CN102446862B - 一种新型的双bit线SONOS单元结构及其制作方法 - Google Patents

一种新型的双bit线SONOS单元结构及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102446862B
CN102446862B CN201110250278.0A CN201110250278A CN102446862B CN 102446862 B CN102446862 B CN 102446862B CN 201110250278 A CN201110250278 A CN 201110250278A CN 102446862 B CN102446862 B CN 102446862B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sonos
polysilicon
layer
barrier layer
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110250278.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102446862A (zh
Inventor
黄奕仙
杨斌
郭明升
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Huali Microelectronics Corp
Original Assignee
Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Huali Microelectronics Corp filed Critical Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority to CN201110250278.0A priority Critical patent/CN102446862B/zh
Publication of CN102446862A publication Critical patent/CN102446862A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102446862B publication Critical patent/CN102446862B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Element Separation (AREA)

Abstract

本发明提供了一种新型的双bit线SONOS单元结构及其制作方法,实现一个SONOS存储单元可以保存双bit线的数据,这样在不改变器件尺寸的前提下,就可以使存储容量提高一倍。而且这种结构引用STI(浅沟道隔离)的理念,将同一单元的2个bit线进行物理隔绝,从而阻止了bit线间电荷横向扩散,进一步实现了准确确定每个bit线的开关状态,对存储单元的每个bit数据的耐久性及电荷保持性都得到改善。

Description

一种新型的双bit线SONOS单元结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种半导体储存单元的制作方法,尤其涉及一种可实现同一储存单元能够保存twin bit数据的SONOS存储单元、及其制作方法。
背景技术
非挥发性半导体存储器的基本工作原理是在一个MOSFET的栅介质中存储电荷。其中电荷被存储在一个适当的介质层的分立的俘获中心里的器件被称为电荷俘获器件。这类器件中最常用的是硅—氧化硅—氮化硅—氧化硅—硅(SONOS)存储器。非挥发性存储器在半导体存储器件中扮演着重要的角色。随着NVM器件尺寸的不断减小,浮栅型非易失挥发性存储器的漏电流随着隧穿氧化物厚度的减小而不断增大,使隧穿氧化物厚度的继续减小受到了限制。因此,使用陷阱材料作为电荷存储介质的SONOS存储器被人们所关注,陷阱材料可以固定注入电荷,在一定程度上阻止了存储电荷的泄漏。SONOS存储器除了尺寸小之外,还具有良好的耐受性、低操作电压、低功耗、工艺简单、与标准CMOS工艺兼容等优点。
传统的SONOS结构如图1所示,底部为基体1,两边分别是源极11和漏极12,往上依次是隧穿氧化层2、存储层3、阻挡氧化层4及多晶硅栅极5。
随着半导体技术的不断发展,存储器件体积越来越小、但是对数据存储量的要求越来越高,如何在保证存储器件体积减小或不变、以及稳定性的前提下,大幅度提高存储器件的存储容量已成为目前存储技术发展的关键。
发明内容
本发明提供了一种新型的双bit线(twin bit)SONOS单元结构及其制作方法,实现了一个SONOS存储单元可以保存twin bit的数据,这样在不改变器件尺寸的前提下,就可以使存储容量提高一倍。而且这种结构引用STI(浅沟道隔离)的理念,将同一单元的两个bit线进行物理隔绝,从而阻止了bit线间电荷横向扩散,进一步实现了准确确定每个bit线的开关状态,对存储单元的每个bit线数据耐久性及电荷保持性都得到改善。
本发明第一个目的是提供一种双bit线SONOS单元结构的制作方法,步骤包括:
步骤1,在硅基底上方依次沉积氧化硅层、储存层、阻挡层和栅极多晶硅层,制备出SONOS栅极基体;
步骤2,在所述SONOS栅极基体上进行光刻胶涂布和显影,露出栅极基体中间部分,刻蚀栅极基体露出的部分至硅基底,形成贯穿栅极基体两端的沟槽,去除剩余的光刻胶;
步骤3,在所述沟槽内表面、以及剩余栅极基体上表面沉积氧化硅阻挡层;
步骤4,沉积多晶硅,对沟槽进行填充;
步骤5,去除步骤4中沉积的多晶硅和步骤3中沉积氧化硅阻挡层至与剩余栅极基体上表面平行;
步骤6,在剩余栅极基体上表面进行光刻胶涂布、显影和刻蚀形成SONOS多晶硅栅极。
本发明上述的制作方法中,所述沟槽宽度优选为70~80nm。
本发明上述的制作方法中,步骤3中所述沉积氧化硅阻挡层厚度优选为80~200A。
本发明上述的制作方法中,步骤3中所述氧化硅阻挡层沉积方法优选采用原位水汽生成工艺(ISSG,In-situ Steam Generation),但也可以是本领域技术人员已知的其它现有技术。
本发明上述的制作方法中,步骤4中所述多晶硅沉积方法优选采用高纵深比填沟工艺(HARP,High Aspect Ratio Process),但也可以是本领域技术人员已知的其它现有技术。
本发明上述的制作方法中,步骤5中去除沉积的多晶硅和氧化硅阻挡层的方法采用化学机械抛光工艺(CMP,Chemical Mechanical Polishing)。
本发明上述HARP、ISSG、CMP工艺均为已有技术。
本发明第二个目的是提供一种如上述方法制作的双bit线SONOS单元结构,包括硅基底和位于所述硅基底上表面的两个栅极,所述两个栅极由下至上依次为氧化层、储存层、阻挡层和多晶硅层;所述两个栅极之间通过沟槽隔离,所述沟槽内填充有多晶硅;所述两个栅极之间不存在离子注入区,所述在两个栅极外侧的硅基底部分分别为源端和漏端的离子注入区。其中,所述外侧指的的是所述栅极与沟槽相背的一侧。
本发明上述的SONOS单元结构,所述沟槽内填充的多晶硅与沟槽内壁之间还含有一层氧化硅层。其中,所述沟槽内填充的多晶硅与沟槽内壁之间的氧化硅层厚度优选为80~200A。
本发明上述的SONOS单元结构,所述沟槽宽度(即两个栅极之间的距离)优选为70~80nm。
本发明上述的SONOS单元结构,所述栅极特征线宽为50~350nm。
本发明制备的双bit线SONOS单元结构,实现一个SONOS存储单元可以保存twin bit的数据,这样在不改变器件尺寸的前提下,就可以使存储容量提高一倍。而且这种结构引用STI(浅沟道隔离)的理念,将同一单元的2个bit线进行物理隔绝,从而阻止了bit线间电荷横向扩散,进一步实现了准确确定每个bit的开关状态,对存储单元的每个bit数据耐久性及电荷保持性都得到改善。
附图说明
图1为现有技术中SONOS单元结构示意图;
图2为本发明双bit线SONOS单元结构制作方法流程图,其中:
图2A为SONOS栅极基体的制备;
图2B为对SONOS栅极基体进行刻蚀;
图2C为沉积氧化硅阻挡层;
图2D为沉积多晶硅;
图2E为去除氧化硅阻挡层和多晶硅;
图3为本发明双bit线SONOS单元结构示意图,其中:
图3A为本发明双bit线SONOS单元结构两个栅极和沟槽结构示意图;
图3B为本发明双bit线SONOS单元结构详细结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种双bit线SONOS单元结构的制作方法,在SONOS栅极多晶硅淀积完成以后,额外增加一张光罩,在SONOS单元的多晶硅栅极刻蚀出一个沟槽(70~80nm),之后运用淀积氧化硅阻挡层(厚度在80~100A),接着再淀积硅晶硅,对沟槽进行填充,然后进行多晶硅栅极平坦化,形成新型的SONOS存储单元栅极。所制作的多晶硅栅的特征线宽在50-350nm左右,实现了一个SONOS存储单元可以保存twin bit的数据,并且这种结构引用STI(浅沟道隔离)的理念,将同一单元的2个bit线进行物理隔绝,阻止bit线间电荷横向扩散。
下面通过具体实施例对本发明制作双bit线SONOS单元结构的方法以及所制作的双bit线SONOS单元结构进行详细的介绍和描述,以使更好的理解本发明,但下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
步骤1,SONOS栅极基体的制备
如图2A所示,在硅基底1上方依次沉积氧化硅层2、储存层(氮化硅层)3、阻挡层(氧化硅层)4和栅极多晶硅层5,制备出SONOS栅极基体。
步骤2,对SONOS栅极基体进行刻蚀
如图2B所示,在所述SONOS栅极基体上进行光刻胶涂布和显影,露出栅极基体中间部分,刻蚀栅极基体露出的部分至硅基底1上表面,形成贯穿栅极基体两端的沟槽23,沟槽宽度为70nm。
然后去除剩余的光刻胶。
步骤3,沉积氧化硅阻挡层
如图2C所示,采用ISSG工艺,在沟槽23的内表面、以及剩余栅极基体上表面均匀沉积一层厚度为80A的氧化硅阻挡层6。
其中,ISSG工艺为本领域已知技术,可由本领域技术人员根据现有知识进行实施。
步骤4,沉积多晶硅
如图2D所示,采用HARP工艺沉积多晶硅7,对沟槽23进行填充。
其中,HARP工艺为本领域已知技术,可由本领域技术人员根据现有知识进行实施。
步骤5,去除氧化硅阻挡层和多晶硅
如图2E所示,CMP工艺平坦化多晶硅栅极,利用CMP工艺去除多余的氧化硅阻挡层6和多晶硅7,至氧化硅阻挡层6和多晶硅7上表面与剩余多晶硅栅极上表面(即多晶硅5上表面)处于同一平面。
其中,CMP工艺为本领域现有技术,抛光液和抛光条件可由本领域技术人员根据现有知识进行选择。
步骤6,形成SONOS多晶硅栅极
采用现有技术,进行光刻胶涂布、显影,以及刻蚀形成SONOS多晶硅栅极。
实施例2
步骤1,SONOS栅极基体的制备
如图2A所示,在硅基底1上方依次沉积氧化硅层2、储存层(氮化硅层)3、阻挡层(氧化硅层)4和栅极多晶硅层5,制备出SONOS栅极基体。
步骤2,对SONOS栅极基体进行刻蚀
如图2B所示,在所述SONOS栅极基体上进行光刻胶涂布和显影,露出栅极基体中间部分,刻蚀栅极基体露出的部分至硅基底1上表面,形成贯穿栅极基体两端的沟槽23,沟槽宽度为75nm。
然后去除剩余的光刻胶。
步骤3,沉积氧化硅阻挡层
如图2C所示,采用ISSG工艺,在沟槽23的内表面、以及剩余栅极基体上表面均匀沉积一层厚度为150A的氧化硅阻挡层6。
其中,ISSG工艺为本领域已知技术,可由本领域技术人员根据现有知识进行实施。
步骤4,沉积多晶硅
如图2D所示,采用HARP工艺沉积多晶硅7,对沟槽23进行填充。
其中,HARP工艺为本领域已知技术,可由本领域技术人员根据现有知识进行实施。
步骤5,去除氧化硅阻挡层和多晶硅
如图2E所示,CMP工艺平坦化多晶硅栅极,利用CMP工艺去除多余的氧化硅阻挡层6和多晶硅7,至氧化硅阻挡层6和多晶硅7上表面与剩余多晶硅栅极上表面(即多晶硅5上表面)处于同一平面。
其中,CMP工艺为本领域现有技术,抛光液和抛光条件可由本领域技术人员根据现有知识进行选择。
步骤6,形成SONOS多晶硅栅极
采用现有技术,进行光刻胶涂布、显影,以及刻蚀形成SONOS多晶硅栅极。
实施例3
步骤1,SONOS栅极基体的制备
如图2A所示,在硅基底1上方依次沉积氧化硅层2、储存层(氮化硅层)3、阻挡层(氧化硅层)4和栅极多晶硅层5,制备出SONOS栅极基体。
步骤2,对SONOS栅极基体进行刻蚀
如图2B所示,在所述SONOS栅极基体上进行光刻胶涂布和显影,露出栅极基体中间部分,刻蚀栅极基体露出的部分至硅基底1上表面,形成贯穿栅极基体两端的沟槽23,沟槽宽度为80nm。
然后去除剩余的光刻胶。
步骤3,沉积氧化硅阻挡层
如图2C所示,采用ISSG工艺,在沟槽23的内表面、以及剩余栅极基体上表面均匀沉积一层厚度为200A的氧化硅阻挡层6。
其中,ISSG工艺为本领域已知技术,可由本领域技术人员根据现有知识进行实施。
步骤4,沉积多晶硅
如图2D所示,采用HARP工艺沉积多晶硅7,对沟槽23进行填充。
其中,HARP工艺为本领域已知技术,可由本领域技术人员根据现有知识进行实施。
步骤5,去除氧化硅阻挡层和多晶硅
如图2E所示,CMP工艺平坦化多晶硅栅极,利用CMP工艺去除多余的氧化硅阻挡层6和多晶硅7,至氧化硅阻挡层6和多晶硅7上表面与剩余多晶硅栅极上表面(即多晶硅5上表面)处于同一平面。
其中,CMP工艺为本领域现有技术,抛光液和抛光条件可由本领域技术人员根据现有知识进行选择。
步骤6,形成SONOS多晶硅栅极
采用现有技术,进行光刻胶涂布、显影,以及刻蚀形成SONOS多晶硅栅极。
实施例4
参照图3,本发明上述实施例制备的双bit线SONOS单元,包括硅基底1,左栅极22和右栅极21,两个栅极位于硅基底1的上表面,两个栅极中间通过沟槽23隔绝。硅基底1设有源端离子注入区11和漏端离子注入区12,两个离子注入区分别位于两个栅极与沟槽23相背的一侧。
左栅极22和右栅极21结构相同,从硅基底1上表面开始,右下至上依次为氧化硅层2、存储层(氮化硅层)3、阻挡层(氧化硅)4和栅极多晶硅5。
沟槽23内填充有多晶硅7。
实施例5
在实施例4的基础上,本发明双bit线SONOS单元的沟槽内,还填充有氧化硅阻挡层6,氧化硅阻挡层6位于多晶硅7沟槽23内壁之间,或者说是位于多晶硅7与两个栅极以及与硅基底1之间。
根据上述实施例的描述,本领域技术人员可以知道,本发明双bit线SONOS单元的沟槽23的宽度为70~80nm,氧化硅阻挡层6的厚度为80~200A。
本发明制备的双bit线SONOS单元,多晶硅栅极的特征线宽为50~350nm。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种新型的双bit线SONOS单元结构的制作方法,其特征在于,步骤包括:
步骤1,在硅基底上方依次沉积氧化硅层、储存层、阻挡层和栅极多晶硅层,制备出SONOS栅极基体;
步骤2,在所述SONOS栅极基体上进行光刻胶涂布和显影,露出栅极基体中间部分,刻蚀栅极基体露出的部分至硅基底,形成贯穿栅极基体两端的沟槽,去除剩余的光刻胶;
步骤3,在所述沟槽内表面、以及剩余栅极基体上表面沉积氧化硅阻挡层;
步骤4,沉积多晶硅,对沟槽进行填充;
步骤5,去除步骤4中沉积的多晶硅和步骤3中沉积氧化硅阻挡层至与剩余栅极基体上表面,使步骤4中沉积的多晶硅和步骤3中沉积氧化硅阻挡层上表面与剩余栅极基体上表面处于同一平面内;
步骤6,在剩余栅极基体上表面进行光刻胶涂布、显影和刻蚀形成SONOS多晶硅栅极。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述沟槽宽度为70~80nm。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3中所述沉积氧化硅阻挡层厚度为80~200A。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3中所述氧化硅阻挡层沉积方法采用原位水汽生成工艺。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤4中所述多晶硅沉积方法采用高纵深比填沟工艺。
6.一种如权利要求1所述的方法制作的双bit线SONOS单元结构,其特征在于,包括硅基底和位于所述硅基底上表面的两个栅极,所述两个栅极由下至上依次为氧化层、储存层、阻挡层和多晶硅层;所述两个栅极之间通过沟槽隔离,所述沟槽内填充有多晶硅;所述两个栅极之间不存在离子注入区,所述在两个栅极外侧的硅基底部分分别为源端和漏端的离子注入区;
其中,所述沟槽内填充的多晶硅与所述沟槽内壁之间含有一层氧化硅层;
通过化学机械研磨工艺使得所述多晶硅上表面、氧化硅暴露的上表面及多晶硅层上表面处于同一平面的水平线上。
7.根据权利要求6所述的SONOS单元结构,其特征在于,所述沟槽内填充的多晶硅与沟槽内壁之间的氧化硅层厚度为80~200A。
8.根据权利要求6所述的SONOS单元结构,其特征在于,所述沟槽宽度为70~80nm。
9.根据权利要求6所述的SONOS单元结构,其特征在于,所述栅极特征线宽为50~350nm。
CN201110250278.0A 2011-08-29 2011-08-29 一种新型的双bit线SONOS单元结构及其制作方法 Active CN102446862B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110250278.0A CN102446862B (zh) 2011-08-29 2011-08-29 一种新型的双bit线SONOS单元结构及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110250278.0A CN102446862B (zh) 2011-08-29 2011-08-29 一种新型的双bit线SONOS单元结构及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102446862A CN102446862A (zh) 2012-05-09
CN102446862B true CN102446862B (zh) 2014-04-02

Family

ID=46009238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110250278.0A Active CN102446862B (zh) 2011-08-29 2011-08-29 一种新型的双bit线SONOS单元结构及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102446862B (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100480645B1 (ko) * 2003-04-01 2005-03-31 삼성전자주식회사 역자기 정합 방식을 이용한 트윈―ono 형태의sonos 메모리 소자 제조 방법
KR20090070468A (ko) * 2007-12-27 2009-07-01 주식회사 동부하이텍 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN101872767B (zh) * 2009-04-24 2013-02-06 上海华虹Nec电子有限公司 Sonos器件的氮化硅陷阱层橄榄形能带间隙结构及制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102446862A (zh) 2012-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10256248B2 (en) Through-memory-level via structures between staircase regions in a three-dimensional memory device and method of making thereof
Kim et al. A stacked memory device on logic 3D technology for ultra-high-density data storage
CN109920793A (zh) 3d存储器件及其制造方法
CN205428927U (zh) 形成于半导体衬底中的存储器单元、存储器单元的群组及存储器电路
CN109473441A (zh) 一种3d nand存储器存储单元结构
CN103811496A (zh) 用于具有提高编程效率的非易失性存储单元的方法和装置
CN101118910A (zh) 具有垂直沟道的非易失存储装置及其制造方法
CN102368479B (zh) 快闪存储器及其制作方法
CN104716098B (zh) 闪存的制作方法
CN104600075B (zh) 存储器单元、电路以及制造存储器单元的方法
CN104538363B (zh) Sonos闪存存储器的结构及制造方法
CN107706191A (zh) 一种3d nand闪存沟道孔多晶硅连接层形成方法
CN102315173A (zh) 三维多值非挥发存储器的制备方法
CN104269404B (zh) 三维存储器及制备方法
CN107482017A (zh) 一种3d nand闪存沟道孔的制备工艺
CN109712983A (zh) 3d存储器件及其制造方法
CN105870121B (zh) 三维非易失性nor型闪存
CN102479823B (zh) 一种垂直型nrom存储结构及其制备方法
CN107731840B (zh) 一种3d nand闪存结构的制备工艺
CN107968093B (zh) 一种提高共源极钨墙与钨栅极之间击穿电压的3d nand制备方法
CN103247669B (zh) 双栅电荷俘获存储器及其制作方法
CN103094283B (zh) 8-bit半导体存储单元、制作方法及其存储单元阵列
CN107731671A (zh) 改善硅外延生长中离子注入硼元素扩散的工艺
CN102446862B (zh) 一种新型的双bit线SONOS单元结构及其制作方法
JP5438300B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant