[发明专利]一种SONOS存储器及其制造方法

说明书

本发明提供了一种SONOS存储器及其制造方法，上述制造方法包括：提供衬底，衬底上形成有SONOS存储器的第一晶体管栅极和用以形成第二晶体管栅极的第一层，第一层覆盖第一晶体管栅极和衬底；在第一层的上表面形成图案化的第二层，第二层暴露对应第二晶体管栅极外侧的第一层；对被第二层暴露的第一层进行第一刻蚀；去除第二层，以重新暴露第一层；以及对第一层进行第二刻蚀，以形成第二晶体管栅极。本发明还提供了根据上述制造方法所制造的SONOS存储器。根据本发明所提供的制造方法所制造的SONOS存储器，其选择管和存储管的外侧均能够具有垂直结构，从而能够在后续工艺中形成垂直侧墙，以提高器件性能。

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造领域，尤其设计一种SONOS存储器及其制造方法。

背景技术

自从早年德州仪器的Jack Kilby博士发明了集成电路之时起，科学家们和工程师们已经在半导体器件和工艺方面作出了众多发明和改进。近50年来，半导体尺寸已经有了明显的降低，这转化成不断增长的处理速度和不断降低的功耗。迄今为止，半导体的发展大致遵循着摩尔定律，摩尔定律大致是说密集集成电路中晶体管的数量约每两年翻倍。现在，半导体工艺正在朝着20nm以下发展，其中一些公司正在着手14nm工艺。这里仅提供一个参考，一个硅原子约为0.2nm，这意味着通过20nm工艺制造出的两个独立组件之间的距离仅仅约为一百个硅原子。

半导体器件制造因此变得越来越具有挑战性，并且朝着物理上可能的极限推进。半导体技术的近期发展之一已经是硅锗(SiGe)在半导体制造中的利用。在集成电路发展的演进上，随着几何尺寸(也即使用一工艺可以生产的最小元件或线)缩减的同时，机能密度(例如每一芯片面积的内连线元件数目)通常也在增加。这种尺寸缩减的工艺通常可增加生产效能并降低相关成本而提供好处，然而，如何设计合理的晶体管结构使其体积降低具有挑战性。

目前在集成电路中，一个最小存储单元一般包括一个存储管和一个选择管与之搭配，存储管部分具有SONOS(Silicon(栅极)-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon(衬底))结构，选择管部分为传统的MOS管。为了缩减存储单元面积，已经提出一种1.5T(transistor)SONOS存储单元结构，其同样包括两个能独立操作的晶体管，但这两个晶体管紧贴布置，如图1所示出的。选择管300主要是作为存储管400的导通和关闭，用于减少漏电。而存储管400主要用于存储电荷，通过不同的Vt状态来实现数据存储。

图2A-2F示出了制造1.5T SONOS存储器的现有工艺在制造1.5T SONOS存储器过程中的结构示意图。如图2A所示出的，首先需要刻蚀形成选择管栅极300，然后在图2B中沉积ONO存储层200(包括氧化物201、氮化物202和氧化物203)和用以形成存储管栅极的多晶硅层401。随后如图2C所示出的，需要把多余的多晶硅层刻蚀去除，使得存储管栅极400'结构自然形成在选择管栅极结构旁边，并且通过图2B中所沉积的ONO层作为隔离层。然后如图2D所示出的，经过光刻(即形成图案化的光刻胶600)打开相邻存储单元的中间区域，在图2E中通过蚀刻去除相邻存储单元的选择管栅极之间的多余多晶硅，随后在图2F中将光刻胶去除。目前，业界主流地使用该结构，通过沉积不同的层间介质层，可以通过相同的工艺流程实现选择管和存储管结构的互换。

根据如图2A-2F所提供的现有的1.5T SONOS存储器制造工艺中，存储管栅极的蚀刻工艺为关键工艺，该工艺难点在于如何形成尽量垂直的边缘结构，从而为后续工艺在存储管栅极的外侧形成有效的侧墙提供基础。图3示出了根据如图2A-2F所提供的现有的1.5TSONOS存储器制造工艺所形成的1.5T SONOS存储器结构。可以从图3中看出，存储管栅极400'的外侧没有形成垂直结构，因此，在后续工艺中无法形成有效的侧墙。和具有垂直结构的选择管栅极300外侧的侧墙503相对比，可以看出，不具有垂直结构的存储管栅极400'的外侧的侧墙504'明显小于选择管栅极300外侧的侧墙503。而较小的侧墙结构不利于器件栅极的隔离、不利于防止器件栅极之间的串扰，不利于提高存储单元的性能。