一種複合存儲介質浮柵存儲器結構及其製作方法
2023-06-08 09:56:06
專利名稱：一種複合存儲介質浮柵存儲器結構及其製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件技術領域，特別涉及一種複合存儲介質浮柵存儲器結構及其製作方法。
背景技術：
自從1967年貝爾實驗室的D. Kahng和S. M. Sze提出了浮柵結構的非易失性半導 體存儲器以來，基於柵堆疊的MOSFET結構的浮柵半導體存儲器就在容量、成本和功耗上以 佔有極大的優勢取代了之前長期使用的磁存儲器。在此基礎上，日本東芝公司在1984年成功提出了 Flash存儲器的概念，目前Flash 存儲器是非易失性半導體存儲器市場上的主流器件，但是隨著微電子技術節點不斷向前推 進，工藝線寬將進一步減小，基於浮柵結構的傳統Flash器件正在遭遇嚴重的技術難點，主 要原因是由於隧穿介質層的持續減薄，漏電現象越發嚴重，嚴重限制了 Flash器件的可縮 小化，導致浮柵存儲器件的密度難以提升。目前解決此類問題的解決方案有兩種。一種革命式方案，就是採用完全不同存儲 機理和結構的存儲介質，如RRAM，FeRAM, PCRAM等；另外一種改進型方案，就是在現有非易 失性浮柵存儲器的基礎上，採用新的浮柵存儲介質，如Mtride，納米晶等。對於前一種方 案，由於採用兩端式存儲結構，存儲單元佔用晶片的面積會大幅減少，密度可以進一步提 高，但是在這種方案當中，有的與傳統CMOS工藝的兼容性不是很高，需要增加額外的工藝 步驟，有的存儲機理還有待進一步研究，因此目前還不是很成熟。而對於第二種方案，採用 氮化矽，非金屬納米晶，幾乎與傳統CMOS工藝完全兼容，甚至不需要增加額外的光刻模板， 對於目前65nm以下的非易失性浮柵存儲器領域，有著非常廣闊的應用前景。但是在第二種方案中，對於矽納米晶浮柵存儲器和氮化矽浮柵存儲器都存在著電 荷存儲能力不足的問題，而採用矽納米晶和氮化矽的複合結構可以提高浮柵的電荷存儲能 力。目前製作納米晶的方法有多種，不同襯底上的納米晶密度也不盡相同，但是氮化矽襯底 的矽納米晶密度較高，而且基於LPCVD的製作方法最為簡單，可以一步形成，成本低廉，而 且均勻性較高，可以用於大規模生產應用。
發明內容
(一)要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種複合存儲介質浮柵存儲器結構及其制 作方法，以解決傳統Flash技術節點可縮小化問題存在的不足，採用兩種存儲介質儲存電 荷，增大存儲窗口，使浮柵存儲電荷的可靠性增加，提高浮柵器件的保持特性。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種複合存儲介質浮柵存儲器結構，該結構由下 至上依次包括矽襯底、隧穿介質層、氮化矽、矽納米晶、高溫氧化物、多晶矽層和在矽襯底上 刻蝕形成的柵和源/漏區，以及在二氧化矽層上刻蝕形成的側牆。
上述方案中，所述隧穿介質層為二氧化矽，厚度小於或等於40埃。上述方案中，所述氮化矽和矽納米晶構成複合存儲介質，氮化矽的厚度為3 4nm0上述方案中，所述高溫氧化物的厚度為7 12nm，所述多晶矽層的厚度為150 300nmo本發明還提供了一種複合存儲介質浮柵存儲器結構的製作方法 ，該方法包括步驟1 在矽襯底上生長一層二氧化矽；步驟2 在二氧化矽上生長一層氮化矽；步驟3 對氮化矽表面進行預處理，然後在氮化矽表面澱積一層矽納米晶；步驟4 在矽納米晶上澱積一層高溫氧化物；步驟5 在高溫氧化物上澱積一層多晶矽，然後再一步刻蝕到矽襯底形成柵和源/ 漏區；步驟6 採用高密度等離子體澱積一層二氧化矽，再各向異性刻蝕出側牆；步驟7 最後再做出源/漏區，引出電極。上述方案中，步驟1中所述在矽襯底上生長一層二氧化矽採用熱氧化方法實現， 步驟2中所述在二氧化矽上生長一層氮化矽採用LPCVD方法實現，氮化矽的厚度為3 4nm。上述方案中，步驟3中所述對氮化矽表面進行預處理採用稀釋的氫氟酸，在氮化 矽表面澱積一層矽納米晶採用LPCVD方法實現，澱積矽納米晶所用氣體為矽烷。上述方案中，步驟4中所述在矽納米晶上澱積一層高溫氧化物採用LPCVD方法實 現，高溫氧化物的厚度為7 12nm。上述方案中，步驟5中所述在高溫氧化物上澱積一層多晶矽採用LPCVD方法實現， 多晶矽的厚度為150 300nm。上述方案中，步驟6中所述澱積二氧化矽的厚度為400 600nm。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、利用本發明，可得到具有兩種存儲介質的浮柵結構，可以增大存儲窗口。2、利用本發明，可得到具有高密度的矽納米晶，進一步增大存儲窗口。3、利用本發明，可得到一種分立存儲介質的矽納米晶，提高浮柵電荷存儲的保持 特性。4、利用本發明，可得到LPCVD製作的矽納米晶，這種方法與傳統CMOS工藝完全兼 容，可以提高器件製造的成品率，適用於大規模生產。
圖1是本發明提供的複合存儲介質浮柵存儲器結構的結構示意圖；圖2是本發明提供的製作複合存儲介質浮柵存儲器結構的方法流程圖；圖3-1至圖3-8是依照本發明實施例提供的製作複合存儲介質浮柵存儲器結 構的工藝流程圖；其中，1-金屬；2-多晶矽；3-高溫氧化物(HTO) ；4-矽納米晶；5-側牆 (spacer) ；6-氮化矽；7_熱生長的二氧化矽；8_矽襯底。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明是採用氮化矽和矽納米晶複合介質作為非易失性存儲器當中的浮柵層，可 以使得浮柵層存儲電荷的能力增大，從而可以提高存儲窗口。如圖1所示，圖1是本發明提供的複合存儲介質浮柵存儲器結構的結構示意圖，該 結構由下至上依次包括矽襯底、隧穿介質層、氮化矽、矽納米晶、高溫氧化物、多晶矽層和在 矽襯底上刻蝕形成的柵和源/漏區，以及在二氧化矽層上刻蝕形成的側牆。隧穿介質層為二氧化矽，厚度小於或等於40埃。氮化矽和矽納米晶構成複合存儲 介質，氮化矽的厚度為3 4nm。高溫氧化物的厚度為7 12nm，多晶矽層的厚度為150 300nmo如圖2所示，圖2是本發明提供的製作複合存儲介質浮柵存儲器結構的方法流程 圖，該方法包括以下步驟步驟1 在矽襯底上生長一層二氧化矽；在矽襯底上生長一層二氧化矽採用熱氧 化方法實現。步驟2 在二氧化矽上生長一層氮化矽；在二氧化矽上生長一層氮化矽採用LPCVD 方法實現，氮化矽的厚度為3 4nm。步驟3 對氮化矽表面進行預處理，然後在氮化矽表面澱積一層矽納米晶；對氮化 矽表面進行預處理採用稀釋的氫氟酸，在氮化矽表面澱積一層矽納米晶採用LPCVD方法實 現，澱積矽納米晶所用氣體為矽烷。步驟4 在矽納米晶上澱積一層高溫氧化物；在矽納米晶上澱積一層高溫氧化物 採用LPCVD方法實現，高溫氧化物的厚度為7 12nm。步驟5 在高溫氧化物上澱積一層多晶矽，然後再一步刻蝕到矽襯底形成柵和 源/漏區；在高溫氧化物上澱積一層多晶矽採用LPCVD方法實現，多晶矽的厚度為150 300nmo步驟6 採用高密度等離子體澱積一層二氧化矽，再各向異性刻蝕出側牆；澱積二 氧化矽的厚度為400 600nm。步驟7 最後再做出源/漏區，引出電極。圖3-1至圖3-8是依照本發明實施例提供的製作複合存儲介質浮柵存儲器結構的 工藝流程圖，具體工藝步驟如下先在矽襯底上熱氧化一層二氧化矽(圖3-1)，再用LPCVD 方法澱積一層氮化矽(圖3-2)，厚度範圍為3 4nm，再用稀釋的氫氟酸進行預處理，然 後在氮化矽表面用LPCVD方法澱積一層高密度的矽納米晶(圖3-3)，再澱積一層ΗΤ0(圖 3-4)，厚度範圍為7 12nm，然後澱積一層150 300nm左右的多晶矽(圖3-5)，再一步 刻蝕到矽襯底形成柵和源/漏區(圖3-6)，然後HDP (高密度等離子體)澱積一層400 600nm的二氧化矽，再各向異性刻蝕出側牆(spacer)(圖3_7)，最後再做出源/漏區，引出 電極(圖3-8)。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內， 所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護範圍之內。
權利要求
一種複合存儲介質浮柵存儲器結構，其特徵在於，該結構由下至上依次包括矽襯底、隧穿介質層、氮化矽、矽納米晶、高溫氧化物、多晶矽層和在矽襯底上刻蝕形成的柵和源/漏區，以及在二氧化矽層上刻蝕形成的側牆。
2.根據權利要求1所述的複合存儲介質浮柵存儲器結構，其特徵在於，所述隧穿介質 層為二氧化矽，厚度小於或等於40埃。
3.根據權利要求1所述的複合存儲介質浮柵存儲器結構，其特徵在於，所述氮化矽和 矽納米晶構成複合存儲介質，氮化矽的厚度為3 4nm。
4.根據權利要求1所述的複合存儲介質浮柵存儲器結構，其特徵在於，所述高溫氧化 物的厚度為7 12nm，所述多晶矽層的厚度為150 300nm。
5.一種複合存儲介質浮柵存儲器結構的製作方法，其特徵在於，該方法包括步驟1 在矽襯底上生長一層二氧化矽；步驟2 在二氧化矽上生長一層氮化矽；步驟3 對氮化矽表面進行預處理，然後在氮化矽表面澱積一層矽納米晶；步驟4 在矽納米晶上澱積一層高溫氧化物；步驟5 在高溫氧化物上澱積一層多晶矽，然後再一步刻蝕到矽襯底形成柵和源/漏區；步驟6 採用高密度等離子體澱積一層二氧化矽，再各向異性刻蝕出側牆；步驟7 最後再做出源/漏區，引出電極。
6.根據權利要求5所述的複合存儲介質浮柵存儲器結構的製作方法，其特徵在於，步 驟1中所述在矽襯底上生長一層二氧化矽採用熱氧化方法實現，步驟2中所述在二氧化矽 上生長一層氮化矽採用LPCVD方法實現，氮化矽的厚度為3 4nm。
7.根據權利要求5所述的複合存儲介質浮柵存儲器結構的製作方法，其特徵在於，步 驟3中所述對氮化矽表面進行預處理採用稀釋的氫氟酸，在氮化矽表面澱積一層矽納米晶 採用LPCVD方法實現，澱積矽納米晶所用氣體為矽烷。
8.根據權利要求5所述的複合存儲介質浮柵存儲器結構的製作方法，其特徵在於，步 驟4中所述在矽納米晶上澱積一層高溫氧化物採用LPCVD方法實現，高溫氧化物的厚度為 7 12nm。
9.根據權利要求5所述的複合存儲介質浮柵存儲器結構的製作方法，其特徵在於，步 驟5中所述在高溫氧化物上澱積一層多晶矽採用LPCVD方法實現，多晶矽的厚度為150 300nmo
10.根據權利要求5所述的複合存儲介質浮柵存儲器結構的製作方法，其特徵在於，步 驟6中所述澱積二氧化矽的厚度為400 600nm。
全文摘要
本發明公開了一種複合存儲介質浮柵存儲器結構及其製作方法。複合存儲介質浮柵存儲器結構由下至上依次包括矽襯底、隧穿介質層、氮化矽、矽納米晶、高溫氧化物、多晶矽層和在矽襯底上刻蝕形成的柵和源/漏區，以及在二氧化矽層上刻蝕形成的側牆。利用本發明，解決了傳統Flash技術節點可縮小化問題存在的不足，採用兩種存儲介質儲存電荷，增大了存儲窗口，使浮柵存儲電荷的可靠性增加，提高了浮柵器件的保持特性。
文檔編號H01L27/115GK101814506SQ200910078558
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月25日 優先權日2009年2月25日
發明者劉明, 楊瀟楠, 王永, 王琴 申請人:中國科學院微電子研究所