一种快速闪存存储器单元及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体存储器件技术领域，具体公开了一种快速闪存存储器单元及其制备方法。该存储器单元包括一个半导体衬底、一个源极、一个漏极、一个栅极、一个浮栅区和一个有源区。该快速闪存存储器单元利用自对准金属硅化物工艺形成晶体管的栅极、源极和漏极，无需离子注入及其后的高温热退火处理，工艺过程简单，成本低廉，器件的性能得到了很大提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体存储器及其制备方法，特别涉及一种快速闪存存储器单元及其制备方法，属于半导体存储器

技术介绍
常规的快速闪存存储器单元-浮栅金属氧化物半导体(floating gate M0S)场效应晶体管是采用离子注入的方法形成源区和漏区，采用重掺杂的多晶硅做栅极。因此，需要进行高温(约IOO(TC )后退火处理来激活掺杂，以消除离子注入造成的晶格损伤，降低接触电阻。然而，如此高的加工温度会引起源区和漏区掺杂(硼或磷)的再扩散，从而引起结深和沟道长度的变化，最终导致器件性能偏离设计标准。尤其随着器件特征尺寸縮小到90纳米技术节点以下，源区和漏区的结深及沟道长度均进入纳米量级，而采用常规的方法无法实现超浅结源区和漏区，这给小尺寸器件的加工带来了很大挑战。 随着超大规模集成电路的快速发展，特别是进入深亚微米技术后，传统的硅基CMOS工艺出现了一系列的新问题，极大地影响了器件的性能和可靠性，诸如热载流子效应，闭锁效应等。绝缘体上硅(SOI)由于其特殊的结构，具有抗辐射强、耐高温、性能好、功耗低等优点，它很可能成为替代传统硅基快速闪存存储器的新型基底材料。
技术实现思路
为了改善现有的硅基闪存存储器技术，本专利技术提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)衬底的快速闪存存储器单元及其制备方法。 本专利技术提出的快速闪存存储器单元，它包括一个半导体衬底、一个源极、一个漏极、一个栅极、一个浮栅区和一个有源区，其中 所述的半导体衬底为绝缘体上硅(SOI)或者绝缘体上锗(G0I)。 所述的源极、漏极和栅极是通过自对准金属硅化物工艺形成的。 所述的金属硅化物是硅化钛、硅化钴、硅化镍、硅化铂或锗硅化镍，或者是它们之中几种的混合物。 所述的浮栅区由金属纳米晶或NbA10等材料形成。 所述的有源区由一个硅岛结构构成，所述的硅岛厚度范围为10-200纳米。 本专利技术提出的快速闪存存储器，采用绝缘体上硅(S0I)为衬底，利用自对准金属硅化物工艺形成晶体管的栅极、源极和漏极。在该工艺中，金属覆盖层被淀积在栅介质或者多晶硅层上以及S0I衬底上，然后，通过高温热处理，使金属与其下面的硅反应，形成低电阻的金属硅化物，该金属硅化物位于栅极、源极和漏极区域。随后，采用选择性高的化学刻蚀方法，将没有反应完的金属腐蚀掉，而保留金属硅化物，从而获得电阻率低的金属硅化物栅极、源极和漏极。 —种快速闪存存储器单元的制备方法，包括下列步骤 提供一个绝缘体上硅(S0I)衬底；3 在提供的衬底上利用光刻技术形成光掩膜图形，对硅进行蚀刻，如采用反应离子束刻蚀，形成硅岛结构，充当有源区； 采用热氧化、原子层淀积等方法生长氧化物介质层，充当电荷隧穿层； 生长另一层富含陷阱的介质层或金属纳米晶层充当电荷俘获层； 再淀积一层相对较厚的氧化物层，充当电荷阻挡层； 采用化学淀积或磁控溅射的方法生长一层与沟道中硅厚度相当的多晶硅层； 涂胶、曝光、显影等步骤形成图形； 对电荷隧穿层、电荷俘获层、电荷阻挡层和多晶硅层进行蚀刻，如反应离子束刻蚀，除去上层多晶硅和栅介质层，同时露出用于形成硅化物源极和漏极的硅区； 淀积形成一层绝缘层并对其进行刻蚀形成侧墙结构；此形成侧墙的步骤可以省略； 淀积一层金属层，并退火，使金属与其下面的硅反应形成金属硅化物； 去除残留的金属。 所述的电荷隧穿层为氧化物介质层比如为5102/^1203双层或单层，其总厚度范围为6 12纳米。 所述的电荷俘获层为富含陷阱介质层，比如NbA10,，物理厚度为5 15纳米；或者通过退火工艺形成的金属纳米晶，比如RuOx纳米晶，其直径范围为3 10纳米。 所述的电荷阻挡层为高介电常数介质层，比如为HfLaO,，其物理厚度范围为15 40纳米。 所述的金属层为钛、钴、镍、钼或锗，或者是它们之中几种的混合物。 本专利技术利用自对准金属硅化物工艺形成晶体管的栅极、源极和漏极，无需离子注入及其后的高温热退火处理，工艺过程简单，成本低廉，器件的性能得到了很大提升。 由此，本专利技术还提供一种集成电路芯片，该芯片上至少有一个半导体存储器器件为上述的快速闪存存储器单元。附图说明 图1为本专利技术实例中的一个绝缘体上硅(SOI)衬底。 图2为继图1后对硅进行刻蚀后的截面图。 图3为继图2后依次形成隧穿介质层、纳米晶电荷俘获层、电荷阻挡层、多晶硅层和光刻胶，并对其进行刻蚀后的截面图。 图4为继图3后形成侧墙结构的截面图。 图5为继图4形成一层金属层后的截面图。 图6为继图5后形成硅化物，并去除多余的金属层后的截面图。 图7为继图1后对硅进行刻蚀后的截面图。 图8为继图7后依次形成隧穿介质层、富含陷阱的介质层、电荷阻挡层、多晶硅层和光刻胶，并对其进行刻蚀后的截面图。 图9为继图8后形成侧墙结构的截面图。 图10为继图9形成一层金属层后的截面图。 图11为继图IO后形成硅化物，并去除多余的金属层后的截面图。具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。在图中，为了方便 说明，放大或縮小了不同层和区域的尺寸，所示大小并不代表实际尺寸，也不反映尺寸的比 例关系。 参考图是本专利技术的理想化实施例的示意图，本专利技术所示的实施例不应该被认为仅 限于图中所示区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。例如刻蚀得 到的曲线通常具有弯曲或圆润的特点，但在本专利技术实施例中，均以矩形表示，图中的表示是 示意性的，但这不应该被认为是限制本专利技术的范围。同时在下面的描述中，所使用的术语衬 底可以理解为包括正在工艺加工中的半导体衬底，可能包括在其上所制备的其它薄膜层。 实施例1，金属纳米晶存储器的制备 如图l，提供一个绝缘体上硅(SOI)衬底。 在提供的衬底上淀积形成一层光刻胶101，然后利用光刻技术形成光掩膜图形，采 用反应离子束刻蚀硅，如图2。 去除光刻胶101后形成硅岛结构，充当器件的有源区。 采用原子层淀积方法淀积一层隧穿介质层(电荷遂穿层)102，隧穿介质层102比 如为S叫/A1^，厚度约为6纳米。 利用电子束蒸发的方法淀积一层薄膜103，薄膜103比如为金属钌，厚度约为2纳 米，然后利用在含氧气氛中快速热退火技术形成氧化钌(RuOx)纳米晶，作为电荷俘获层。 用原子层淀积的方法生长一层电荷阻挡层104，电荷阻挡层104比如为HfLaO,，厚 度约为30纳米。 采用化学气相淀积一层薄膜105比如为多晶硅，然后在薄膜105上形成光刻胶 106。 采用反应离子束刻蚀的方法分别对如上所述隧穿介质层102、薄膜103、电荷阻挡 层104、薄膜105和光刻胶106进行刻蚀，形成如图3所示的结构。 去除光刻胶106，形成一层薄膜107和光阻层，再对光阻层和薄膜107进行刻蚀形成侧墙结构，然后去除光阻层，如图4，薄膜107比如为Si3N4。 如图5，采用电子束蒸发淀积一层金属层108，金属层108比如为镍。 利用退火技术形成硅化镍109、110和111，然后湿法腐蚀掉剩余的金属镍，如图6。 这样一个金属纳米晶存储器结构就形成了 。 实施例2，基于电荷陷阱存储的存储器的制备工艺 如图l，提供一个绝缘体上硅(SOI)衬底。 在提供的衬底上淀积形成一层薄膜201，然后利用光刻技术形成光掩膜图形，采用反应离子束刻蚀硅，薄膜201为光阻层，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速闪存存储器单元，其特征在于，它包括一个半导体衬底、一个源极、一个漏极、一个栅极、一个浮栅区和一个有源区，其中：　　　　所述的半导体衬底为绝缘体上硅；　　　　所述的源极、漏极和栅极是通过自对准金属硅化物工艺形成的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁士进，王鹏飞，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]