專(zhuān)利名稱(chēng)：一種半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)和制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及半導(dǎo)體快閃(FLASH)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制備方法。
本發(fā)明的另一目的是提供上述快閃存儲(chǔ)器的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器，為一MOS晶體管，包括硅襯底及其上的絕緣介質(zhì)層、源/漏區(qū)、溝道區(qū)、隧穿介質(zhì)層、阻擋介質(zhì)層、控制柵和浮柵，所述溝道區(qū)為所述絕緣介質(zhì)層上一垂直于所述硅襯底的硅墻；所述溝道區(qū)左右兩側(cè)依次縱向排列隧穿介質(zhì)層、浮柵、阻擋介質(zhì)層、控制柵；分布在所述溝道區(qū)左右兩側(cè)的控制柵、浮柵相互自對(duì)準(zhǔn)。
當(dāng)控制柵電極無(wú)頂端部分，即控制柵分離成左右兩個(gè)互相獨(dú)立的部分時(shí)，通過(guò)對(duì)此兩個(gè)分離的控制柵分別采取不同的電壓偏置，可在相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)浮柵上寫(xiě)入不同的信息，從而實(shí)現(xiàn)2位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
所述的半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器的制備方法，依次包括以下步驟1.起始材料為SOI晶片，它由硅襯底、絕緣介質(zhì)層和單晶硅膜構(gòu)成；2.對(duì)單晶硅膜進(jìn)行光刻和刻蝕形成垂直硅墻構(gòu)成的溝道區(qū)；接著熱氧化生長(zhǎng)隧穿介質(zhì)層；3.淀積一原位摻雜的多晶硅層并用各向異性刻蝕設(shè)備對(duì)該多晶硅層進(jìn)行回刻形成浮柵電極；4.再次熱氧化生長(zhǎng)二氧化硅形成阻擋介質(zhì)層，接著再淀積一原位摻雜的多晶硅層并對(duì)該多晶硅層進(jìn)行光刻和刻蝕形成控制柵電極；5.控制柵電極形成后，緊接著刻蝕掉柵電極區(qū)域以外的用來(lái)形成阻擋介質(zhì)層的二氧化硅和用來(lái)形成浮柵電極的多晶硅；6.以控制柵電極作掩蔽層，對(duì)柵電極區(qū)域以外的硅墻進(jìn)行離子注入摻雜以形成源/漏區(qū)；7.采用常規(guī)CMOS后道工藝，完成諸如淀積鈍化層、開(kāi)接觸孔以及金屬化等，即可制得所述的快閃半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
所述的快閃半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制備方法，在步驟6和7之間增加以下兩個(gè)步驟即可制得2位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1.淀積一厚度與硅墻高度相等的氮化硅層，并對(duì)該氮化硅層進(jìn)行光刻和刻蝕以去除覆蓋于器件區(qū)域的氮化硅部分；2.以該氮化硅作為自停止層，用化學(xué)機(jī)械拋光去除控制柵多晶硅的頂端部分，然后用熱磷酸腐蝕掉氮化硅自停止層。
本發(fā)明的快閃存儲(chǔ)器在結(jié)構(gòu)上有如下顯著特點(diǎn)(1)溝道區(qū)為一垂直硅墻；(2)控制柵和浮柵均為雙柵結(jié)構(gòu)；(3)控制柵、阻擋介質(zhì)層、浮柵、隧穿介質(zhì)層以及溝道區(qū)呈縱向排列；(4)控制柵和浮柵位于溝道區(qū)左右兩側(cè)且相互自對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明所提出的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，柵長(zhǎng)度在同等條件下可進(jìn)一步顯著減小，存儲(chǔ)器具有更強(qiáng)的可縮小能力，更好的存儲(chǔ)性能。其原理是溝道區(qū)為一垂直硅墻，其兩側(cè)均受柵控制；同時(shí)硅墻可制成超薄體。而雙柵控制和超薄體溝道能最大程度地抑制短溝道效應(yīng)。
本發(fā)明的快閃存儲(chǔ)器的制備方法與現(xiàn)行的CMOS技術(shù)完全兼容。作為溝道區(qū)的垂直硅墻是通過(guò)對(duì)SOI硅片上的硅膜進(jìn)行光刻和刻蝕而形成；硅墻兩側(cè)的浮柵電極是通過(guò)對(duì)淀積的多晶硅膜進(jìn)行各向異性刻蝕而形成，其形成不需任何光刻步驟；控制柵和浮柵的長(zhǎng)度是由同一次光刻掩膜所確定，故自然形成相互自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
圖2為本發(fā)明的FLASH存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為立體圖，(b)為圖(a)中的A-A’剖面圖。
圖3為本發(fā)明的2位數(shù)據(jù)FLASH存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的FLASH存儲(chǔ)器工藝制作方法的主要步驟示意圖。
圖中1—襯底(單晶硅片)2—源區(qū)(重?fù)诫s硅)3—柵阻擋介質(zhì)層(二氧化硅)4、4’—控制柵電極(重?fù)诫s多晶硅)5—漏區(qū)(重?fù)诫s硅)6—柵隧穿介質(zhì)層(二氧化硅)7、7’—浮柵電極(重?fù)诫s多晶硅)8—溝道區(qū)(在

圖1中為平面單晶硅層，其它圖中均為垂直單晶硅墻)8’—單晶硅膜9—絕緣介質(zhì)層(二氧化硅)10—CMP停止層(氮化硅)
圖3為2位數(shù)據(jù)快閃存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖。與圖2所示結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是控制柵電極無(wú)頂端部分，即控制柵分離成左右兩個(gè)互相獨(dú)立的部分4和4’。這樣，通過(guò)對(duì)此兩個(gè)分離的控制柵4和4’分別采取不同的電壓偏置，可在相對(duì)應(yīng)的浮柵7和7’上寫(xiě)入不同的信息，從而實(shí)現(xiàn)2位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
實(shí)施例2快閃存儲(chǔ)器的制備方法圖2所示快閃存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的具體工藝實(shí)現(xiàn)方法如下，圖4示出了其主要步驟。
1.起始材料為SOI晶片，它由硅襯底1、絕緣介質(zhì)層9和單晶硅膜8’構(gòu)成，如圖4(a)所示；2.對(duì)單晶硅膜8’進(jìn)行光刻和刻蝕形成溝道區(qū)8(垂直硅墻)；接著熱氧化生長(zhǎng)隧穿介質(zhì)層3(氧化硅)，如圖4(b)所示；3.淀積一原位摻雜的(in-situ doped)多晶硅層并用各向異性刻蝕設(shè)備對(duì)該多晶硅層進(jìn)行回刻(etch-back)形成浮柵電極7，如圖4(c)所示；4.再次熱氧化生長(zhǎng)二氧化硅形成阻擋介質(zhì)層3，接著再淀積一原位摻雜的(in-situ doped)多晶硅層并對(duì)該多晶硅層進(jìn)行光刻和刻蝕形成控制柵電極4，如圖4(d)所示；5.控制柵電極4形成后，緊接著刻蝕掉柵電極區(qū)域以外的用來(lái)形成阻擋介質(zhì)層3的二氧化硅和用來(lái)形成浮柵電極7的多晶硅；6.以控制柵電極4作掩蔽層，對(duì)柵電極區(qū)域以外的硅墻進(jìn)行離子注入摻雜以形成源區(qū)2/漏區(qū)5，如圖2(a)所示。
至此，前道工序結(jié)束，而后道工序與常規(guī)CMOS工藝相同，諸如淀積鈍化層、開(kāi)接觸孔以及金屬化等。
在上述6步之后還需增加以下2步，即可形成圖3所示的2位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)1.淀積一厚度與硅墻8高度相等的氮化硅層10，并對(duì)該氮化硅層進(jìn)行光刻和刻蝕以去除覆蓋于器件區(qū)域的氮化硅部分，如圖4(e)所示；2.以該氮化硅作為自停止層，用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)去除控制柵多晶硅的頂端部分。這樣便形成了如圖3所示的左右兩個(gè)互相分離的控制柵4和4’。然后用熱磷酸腐蝕掉氮化硅自停止層，進(jìn)入后道工序。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器，為一MOS晶體管，包括硅襯底及其上的絕緣介質(zhì)層、源/漏區(qū)、溝道區(qū)、隧穿介質(zhì)層、阻擋介質(zhì)層、控制柵和浮柵，其特征在于所述溝道區(qū)為所述絕緣介質(zhì)層上一垂直于所述硅襯底的硅墻；所述溝道區(qū)左右兩側(cè)依次縱向排列隧穿介質(zhì)層、浮柵、阻擋介質(zhì)層、控制柵；分布在所述溝道區(qū)左右兩側(cè)的控制柵、浮柵相互自對(duì)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器，其特征在于所述溝道區(qū)左右兩側(cè)的控制柵相互分離。
3.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器的制備方法，依次包括以下步驟(1)起始材料為SOI晶片，它由硅襯底、絕緣介質(zhì)層和單晶硅膜構(gòu)成；(2)對(duì)單晶硅膜進(jìn)行光刻和刻蝕形成垂直硅墻構(gòu)成的溝道區(qū)；接著熱氧化生長(zhǎng)隧穿介質(zhì)層；(3)淀積一原位摻雜的多晶硅層并用各向異性刻蝕設(shè)備對(duì)該多晶硅層進(jìn)行回刻形成浮柵電極；(4)再次熱氧化生長(zhǎng)二氧化硅形成阻擋介質(zhì)層，接著再淀積一原位摻雜的多晶硅層并對(duì)該多晶硅層進(jìn)行光刻和刻蝕形成控制柵電極；(5)控制柵電極形成后，緊接著刻蝕掉柵電極區(qū)域以外的用來(lái)形成阻擋介質(zhì)層的二氧化硅和用來(lái)形成浮柵電極的多晶硅；(6)以控制柵電極作掩蔽層，對(duì)柵電極區(qū)域以外的硅墻進(jìn)行離子注入摻雜以形成源/漏區(qū)；(7)采用常規(guī)CMOS后道工藝，完成淀積鈍化層、開(kāi)接觸孔以及金屬化，即可制得所述的快閃半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)和(7)之間增加以下兩個(gè)步驟(1)淀積一厚度與硅墻高度相等的氮化硅層，并對(duì)該氮化硅層進(jìn)行光刻和刻蝕以去除覆蓋于器件區(qū)域的氮化硅部分；(2)以該氮化硅作為自停止層，用化學(xué)機(jī)械拋光去除控制柵多晶硅的頂端部分，然后用熱磷酸腐蝕掉氮化硅自停止層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，為一MOS晶體管，其溝道區(qū)為一垂直于硅襯底的硅墻；溝道區(qū)左右兩側(cè)依次縱向排列隧穿介質(zhì)層、浮柵、阻擋介質(zhì)層、控制柵；分布在溝道區(qū)左右兩側(cè)的控制柵、浮柵相互自對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明的快閃存儲(chǔ)器的制備方法，作為溝道區(qū)的垂直硅墻是通過(guò)對(duì)SOI硅片上的硅膜進(jìn)行光刻和刻蝕而形成；硅墻兩側(cè)的浮柵電極是通過(guò)對(duì)淀積的多晶硅膜進(jìn)行各向異性刻蝕而形成，其形成不需任何光刻步驟；控制柵和浮柵的長(zhǎng)度是由同一次光刻掩膜所確定，故自然形成相互自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，柵長(zhǎng)度在同等條件下可進(jìn)一步顯著減小，存儲(chǔ)器具有更強(qiáng)的可縮小能力，更好的存儲(chǔ)性能。
文檔編號(hào)H01L27/112GK1455457SQ03137019
公開(kāi)日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者張盛東, 陳文新, 黃如, 劉曉彥, 張興, 韓汝琦, 王陽(yáng)元 申請(qǐng)人:北京大學(xué)