONO层和所述第一绝缘介质侧墙自对准，所述ONO层和所述栅介质层在横向上隔离有所述第一绝缘介质侧墙；所述ONO层从所述第一绝缘介质侧墙的底部向上延伸并覆盖在所述第一绝缘介质侧墙的侧面、以及所述第二绝缘介质层的顶部表面。 所述第一栅极导电材料层的第二侧面和所述第二栅极导电材料层的第一侧面间隔有所述ONO层和所述第一绝缘介质侧墙，所述第一栅极导电材料层还延伸到所述第二栅极导电材料层的顶部，且延伸到所述第二栅极导电材料层的顶部的所述第一栅极导电材料层和所述第二栅极导电材料层之间隔离有所述ONO层和所述第二绝缘介质层。 由形成于所述P阱中的N+区组成的两个源漏区，第一源漏区和所述第一栅极导电材料层的第一侧面自对准，第二源漏区和所述第二栅极导电材料层的第二侧面自对准。 在所述第一栅极导电材料层、所述第二栅极导电材料层、所述第一源漏区和所述第二源漏区的顶部分别形成有金属接触，各所述金属接触分别引出第一栅极、第二栅极、第一源漏极和第二源漏极。 进一步的改进是，所述第一栅极导电材料层和所述第二栅极导电材料层为多晶硅。 进一步的改进是，在所述第一栅极导电材料层和所述第二栅极导电材料层的多晶硅顶部形成有钨或硅化钨。 进一步的改进是，在所述P阱中还形成有两个N型轻掺杂漏区，第一 N型轻掺杂漏区和所述第一栅极导电材料层的第一侧面自对准，第二 N型轻掺杂漏区和所述第二栅极导电材料层的第二侧面自对准。 进一步的改进是，在所述第一栅极导电材料层的第一侧面、所述第二栅极导电材料层的第二侧面分别形成有第二绝缘介质侧墙。 为解决上述技术问题，本专利技术提供一种SONOS非挥发性存储器的制造方法，SONOS非挥发性存储器的单元结构包括一个SONOS存储器晶体管和一个选择晶体管，所述单元结构的形成步骤如下: 步骤一、采用光刻注入工艺在硅衬底中形成深N阱，在所述深N阱中形成P阱。 步骤二、在所述P阱表面依次形成栅介质层、第二栅极导电材料层和第二绝缘介质层。 步骤三、采用光刻工艺定义出所述SONOS存储器晶体管的隧道注入窗口区域，采用刻蚀工艺依次将所述隧道注入窗口区域的所述第二绝缘介质层、第二栅极导电材料层和所述栅介质层去除并形成由所述第二绝缘介质层、第二栅极导电材料层和所述栅介质层围成的隧道注入窗口。 步骤四、采用淀积加刻蚀工艺在所述隧道注入窗口的侧面上形成第一绝缘介质侧 m ο 步骤五、采用离子注入工艺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存储器晶体管的隧道注入区，所述隧道注入区和所述第一绝缘介质侧墙自对准。 步骤六、在形成有所述隧道注入区的所述硅衬底正面依次形成第一氧化层、第二氮化层和第三氧化层，由所述第一氧化层、所述第二氮化层和所述第三氧化层组成的三层结构作为ONO层，所述ONO层用于电荷存储；所述ONO层覆盖形成有所述隧道注入区的所述P阱表面、所述第一绝缘介质侧墙的侧面和所述第二绝缘介质层的表面。 步骤七、在所述ONO层表面形成第一栅极导电材料层。 步骤八、采用光刻刻蚀工艺依次对所述第一栅极导电材料层和所述ONO层进行刻蚀，由刻蚀后的所述ONO层和所述第一栅极导电材料层组成所述SONOS存储器晶体管的栅极结构；刻蚀时，所述ONO层和所述第一绝缘介质侧墙自对准，所述ONO层和所述栅介质层在横向上隔离有所述第一绝缘介质侧墙；刻蚀后，所述第一栅极导电材料层的第二侧面和所述第二栅极导电材料层的第一侧面间隔有所述ONO层和所述第一绝缘介质侧墙，所述第一栅极导电材料层还延伸到所述第二栅极导电材料层的顶部，且延伸到所述第二栅极导电材料层的顶部的所述第一栅极导电材料层和所述第二栅极导电材料层之间隔离有所述ONO层和所述第二绝缘介质层。 步骤九、采用光刻刻蚀工艺依次所述第二栅极导电材料层和所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SONOS非挥发性存储器，其特征在于，SONOS非挥发性存储器的单元结构包括一个SONOS存储器晶体管和一个选择晶体管，所述单元结构形成于P阱中，所述P阱形成于硅衬底的深N阱中；所述SONOS存储器晶体管的栅极结构包括依次形成于所述P阱表面的ONO层和第一栅极导电材料层，所述ONO层为由依次形成所述P阱表面的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化层组成的三层结构，所述ONO层用于电荷存储；在所述ONO层的底部的所述P阱中的表面部分形成有隧道注入区；所述选择晶体管的栅极结构包括依次形成于所述P阱表面的栅介质层和第二栅极导电材料层；在所述第二栅极导电材料层的第一侧面形成有第一绝缘介质侧墙，在所述第二栅极导电材料层的顶部表面形成有第二绝缘介质层；所述隧道注入区和所述第一绝缘介质侧墙自对准；所述ONO层和所述第一绝缘介质侧墙自对准，所述ONO层和所述栅介质层在横向上隔离有所述第一绝缘介质侧墙；所述ONO层从所述第一绝缘介质侧墙的底部向上延伸并覆盖在所述第一绝缘介质侧墙的侧面、以及所述第二绝缘介质层的顶部表面；所述第一栅极导电材料层的第二侧面和所述第二栅极导电材料层的第一侧面间隔有所述ONO层和所述第一绝缘介质侧墙，所述第一栅极导电材料层还延伸到所述第二栅极导电材料层的顶部，且延伸到所述第二栅极导电材料层的顶部的所述第一栅极导电材料层和所述第二栅极导电材料层之间隔离有所述ONO层和所述第二绝缘介质层；由形成于所述P阱中的N+区组成的两个源漏区，第一源漏区和所述第一栅极导电材料层的第一侧面自对准，第二源漏区和所述第二栅极导电材料层的第二侧面自对准；在所述第一栅极导电材料层、所述第二栅极导电材料层、所述第一源漏区和所述第二源漏区的顶部分别形成有金属接触，各所述金属接触分别引出第一栅极、第二栅极、第一源漏极和第二源漏极。...

【技术特征摘要】
1.一种SONOS非挥发性存储器，其特征在于，SONOS非挥发性存储器的单元结构包括一个SONOS存储器晶体管和一个选择晶体管，所述单元结构形成于P阱中，所述P阱形成于硅衬底的深N阱中； 所述SONOS存储器晶体管的栅极结构包括依次形成于所述P阱表面的ONO层和第一栅极导电材料层，所述ONO层为由依次形成所述P阱表面的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化层组成的三层结构，所述ONO层用于电荷存储；在所述ONO层的底部的所述P阱中的表面部分形成有隧道注入区； 所述选择晶体管的栅极结构包括依次形成于所述P阱表面的栅介质层和第二栅极导电材料层； 在所述第二栅极导电材料层的第一侧面形成有第一绝缘介质侧墙，在所述第二栅极导电材料层的顶部表面形成有第二绝缘介质层； 所述隧道注入区和所述第一绝缘介质侧墙自对准；所述ONO层和所述第一绝缘介质侧墙自对准，所述ONO层和所述栅介质层在横向上隔离有所述第一绝缘介质侧墙；所述ONO层从所述第一绝缘介质侧墙的底部向上延伸并覆盖在所述第一绝缘介质侧墙的侧面、以及所述第二绝缘介质层的顶部表面； 所述第一栅极导电材料层的第二侧面和所述第二栅极导电材料层的第一侧面间隔有所述ONO层和所述第一绝缘介质侧墙，所述第一栅极导电材料层还延伸到所述第二栅极导电材料层的顶部，且延伸到所述第二栅极导电材料层的顶部的所述第一栅极导电材料层和所述第二栅极导电材料层之间隔离有所述ONO层和所述第二绝缘介质层； 由形成于所述P阱中的N+区组成的两个源漏区，第一源漏区和所述第一栅极导电材料层的第一侧面自对准，第二源漏区和所述第二栅极导电材料层的第二侧面自对准； 在所述第一栅极导电材料层、所述第二栅极导电材料层、所述第一源漏区和所述第二源漏区的顶部分别形成有金属接触，各所述金属接触分别引出第一栅极、第二栅极、第一源漏极和第二源漏极。2.如权利要求1所述的SONOS非挥发性存储器，其特征在于:所述第一栅极导电材料层和所述第二栅极导电材料层为多晶硅。3.如权利要求2所述的SONOS非挥发性存储器，其特征在于:在所述第一栅极导电材料层和所述第二栅极导电材料层的多晶硅顶部形成有钨或硅化钨。4.如权利要求1所述的SONOS非挥发性存储器，其特征在于:在所述P阱中还形成有两个N型轻掺杂漏区，第一 N型轻掺杂漏区和所述第一栅极导电材料层的第一侧面自对准，第二 N型轻掺杂漏区和所述第二栅极导电材料层的第二侧面自对准。5.如权利要求1所述的SONOS非挥发性存储器，其特征在于:在所述第一栅极导电材料层的第一侧面、所述第二栅极导电材料层的第二侧面分别形成有第二绝缘介质侧墙。6.一种SONOS非挥发性存储器的制造方法，其特征在于，SONOS非挥发性存储器的单元结构包括一个SONOS存储器晶体管和一个选择晶体管，所述单元结构的形成步骤如下: 步骤一、采用光刻注入工艺在硅衬底中形成深N阱，在所述深N阱中形成P阱；步骤二、在所述P阱表面依次形成栅介质层、第二栅极导电材料层和第二绝缘介质层；步骤三、采用光刻工艺定义出所述SONOS存储器晶体管的隧道注入窗口区域，采用刻蚀工艺依次将所述隧道...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑜，袁苑，陈华伦，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31