專利名稱：一種快速閃存存儲器單元及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲器及其制備方法，特別涉及一種快速閃存存儲器單元
及其制備方法，屬于半導(dǎo)體存儲器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
常規(guī)的快速閃存存儲器單元-浮柵金屬氧化物半導(dǎo)體(floating gate M0S)場效應(yīng)晶體管是采用離子注入的方法形成源區(qū)和漏區(qū)，采用重?fù)诫s的多晶硅做柵極[1_2]。因此，需要進(jìn)行高溫(約IOO(TC )后退火處理來激活摻雜，以消除離子注入造成的晶格損傷，降低接觸電阻。然而，如此高的加工溫度會引起源區(qū)和漏區(qū)摻雜(硼或磷)的再擴(kuò)散，從而引起結(jié)深和溝道長度的變化，最終導(dǎo)致器件性能偏離設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。尤其隨著器件特征尺寸縮小到90納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)以下，源區(qū)和漏區(qū)的結(jié)深及溝道長度均進(jìn)入納米量級，而采用常規(guī)的方法無法實(shí)現(xiàn)超淺結(jié)源區(qū)和漏區(qū)，這給小尺寸器件的加工帶來了很大挑戰(zhàn)[3]。
隨著超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，特別是進(jìn)入深亞微米技術(shù)后，傳統(tǒng)的硅基CMOS工藝出現(xiàn)了一系列的新問題，極大地影響了器件的性能和可靠性，諸如熱載流子效應(yīng)，閉鎖效應(yīng)等。絕緣體上硅(SOI)由于其特殊的結(jié)構(gòu)，具有抗輻射強(qiáng)、耐高溫、性能好、功耗低等優(yōu)點(diǎn)[4-5]，它很可能成為替代傳統(tǒng)硅基快速閃存存儲器的新型基底材料。

發(fā)明內(nèi)容
為了改善現(xiàn)有的硅基閃存存儲器技術(shù)，本發(fā)明提出了一種基于絕緣體上硅(SOI)襯底的快速閃存存儲器單元及其制備方法。 本發(fā)明提出的快速閃存存儲器單元，它包括一個(gè)半導(dǎo)體襯底、一個(gè)源極、一個(gè)漏極、一個(gè)柵極、一個(gè)浮柵區(qū)和一個(gè)有源區(qū)，其中 所述的半導(dǎo)體襯底為絕緣體上硅(SOI)或者絕緣體上鍺(G0I)。 所述的源極、漏極和柵極是通過自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝形成的。 所述的金屬硅化物是硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳、硅化鉑或鍺硅化鎳，或者是它們之
中幾種的混合物。 所述的浮柵區(qū)由金屬納米晶或NbA10等材料形成。 所述的有源區(qū)由一個(gè)硅島結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述的硅島厚度范圍為10-200納米。 本發(fā)明提出的快速閃存存儲器，采用絕緣體上硅(S0I)為襯底，利用自對準(zhǔn)金屬
硅化物工藝形成晶體管的柵極、源極和漏極。在該工藝中，金屬覆蓋層被淀積在柵介質(zhì)或者
多晶硅層上以及S0I襯底上，然后，通過高溫?zé)崽幚恚菇饘倥c其下面的硅反應(yīng)，形成低電
阻的金屬硅化物，該金屬硅化物位于柵極、源極和漏極區(qū)域。隨后，采用選擇性高的化學(xué)刻
蝕方法，將沒有反應(yīng)完的金屬腐蝕掉，而保留金屬硅化物，從而獲得電阻率低的金屬硅化物
柵極、源極和漏極。 —種快速閃存存儲器單元的制備方法，包括下列步驟
提供一個(gè)絕緣體上硅(S0I)襯底；
3
在提供的襯底上利用光刻技術(shù)形成光掩膜圖形，對硅進(jìn)行蝕刻，如采用反應(yīng)離子束刻蝕，形成硅島結(jié)構(gòu)，充當(dāng)有源區(qū)； 采用熱氧化、原子層淀積等方法生長氧化物介質(zhì)層，充當(dāng)電荷隧穿層；
生長另一層富含陷阱的介質(zhì)層或金屬納米晶層充當(dāng)電荷俘獲層；
再淀積一層相對較厚的氧化物層，充當(dāng)電荷阻擋層； 采用化學(xué)淀積或磁控濺射的方法生長一層與溝道中硅厚度相當(dāng)?shù)亩嗑Ч鑼樱?br> 涂膠、曝光、顯影等步驟形成圖形； 對電荷隧穿層、電荷俘獲層、電荷阻擋層和多晶硅層進(jìn)行蝕刻，如反應(yīng)離子束刻蝕，除去上層多晶硅和柵介質(zhì)層，同時(shí)露出用于形成硅化物源極和漏極的硅區(qū)；
淀積形成一層絕緣層并對其進(jìn)行刻蝕形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)；此形成側(cè)墻的步驟可以省略； 淀積一層金屬層，并退火，使金屬與其下面的硅反應(yīng)形成金屬硅化物；
去除殘留的金屬。 所述的電荷隧穿層為氧化物介質(zhì)層比如為5102/^1203雙層或單層，其總厚度范圍為6 12納米。 所述的電荷俘獲層為富含陷阱介質(zhì)層，比如NbA10,，物理厚度為5 15納米；或者通過退火工藝形成的金屬納米晶，比如RuOx納米晶，其直徑范圍為3 10納米。
所述的電荷阻擋層為高介電常數(shù)介質(zhì)層，比如為HfLaO,，其物理厚度范圍為15 40納米。 所述的金屬層為鈦、鈷、鎳、鉬或鍺，或者是它們之中幾種的混合物。 本發(fā)明利用自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝形成晶體管的柵極、源極和漏極，無需離子注
入及其后的高溫?zé)嵬嘶鹛幚?，工藝過程簡單，成本低廉，器件的性能得到了很大提升。 由此，本發(fā)明還提供一種集成電路芯片，該芯片上至少有一個(gè)半導(dǎo)體存儲器器件
為上述的快速閃存存儲器單元。


圖1為本發(fā)明實(shí)例中的一個(gè)絕緣體上硅(SOI)襯底。
圖2為繼圖1后對硅進(jìn)行刻蝕后的截面圖。 圖3為繼圖2后依次形成隧穿介質(zhì)層、納米晶電荷俘獲層、電荷阻擋層、多晶硅層
和光刻膠，并對其進(jìn)行刻蝕后的截面圖。 圖4為繼圖3后形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)的截面圖。 圖5為繼圖4形成一層金屬層后的截面圖。 圖6為繼圖5后形成硅化物，并去除多余的金屬層后的截面圖。
圖7為繼圖1后對硅進(jìn)行刻蝕后的截面圖。 圖8為繼圖7后依次形成隧穿介質(zhì)層、富含陷阱的介質(zhì)層、電荷阻擋層、多晶硅層
和光刻膠，并對其進(jìn)行刻蝕后的截面圖。 圖9為繼圖8后形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)的截面圖。 圖10為繼圖9形成一層金屬層后的截面圖。 圖11為繼圖IO后形成硅化物，并去除多余的金屬層后的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。在圖中，為了方便 說明，放大或縮小了不同層和區(qū)域的尺寸，所示大小并不代表實(shí)際尺寸，也不反映尺寸的比 例關(guān)系。 參考圖是本發(fā)明的理想化實(shí)施例的示意圖，本發(fā)明所示的實(shí)施例不應(yīng)該被認(rèn)為僅 限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。例如刻蝕得 到的曲線通常具有彎曲或圓潤的特點(diǎn)，但在本發(fā)明實(shí)施例中，均以矩形表示，圖中的表示是 示意性的，但這不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。同時(shí)在下面的描述中，所使用的術(shù)語襯 底可以理解為包括正在工藝加工中的半導(dǎo)體襯底，可能包括在其上所制備的其它薄膜層。
實(shí)施例1，金屬納米晶存儲器的制備
如圖l，提供一個(gè)絕緣體上硅(SOI)襯底。 在提供的襯底上淀積形成一層光刻膠101，然后利用光刻技術(shù)形成光掩膜圖形，采 用反應(yīng)離子束刻蝕硅，如圖2。 去除光刻膠101后形成硅島結(jié)構(gòu)，充當(dāng)器件的有源區(qū)。 采用原子層淀積方法淀積一層隧穿介質(zhì)層(電荷遂穿層)102，隧穿介質(zhì)層102比 如為S叫/A1^，厚度約為6納米。 利用電子束蒸發(fā)的方法淀積一層薄膜103，薄膜103比如為金屬釕，厚度約為2納 米，然后利用在含氧氣氛中快速熱退火技術(shù)形成氧化釕(RuOx)納米晶，作為電荷俘獲層。
用原子層淀積的方法生長一層電荷阻擋層104，電荷阻擋層104比如為HfLaO,，厚 度約為30納米。 采用化學(xué)氣相淀積一層薄膜105比如為多晶硅，然后在薄膜105上形成光刻膠 106。 采用反應(yīng)離子束刻蝕的方法分別對如上所述隧穿介質(zhì)層102、薄膜103、電荷阻擋 層104、薄膜105和光刻膠106進(jìn)行刻蝕，形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。 去除光刻膠106，形成一層薄膜107和光阻層，再對光阻層和薄膜107進(jìn)行刻蝕形
成側(cè)墻結(jié)構(gòu)，然后去除光阻層，如圖4，薄膜107比如為Si3N4。 如圖5，采用電子束蒸發(fā)淀積一層金屬層108，金屬層108比如為鎳。 利用退火技術(shù)形成硅化鎳109、110和111，然后濕法腐蝕掉剩余的金屬鎳，如圖6。 這樣一個(gè)金屬納米晶存儲器結(jié)構(gòu)就形成了 。 實(shí)施例2，基于電荷陷阱存儲的存儲器的制備工藝 如圖l，提供一個(gè)絕緣體上硅(SOI)襯底。 在提供的襯底上淀積形成一層薄膜201，然后利用光刻技術(shù)形成光掩膜圖形，采用
反應(yīng)離子束刻蝕硅，薄膜201為光阻層，如圖7。 去除光刻膠201后形成硅島結(jié)構(gòu)，充當(dāng)器件的有源區(qū)。 如圖8，依次形成薄膜202、薄膜203、薄膜204、薄膜205和薄膜206，并對其進(jìn)行刻 蝕形成如圖樣所示結(jié)構(gòu)，薄膜202比如為Si02/Al203 ;薄膜203比如為NbA10x ;薄膜204比 如為HfLaOx ;薄膜205比如為多晶硅，薄膜206為光阻層。 如圖9，去除薄膜206，形成一層薄膜207和光阻層，再對光阻層和薄膜207進(jìn)行刻
5蝕形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)，然后去除光阻層，薄膜207比如為Si3N4。 如圖IO，形成一層薄膜208，薄膜208為金屬層比如為鎳。 如圖ll，利用退火技術(shù)形成硅化鎳209、210和211，然后濕法腐蝕掉剩余的金屬
鎳。

實(shí)施例-實(shí)例。


這樣， 一個(gè)基于電荷陷阱存儲的存儲器結(jié)構(gòu)就形成了 。
如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的 應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體
參考文獻(xiàn)施敏，"半導(dǎo)體器件物理與工藝"，蘇州大學(xué)出版社，2002J.D.Plumber, "Silicon VLSI Technology Fundamentals, Practice andModeling，，， Pearson Education, Inc. ，2000 [3]M. 0rlowski， ，， CMOS Challenges of Keeping up with Moore' s Law", IEEEAdvanced Thermal Processing of Semi. ，2005 [4] J. E. Lilienfield， US Patents, 1， 745， 175 (filed 1926， issued 1930): 1.900.018 (filed 1928， issued 1933) [5]A. 0. Adan， "SOI as a Mainstream IC Technology", IEEE Int. SOI Conference,1998
權(quán)利要求
一種快速閃存存儲器單元，其特征在于，它包括一個(gè)半導(dǎo)體襯底、一個(gè)源極、一個(gè)漏極、一個(gè)柵極、一個(gè)浮柵區(qū)和一個(gè)有源區(qū)，其中所述的半導(dǎo)體襯底為絕緣體上硅；所述的源極、漏極和柵極是通過自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝形成的。
2. 如權(quán)利要求1所述的快速閃存存儲器單元，其特征在于，所述的金屬硅化物是硅化 鈦、硅化鈷、硅化鎳、硅化鉑或鍺硅化鎳，或者是它們之中幾種的混合物。
3. 如權(quán)利要求1所述的快速閃存存儲器單元，其特征在于，所述的浮柵區(qū)由金屬納米 晶或NbA10材料形成。
4. 如權(quán)利要求1所述的快速閃存存儲器單元，其特征在于，所述的有源區(qū)由一個(gè)硅島 結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述的硅島厚度范圍為10-200納米。
5. —種如權(quán)利要求1所述的快速閃存存儲器單元的制備方法，其特征在于，包括下列 步驟提供一個(gè)絕緣體上硅襯底；在提供的襯底上利用光刻技術(shù)形成光掩膜圖形，對硅進(jìn)行刻蝕形成硅島結(jié)構(gòu)； 依次形成一層電荷隧穿層、一層電荷俘獲層、一層電荷阻擋層和一層多晶硅層； 經(jīng)過涂膠、曝光、顯影步驟形成圖形；對所述電荷隧穿層、電荷俘獲層、電荷阻擋層和多晶硅層進(jìn)行刻蝕，露出用于形成硅化 物源極和漏極的硅區(qū)；淀積形成一層絕緣層并對其進(jìn)行刻蝕形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)； 淀積一層金屬層，并退火，使之與所述硅區(qū)中的硅形成金屬硅化物； 去除殘留的金屬。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的電荷隧穿層為氧化物介質(zhì)層，其總厚 度范圍為6 12納米。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的電荷俘獲層為富含陷阱介質(zhì)層，物理 厚度為5 15納米；或者通過退火工藝形成的金屬納米晶，其直徑范圍為3 10納米。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的電荷阻擋層為高介電常數(shù)介質(zhì)層，其 物理厚度范圍為15 40納米。
9. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的金屬層為鈦、鈷、鎳、鉬或鍺，或者是 它們之中幾種的混合物。
10. —種集成電路芯片，其特征在于，該芯片上至少有一個(gè)半導(dǎo)體存儲器器件為權(quán)利要 求1所述的快速閃存存儲器單元。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體存儲器件技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種快速閃存存儲器單元及其制備方法。該存儲器單元包括一個(gè)半導(dǎo)體襯底、一個(gè)源極、一個(gè)漏極、一個(gè)柵極、一個(gè)浮柵區(qū)和一個(gè)有源區(qū)。該快速閃存存儲器單元利用自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝形成晶體管的柵極、源極和漏極，無需離子注入及其后的高溫?zé)嵬嘶鹛幚?，工藝過程簡單，成本低廉，器件的性能得到了很大提升。
文檔編號H01L27/115GK101707199SQ200910199049
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者丁士進(jìn), 張衛(wèi), 王鵬飛 申請人:復(fù)旦大學(xué)