双位元闪存及其制造方法和操作方法技术

本发明专利技术公开了一种双位元闪存，包括两个位于同一有源区中且相邻的SONOS存储器以及位于两个SONOS存储器之间的选择管，选择管的栅极结构的位置和尺寸直接由两个SONOS存储器之间的两个相邻侧墙自对准定义。本发明专利技术还公开了一种双位元闪存的制造方法。本发明专利技术还公开了一种双位元闪存的操作方法。本发明专利技术能实现一个单元结构中存储两位数据，不仅能够提高存储密度、缩小器件面积，还能防止两位数据之间的干扰，提高数据的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种双位元闪存；本专利技术还涉及一种双位元闪存的制造方法；本专利技术还涉及一种双位元闪存的操作方法。
技术介绍
嵌入式非挥发行存储器(NVM)技术发性发展至今，主要有浮栅(floating gate)技术、分压栅(split gate)技术以及 SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon,娃氧化氮氧化硅)技术。浮栅型NVM相对于其他技术有着更高数据保持能力的优势，但却在尺寸减小方面面临困难。S0N0S技术应用广泛，具有操作电压低，速度快，容量大等优点。随着移动互联网技术的高速发展，尤其是以移动终端为主要市场应用的半导体市场快速崛起，其中代表的新兴半导体是以触摸屏控制为应用集成了微处理器，CODE存储，高压等。如图1所述，是现有单位元(SLC)闪存的单元结构示意图；现有单位元闪存的单元结构包括一个S0N0S储存管和一个选择管，S0N0S储存管和一个选择管的半导体衬底如硅衬底上形成有深N阱101，在深N阱101上形成有P阱102，通过浅沟槽隔离结构对P型102进行隔离形成有源区。选择管为一 NMOS晶体管，其栅极结构包括形成于有源区表面上的栅极氧化层103和栅极多晶硅105a ；S0N0S储存管栅极结构包括形成于有源区表面上的0N0层104和栅极多晶硅105b ;0N0层104由依次形成于有源区表面的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化物层叠加而成，0N0层104的第二氮化层用于存储信息；栅极多晶硅105a和栅极多晶娃105b由同一层多晶娃光刻刻蚀形成。在选择管和S0N0S储存管的栅极结构两侧分别形成轻掺杂漏区106和源漏区107，其中位于选择管和S0N0S储存管的两个相邻的栅极结构之间的源漏区107共用。在选择管和S0N0S储存管的栅极结构的侧面形成有侧墙108。层间膜110将选择管和S0N0S储存管的栅极结构以及栅极结构外端源漏区107都覆盖，在层间膜110中形成有接触孔，接触孔使S0N0S储存管的栅极结构的远离选择管的源漏区107和位线相连、使选择管的栅极结构的远离S0N0S储存管的源漏区107和源线相连、使栅极多晶硅105a和第一字线相连、使栅极多晶硅105b和第二字线相连。通过第二字线和位线之间加电压可以实现S0N0S储存管的写入和擦除，如写入时在第二字线上加正电压、在位线以及P阱102上加负电压，利用第二字线和位线所对应的源漏区107之间的电压差实现电子通过FN隧穿进入到0N0层104中。通过第一字线加不同电压可以使选择管的沟道导通或关断从而实现对S0N0S储存管的选通或关断，当选择管的沟道导通时，通过第二字线浮置，在位线和源线之间加上读取电压可以实现对存储于S0N0S储存管中的信息的读取。如图1所示，现有单位元闪存的存储单元的宽度由位于两个接触孔的中心位置决定即位线(BL)所对应的接触孔到源线(SL)所对应的接触孔之间的中心位置决定，故该存储单元宽度包含了一个接触孔111尺寸，位线和源接触孔111与对应的栅极多晶硅105a或105b的距离，存储管的栅极多晶硅105b尺寸，选择管的栅极多晶硅105a尺寸，以及栅极多晶硅105a和105b的间距决定。双晶体管的S0N0S技术是目前主流的存储器，而在其基础上形成的双位元存储器(MLC)是在现有的单位元上的技术创新，在几乎同样的单元面积存储数据从一位变为两位，同等密度的存储器容量面积减小50%，大幅降低了成本和竞争力。如图2所示，是现有双位元闪存的单元结构示意图；现有双位元闪存的单元结构由一个晶体管组成，其半导体衬底如硅衬底上形成有深N阱201，在深N阱201上形成有P阱202，通过浅沟槽隔离结构对P型202进行隔离形成有源区。在有源区上形成该晶体管的栅极介质层，在栅极介质层的两端各有一个ONO层203和204，ONO层203和204都是由依次形成于有源区表面的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化物层叠加而成，ONO层203和204的第二氮化层用于存储信息。在栅极介质层上形成有栅极多晶硅205，栅极多晶硅205的侧壁形成有侧墙208，在栅极多晶硅205的两侧依次形成有轻掺杂漏区206和源漏区207，层间膜209形成于半导体衬底的正面并将栅极多晶硅205以及栅极多晶硅205外侧的源漏区207覆盖。在栅极多晶硅205通过接触孔210和字线相连，ONO层203 —侧的源漏区207通过接触孔和第一电极相连、ONO层204 —侧的源漏区207通过接触孔和第二电极相连。ONO层203为存储单元一、ONO层204为存储单元二，则第一电极能作为第一位线或第二源线，第二电极能作为第一源线或第二位线。比较图2和图1可以看出，图2中的存储单元的宽度为第一电极所对应的接触孔和第二电极所对应的接触孔之间的距离，包括了一个接触孔的宽度，两个接触孔和对应的栅极多晶硅的距离，以及栅极多晶硅的宽度。所以现有双位元闪存的单元结构不仅尺寸小，而且还能在一个单元结构中存储两位信息。但是现有双位元闪存的单元结构的一个缺点是，ONO层203和ONO层204之间距离较小，两个存储单元之间容易产生干扰，从而使数据的可靠性受到影响。
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双位元闪存，能实现一个单元结构中存储两位数据，不仅能够提高存储密度、缩小器件面积，还能防止两位数据之间的干扰，提高数据的可靠性。为此，本专利技术还提供一种双位元闪存的制造方法。本专利技术还提供一种双位元闪存的操作方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的双位元闪存的单元结构包括:第一 SONOS存储器、第二 SONOS存储器以及选择管。所述第一 SONOS存储器的栅极结构包括由依次形成于有源区表面的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化物层组成的ONO层、以及形成于所述ONO层表面的第一栅极多晶硅。所述第二 SONOS存储器的栅极结构也包括形成于有源区表面的ONO层以及形成于所述ONO层表面的第一栅极多晶硅。所述第一 SONOS存储器和所述第二SONOS存储器的栅极结构都位于同一有源区上且相隔一段距离，在所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的侧面上都形成有侧墙。所述选择管的栅极结构形成于所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构之间的有源区上方，所述选择管的栅极结构包括形成于所述有源区表面的栅极氧化层和形成于所述栅极氧化层表面的第二栅极多晶硅，所述选择管的栅极结构的位置和尺寸由所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的两个相邻的侧墙自对准定义。所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构在所述选择管的栅极结构的两侧呈对称结构。在所述第一SONOS存储器的远离所述选择管一侧的有源区中形成有第一轻掺杂漏区和第一源漏区，所述第一轻掺杂漏区和所述第一 SONOS存储器的栅极结构的第一栅极多晶硅的外侧边缘自对准，所述第一源漏区和所述第一 SONOS存储器的栅极结构的侧墙的外侧边缘自对准。在所述第二 SONOS存储器的远离所述选择管一侧的有源区中形成有第二轻掺杂漏区和第二源漏区，所述第二轻掺杂漏区和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的第一栅极多晶硅的外侧边缘自对准，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双位元闪存，其特征在于，双位元闪存的单元结构包括：第一SONOS存储器、第二SONOS存储器以及选择管；所述第一SONOS存储器的栅极结构包括由依次形成于有源区表面的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化物层组成的ONO层、以及形成于所述ONO层表面的第一栅极多晶硅；所述第二SONOS存储器的栅极结构也包括形成于有源区表面的ONO层以及形成于所述ONO层表面的第一栅极多晶硅；所述第一SONOS存储器和所述第二SONOS存储器的栅极结构都位于同一有源区上且相隔一段距离，在所述第一SONOS存储器和所述第二SONOS存储器的栅极结构的侧面上都形成有侧墙；所述选择管的栅极结构形成于所述第一SONOS存储器和所述第二SONOS存储器的栅极结构之间的有源区上方，所述选择管的栅极结构包括形成于所述有源区表面的栅极氧化层和形成于所述栅极氧化层表面的第二栅极多晶硅，所述选择管的栅极结构的位置和尺寸由所述第一SONOS存储器和所述第二SONOS存储器的栅极结构的两个相邻的侧墙自对准定义；所述第一SONOS存储器和所述第二SONOS存储器的栅极结构在所述选择管的栅极结构的两侧呈对称结构；在所述第一SONOS存储器的远离所述选择管一侧的有源区中形成有第一轻掺杂漏区和第一源漏区，所述第一轻掺杂漏区和所述第一SONOS存储器的栅极结构的第一栅极多晶硅的外侧边缘自对准，所述第一源漏区和所述第一SONOS存储器的栅极结构的侧墙的外侧边缘自对准；在所述第二SONOS存储器的远离所述选择管一侧的有源区中形成有第二轻掺杂漏区和第二源漏区，所述第二轻掺杂漏区和所述第二SONOS存储器的栅极结构的第一栅极多晶硅的外侧边缘自对准，所述第二源漏区和所述第二SONOS存储器的栅极结构的侧墙的外侧边缘自对准；所述第一源漏区的上方通过接触孔引出第一电极，该第一电极为所述第一SONOS存储器的位线或所述第二SONOS存储器的源线；所述第二源漏区的上方通过接触孔引出第二电极，该第二电极为所述第一SONOS存储器的源线或所述第二SONOS存储器的 位线；所述第一轻掺杂漏区、所述第一源漏区、所述第二轻掺杂漏区和所述第二源漏区都为N型掺杂；在所述有源区中形成有P阱，所述第一SONOS存储器和所述第二SONOS存储器的ONO层以及所述栅极氧化层都和所述P阱相接触，被所述第一SONOS存储器、所述第二SONOS存储器和所述选择管的栅极结构所覆盖的所述P阱用于形成一沟道实现所述第一源漏区和所述第二源漏区之间的电连接；所述第一SONOS存储器的第一栅极多晶硅通过接触孔和第一字线连接、所述第二SONOS存储器的第一栅极多晶硅通过接触孔和第二字线连接、所述选择管的第二栅极多晶硅通过接触孔和第三字线连接；所述有源区中的所述P阱通过接触孔和P阱电极连接。...

【技术特征摘要】
1.一种双位元闪存，其特征在于，双位元闪存的单元结构包括:第一 SONOS存储器、第二 SONOS存储器以及选择管； 所述第一 SONOS存储器的栅极结构包括由依次形成于有源区表面的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化物层组成的ONO层、以及形成于所述ONO层表面的第一栅极多晶硅； 所述第二 SONOS存储器的栅极结构也包括形成于有源区表面的ONO层以及形成于所述ONO层表面的第一栅极多晶娃； 所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构都位于同一有源区上且相隔一段距离，在所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的侧面上都形成有侧墙； 所述选择管的栅极结构形成于所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构之间的有源区上方，所述选择管的栅极结构包括形成于所述有源区表面的栅极氧化层和形成于所述栅极氧化层表面的第二栅极多晶硅，所述选择管的栅极结构的位置和尺寸由所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的两个相邻的侧墙自对准定义； 所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构在所述选择管的栅极结构的两侧呈对称结构； 在所述第一 SONOS存储器的远离所述选择管一侧的有源区中形成有第一轻掺杂漏区和第一源漏区，所述第一轻掺杂漏区和所述第一 SONOS存储器的栅极结构的第一栅极多晶硅的外侧边缘自对准，所述第一源漏区和所述第一 SONOS存储器的栅极结构的侧墙的外侧边缘自对准； 在所述第二 SONOS存储器的远离所述选择管一侧的有源区中形成有第二轻掺杂漏区和第二源漏区，所述第二轻掺杂漏区和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的第一栅极多晶硅的外侧边缘自对准，所述第二源漏区和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的侧墙的外侧边缘自对准； 所述第一源漏区的上方通过接触孔引出第一电极，该第一电极为所述第一 SONOS存储器的位线或所述第二 SONOS存储器的源线；所述第二源漏区的上方通过接触孔引出第二电极，该第二电极为所述第一 SONOS存储器的源线或所述第二 SONOS存储器的位线； 所述第一轻掺杂漏区、所述第一源漏区、所述第二轻掺杂漏区和所述第二源漏区都为N型掺杂；在所述有源区中形成有P阱，所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的ONO层以及所述栅极氧化层都和所述P阱相接触，被所述第一 SONOS存储器、所述第二SONOS存储器和所述选择管的栅极结构所覆盖的所述P阱用于形成一沟道实现所述第一源漏区和所述第二源漏区之间的电连接；所述第一 SONOS存储器的第一栅极多晶硅通过接触孔和第一字线连接、所述第二 SONOS存储器的第一栅极多晶硅通过接触孔和第二字线连接、所述选择管的第二栅极多晶硅通过接触孔和第三字线连接；所述有源区中的所述P阱通过接触孔和P阱电极连接。2.如权利要求1所述的双位元闪存，其特征在于:所述选择管的栅极结构所覆盖的所述P阱表面形成有阈值电压调整注入区，用于调整所述选择管形成沟道的阈值电压。3.—种制造如权利要求1所述的双位元闪存的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、在硅衬底上形成浅沟槽隔离，由所述浅沟槽隔离定义出所述有源区；步骤二、采用光刻工艺定义出所述P阱的形成位置，通过离子注入和推阱工艺在所述有源区中形成所述P阱； 步骤三、在所述有源区表面依次形成所述第一氧化层、所述第二氮化层、所述第三氧化物层和所述第一栅极多晶硅；其中所述第一氧化层、所述第二氮化层和所述第三氧化物层组成所述ONO层； 步骤四、采用光刻刻蚀工艺依次对所述第一栅极多晶硅和所述ONO层进行刻蚀形成所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构； 步骤五、进行N型的轻掺杂漏区离子注入同时形成所述第一轻掺杂漏区和所述第二轻掺杂漏区，所述轻掺杂漏区离子注入以所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的第一栅极多晶硅的外侧边缘为自对准边缘； 步骤六、在所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的侧面形成侧墙；由所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的两个相邻的侧墙自对准定义出所述选择管的栅极结构的形成区域； 步骤七、用光刻胶覆盖所述选择管的栅极结构的形成区域； 步骤八、进行N型的源漏离子注入同时形成所述第一源漏区和所述第二源漏区，所述源漏离子注入以所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的侧墙的外侧边缘为自对准边缘；所述选择管的栅极结构的形成区域被光刻胶保护而不注入源漏离子；步骤九、去除所述选择管的栅极结构的形成区域的光刻胶，在所述硅衬底正面淀积第一层间膜，该第一层间膜覆盖于所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构的表面以及所述第一 SONOS存储器和所述第二 SONOS存储器的栅极结构之外的所述浅沟槽隔离和所述有源区表面； 步骤十、采用光刻刻蚀`工艺将所述选择管的栅极结构的形成区域的所述第一层间膜去除； 步骤十一、在所述硅衬底正面依次淀积栅极氧化层和第二栅极多晶硅；所述栅极氧化层和所述第二栅极多晶硅覆盖于所述选择管的栅极结构的形成区域的有源区表面和所述选择管的栅极结构的形成区域外的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈广龙，谭颖，杨志，王喆，张可刚，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：