[发明专利]含分离栅结构的SONOS闪存存储器及其制作方法、操作方法

说明书

技术领域

本发明属于闪存存储器技术领域，特别是涉及一种含分离栅结构的SONOS闪存存储器及其制作方法、操作方法。

背景技术

传统的闪存存储器具有浮栅结构，这种结构包括一层隧穿氧化层、一层浮栅、一层控制栅、一层浮栅与控制栅之间的介质层。这种结构使半导体器件尺寸在缩减方面遇到了瓶颈：由于存储在浮栅中的电荷是连续分布的，其对隧穿氧化层的厚度与缺陷密度要求都比较高，因此隧穿氧化层较厚。在半导体器件工艺进入100nm以下节点后，含浮栅结构的器件的尺寸缩减成为业界的一大难题。

SONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型闪存存储器具有硅-氧化层-氮化层-氧化层-硅结构，具体的包括一层隧穿氧化层、一层氮化硅层及一层阻挡氧化层。SONOS型闪存存储器采用量子隧穿效应或者热载流子注入效应将电荷(电子或空穴)通过隧穿氧化层注入到氮化硅层，并被氮化硅层中的电荷陷阱俘获，从而引起器件单元阀值电压的改变，达到数据存储的效果。与含浮栅结构的器件不同，存储在氮化硅层中的电荷是分离的，这样降低了对隧穿氧化层厚度及缺陷密度的要求，有利于存储器尺寸的缩减，因此SONOS型存储器是目前深亚微米节点闪存发展的一个重要方向。

如图1所示，目前主流的2T FLASH NVM(含双晶体管结构的快速存取非易失性存储器)的存储单元包括SONOS晶体管1以及选择晶体管2，通过选择晶体管2的开关来控制被选中的SONOS晶体管1。SONOS晶体管1与选择晶体管2之间设有公共的掺杂区3以作为SONOS晶体管1与选择晶体管2之间公共的源或漏，并作为电流通道。选择晶体管2为常见的场效应晶体管，包括栅极、源、漏，SONOS晶体管1也包括栅极、源、漏。其中，选择晶体管2的栅极包括栅氧化层4及形成于栅氧化层4上的第一多晶硅5，SONOS晶体管1的栅极包括隧穿氧化层-捕获电荷层-阻挡氧化层构成的ONO层6及形成在ONO层6上的第二多晶硅7。SONOS晶体管1的漏8作为位线(BITLINE)端，选择晶体管1的源端9作为源线(SOURCE LINE)端，在存储器的读取状态时，电流从SONOS晶体管1的漏端8(位线端-BIT LINE)流向选择晶体管1的源端9(源线-SOURCE LINE)。这种结构往往会占很大的面积，使得整个闪存存储单元的面积都很大，特别是当存储器的存储容量较大时，该缺点表现得更为突出，不符合半导体领域向小尺寸、高集成密度方向发展的趋势。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种含分离栅结构的SONOS闪存存储器，在尽量保持闪存存储器的电学特性情况下，其能减小现有闪存存储器的存储单元的面积。

为解决上述问题，本发明提供一种含分离栅结构的SONOS闪存存储器的制作方法，所述含分离栅结构的SONOS闪存存储器包括若干对称设置的存储单元，所述制作方法包括：

在设有掺杂阱的硅衬底上依次形成隧穿氧化层-捕获电荷层-阻挡氧化层的ONO结构；

在所述阻挡氧化层上依次淀积用于形成控制栅的第一多晶硅层、硬掩膜，去除部分区域的硬掩膜以形成开口，在所述开口的侧壁形成第一侧墙；

以所述第一侧墙及硬掩膜为掩膜去除所述第一多晶硅层及其下方的ONO结构直至露出硅衬底，进行第一次离子注入以在硅衬底上对应所述开口的位置形成相邻存储单元之间公共的第一源或漏区；

淀积第二氧化层并进行刻蚀以在所述第一侧墙及第一多晶硅层、ONO结构外露的一侧形成第二侧墙；

淀积第二多晶硅层，利用化学机械抛光工艺平坦化所述第二多晶硅层直至露出所述硬掩膜，以形成填充在所述开口内并与所述第一源或漏区接触的源线；

去除所述硬掩膜及其下方的第一多晶硅层、ONO结构，以形成控制栅；

在所述第一侧墙及其下方的控制栅、ONO结构外露的一侧形成第三侧墙，然后淀积第三多晶硅层，并对其刻蚀以在所述第三侧墙的一侧形成字线栅，所述字线栅紧挨所述第三侧墙；

进行第二次离子注入，在所述字线栅一侧的硅衬底上形成相邻存储单元之间公共的第二源或漏区。

可选的，在所述开口的侧壁形成第一侧墙的步骤包括：

在所述硬掩膜上、所述开口内沉积第一氧化层；

干法刻蚀所述第一氧化层，残留在所述开口侧壁上的第一氧化层形成第一侧墙。

可选的，所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。