專利名稱：一種復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
自從1967年貝爾實(shí)驗(yàn)室的D. Kahng和S. M. Sze提出了浮柵結(jié)構(gòu)的非易失性半導(dǎo) 體存儲(chǔ)器以來，基于柵堆疊的MOSFET結(jié)構(gòu)的浮柵半導(dǎo)體存儲(chǔ)器就在容量、成本和功耗上以 占有極大的優(yōu)勢取代了之前長期使用的磁存儲(chǔ)器。在此基礎(chǔ)上，日本東芝公司在1984年成功提出了 Flash存儲(chǔ)器的概念，目前Flash 存儲(chǔ)器是非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器市場上的主流器件，但是隨著微電子技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷向前推 進(jìn)，工藝線寬將進(jìn)一步減小，基于浮柵結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)Flash器件正在遭遇嚴(yán)重的技術(shù)難點(diǎn)，主 要原因是由于隧穿介質(zhì)層的持續(xù)減薄，漏電現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，嚴(yán)重限制了 Flash器件的可縮 小化，導(dǎo)致浮柵存儲(chǔ)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，就是采用完全不同存儲(chǔ) 機(jī)理和結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)介質(zhì)，如RRAM，F(xiàn)eRAM, PCRAM等；另外一種改進(jìn)型方案，就是在現(xiàn)有非易 失性浮柵存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)上，采用新的浮柵存儲(chǔ)介質(zhì)，如Mtride，納米晶等。對于前一種方 案，由于采用兩端式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)單元占用芯片的面積會(huì)大幅減少，密度可以進(jìn)一步提 高，但是在這種方案當(dāng)中，有的與傳統(tǒng)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(chǔ)機(jī)理還有待進(jìn)一步研究，因此目前還不是很成熟。而對于第二種方案，采用 氮化硅，非金屬納米晶，幾乎與傳統(tǒng)CMOS工藝完全兼容，甚至不需要增加額外的光刻模板， 對于目前65nm以下的非易失性浮柵存儲(chǔ)器領(lǐng)域，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。但是在第二種方案中，對于硅納米晶浮柵存儲(chǔ)器和氮化硅浮柵存儲(chǔ)器都存在著電 荷存儲(chǔ)能力不足的問題，而采用硅納米晶和氮化硅的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以提高浮柵的電荷存儲(chǔ)能 力。目前制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，但是氮化硅襯底 的硅納米晶密度較高，而且基于LPCVD的制作方法最為簡單，可以一步形成，成本低廉，而 且均勻性較高，可以用于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制 作方法，以解決傳統(tǒng)Flash技術(shù)節(jié)點(diǎn)可縮小化問題存在的不足，采用兩種存儲(chǔ)介質(zhì)儲(chǔ)存電 荷，增大存儲(chǔ)窗口，使浮柵存儲(chǔ)電荷的可靠性增加，提高浮柵器件的保持特性。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由下 至上依次包括硅襯底、隧穿介質(zhì)層、氮化硅、硅納米晶、高溫氧化物、多晶硅層和在硅襯底上 刻蝕形成的柵和源/漏區(qū)，以及在二氧化硅層上刻蝕形成的側(cè)墻。
上述方案中，所述隧穿介質(zhì)層為二氧化硅，厚度小于或等于40埃。上述方案中，所述氮化硅和硅納米晶構(gòu)成復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)，氮化硅的厚度為3 4nm0上述方案中，所述高溫氧化物的厚度為7 12nm，所述多晶硅層的厚度為150 300nmo本發(fā)明還提供了一種復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法 ，該方法包括步驟1 在硅襯底上生長一層二氧化硅；步驟2 在二氧化硅上生長一層氮化硅；步驟3 對氮化硅表面進(jìn)行預(yù)處理，然后在氮化硅表面淀積一層硅納米晶；步驟4 在硅納米晶上淀積一層高溫氧化物；步驟5 在高溫氧化物上淀積一層多晶硅，然后再一步刻蝕到硅襯底形成柵和源/ 漏區(qū)；步驟6 采用高密度等離子體淀積一層二氧化硅，再各向異性刻蝕出側(cè)墻；步驟7 最后再做出源/漏區(qū)，引出電極。上述方案中，步驟1中所述在硅襯底上生長一層二氧化硅采用熱氧化方法實(shí)現(xiàn)， 步驟2中所述在二氧化硅上生長一層氮化硅采用LPCVD方法實(shí)現(xiàn)，氮化硅的厚度為3 4nm。上述方案中，步驟3中所述對氮化硅表面進(jìn)行預(yù)處理采用稀釋的氫氟酸，在氮化 硅表面淀積一層硅納米晶采用LPCVD方法實(shí)現(xiàn)，淀積硅納米晶所用氣體為硅烷。上述方案中，步驟4中所述在硅納米晶上淀積一層高溫氧化物采用LPCVD方法實(shí) 現(xiàn)，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淀積一層多晶硅采用LPCVD方法實(shí)現(xiàn)， 多晶硅的厚度為150 300nm。上述方案中，步驟6中所述淀積二氧化硅的厚度為400 600nm。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、利用本發(fā)明，可得到具有兩種存儲(chǔ)介質(zhì)的浮柵結(jié)構(gòu)，可以增大存儲(chǔ)窗口。2、利用本發(fā)明，可得到具有高密度的硅納米晶，進(jìn)一步增大存儲(chǔ)窗口。3、利用本發(fā)明，可得到一種分立存儲(chǔ)介質(zhì)的硅納米晶，提高浮柵電荷存儲(chǔ)的保持 特性。4、利用本發(fā)明，可得到LPCVD制作的硅納米晶，這種方法與傳統(tǒng)CMOS工藝完全兼 容，可以提高器件制造的成品率，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明提供的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的制作復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的方法流程圖；圖3-1至圖3-8是依照本發(fā)明實(shí)施例提供的制作復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié) 構(gòu)的工藝流程圖；其中，1-金屬；2-多晶硅；3-高溫氧化物(HTO) ；4-硅納米晶；5-側(cè)墻 (spacer) ；6-氮化硅；7_熱生長的二氧化硅；8_硅襯底。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明是采用氮化硅和硅納米晶復(fù)合介質(zhì)作為非易失性存儲(chǔ)器當(dāng)中的浮柵層，可 以使得浮柵層存儲(chǔ)電荷的能力增大，從而可以提高存儲(chǔ)窗口。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，該 結(jié)構(gòu)由下至上依次包括硅襯底、隧穿介質(zhì)層、氮化硅、硅納米晶、高溫氧化物、多晶硅層和在 硅襯底上刻蝕形成的柵和源/漏區(qū)，以及在二氧化硅層上刻蝕形成的側(cè)墻。隧穿介質(zhì)層為二氧化硅，厚度小于或等于40埃。氮化硅和硅納米晶構(gòu)成復(fù)合存儲(chǔ) 介質(zhì)，氮化硅的厚度為3 4nm。高溫氧化物的厚度為7 12nm，多晶硅層的厚度為150 300nmo如圖2所示，圖2是本發(fā)明提供的制作復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的方法流程 圖，該方法包括以下步驟步驟1 在硅襯底上生長一層二氧化硅；在硅襯底上生長一層二氧化硅采用熱氧 化方法實(shí)現(xiàn)。步驟2 在二氧化硅上生長一層氮化硅；在二氧化硅上生長一層氮化硅采用LPCVD 方法實(shí)現(xiàn)，氮化硅的厚度為3 4nm。步驟3 對氮化硅表面進(jìn)行預(yù)處理，然后在氮化硅表面淀積一層硅納米晶；對氮化 硅表面進(jìn)行預(yù)處理采用稀釋的氫氟酸，在氮化硅表面淀積一層硅納米晶采用LPCVD方法實(shí) 現(xiàn)，淀積硅納米晶所用氣體為硅烷。步驟4 在硅納米晶上淀積一層高溫氧化物；在硅納米晶上淀積一層高溫氧化物 采用LPCVD方法實(shí)現(xiàn)，高溫氧化物的厚度為7 12nm。步驟5 在高溫氧化物上淀積一層多晶硅，然后再一步刻蝕到硅襯底形成柵和 源/漏區(qū)；在高溫氧化物上淀積一層多晶硅采用LPCVD方法實(shí)現(xiàn)，多晶硅的厚度為150 300nmo步驟6 采用高密度等離子體淀積一層二氧化硅，再各向異性刻蝕出側(cè)墻；淀積二 氧化硅的厚度為400 600nm。步驟7 最后再做出源/漏區(qū)，引出電極。圖3-1至圖3-8是依照本發(fā)明實(shí)施例提供的制作復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的 工藝流程圖，具體工藝步驟如下先在硅襯底上熱氧化一層二氧化硅(圖3-1)，再用LPCVD 方法淀積一層氮化硅(圖3-2)，厚度范圍為3 4nm，再用稀釋的氫氟酸進(jìn)行預(yù)處理，然 后在氮化硅表面用LPCVD方法淀積一層高密度的硅納米晶(圖3-3)，再淀積一層ΗΤ0(圖 3-4)，厚度范圍為7 12nm，然后淀積一層150 300nm左右的多晶硅(圖3-5)，再一步 刻蝕到硅襯底形成柵和源/漏區(qū)(圖3-6)，然后HDP (高密度等離子體)淀積一層400 600nm的二氧化硅，再各向異性刻蝕出側(cè)墻(spacer)(圖3_7)，最后再做出源/漏區(qū)，引出 電極(圖3-8)。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)由下至上依次包括硅襯底、隧穿介質(zhì)層、氮化硅、硅納米晶、高溫氧化物、多晶硅層和在硅襯底上刻蝕形成的柵和源/漏區(qū)，以及在二氧化硅層上刻蝕形成的側(cè)墻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隧穿介質(zhì) 層為二氧化硅，厚度小于或等于40埃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氮化硅和 硅納米晶構(gòu)成復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)，氮化硅的厚度為3 4nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述高溫氧化 物的厚度為7 12nm，所述多晶硅層的厚度為150 300nm。
5.一種復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，該方法包括步驟1 在硅襯底上生長一層二氧化硅；步驟2 在二氧化硅上生長一層氮化硅；步驟3 對氮化硅表面進(jìn)行預(yù)處理，然后在氮化硅表面淀積一層硅納米晶；步驟4 在硅納米晶上淀積一層高溫氧化物；步驟5 在高溫氧化物上淀積一層多晶硅，然后再一步刻蝕到硅襯底形成柵和源/漏區(qū)；步驟6 采用高密度等離子體淀積一層二氧化硅，再各向異性刻蝕出側(cè)墻；步驟7 最后再做出源/漏區(qū)，引出電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，步 驟1中所述在硅襯底上生長一層二氧化硅采用熱氧化方法實(shí)現(xiàn)，步驟2中所述在二氧化硅 上生長一層氮化硅采用LPCVD方法實(shí)現(xiàn)，氮化硅的厚度為3 4nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，步 驟3中所述對氮化硅表面進(jìn)行預(yù)處理采用稀釋的氫氟酸，在氮化硅表面淀積一層硅納米晶 采用LPCVD方法實(shí)現(xiàn)，淀積硅納米晶所用氣體為硅烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，步 驟4中所述在硅納米晶上淀積一層高溫氧化物采用LPCVD方法實(shí)現(xiàn)，高溫氧化物的厚度為 7 12nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，步 驟5中所述在高溫氧化物上淀積一層多晶硅采用LPCVD方法實(shí)現(xiàn)，多晶硅的厚度為150 300nmo
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，步 驟6中所述淀積二氧化硅的厚度為400 600nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制作方法。復(fù)合存儲(chǔ)介質(zhì)浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)由下至上依次包括硅襯底、隧穿介質(zhì)層、氮化硅、硅納米晶、高溫氧化物、多晶硅層和在硅襯底上刻蝕形成的柵和源/漏區(qū)，以及在二氧化硅層上刻蝕形成的側(cè)墻。利用本發(fā)明，解決了傳統(tǒng)Flash技術(shù)節(jié)點(diǎn)可縮小化問題存在的不足，采用兩種存儲(chǔ)介質(zhì)儲(chǔ)存電荷，增大了存儲(chǔ)窗口，使浮柵存儲(chǔ)電荷的可靠性增加，提高了浮柵器件的保持特性。
文檔編號(hào)H01L27/115GK101814506SQ200910078558
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者劉明, 楊瀟楠, 王永, 王琴 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所