[发明专利]SONOS存储器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及SONOS存储器的制作方法。

背景技术

通常，用于存储数据的半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器，易失性存储器容易在电源中断时丢失其数据，而非易失性存储器即使在电源中断时仍可保存其数据。与其他的非易失性存储技术（例如，磁盘驱动器）相比，非易失性半导体存储器相对较小。因此，非易失性存储器已经广泛地应用于移动通信系统、存储卡等。

非易失性存储可由浮栅结构或SONOS（Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon）结构两大主要技术之一实现。浮栅型存储器利用与外界隔离的多晶硅导电层来捕获并存储电荷，工艺流程比较容易控制，但是一旦隧穿氧化层中存在缺陷，存储电荷容易沿着缺陷从多晶硅存储层中大量丢失，所以隧穿氧化层厚度较厚（70～120埃），存储单元尺寸不易微缩。SONOS存储器利用绝缘的氮化硅介质层来俘获并存储电荷，电荷存储在氮化硅层离散的陷阱中，不会因为隧穿氧化层的一个缺陷导致电荷的大量丢失，所以隧穿氧化层厚度较薄（20~50埃），存储单元尺寸易于微缩。SONOS还有擦写能力好、操作电压低和功率低、工艺过程简单且与标准CMOS工艺兼容等优势。

图1为现有技术的SONOS存储器的结构示意图，请参考图1，现有的SONOS结构包括衬底10，位于所述衬底10上的遂穿介质层11、捕获电荷层12和顶部介质层13，其中，遂穿介质层11的材料为氧化硅，捕获电荷层12的材料为氮化硅，顶部介质层13的材料为氧化硅，隧介质层11、捕获电荷层12和顶部介质层13构成了ONO（Oxede-Nitride-Oxdie）的叠层结构，位于所述顶部介质层13上的栅极14，所述栅极14外部形成有氧化层17；位于所述衬底10内、所述叠层结构两侧的源极15和漏极16。

SONS存储器的工作原理为：在写过程中时，在栅极14和衬底10之间施加正电压（通常为+10V），在源极15和漏极16上施加相同的低电压（通常为0V），沟道中的电子发生隧穿穿过遂穿介质层11，存储在捕获电荷层12中，完成电子隧穿编程操作过程。在擦除过程时，在栅极14和衬底10之间施加负电压（通常为-10V），在源极14和漏极15上施加相同的低电压(通常为0V)，即可完成捕获电荷层12中捕获的电子隧穿穿过遂穿介质层11进入衬底10的擦除操作过程。

在实际中发现，由于栅极多晶硅的底部被侵入氧化成二氧化硅而导致多晶硅栅极边缘处ONO薄膜层太厚的不良效应，现有SONOS存储器在执行擦除操作时无法完全擦除，影响了器件性能。

发明内容

本发明解决的问题是提供了一种新的SONOS存储器的制作方法，利用所述方法形成的SONOS存储器能够在执行擦除操作时完全擦除，提高了器件的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种SONOS存储器的制作方法，包括：

在衬底中的有源区上形成第一二氧化硅层；

在第一二氧化硅层上沉积氮化硅层；

在氮化硅层上形成第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层、氮化硅层、第一二氧化硅层构成ONO薄膜层；

在ONO薄膜层上沉积多晶硅层；

刻蚀所述多晶硅层，在所述ONO薄膜层上形成多晶硅栅极；

在所述多晶硅栅极和ONO薄膜层上沉积保护二氧化硅层；

对所述多晶硅栅极进行高温氧化；

进行刻蚀工艺，去除位于衬底上的ONO薄膜层，形成电荷存储单元。

可选地，所述第一二氧化硅层利用高温氧化工艺或化学气相沉积工艺形成。

可选地，所述氮化硅层利用化学气相沉积工艺形成。

可选地，所述第二二氧化硅层利用高温热氧化工艺或化学气相沉积工艺形成。

可选地，所述多晶硅栅极通过化学气相沉积多晶硅层，并且对所述多晶硅层进行各向异性刻蚀工艺形成。

可选地，所述保护二氧化硅层利用化学气相沉积工艺形成。

可选地，所述高温氧化工艺为快速氧化工艺或者高温炉管氧化工艺。

可选地，所述电荷存储单元利用各向异性刻蚀工艺对所述ONO薄膜层的第二二氧化硅层和氮化硅层刻蚀形成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在传统的多晶硅栅极的高温氧化工艺之前沉积一层二氧化硅保护层，有效降低了栅极多晶硅的底部被侵入氧化成二氧化硅而导致多晶硅栅极边缘处ONO薄膜层太厚的不良效应，从而使存储器在执行擦除操作时能完全擦除，提高了器件的性能。

附图说明