SONOS结构和SONOS存储器的形成方法技术

一种SONOS结构和SONOS存储器的形成方法，所述SONOS结构的形成方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成图形化的光刻胶层，定义出衬底上ONO结构的区域；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，与所述衬底的表面呈小于90度方向干法刻蚀所述衬底的上部分，被刻蚀后的衬底分成第一衬底和第二衬底，第一衬底的表面为凸面；去除所述图形化的光刻胶层；在所述第一衬底上依次形成隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层，隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层的上表面为凸面；对所述第二衬底进行离子掺杂，在所述第二衬底内、第一衬底的两侧形成源极和漏极。可以解决现有技术中SONOS存储器擦除饱和的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及SONOS结构的形成方法、SONOS存储器的形成方法。
技术介绍
通常，用于存储数据的半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器，易失性存储器容易在电源中断时丢失其数据，而非易失性存储器即使在电源中断时仍可保存其数据。与其它的非易失性存储技术(例如，磁盘驱动器)相比，非易失性半导体存储器相对较小。因此，非易失性存储器已广泛地应用于移动通信系统、存储卡等。非易失性存储单元可由浮栅结构或SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Si licon，简称S0N0S)结构两大主要技术之一实现。浮栅型存储器相对较厚的隧穿氧化层 (70-120埃)提供了良好的电荷保持性能，工艺流程比较容易控制，但是一旦隧穿氧化层中存在缺陷，存储电荷容易沿着缺陷从多晶硅存储层中丢失。SONOS存储器的隧穿氧化层的厚度较薄，利用绝缘的氮化硅介质层来俘获并存储电荷，氮化硅用来捕获电荷的陷阱是独立的，不会因为一个缺陷导致电荷的大量丢失。SONOS还具有抗擦写能力好、操作电压低和功率低、工艺过程简单且与标准CMOS工艺兼容等优势。图1为现有技术的S0N0S结构的示意图，参考图1，现有技术的S0N0S结构包括衬底10 ；位于所述衬底10上的隧穿介质层11、捕获电荷层12和顶部介质层13，其中，隧穿介质层11的材料为氧化硅，捕获电荷层12的材料为氮化硅，顶部介质层13的材料为氧化硅， 隧穿介质层11、捕获电荷层12和顶部介质层13构成了 0N0 (oxide-nitride-oxide)的叠层结构；位于所述顶部介质层13上的栅极14 ；位于所述衬底10内、所述叠层结构两侧的源极 15和漏极16。S0N0S存储器的工作原理为在写过程时，在栅极14和衬底10之间施加正电压 (通常为+10V)，在源极15和漏极16上施加相同的低电压(通常为0V)，沟道中的电子发生隧穿穿过隧穿介质层11，存储在捕获电荷层12中，完成电子隧穿编程操作过程。在擦除过程时，在栅极14和衬底10之间施加负电压(通常为-10V)，在源极14和漏极15上施加相同的电压(通常为0V)，即可完成捕获电荷层12中捕获的电子隧穿穿过隧穿介质层11进入衬底10的擦除操作过程。以上所述的现有技术的S0N0S存储器存在擦除饱和的问题，即捕获电荷层中的电子不能完全隧穿出捕获电荷层。现有技术中有许多关于S0N0S存储器的专利以及专利申请，例如2011年6月15日公开的公开号为CN102097491A的中国专利申请中公开的S0N0S及其形成方法。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术的S0N0S存储器存在擦除饱和的问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种S0N0S结构的形成方法，包括提供衬底；在所述衬底上形成图形化的光刻胶层，定义出衬底上ONO结构的区域；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，与所述衬底的表面呈小于90度方向干法刻蚀所述衬底的上部分，被刻蚀后的衬底分成第一衬底和第二衬底，第一衬底的表面为凸面；去除所述图形化的光刻胶层；在所述第一衬底上依次形成隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层，所述隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层的上表面为凸面；对所述第二衬底进行离子掺杂，在所述第二衬底内、第一衬底的两侧形成源极和漏极。可选的，去除所述图形化的光刻胶层后，在所述第一衬底上依次形成隧穿介质层、 捕获电荷层、顶部介质层和导电层之前还包括对所述衬底进行退火，使所述第一衬底的凸面为弧面。可选的，在H2气氛围中，温度为800 900°C范围内进行所述退火。可选的，在所述退火后，在所述第一衬底上依次形成隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层之前，还包括利用热氧化方法形成氧化层，覆盖所述第一衬底和第二衬底。可选的，所述氧化层的材料为氧化硅。可选的，所述隧穿介质层的材料为氧化硅。可选的，所述顶部介质层的材料为氧化硅。可选的，所述捕获电荷层的材料为氮化硅。 可选的，所述导电层的材料为多晶硅。本专利技术还提供一种SONOS存储器的形成方法，包括利用所述的方法形成的SONOS结构。与现有技术相比，本专利技术具体实施例具有以下优点在本技术方案中形成的SONOS结构是一个凸面结构，即隧穿介质层、捕获电荷层和顶部介质层、导电层的上表面、下表面均为凸面，与隧穿介质层接触的第一衬底的上表面也为凸面，在这种结构中，衬底和栅极即导电层之间的电力线不再是平行分布，而是从栅极垂直于介质层(包括顶部介质层、捕获电荷层和隧穿介质层)集中到衬底，这使电力线密度即电场强度从栅极到衬底不断增加，即使在捕获电荷层没有电子(完全擦除)的情况下，这种结构也保证隧穿介质层中的电场远大于顶部介质层的电场，相对于传统SONOS结构，本结构在整个擦除过程中，从捕获电荷层经过隧穿介质层隧穿到衬底的电子数量大于从栅极经过顶部介质层隧穿到捕获电荷层的电子数量，以此有效解决了传统SONOS结构擦除饱和的问题。附图说明图1为现有技术的SONOS结构的示意图；图2为本专利技术具体实施例的SONOS结构的剖面结构示意图；图3为本专利技术具体实施例的SONOS结构的形成方法的流程示意4至图8为本专利技术具体实施例的SONOS结构的形成方法的剖面结构示意图。具体实施例方式基于以上所述的SONOS存储器的工作原理，SONOS存储器采用FN隧穿效应 (Fowler-Nordheim Tunneling)进行擦除在栅极和衬底之间的强场使得捕获电荷层中的电子隧穿过隧穿介质层进入衬底，在隧穿介质层厚度确定的情况下，隧穿过程主要是由隧穿介质层中的电场决定，电场强度越大，越容易发生隧穿，即捕获电荷层中的电子越容易隧穿进入衬底。在SONOS结构中存在两个隧穿过程隧穿一，电子从栅极经过顶部介质层隧穿到捕获电荷层，隧穿二电子从捕获电荷层经过隧穿介质层隧穿到衬底。在传统的平板 SONOS结构中，在擦除开始时捕获电荷层中电子的数量多，隧穿介质层的电场远大于顶部介质层的电场；随着擦除的进行，捕获电荷层中电子逐渐减少，因此隧穿介质层中的电场不断减小而顶部介质层中电场不断增加；直到完全擦除时两者电场相等。可以想见，在擦除过程中，隧穿一由于顶部介质层电场的增强而不断增强，隧穿二由于隧穿介质层电场的减弱而减弱，当隧穿一和隧穿二大小相当时，即从栅极经过顶部介质层隧穿到捕获电荷层的电子数量与从捕获电荷层经过隧穿介质层隧穿到衬底的电子数量相当时，从捕获电荷层的净流出电流变得很小，也就是净流出电子数量非常少，擦除变得非常困难以至在合理时间内无法完全擦除。在本专利技术中，SONOS结构是一个凸面结构，即隧穿介质层、捕获电荷层和顶部介质层的上表面、下表面均为凸面，与隧穿介质层接触的衬底的表面也为凸面，在这种结构中，衬底和栅极即导电层之间的电力线不再是平行分布，而是从栅极垂直于介质层(包括顶部介质层、捕获电荷层和隧穿介质层)集中到衬底，这使电力线密度即电场强度从栅极到衬底不断增加，即使在捕获电荷层没有电子(完全擦除)的情况下，这种结构也保证隧穿介质层中的电场远大于顶部介质层中的电场，相对于传统SONOS结构，本结构隧穿一过程被减弱，隧穿二过程被增强，在整个擦除过程中，隧穿二一直保持远大于隧穿一，也就是从捕获电荷层经过隧穿介质层隧穿到衬底的电子数量远大于从栅极经过顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＳＯＮＯＳ结构的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底上形成图形化的光刻胶层，定义出衬底上ＯＮＯ结构的区域；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，与所述衬底的表面呈小于９０度方向干法刻蚀所述衬底的上部分，被刻蚀后的衬底分成第一衬底和第二衬底，第一衬底的表面为凸面；去除所述图形化的光刻胶层；在所述第一衬底上依次形成隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层，所述隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层的上表面为凸面；对所述第二衬底进行离子掺杂，在所述第二衬底内、第一衬底的两侧形成源极和漏极。

【技术特征摘要】
1.一种SONOS结构的形成方法，其特征在于，包括 提供衬底；在所述衬底上形成图形化的光刻胶层，定义出衬底上ONO结构的区域； 以所述图形化的光刻胶层为掩膜，与所述衬底的表面呈小于90度方向干法刻蚀所述衬底的上部分，被刻蚀后的衬底分成第一衬底和第二衬底，第一衬底的表面为凸面； 去除所述图形化的光刻胶层；在所述第一衬底上依次形成隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层，所述隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层的上表面为凸面；对所述第二衬底进行离子掺杂，在所述第二衬底内、第一衬底的两侧形成源极和漏极。2.如权利要求1所述的SONOS结构的形成方法，其特征在于，去除所述图形化的光刻胶层后，在所述第一衬底上依次形成隧穿介质层、捕获电荷层、顶部介质层和导电层之前还包括对所述衬底进行退火，使所述第一衬底的凸面为弧面。3.如权利要求2所述的SONOS结构的形成方法，其特征在于，在H2气氛围中，温度为 8...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小利，唐树澍，刘宪周，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：31