SONOS器件的制造方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910211373.6 (22)申请日 2019.03.20 (71)申请人 上海华虹宏力半导体制造有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技 园区祖冲之路1399号 (72)发明人 单园园郭振强陈瑜胡君 (74)专利代理机构 上海浦一知识产权代理有限 公司 31211 代理人 郭四华 (51)Int.Cl. H01L 27/1157(2017.01) H01L 27/11524(2017.01) H01L 21/28(2006.01) G03F 7/00(20。

2、06.01) (54)发明名称 SONOS器件的制造方法 (57)摘要 本发明公开了一种SONOS器件的制造方法， 包括步骤： 在半导体衬底上形成浅沟槽； 光刻打 开存储区的形成区域并进行深阱注入； 在浅沟槽 中填充氧化层； 形成第一牺牲氧化层； 光刻形成 第一光刻胶图形来打开存储管的形成区域并注 入形成存储管的沟道区； 将存储管形成区域的第 一牺牲氧化层去除然后去除光刻胶； 生长ONO层； 光刻打开P型器件的形成区域， 去除打开区域的 ONO层并注入形成P型器件的沟道区； 光刻打开N 型器件的形成区域， 去除打开区域的ONO层并注 入形成N型器件的沟道区； 去除第一牺牲氧化层， 形成存储管外。

3、的栅介质层； 形成多晶硅栅。 本发 明能节省一块用于单独定义ONO层的光刻板， 从 而能降低工艺成本且不会改变器件的性能。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 109950249 A 2019.06.28 CN 109950249 A 1.一种SONOS器件的制造方法， 其特征在于， SONOS器件包括存储区和位于所述存储区 之外的高压区， 所述高压区的工作电压大于所述存储区的工作电压， 所述存储区中包括所 述SONOS器件的的单元结构， 所述单元结构包括存储管和选择管， 所述选择管为NMOS管， 所 述高压区包括高压NMOS管和高压PMOS管， 包括如下步骤： 步骤一、 提供一半导体。

4、衬底， 在所述半导体衬底上形成浅沟槽， 所述浅沟槽隔离出所述 存储管、 所述选择管、 所述高压NMOS管和所述高压PMOS管的有源区； 步骤二、 光刻打开所述存储区的形成区域， 在所述存储区中进行深阱离子注入形成深 阱； 步骤三、 在所述浅沟槽中填充氧化层形成浅沟槽隔离结构； 步骤四、 在所述半导体衬底表面形成第一牺牲氧化层； 步骤五、 采用光刻工艺形成第一光刻胶图形， 所述第一光刻胶图形打开所述存储管的 形成区域， 进行所述存储管的沟道离子注入在所述深阱的顶部区域中形成所述存储管的沟 道区， 所述存储管的沟道区的深度大于所述浅沟槽隔离结构的深度； 步骤六、 将所述存储管形成区域的所述第一牺牲。

5、氧化层去除形成所述第一牺牲氧化层 开口， 然后去除所述第一光刻胶图形； 步骤七、 生长由第一氧化层、 第二氮化层和第三氧化层叠加而成的ONO层， 在所述第一 牺牲氧化层开口区域中所述ONO层和所述存储管的沟道区相接触， 在所述第一牺牲氧化层 开口区域外所述ONO层形成在所述第一牺牲氧化层的表面； 步骤八、 光刻打开P型器件的形成区域， 去除所述P型器件的形成区域的所述ONO层， 进 行所述P型器件的沟道离子注入形成所述P型器件的沟道区， 所述P型器件包括所述高压 PMOS管； 步骤九、 光刻打开N型器件的形成区域， 去除所述N型器件的形成区域的所述ONO层， 进 行所述N型器件的沟道离子注入形。

6、成所述N型器件的沟道区， 所述N型器件包括所述高压 NMOS管和所述选择管； 步骤十、 去除所述第一牺牲氧化层， 在所述存储管形成区域外形成栅介质层， 所述栅介 质层同时覆盖在所述高压NMOS管、 所述高压PMOS管和所述选择管的沟道区的表面； 步骤十一、 形成多晶硅层， 采用光刻定义加刻蚀工艺对所述多晶硅层进行图形化同时 形成所述存储管、 所述选择管、 所述高压NMOS管和所述高压PMOS管的多晶硅栅。 2.如权利要求1所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 所述半导体衬底为硅衬底。 3.如权利要求2所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 形成所述浅沟槽的分步骤 包括： 步骤。

7、11、 依次在所述半导体衬底表面形成第四氧化层和第五氮化层； 步骤12、 光刻定义出所述浅沟槽的形成区域； 步骤13、 依次对所述第五氮化层、 所述第四氧化层和所述半导体衬底进行刻蚀形成所 述浅沟槽。 4.如权利要求3所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 所述半导体衬底为P型掺 杂。 5.如权利要求4所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 步骤二中所述深阱为N型掺 杂。 权利要求书 1/2 页 2 CN 109950249 A 2 6.如权利要求5所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 所述存储管为N型器件， 所 述存储管的沟道区为P型掺杂。 7.如权利要求6所述的S。

8、ONOS器件的制造方法， 其特征在于： 步骤五中还包括进行隧穿 离子注入在所述存储管的沟道区的表面形成隧穿注入区的步骤。 8.如权利要求4所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 步骤十中的去除所述第一 牺牲氧化层的步骤放置在步骤八和步骤九中进行， 在步骤八中完成所述P型器件的沟道离 子注入之后去除所述P型器件的形成区域的所述第一牺牲氧化层； 在步骤九中完成所述N型 器件的沟道离子注入之后去除所述N型器件的形成区域的所述第一牺牲氧化层。 9.如权利要求4所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 步骤八中所述P型器件的沟 道区为N型掺杂。 10.如权利要求4所述的SONOS器件的制造。

9、方法， 其特征在于： 步骤九中所述N型器件的 沟道区为P型掺杂。 11.如权利要求2所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 所述栅介质层为栅氧化 层。 12.如权利要求11所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 所述栅介质层的厚度大 于所述ONO层的所述第一氧化层的厚度。 13.如权利要求2所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 在形成所述多晶硅栅之后 还包括在所述多晶硅栅的侧面自对准形成侧墙的步骤。 14.如权利要求13所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 形成所述侧墙之后， 还包 括进行N型源漏注入形成所述存储管、 所述选择管、 所述高压NMOS管的源漏区。

10、的步骤以及进 行P型源漏注入形成所述高压PMOS管的源漏区的步骤， 源漏区和对应的所述侧墙的侧面自 对准。 15.如权利要求14所述的SONOS器件的制造方法， 其特征在于： 在形成所述侧墙之前， 还 包括进行N型轻掺杂漏注入形成所述存储管、 所述选择管、 所述高压NMOS管的轻掺杂漏区的 步骤以及进行N型轻掺杂漏注入形成所述高压PMOS管的轻掺杂漏区的步骤， 所述轻掺杂漏 区和对应的所述多晶硅栅的侧面自对准。 权利要求书 2/2 页 3 CN 109950249 A 3 SONOS器件的制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种半导体集成电路制造方法， 特别是涉及一种SONOS器件的制造方。

11、 法。 背景技术 0002 随着芯片尺寸不断缩小， 功能不断增加， 工艺成本也在持续增加。 在不影响器件性 能的基础上， 节省光刻板和减少工艺步骤成为降低工艺成本首要考虑因素。 对于SONOS器 件， 通常包括存储区和位于所述存储区之外的高压区， 所述高压区的工作电压大于所述存 储区的工作电压， 所述存储区中包括所述SONOS器件的的单元结构， 所述单元结构包括存储 管和选择管， 所述选择管为NMOS管； 所述高压区包括高压NMOS管和高压PMOS管。 其中存储管 的栅介质层采用由第一氧化层、 第二氮化层和第三氧化层叠加而成的ONO层， 另外由于高压 NMOS管和高压PMOS管的工作电压更高，。

12、 故高压NMOS管和高压PMOS管的栅介质层通常采用厚 度比第一氧化层更厚的栅氧化层， 选择管通常也采用和高压NMOS管和高压PMOS管相同的栅 介质层。 0003 由于存储管的栅介质层即ONO层和高压NMOS管和高压PMOS管的栅介质层的材料和 厚度的差异， 故现有方法中需要单独的光刻工艺定义存储管的栅介质层， 即需要在ONO层形 成之后， 采用光刻工艺定义出存储管的形成区域， 之后将存储管的形成区域外部的ONO层去 除。 由于增加一次光刻工艺就会增加较大的成本， 故现有方法形成存储管的ONO层的光刻定 义会带来成本增加。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是提供一种SONOS器件。

13、的制造方法， 能节省光刻板， 降 低工艺成本。 0005 为解决上述技术问题， 本发明提供的SONOS器件的制造方法中的SONOS器件包括存 储区和位于所述存储区之外的高压区， 所述高压区的工作电压大于所述存储区的工作电 压， 所述存储区中包括所述SONOS器件的的单元结构， 所述单元结构包括存储管和选择管， 所述选择管为NMOS管， 所述高压区包括高压NMOS管和高压PMOS管， 包括如下步骤： 0006 步骤一、 提供一半导体衬底， 在所述半导体衬底上形成浅沟槽， 所述浅沟槽隔离出 所述存储管、 所述选择管、 所述高压NMOS管和所述高压PMOS管的有源区。 0007 步骤二、 光刻打开所。

14、述存储区的形成区域， 在所述存储区中进行深阱离子注入形 成深阱。 0008 步骤三、 在所述浅沟槽中填充氧化层形成浅沟槽隔离结构。 0009 步骤四、 在所述半导体衬底表面形成第一牺牲氧化层。 0010 步骤五、 采用光刻工艺形成第一光刻胶图形， 所述第一光刻胶图形打开所述存储 管的形成区域， 进行所述存储管的沟道离子注入在所述深阱的顶部区域中形成所述存储管 的沟道区， 所述存储管的沟道区的深度大于所述浅沟槽隔离结构的深度。 说明书 1/5 页 4 CN 109950249 A 4 0011 步骤六、 将所述存储管形成区域的所述第一牺牲氧化层去除形成所述第一牺牲氧 化层开口， 然后去除所述第一。

15、光刻胶图形。 0012 步骤七、 生长由第一氧化层、 第二氮化层和第三氧化层叠加而成的ONO层， 在所述 第一牺牲氧化层开口区域中所述ONO层和所述存储管的沟道区相接触， 在所述第一牺牲氧 化层开口区域外所述ONO层形成在所述第一牺牲氧化层的表面。 0013 步骤八、 光刻打开P型器件的形成区域， 去除所述P型器件的形成区域的所述ONO 层， 进行所述P型器件的沟道离子注入形成所述P型器件的沟道区， 所述P型器件包括所述高 压PMOS管。 0014 步骤九、 光刻打开N型器件的形成区域， 去除所述N型器件的形成区域的所述ONO 层， 进行所述N型器件的沟道离子注入形成所述N型器件的沟道区， 所。

16、述N型器件包括所述高 压NMOS管和所述选择管。 0015 步骤十、 去除所述第一牺牲氧化层， 在所述存储管形成区域外形成栅介质层， 所述 栅介质层同时覆盖在所述高压NMOS管、 所述高压PMOS管和所述选择管的沟道区的表面。 0016 步骤十一、 形成多晶硅层， 采用光刻定义加刻蚀工艺对所述多晶硅层进行图形化 同时形成所述存储管、 所述选择管、 所述高压NMOS管和所述高压PMOS管的多晶硅栅。 0017 进一步的改进是， 所述半导体衬底为硅衬底。 0018 进一步的改进是， 形成所述浅沟槽的分步骤包括： 0019 步骤11、 依次在所述半导体衬底表面形成第四氧化层和第五氮化层。 0020 。

17、步骤12、 光刻定义出所述浅沟槽的形成区域。 0021 步骤13、 依次对所述第五氮化层、 所述第四氧化层和所述半导体衬底进行刻蚀形 成所述浅沟槽。 0022 进一步的改进是， 所述半导体衬底为P型掺杂。 0023 进一步的改进是， 步骤二中所述深阱为N型掺杂。 0024 进一步的改进是， 所述存储管为N型器件， 所述存储管的沟道区为P型掺杂。 0025 进一步的改进是， 步骤五中还包括进行隧穿(tunnel)离子注入在所述存储管的沟 道区的表面形成隧穿注入区的步骤。 0026 进一步的改进是， 步骤十中的去除所述第一牺牲氧化层的步骤放置在步骤八和步 骤九中进行， 在步骤八中完成所述P型器件的。

18、沟道离子注入之后去除所述P型器件的形成区 域的所述第一牺牲氧化层； 在步骤九中完成所述N型器件的沟道离子注入之后去除所述N型 器件的形成区域的所述第一牺牲氧化层。 0027 进一步的改进是， 步骤八中所述P型器件的沟道区为N型掺杂。 0028 进一步的改进是， 步骤九中所述N型器件的沟道区为P型掺杂。 0029 进一步的改进是， 所述栅介质层为栅氧化层。 0030 进一步的改进是， 所述栅介质层的厚度大于所述ONO层的所述第一氧化层的厚度。 0031 进一步的改进是， 在形成所述多晶硅栅之后还包括在所述多晶硅栅的侧面自对准 形成侧墙的步骤。 0032 进一步的改进是， 形成所述侧墙之后， 还包。

19、括进行N型源漏注入形成所述存储管、 所述选择管、 所述高压NMOS管的源漏区的步骤以及进行P型源漏注入形成所述高压PMOS管 的源漏区的步骤， 源漏区和对应的所述侧墙的侧面自对准。 说明书 2/5 页 5 CN 109950249 A 5 0033 进一步的改进是， 在形成所述侧墙之前， 还包括进行N型轻掺杂漏注入形成所述存 储管、 所述选择管、 所述高压NMOS管的轻掺杂漏区的步骤以及进行N型轻掺杂漏注入形成所 述高压PMOS管的轻掺杂漏区的步骤， 所述轻掺杂漏区和对应的所述多晶硅栅的侧面自对 准。 0034 本发明SONOS器件的制造方法中不单独采用一块光刻板来定义SONOS器件的存储 管。

20、的ONO层， 而是结合存储管的沟道区的光刻定义出ONO层和存储管的沟道区的接触区域以 及结合N型器件的沟道区的光刻工艺和P型器件的沟道区的光刻工艺来将存储管的形成区 域外的ONO层去除， 这样同样达到了使ONO层仅形成在SONOS器件的存储管的栅极区域的要 求， 从而能节省一块用于单独定义ONO层的光刻板， 从而能降低工艺成本且不会改变器件的 性能。 附图说明 0035 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： 0036 图1是本发明实施例SONOS器件的制造方法的流程图； 0037 图2A-图2J是本发明实施例方法各步骤中的器件结构图。 具体实施方式 0038 如图1所示， 是。

21、本发明实施例SONOS器件的制造方法的流程图， 如图2A至图2J所示， 是本发明实施例方法各步骤中的器件结构图， 本发明实施例SONOS器件的制造方法中的 SONOS器件包括存储区101和位于所述存储区101之外的高压区102， 所述高压区102的工作 电压大于所述存储区101的工作电压， 所述存储区101中包括所述SONOS器件的的单元结构， 所述单元结构包括存储管103和选择管104， 所述选择管104为NMOS管， 所述高压区102包括 高压NMOS管105和高压PMOS管106。 图2A中， 所述存储区101和所述高压区102分别位于虚线 AA的两侧， 所述存储管103位于虚线CC和虚。

22、线BB之间， 所述选择管104位于虚线AA和虚线BB 之间， 所述高压NMOS管105位于虚线DD和虚线EE之间， 所述高压PMOS管106位于虚线AA和虚 线DD之间。 本发明实施例方法包括如下步骤： 0039 步骤一、 如图2A所示， 提供一半导体衬底1， 在所述半导体衬底1上形成浅沟槽2a， 所述浅沟槽2a隔离出所述存储管103、 所述选择管104、 所述高压NMOS管105和所述高压PMOS 管106的有源区。 0040 所述半导体衬底1为硅衬底。 0041 形成所述浅沟槽2a的分步骤包括： 0042 步骤11、 依次在所述半导体衬底1表面形成第四氧化层201和第五氮化层202。 00。

23、43 步骤12、 光刻定义出所述浅沟槽2a的形成区域。 0044 步骤13、 依次对所述第五氮化层202、 所述第四氧化层201和所述半导体衬底1进行 刻蚀形成所述浅沟槽2a。 0045 所述半导体衬底1为P型掺杂。 0046 步骤二、 如图2B所示， 光刻形成光刻胶图形203打开所述存储区101的形成区域， 在 所述存储区101中进行深阱3离子注入形成深阱3。 0047 所述深阱3为N型掺杂。 说明书 3/5 页 6 CN 109950249 A 6 0048 步骤三、 如图2C所示， 去除光刻胶图形203， 在所述浅沟槽2a的内侧表面上形成牺 牲氧化层204之后再去除牺牲氧化层204。 0。

24、049 如图2D所示， 在所述浅沟槽2a中填充氧化层形成浅沟槽隔离结构2。 0050 步骤四、 如图2D所示， 在所述半导体衬底1表面形成第一牺牲氧化层205。 0051 步骤五、 如图2E所示， 采用光刻工艺形成第一光刻胶图形206， 所述第一光刻胶图 形206打开所述存储管103的形成区域， 进行所述存储管103的沟道离子注入在所述深阱3的 顶部区域中形成所述存储管103的沟道区4， 所述存储管103的沟道区4的深度大于所述浅沟 槽隔离结构2的深度。 0052 所述存储管103为N型器件， 所述存储管103的沟道区4为P型掺杂。 0053 本发明实施例中， 还包括进行隧穿离子注入在所述存储。

25、管103的沟道区4的表面形 成隧穿注入区的步骤。 0054 步骤六、 如图2F所示， 将所述存储管103形成区域的所述第一牺牲氧化层205去除 形成所述第一牺牲氧化层205开口， 然后去除所述第一光刻胶图形206。 0055 步骤七、 如图2G所示， 生长由第一氧化层6a、 第二氮化层6b和第三氧化层6c叠加而 成的ONO层6， 在所述第一牺牲氧化层205开口区域中所述ONO层6和所述存储管103的沟道区 4相接触， 在所述第一牺牲氧化层205开口区域外所述ONO层6形成在所述第一牺牲氧化层 205的表面。 0056 步骤八、 如图2H所示， 光刻形成光刻胶图形207打开P型器件的形成区域， 。

26、去除所述 P型器件的形成区域的所述ONO层6， 进行所述P型器件的沟道离子注入形成所述P型器件的 沟道区7， 所述P型器件包括所述高压PMOS管106。 所述高压PMOS管106的沟道区7直接形成在 所述半导体衬底1中。 0057 所述P型器件的沟道区7为N型掺杂。 0058 步骤九、 如图2I所示， 光刻形成光刻胶图形208打开N型器件的形成区域， 去除所述 N型器件的形成区域的所述ONO层6， 进行所述N型器件的沟道离子注入形成所述N型器件的 沟道区， 所述N型器件包括所述高压NMOS管105和所述选择管104。 图2I中， 所述高压NMOS管 105的沟道区用标记9表示， 所述高压NMO。

27、S管105的沟道区9直接形成在所述半导体衬底1中； 所述选择管104的沟道区用标记8表示， 所述选择管104的沟道区8直接形成在所述深阱3中。 0059 所述N型器件的沟道区为P型掺杂。 0060 步骤十、 如图2J所示， 去除所述第一牺牲氧化层205， 在所述存储管103形成区域外 形成栅介质层10， 所述栅介质层10同时覆盖在所述高压NMOS管105、 所述高压PMOS管106和 所述选择管104的沟道区的表面。 0061 所述栅介质层10为栅氧化层。 所述栅介质层10的厚度大于所述ONO层6的所述第一 氧化层6a的厚度。 0062 在其他实施例中， 也能将步骤十中的去除所述第一牺牲氧化层。

28、205的步骤放置在 步骤八和步骤九中进行， 在步骤八中完成所述P型器件的沟道离子注入之后去除所述P型器 件的形成区域的所述第一牺牲氧化层205； 在步骤九中完成所述N型器件的沟道离子注入之 后去除所述N型器件的形成区域的所述第一牺牲氧化层205。 0063 步骤十一、 如图2J所示， 形成多晶硅层， 采用光刻定义加刻蚀工艺对所述多晶硅层 进行图形化同时形成所述存储管103、 所述选择管104、 所述高压NMOS管105和所述高压PMOS 说明书 4/5 页 7 CN 109950249 A 7 管106的多晶硅栅11。 0064 在形成所述多晶硅栅11之后还包括在所述多晶硅栅11的侧面自对准形。

29、成侧墙12 的步骤。 0065 形成所述侧墙12之后， 还包括进行N型源漏注入形成所述存储管103、 所述选择管 104、 所述高压NMOS管105的源漏区13的步骤以及进行P型源漏注入形成所述高压PMOS管106 的源漏区14的步骤， 源漏区和对应的所述侧墙12的侧面自对准。 0066 较佳选择为， 在形成所述侧墙12之前， 还包括进行N型轻掺杂漏注入形成所述存储 管103、 所述选择管104、 所述高压NMOS管105的轻掺杂漏区的步骤以及进行N型轻掺杂漏注 入形成所述高压PMOS管106的轻掺杂漏区的步骤， 所述轻掺杂漏区和对应的所述多晶硅栅 11的侧面自对准。 0067 本发明实施例S。

30、ONOS器件的制造方法中不单独采用一块光刻板来定义SONOS器件 的存储管103的ONO层6， 而是结合存储管103的沟道区4的光刻定义出ONO层6和存储管103的 沟道区4的接触区域以及结合N型器件的沟道区的光刻工艺和P型器件的沟道区7的光刻工 艺来将存储管103的形成区域外的ONO层6去除， 这样同样达到了使ONO层6仅形成在SONOS器 件的存储管103的栅极区域的要求， 从而能节省一块用于单独定义ONO层6的光刻板， 从而能 降低工艺成本且不会改变器件的性能。 0068 以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明， 但这些并非构成对本发明的限 制。 在不脱离本发明原理的情况下， 本领域的技术人员还可做出许多变形和改进， 这些也应 视为本发明的保护范围。 说明书 5/5 页 8 CN 109950249 A 8 图1 说明书附图 1/4 页 9 CN 109950249 A 9 图2A 图2B 图2C 说明书附图 2/4 页 10 CN 109950249 A 10 图2D 图2E 图2F 图2G 说明书附图 3/4 页 11 CN 109950249 A 11 图2H 图2I 图2J 说明书附图 4/4 页 12 CN 109950249 A 12 。