CN106206748B - Sonos器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SONOS器件，包括：P型衬底上部的N型轻掺杂耗尽区，N型轻掺杂耗尽区两侧的N型重掺杂区，顺序排布的氧化层、氮化硅层和氧化层形成ONO结构，ONO结构分别位于N型轻掺杂耗尽区和栅极多晶硅之间以及栅极多晶硅的两侧；其中，所述N型轻掺杂耗尽区是左右非对称结构。本发明还公开了上述SONOS器件的制造方法。本发明能降低从漏端耦合到沟道表面的电势，从而降低了ONO中防止存储电荷流失的电场，提高器件抗漏端干扰能力的SONOS器件结构。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种SONOS器件结构。本发明还涉及所述SONOS器件结构的制造方法。
背景技术
非挥发性存储器(NVM)技术，主要有浮栅(floating gate)技术、分压栅(splitgate)技术以及SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)技术。SONOS技术应用广泛，具有操作电压低，速度快，容量大等优点。但SONOS技术也存在缺陷，即漏端干扰。
如图1所示，SONOS器件所组成的阵列中，当目标存储单元(target)正在被编程时，未被选中并且已经被编程的存储单元B将会受到干扰，该干扰被定义为漏端干扰(draindisturb)。如表1所示，是该SONOS器件工作时的偏压。由分析得，存储单元B发生漏端干扰时的偏压VWLS/VBL/VBPW/VSL为-3.8V/0.6V/-3.8V/Float，由于SONOS为N沟道耗尽型晶体管，所以漏端的电压会严重影响到器件的沟道表面的电势。当存储单元B的沟道电势增加后，会更容易将原来存储在氮化硅(nitride)中的电子拉向沟道导致存储电子流失，因此降低了器件编程状态的阈值电压VTP，如果漏端干扰的作用时间偏长就会导致存储数据出错。
表1
发明内容
本发明要解决的技术问题提供一种能降低沟道表面电势，改善漏端干扰的SONOS器 件结构。本发明提供一种所述SONOS器件结构的制造方法。
本发明提供的一种SONOS器件，包括：P型衬底上部的N型轻掺杂耗尽区，N型轻掺杂耗尽区两侧的N型重掺杂区，顺序排布的氧化层、氮化硅层和氧化层形成ONO结构，ONO结构分别位于N型轻掺杂耗尽区和栅极多晶硅之间以及栅极多晶硅的两侧；其中：所述N型轻掺杂耗尽区是左右非对称结构。
进一步改进，所述N型轻掺杂耗尽区是通过两次N型离子注入形成的。
进一步改进，所述N型轻掺杂耗尽区非对称结构为靠近源端一侧的N型轻掺杂耗尽区宽度大于靠近漏端一侧的N型轻掺杂耗尽区宽度。
本发明提供上述任意SONOS器件的制造方法，包括：
步骤1、在P型衬底涂光刻胶，去除部分光刻胶形成注入窗口，进行第一次N型离子注入形成第一N型注入区，并进行热扩散处理；
步骤2、去除步骤1中剩余的光刻胶，进行第二次N型离子注入，形成第二N型注入区，第一N型注入区和第二N型注入区共同构成N型轻掺杂区；
步骤3、依次淀积氧化层、氮化硅层和氧化层形成第一ONO结构，在第一ONO结构上淀积栅极多晶硅；
步骤4、采用本领域常用技术手段，逐层刻蚀形成栅极多晶硅；
步骤5、经氧化热过程在栅极多晶硅的侧壁形成氧化层，氧化层形成后，进行LDD(lightly-doped drain)注入；
步骤6、在栅极多晶硅两侧淀积氮化硅层后，进行第三次N型离子注入，形成N型重掺杂区；
步骤7、淀积氧化层，与步骤5中的形成的热氧化层、步骤6中淀积的氮化硅层分别形成了第二、第三ONO结构。
进一步改进，进行第一次N型离子注入为能量范围为15kev-75kev,剂量范围是2*1012cm-2～8*1012cm-2。
进一步改进，进行第二次N型离子注入为能量范围为10kev-30kev,剂量范围是1012cm-2～5*1012cm-2。
其中，进行第一次和第二次N型离子注入时，注入为砷离子。
在常规SONOS器件制造过程中，将轻掺杂的N型离子注入在整个SONOS衬底上。本发明增加一块屏蔽注入的光刻胶PR后，N型离子注入只注入在SONOS的整个源端到栅极多晶硅的右边缘上，将栅极多晶硅右边缘及整个漏端不进行N型离子注入。进行形成非对称结构，由于非对称的N型离子注入导致器件的阈值电压窗(Vth Window，threshold voltagewindow：编程后的阈值电压VTP减去擦除后的阈值电压VTE的值，T表示threshold，P和E分别表示Program和Erase)整体向正的方向移动，为了保证初始状态的阈值电压(initial Vth，initial threshold voltage；表示未经任何编程和擦除操作的SONOS晶体管的阈值电压)基本不变，再在N型离子注入后增加一道低剂量和低能量的N型离子注入，使得器件的初始状态的阈值电压基本保持不变。在形成非对称的沟道后，由于漏端耦合到沟道中的电压大部分削减在漏-栅重叠区，因此从漏端耦合到沟道中的电压被削弱，降低了沟道表面的电势，使得漏端干扰得到很大改善。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是一种现有SONOS器件阵列结构示意图。
图2是本发明器件结构示意图。
图3是本发明器件制造方法示意图一。
图4是本发明器件制造方法示意图二。
图5是本发明器件制造方法示意图三。
附图标记说明
1栅极多晶硅
2、4、6是氧化层
3、5是氮化硅层
7是N型轻掺杂区
7.1是第一N型注入区
7.2是第二N型注入区
8是P型衬底
9是N型重掺杂区
具体实施方式
如图2所示，本发明SONOS器件一实施例，包括：P型衬底上部的N型轻掺杂耗尽区，N型轻掺杂耗尽区两侧的N型重掺杂区，顺序排布的氧化层、氮化硅层和氧化层形成ONO结构，ONO结构分别位于N型轻掺杂耗尽区和栅极多晶硅之间以及栅极多晶硅的两侧；其中：所述N型轻掺杂耗尽区是左右非对称结构；图2所示为一侧高一侧低的非对称结构。
进一步改进，所述N型轻掺杂耗尽区是通过两次N型离子注入形成的。
进一步改进，所述N型轻掺杂耗尽区非对称结构为靠近源端一侧的N型轻掺杂耗尽区宽度大于靠近漏端一侧的N型轻掺杂耗尽区宽度。
本发明提供上述SONOS器件的制造方法，包括：
如图3所示，步骤1、在P型衬底涂光刻胶，去除部分光刻胶形成注入窗口，进行第一次N型离子注入形成第一N型注入区，并进行热扩散处理；由于热扩散处理，N型注入区会扩散到光刻胶下方一部分，并形成为靠近源端一侧的N型轻掺杂耗尽区宽度大于靠近漏端一侧的N型轻掺杂耗尽区宽度。
如图4所示，步骤2、去除步骤1中剩余的光刻胶，进行第二次N型离子注入，形成第二N型注入区，使第一N型注入区和第二N型注入区连接，第一N型注入区和第二N型注入区共同构成N型轻掺杂区；
如图5所示，步骤3、依次淀积氧化层、氮化硅层和氧化层形成第一ONO结构，在第一ONO结构上淀积栅极多晶硅；
步骤4、逐层刻蚀形成栅极多晶硅；
步骤5、经氧化热过程在栅极多晶硅的侧壁形成氧化层，氧化层形成后，进行LDD(lightly-doped drain)注入；
步骤6、在栅极多晶硅两侧淀积氮化硅层后，进行第三次N型离子注入，形成N型重掺杂区；
步骤7、淀积氧化层，与步骤5中的形成的热氧化层、步骤6中淀积的氮化硅层分别形成了第二、第三ONO结构。
进一步改进，进行第一次N型离子注入为能量范围为15kev-75kev,剂量范围是2*1012cm-2～8*1012cm-2。
进一步改进，进行第二次N型离子注入为能量范围为10kev-30kev,剂量范围是1012cm-2～5*1012cm-2。
其中，进行第一次和第二次N型离子注入时，注入为砷离子。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种SONOS器件，包括：P型衬底上部的N型轻掺杂耗尽区，N型轻掺杂耗尽区两侧的N型重掺杂区，N型重掺杂区分别构成源、漏，顺序排布的氧化层、氮化硅层和氧化层形成ONO结构，ONO结构分别位于N型轻掺杂耗尽区和栅极多晶硅之间以及栅极多晶硅的两侧，所述N型轻掺杂耗尽区是左右非对称结构；其特征在于：所述N型轻掺杂耗尽区是通过两次N型离子注入形成靠近源端一侧的宽度大于靠近漏端一侧宽度的非对称结构。
2.一种如权利要求1所述SONOS器件的制造方法，其特征在于，包括：
步骤1、在P型衬底涂光刻胶，去除部分光刻胶形成注入窗口，在注入窗口上方进行第一次N型离子注入形成第一N型注入区，并进行热扩散处理；
步骤2、去除步骤1中剩余的光刻胶，进行第二次N型离子注入，形成第二N型注入区，第一N型注入区和第二N型注入区共同构成N型轻掺杂耗尽区；
步骤3、依次淀积氧化层、氮化硅层和氧化层形成位于N型轻掺杂耗尽区与栅极多晶硅之间的第一ONO结构，在第一ONO结构上淀积栅极多晶硅层；
步骤4、刻蚀栅极多晶硅层形成栅极多晶硅；
步骤5、经热氧化过程在栅极多晶硅的侧壁形成氧化层，氧化层形成后，进行LDD注入；
步骤6、在栅极多晶硅两侧淀积氮化硅层后，进行第三次N型离子注入，形成N型重掺杂区；
步骤7、淀积氧化层，与步骤5中的形成的氧化层、步骤6中淀积的氮化硅层分别形成了位于栅极多晶硅两侧的第二、第三ONO结构。
3.如权利要求2所述SONOS器件的制造方法，其特征在于：进行第一次N型离子注入为能量范围为15 kev-75 kev, 剂量范围是 2*1012cm-2~8*1012cm-2。
4.如权利要求3所述SONOS器件的制造方法，其特征在于：进行第二次N型离子注入为能量范围为10 kev-30 kev, 剂量范围是1012cm-2~5*1012cm-2。
5.如权利要求3或4所述SONOS器件的制造方法，其特征在于：注入N型离子为砷离子。
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