專利名稱：Nrom的制造方法及其器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造方法及其器件，具體地說(shuō)，涉及一種NROM的制造方法 及其器件。
背景技術(shù)：
NROM(氮化物只讀存儲(chǔ)器)是一種非易失性只讀存儲(chǔ)器，它使用ONO(底層氧化 層-氮化硅層_頂層氧化層)絕緣層中的氮化硅層作為存儲(chǔ)單元，利用其固有的物理性質(zhì)， 每個(gè)存儲(chǔ)單元含有兩個(gè)位(Bit)來(lái)存儲(chǔ)信息，相比其他非揮發(fā)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，具有更高 的存儲(chǔ)密度，而且由于其存儲(chǔ)的電荷比較少，因而具有有較高的編程和擦除速度。請(qǐng)參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的NROM示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)的NROM包括半導(dǎo)體襯 底1、在半導(dǎo)體襯底1上兩端分別形成的源極2和漏極3、在源極2和漏極3之間的半導(dǎo)體 襯底1表面上依次為柵極介質(zhì)層9、位于柵極介質(zhì)9層上的控制柵10。柵極介質(zhì)層9為ONO 絕緣層(底層氧化物90-氮化物91-頂層氧化物92)，其中，底層氧化物90作為隧穿氧化 層，氮化物91作為電子存儲(chǔ)層，頂層氧化層92作為阻止氧化層。隨著半導(dǎo)體技術(shù)工藝的進(jìn)步，成本更低、功耗更小、速度更快的半導(dǎo)體器件已經(jīng)成 為半導(dǎo)體以及電子產(chǎn)業(yè)的普遍追求的目標(biāo)之一。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，提高集成度，縮小單元 面積，在同樣面積的芯片內(nèi)制造更多的晶體管，半導(dǎo)體器件的尺寸需要持續(xù)地隨著技術(shù)發(fā) 展而進(jìn)行微縮，源極端(source)和漏極端(drain)之間的物理尺寸也隨之而縮短，隨著源 極端(source)和漏極端(drain)之間的物理尺寸縮短，當(dāng)器件工作時(shí)源極端(source)和 漏極端(drain)之間形成的溝道長(zhǎng)度(channel length)也將變短。對(duì)于NROM器件來(lái)說(shuō)，溝道長(zhǎng)度的縮短將會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題一由于溝道長(zhǎng)度的縮短，導(dǎo)致器件的閾值電壓下降以及較高漏電流；二由于溝道長(zhǎng)度的縮短，兩個(gè)位之間形成干擾；三由于溝道長(zhǎng)度的縮短，在使用NROM進(jìn)行編程的階段，經(jīng)過(guò)高溫烘烤之后，引起 閾值電壓的進(jìn)一步下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種NROM的制造方法及其器件，在器件縮小的 同時(shí)相對(duì)加長(zhǎng)有效溝道的長(zhǎng)度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種NROM的制造方法，其步驟包括在半導(dǎo)體襯底的工作表面下形成源極和漏極；在源極和漏極之間的半導(dǎo)體襯底上刻蝕出溝槽，并對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的溝槽部位 注入硅離子，使溝槽表面的半導(dǎo)體襯底非晶化；在所述半導(dǎo)體襯底表面、源極和漏極表面上形成ONO絕緣層，所述ONO絕緣層對(duì)應(yīng) 所述溝槽的部位凸起，嵌入在所述半導(dǎo)體襯底的溝槽內(nèi)；在源極和漏極之間的ONO絕緣層表面上形成控制柵。
進(jìn)一步的，形成淺溝槽并對(duì)其進(jìn)行離子注入的步驟包括在半導(dǎo)體襯底表面上形成絕緣層；在絕緣層上形成氮化硅層；在源極和漏極上方的氮化硅層表面上涂上光刻膠并烘焙和顯影；對(duì)未涂光刻膠部分的氮化硅層、絕緣層以及半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在半導(dǎo)體襯底 上形成淺溝槽；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的溝槽部位注入硅離子；刻蝕去除氮化硅層。進(jìn)一步的，所述的氮化硅層的厚度為1900埃 2100埃。進(jìn)一步的，所述的氮化硅層的厚度為2000埃。進(jìn)一步的，刻蝕絕緣層與氮化硅層的刻蝕時(shí)間比為1 5。本發(fā)明還提供一種采用上述方法制造的NROM器件，該NROM器件包括半導(dǎo)體襯底；ONO絕緣層，位于半導(dǎo)體襯底上；源極和漏極，位于ONO絕緣層兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)；控制柵，位于所述ONO絕緣層上，所述控制柵為多晶硅柵極或者金屬柵極；在源極和漏極之間的半導(dǎo)體襯底上具有溝槽，所述ONO絕緣層與溝槽位置對(duì)應(yīng)的 部分凸起，并嵌入所述半導(dǎo)體襯底的溝槽內(nèi)。與傳統(tǒng)的NROM的制造方法及其器件相比，本發(fā)明通過(guò)在源極和漏極之間的半導(dǎo) 體襯底上刻蝕出一淺溝槽，并在含有淺溝槽的半導(dǎo)體襯底以及源極和漏極表面上形成ONO 結(jié)構(gòu)和控制柵，使得NROM器件在工作時(shí)，對(duì)于等比例尺寸縮小的NROM器件，相對(duì)地延長(zhǎng)了 有效溝道長(zhǎng)度，從而克服溝道長(zhǎng)度縮短產(chǎn)生的各種問(wèn)題，如器件的閾值電壓下降、較高漏電 流、兩個(gè)位之間形成的干擾。


圖1為傳統(tǒng)NROM器件的截面示意圖；圖2A 2K為本發(fā)明實(shí)施例中NROM的制造方法中各個(gè)步驟的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。請(qǐng)參閱圖2A 2K，圖2A 2K為本發(fā)明實(shí)施例中NROM的制造方法中各個(gè)步驟的 截面示意圖。首先，在硅片上根據(jù)需要摻雜離子形成P型或者N型離子阱半導(dǎo)體襯底1，并在該 半導(dǎo)體襯底1上通過(guò)離子注入方式，分別形成源極2和漏極3，然后通過(guò)高溫氧化熱生長(zhǎng)或 者淀積的方式在源極2和漏極3之間的半導(dǎo)體襯底1表面上形成絕緣層4，如圖2A所示，本 實(shí)施例中，所述絕緣層4為二氧化硅。本實(shí)施例中，需要在源極2和漏極3之間的半導(dǎo)體襯底1上刻蝕出一淺溝槽7，由 于刻蝕時(shí)對(duì)絕緣層4以及半導(dǎo)體襯底1的刻蝕速度比較快，為了延緩刻蝕的速度，需要在絕 緣層4上再淀積一層比絕緣層4更耐腐蝕的絕緣層，因此在形成所述絕緣層4后，在所述絕緣層4表面上再淀積形成氮化硅層5，所述氮化硅層5為氮化硅，其厚度為1900埃 2100 埃，優(yōu)選其厚度為2000埃。如圖2B所示。接著，在氮化硅層5表面上均勻地涂抹一層光刻膠6，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)、曝光、顯影，去除 部分位于源極2和漏極3之間的氮化硅層5表面上的光刻膠，將源極2和漏極3之間的氮 化硅層5表面暴露出來(lái)，如圖2C。隨后，即可對(duì)暴露出來(lái)的氮化硅層5進(jìn)行刻蝕，如上所述，由于氮化硅層5的耐腐 蝕性比絕緣層4強(qiáng)，刻蝕氮化硅層5需要的時(shí)間比與刻蝕相同厚度的絕緣層4需要的時(shí)間 長(zhǎng)。因此，在刻蝕的過(guò)程中，氮化硅層5起到了延緩刻蝕的作用，可以避免由于刻蝕絕緣層 4速度過(guò)快而在半導(dǎo)體襯底1內(nèi)刻蝕出過(guò)深的溝槽。本實(shí)施例中，設(shè)定氮化硅層5與絕緣層4刻蝕的時(shí)間比為5 1，即刻蝕氮化硅層 5為五個(gè)單位時(shí)間，則刻蝕絕緣層4為一個(gè)單位時(shí)間，使得在刻蝕掉氮化硅層5完成后還能 刻蝕掉絕緣層4以及部分半導(dǎo)體襯底1，從而在所述半導(dǎo)體襯底1上形成一淺溝槽7，如圖 2D所示。然后，采用化學(xué)反應(yīng)方法去除氮化硅層5，如圖2E所述。接著，對(duì)所述淺溝槽7注入離子8，為了避免離子8濺入其他區(qū)域，在所述源極2和 漏極3上再涂上光刻膠11，用以阻擋離子注入時(shí)離子8進(jìn)入源極2和漏極3，如圖2F所示。 所述溝槽7的作用相當(dāng)于延長(zhǎng)了有效溝道的長(zhǎng)度，注入硅離子使溝槽7表面的半導(dǎo)體襯底
非晶化。完成上述離子注入工藝后，去除光刻膠11，將位于半導(dǎo)體襯底1上的絕緣層4去除 并清洗干凈，如圖2G所示。去除絕緣層4后，位于絕緣層4下面的半導(dǎo)體襯底1暴露出來(lái)，即可在源極2和漏 極3、半導(dǎo)體襯底1表面上依次形成底層氧化層90、氮化硅層91、頂層氧化層92，所述底層 氧化層90、氮化硅層91、頂層氧化層92組成了 ONO絕緣層9，如圖2H所示。緊接著，在所述ONO絕緣層9表面上形成一多晶硅層或者金屬層10作為控制柵， 如圖21。完成上述步驟后，在所述ONO絕緣層10表面上涂上光刻膠12，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)、曝光、顯 影，保留在所述源極2和漏極3之間的ONO絕緣層10表面上的光刻膠6，如圖2J所示。最后，對(duì)未保留光刻膠12的區(qū)域進(jìn)行刻蝕，刻蝕直至底層氧化層90，并去除光刻 膠12，從而形成NROM器件，如圖2K。該器件包括半導(dǎo)體襯底1 ;0N0絕緣層9，位于半導(dǎo)體 襯底1上，所述ONO絕緣層9含有部分凸起嵌入所述半導(dǎo)體襯底1內(nèi)；源極2和漏極3，分 別位于ONO絕緣層9兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底1內(nèi)；控制柵10，位于所述ONO絕緣層9上。當(dāng)NROM工作時(shí)，分別在控制柵10、源極2和漏極3施加適當(dāng)?shù)碾妷?，熱電子在源極 2和漏極3之間的半導(dǎo)體襯底1流動(dòng)，形成溝道，由于含有部分向下凸起的ONO絕緣層9，因 此溝道沿著凸起部分向下突出，對(duì)于等比例尺寸縮小的NROM器件，相對(duì)地延長(zhǎng)了有效溝道 長(zhǎng)度，從而克服溝道長(zhǎng)度縮短產(chǎn)生的各種問(wèn)題，如器件的閾值電壓下降、較高漏電流、兩個(gè) 位之間形成的干擾等。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其 等同物界定。
權(quán)利要求
一種NROM的制造方法，其步驟包括在半導(dǎo)體襯底的工作表面下形成源極和漏極；在源極和漏極之間的半導(dǎo)體襯底上刻蝕出溝槽，并對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的溝槽部位注入硅離子，使溝槽表面的半導(dǎo)體襯底非晶化；在所述半導(dǎo)體襯底表面、源極和漏極表面上形成ONO絕緣層，所述ONO絕緣層對(duì)應(yīng)所述溝槽的部位凸起，嵌入在所述半導(dǎo)體襯底的溝槽內(nèi)；在源極和漏極之間的ONO絕緣層表面上形成控制柵。
2.如權(quán)利要求1所述NROM的制造方法，其特征在于形成淺溝槽并對(duì)其進(jìn)行離子注入 的步驟包括在半導(dǎo)體襯底表面上形成絕緣層； 在絕緣層上形成氮化硅層；在源極和漏極上方的氮化硅層表面上涂上光刻膠并烘焙和顯影； 對(duì)未涂光刻膠部分的氮化硅層、絕緣層以及半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在半導(dǎo)體襯底上形 成淺溝槽；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的溝槽部位注入硅離子； 刻蝕去除氮化硅層。
3.如權(quán)利要求2所述NROM的制造方法，其特征在于所述的氮化硅層的厚度為1900 埃 2100埃。
4.如權(quán)利要求3所述NROM的制造方法，其特征在于所述的氮化硅層的厚度為2000埃。
5.如權(quán)利要求2所述NROM的制造方法，其特征在于刻蝕絕緣層與氮化硅層的刻蝕時(shí) 間比為1 5。
6.一種采用權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法制造的NROM器件，包括 半導(dǎo)體襯底；ONO絕緣層，位于半導(dǎo)體襯底上；源極和漏極，位于ONO絕緣層兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)；控制柵，位于所述ONO絕緣層上；其特征在于在源極和漏極之間的半導(dǎo)體襯底上具有溝槽，所述ONO絕緣層與溝槽位 置對(duì)應(yīng)的部分凸起，嵌入在所述半導(dǎo)體襯底的溝槽內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的NROM器件，其特征在于所述控制柵為多晶硅柵極或者金屬柵極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種NROM的制造方法及其器件，其步驟包括在半導(dǎo)體襯底的工作表面下形成源極和漏極；在源極和漏極之間的半導(dǎo)體襯底上刻蝕出溝槽，并對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的溝槽部位注入硅離子，使溝槽表面的半導(dǎo)體襯底非晶化；在所述半導(dǎo)體襯底表面、源極和漏極表面上形成ONO絕緣層，所述ONO絕緣層對(duì)應(yīng)所述溝槽的部位凸起，嵌入在所述半導(dǎo)體襯底的溝槽內(nèi)；在源極和漏極之間的ONO絕緣層表面上形成控制柵。本發(fā)明的NROM器件在工作時(shí)，對(duì)于等比例尺寸縮小的NROM器件，相對(duì)地延長(zhǎng)了有效溝道長(zhǎng)度，克服溝道長(zhǎng)度縮短產(chǎn)生的各種問(wèn)題，如器件的閾值電壓下降、較高漏電流、兩個(gè)位之間形成的干擾。
文檔編號(hào)H01L29/423GK101894801SQ20091005185
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者張宏, 韓永召 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司