SONOS存储器的制作方法技术

本发明专利技术提供了一种SONOS存储器的制造方法，包括：在衬底中的有源区上依次形成第一二氧化硅层、氮化硅层和第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层、氮化硅层、第一二氧化硅层构成ONO薄膜层；在ONO薄膜层上沉积多晶硅层；刻蚀所述多晶硅层，在所述ONO薄膜层上形成多晶硅栅极；在所述多晶硅栅极和ONO薄膜层上沉积保护二氧化硅层；对所述多晶硅栅极进行高温氧化；进行刻蚀工艺，去除位于衬底上的ONO薄膜层，形成电荷存储单元。本发明专利技术有效降低了栅极多晶硅的底部被侵入氧化成二氧化硅而导致多晶硅栅极边缘处ONO薄膜层太厚的不良效应，从而使存储器在执行擦除操作时能完全擦除，提高了器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及SONOS存储器的制作方法。
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。与其他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，非易失性存储器已经广泛地应用于移动通信系统、存储卡等。非易失性存储可由浮栅结构或SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)结构两大主要技术之一实现。浮栅型存储器利用与外界隔离的多晶硅导电层来捕获并存储电荷，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大量丢失，所以隧穿氧化层厚度较厚(70 120埃)，存储单元尺寸不易微缩。SONOS存储器利用绝缘的氮化硅介质层来俘获并存储电荷，电荷存储在氮化硅层离散的陷阱中，不会因为隧穿氧化层的一个缺陷导致电荷的大量丢失，所以隧穿氧化层厚度较薄(20^50埃)，存储单元尺寸易于微缩。SONOS还有擦写能力好、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I为现有技术的SONOS存储器的结构示意图，请参考图1，现有的SONOS结构包括衬底10，位于所述衬底10上的遂穿介质层11、捕获电荷层12和顶部介质层13，其中，遂穿介质层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的材料为氧化娃，隧介质层11、捕获电荷层12和顶部介质层13构成了 ONO (Oxede-Nitride-Oxdie)的叠层结构，位于所述顶部介质层13上的栅极14，所述栅极14外部形成有氧化层17 ;位于所述衬底10内、所述叠层结构两侧的源极15和漏极16。SONS存储器的工作原理为在写过程中时，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遂穿介质层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上施加相同的低电压(通常为0V)，即可完成捕获电荷层12中捕获的电子隧穿穿过遂穿介质层11进入衬底10的擦除操作过程。在实际中发现，由于栅极多晶硅的底部被侵入氧化成二氧化硅而导致多晶硅栅极边缘处ONO薄膜层太厚的不良效应，现有SONOS存储器在执行擦除操作时无法完全擦除，影响了器件性能。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供了一种新的SONOS存储器的制作方法，利用所述方法形成的SONOS存储器能够在执行擦除操作时完全擦除，提高了器件的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种SONOS存储器的制作方法，包括在衬底中的有源区上形成第一二氧化硅层；在第一二氧化硅层上沉积氮化硅层； 在氮化硅层上形成第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层、氮化硅层、第一二氧化娃层构成ONO薄膜层；在ONO薄膜层上沉积多晶硅层；刻蚀所述多晶硅层，在所述ONO薄膜层上形成多晶硅栅极；在所述多晶硅栅极和ONO薄膜层上沉积保护二氧化硅层；对所述多晶硅栅极进行高温氧化；进行刻蚀工艺，去除位于衬底上的ONO薄膜层，形成电荷存储单元。可选地，所述第一二氧化硅层利用高温氧化工艺或化学气相沉积工艺形成。可选地，所述氮化硅层利用化学气相沉积工艺形成。可选地，所述第二二氧化硅层利用高温热氧化工艺或化学气相沉积工艺形成。可选地，所述多晶硅栅极通过化学气相沉积多晶硅层，并且对所述多晶硅层进行各向异性刻蚀工艺形成。可选地，所述保护二氧化硅层利用化学气相沉积工艺形成。可选地，所述高温氧化工艺为快速氧化工艺或者高温炉管氧化工艺。可选地，所述电荷存储单元利用各向异性刻蚀工艺对所述ONO薄膜层的第二二氧化硅层和氮化硅层刻蚀形成。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术在传统的多晶硅栅极的高温氧化工艺之前沉积一层二氧化硅保护层，有效降低了栅极多晶硅的底部被侵入氧化成二氧化硅而导致多晶硅栅极边缘处ONO薄膜层太厚的不良效应，从而使存储器在执行擦除操作时能完全擦除，提高了器件的性能。附图说明图I是现有技术的SONOS存储器的结构示意图；图2 图3是现有技术的SONOS存储器的制作方法剖面结构示意图；图4是本专利技术一个实施例的SONOS存储器的制作方法流程示意图；图5 图7是本专利技术一个实施例的SONOS存储器的制作方法剖面结构示意图。具体实施例方式在实际中发现，现有SONOS存储器在执行擦除操作时无法完全擦除，影响了器件性能。请结合图1，由于栅极14边缘的顶部介质层13的厚度偏厚，降低了垂直方向的电场强度，从而导致了 SONOS不完全擦除。专利技术人研究发现，引起顶部介质层13偏厚的原因是由于现有的SONOS存储器制作过程中在栅极14的边缘发生了微笑效应(smiling effect)。请参考图2 图4所示的现有的SONOS存储器的制作方法剖面结构示意图。首先，如图2所示，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10上依次形成有第遂穿介质层11、捕获电荷层12、顶部介质层13和栅极14，所述遂穿介质层11的材质为氧化硅，所述捕获电荷层12的材质为氮化硅，所述顶部介质层13的材质为氧化硅，所述栅极14的材质为多晶硅，栅极14利用对多晶硅层刻蚀形成。然后，参考图3，进行快速热氧化工艺(RT0)，对所述栅极14进行氧化，在所述栅极14外部形成热氧化层17，所述热氧化层17的厚度为97埃，所述快速热氧化工艺的温度高达1100摄氏度。在进行快速热氧化工艺过程中，栅极14的两侧被氧化的同时，在栅极14的底部的边缘(与顶部介质层13)接近的位置18原本不应该形成氧化层的位 置也形成了热氧化层18，从而在栅极14的底部形成向上的笑脸曲线。为了解决上述问题，本专利技术提出一种SONOS存储器的制作方法，包括请参考图4所示的本专利技术一个实施例的SONOS存储器的制作方法的剖面结构示意图，所述方法包括步骤SI，在衬底中的有源区上形成第一二氧化硅层；步骤S2，在第一二氧化硅层上沉积氮化硅层；步骤SI,在氮化硅层上形成第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层、氮化硅层、第一二氧化娃层构成ONO薄膜层；步骤S4，在ONO薄膜层上沉积多晶硅层；步骤S5，刻蚀所述多晶硅层，在所述ONO薄膜层上形成多晶硅栅极；步骤S6，在所述多晶硅栅极和ONO薄膜层上沉积保护二氧化硅层；步骤S7，对所述多晶硅栅极进行高温氧化；步骤S8，进行刻蚀工艺，去除位于衬底上的ONO薄膜层，形成电荷存储单元。下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细的说明。为了更好的说明本专利技术的技术方案，请结合图5 图7所示的本专利技术一个实施例的SONOS存储器的制作方法剖面结构示意图。首先，请参考图5，提供半导体衬底100，在所述半导体衬底100的有源区上依次形成第一二氧化硅层110、氮化硅层120、第二二氧化硅层130，所述第二二氧化硅层130与所述氮化硅层120和第一二氧化硅层构110成ONO薄膜层。本实施例中，所述半导体衬底100的材质为娃。在其他的实施例中，所述半导体衬底100的材质还可以为错或错娃。所述第一二氧化硅层110的材质为氧化硅，其可以利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SONOS存储器的制作方法，其特征在于，包括：在衬底中的有源区上形成第一二氧化硅层；在第一二氧化硅层上沉积氮化硅层；在氮化硅层上形成第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层、氮化硅层、第一二氧化硅层构成ONO薄膜层；在ONO薄膜层上沉积多晶硅层；刻蚀所述多晶硅层，在所述ONO薄膜层上形成多晶硅栅极；在所述多晶硅栅极和ONO薄膜层上沉积保护二氧化硅层；对所述多晶硅栅极进行高温氧化；进行刻蚀工艺，去除位于衬底上的ONO薄膜层，形成电荷存储单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐爱斌，莘海维，包德君，
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：