[发明专利]一种新型的两位SONOS存储单元结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明设计半导体制造领域硅一氧化硅一氮化硅一氧化硅一硅(SONOS)存储器的制造方法，尤其是一种新型的两位 SONOS存储单元结构及其制备方法。 

背景技术

1.                 非挥发性半导体存储器的基本工作原理是在一个场效应管（MOSFET）的栅介质中存储电荷。其中电荷被存储在一个适当的介质层的分立的俘获中心里的器件被称为电荷俘获器件。这类器件中最常用的是硅一氧化硅一氮化硅一氧化硅一硅（SONOS）存储器。非挥发性存储器在半导体存储器件中扮演着重要的角色。随着非易失存储器（NVM）器件尺寸的不断减小，浮栅型非易失挥发性存储器的漏电流随着隧穿氧化物厚度的减小而不断增大，使隧穿氧化物厚度的继续减小受到了限制。因此，使用陷阱材料作为电荷存储介质的SONOS存储器被人们所关注，陷阱材料可以固定注入电荷，在一定程度上阻止了存储电荷的泄漏。SONOS存储器除了尺寸小之外，还具有良好的耐受性、低操作电压、低功耗、工艺简单、与标准CMOS工艺兼容等优点。虽然SONOS存在诸多优点，但是每个SONOS存储单元只能储存一位数据，使得要实现大容量存储也需要占用较大空间的。 

发明内容

针对现有的SONOS存储器所存在的上述问题，本发明提供一种新型的两位 SONOS存储单元结构及其制备方法。 

本发明解决技术问题所采用的技术手段为： 

一种新型的两位 SONOS存储单元结构，包括SONOS存储器，所述SONOS存储器包括硅基底、隧穿氧化硅层、氮化硅存储介质层、氧化硅层和多晶硅层，所述隧穿氧化硅层覆于所述硅基底上，所述氮化硅存储介质层覆于所述隧穿氧化硅层上，所述氧化硅层覆于所述氮化硅存储介质层上，所述多晶硅层覆于所述氧化硅层上，其中，还包括凹槽，所述凹槽位于所述氧化硅层表面，并依次穿透所述氧化硅层、所述氮化硅存储介质层和隧穿氧化层直至所述硅基底为止，所述凹槽内有氧化物填充层，所述氧化物填充层高度超过所述氮化硅存储介质层并低于所述氧化硅层表面，所述凹槽内未被所述氧化物填充层填满的部分形成填充空间，所述多晶硅层伸入所述填充空间，且将所述填充空间填满。

上述新型的两位 SONOS存储单元结构，其中，所述凹槽宽20-200nm。 

上述新型的两位 SONOS存储单元结构，其中，所述氧化物填充层厚度为80-200A。 

上述新型的两位 SONOS存储单元结构，其中，所述SONOS存储器的栅极特征线宽为50-350nm。 

一种新型的两位 SONOS存储单元的制备方法，其中，具体步骤包括： 

步骤a、于一硅基底上依次形成隧穿氧化硅层、氮化硅存储介质层和氧化硅层；

步骤b、于所述氧化硅层表面形成沟槽，所述沟槽穿透所述氧化硅层、氮化硅层和所述隧穿氧化硅层，直至暴露所述硅基底为止；

步骤c、于所述沟槽内形成氧化物填充层，所述氧化物填充层高度高于所述氮化硅存储介质层并低于所述氧化硅层表面；

步骤d、于所述氧化硅层表面形成一多晶硅层，使所述多晶硅层深入所述沟槽未被所述氧化物填充层填满的空间；

步骤e、使所述多晶硅层表面平坦，所述隧穿氧化硅层、氮化硅存储介质层、氧化硅层和多晶硅层形成复合结构；

步骤f、对所述复合结构进行刻蚀以形成SONOS存储单元的栅极。

上述新型的两位 SONOS存储单元的制备方法，其中，所述步骤b中形成所述沟槽的方法包括如下步骤: 

步骤b1、于所述氧化硅层表面形成一图案化光阻材料层；

步骤b2、通过所述图案化光阻材料层对所述氧化硅层进行刻蚀以形成所述沟槽。

上述新型的两位 SONOS存储单元的制备方法，其中，所述步骤c中形成氧化物填充层的方法为炉管生长工艺。 

上述新型的两位 SONOS存储单元的制备方法，其中，所述步骤e中使所述多晶硅层表面平坦的方法为化学机械研磨。 

本发明的有益效果是： 

在不改变器件尺寸的前提下，使存储容量提高一倍，阻止了bit间电荷横向扩散，进一步实现了准确确定每个bit的开关状态，使存储单元的每个bit数据耐久性及电荷保持性都得到改善。

附图说明

图1是本发明一种新型的两位 SONOS存储单元结构的结构示意图； 

图2是本发明一种新型的两位SONOS存储单元的制备方法的流程图；

图3是本发明一种新型的两位SONOS存储单元的制备方法的步骤a完成后的结构状态图；