互補(bǔ)的sonos集成到cmos中的流程的制作方法
【專利說明】互補(bǔ)的SONOS集成到CMOS中的流程
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請根據(jù)35U.S.C.119(E)要求于2014年2月6日提交的申請序列號為61/936，506的美國臨時(shí)專利申請和于2013年12月12日提交的申請序列號為61 /915，390的美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)利益，以上兩個(gè)美國臨時(shí)專利申請通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開總體上涉及半導(dǎo)體器件，并且更特別涉及包括嵌入式或一體成型硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(SONOS)器件和金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)器件的存儲(chǔ)單元以及用于制作存儲(chǔ)單元的方法。
[0004]背景
[0005]對于很多的應(yīng)用，例如片上系統(tǒng)(SOC)架構(gòu)，期望的是，基于MOS晶體管或器件和硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(SONOS)晶體管或器件將邏輯器件和接口電路集成在單個(gè)芯片或基底上以創(chuàng)建非易失性存儲(chǔ)器(NVM)。通常使用標(biāo)準(zhǔn)或者基線互補(bǔ)的金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝流程來制作MOS器件。SONOS器件包括電荷捕獲柵極疊層，其中，被存儲(chǔ)的或者被捕獲的電荷改變非易失性存儲(chǔ)器件的閾值電壓以存儲(chǔ)例如邏輯I或O的信息。當(dāng)試圖在單個(gè)芯片或集成芯片(IC)上形成具有CMOS器件的互補(bǔ)的N型和P型SONOS器件時(shí)，在SOC架構(gòu)中的這些不同的器件的集成具有挑戰(zhàn)性并且變得更成問題。
[0006]概述
[0007]描述了將互補(bǔ)的SONOS器件集成到CMOS中的工藝流程的方法。方法開始于在包含P-SONOS區(qū)和N-SONOS區(qū)的基底上沉積硬掩膜(HM)。在若干實(shí)施例中，基底還包括MOS區(qū)，其中大量MOS器件將被形成并且HM被同時(shí)沉積在MOS區(qū)上。第一隧道掩膜(TlMM)被形成在HM上，使HM的第一部分暴露在N-SONOS區(qū)中；HM的第一部分被蝕刻，N型SONOS器件的溝道通過覆蓋N-SONOS區(qū)的第一墊氧化層被注入并且第一 TUNM被去除;第二 TUNM被形成，使HM的第二部分暴露在P-SONOS區(qū)中；HM的第二部分被蝕刻，P型SONOS器件的溝道通過覆蓋P-SONOS區(qū)的第二墊氧化層被注入并且第二TUNM被去除；第一墊氧化層和第二墊氧化層被同時(shí)蝕刻，并且HM被去除。
[0008]附圖簡述
[0009]根據(jù)下文的詳細(xì)描述和根據(jù)下文提供的附圖中以及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的實(shí)施例將得到更充分地理解，在附圖中:
[0010]圖1是示出了用于制作包括互補(bǔ)的硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(SONOS)器件和金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)器件的存儲(chǔ)單元的方法的實(shí)施例的流程圖；
[0011]圖2A-2S是示出了在根據(jù)圖1的方法制作存儲(chǔ)單元期間存儲(chǔ)單元的部分的剖視圖的框圖；以及
[0012]圖3是示出了用于制作包括互補(bǔ)的SONOS器件和金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)器件的存儲(chǔ)單元的方法的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖；以及
[0013]圖4A-4J是示出了在根據(jù)圖3的方法制作存儲(chǔ)單元期間存儲(chǔ)單元的部分的剖視圖的框圖；以及
[0014]圖5是示出了在根據(jù)圖1的方法或者圖3的方法的可選實(shí)施例制作存儲(chǔ)單元期間存儲(chǔ)單元的部分的剖視圖的框圖。
[0015]詳細(xì)描述
[0016]本文參考附圖描述了將互補(bǔ)的硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(CSONOS)集成到互補(bǔ)的金屬-氧化物-半導(dǎo)體(CMOS)制作工藝或工藝流程以制造非易失性存儲(chǔ)器(NVM)單元的方法的實(shí)施例。然而，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)的情況下或結(jié)合其它已知的方法、材料以及裝置來實(shí)施特定的實(shí)施例。在下文的描述中，許多的具體細(xì)節(jié)(例如特定的材料、尺寸和工藝參數(shù)等)被闡述以提供對本發(fā)明的完全理解。在其他的實(shí)例中，公知的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造技術(shù)沒有被特別詳細(xì)地描述以避免不必要地模糊本發(fā)明。貫穿本說明書對“實(shí)施例(an embodiment)”的引用意味著結(jié)合該實(shí)施例描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在貫穿本說明書的不同位置中出現(xiàn)的短語“在實(shí)施例中(in an embodiment)”不一定指的是本發(fā)明的同一實(shí)施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性可以被以任意適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。
[0017]如本文使用的術(shù)語“在...上方(over)”、“在...下方(under)”、“在...之間(between)”和“在...上(on)”指的是指一層相對于其它層的相對位置。同樣地，例如，被沉積或被放置于另一層的上方或下方的一層可以直接與另一層層接觸或者可以具有一個(gè)或多個(gè)中間層。此外，被沉積或被放置于層之間的一層可以直接與這些層接觸或者可以具有一個(gè)或多個(gè)中間層。相比之下，在第二層“上”的第一層與該第二層接觸。此外，提供了一層相對于其它層的相對位置(假設(shè)相對于起始基底進(jìn)行沉積、修改和去除薄膜操作而不考慮基底的絕對定向)。
[0018]簡言之，在一個(gè)實(shí)施例中，方法開始于在基底的表面上沉積硬掩膜(HM)，基底包括第一 S0N0S區(qū)和第二 S0N0S區(qū)，在基底中一對互補(bǔ)的S0N0S器件將被形成。第一隧道掩膜(TUNM)被形成在HM上，使HM的第一部分暴露于第二 S0N0S區(qū)中，HM的第一部分被蝕刻，以及關(guān)于第一 S0N0S器件的溝道被通過覆蓋第二 S0N0S區(qū)的第一墊氧化層注入，在其之后第一TUNM被去除。接著，第二 TUNM被形成在HM上，使HM的第二部分暴露于第一 S0N0S區(qū)中，HM的第二部分被蝕刻，以及關(guān)于第二 S0N0S器件的溝道被通過覆蓋第一 S0N0S區(qū)的第二墊氧化層注入，在其之后第二 TUNM被去除。最后，在第一 S0N0S區(qū)和第二 S0N0S區(qū)中的第一墊氧化層和第二墊氧化層被同時(shí)蝕刻，并且HM被去除。第一 S0N0S區(qū)和第二 S0N0S區(qū)具有相反類型的摻雜劑或者將被用相反類型的摻雜劑被摻雜。因此，盡管在下文示例性的實(shí)施例中第一 S0N0S區(qū)被描述為P-S0N0S區(qū)以及第二 S0N0S區(qū)被描述為N-S0N0S區(qū)，但將理解的是，在其他的實(shí)施例中，第一S0N0S區(qū)可以是N-S0N0S區(qū)以及第二S0N0S區(qū)可以是P-S0N0S區(qū)而不偏離本發(fā)明的范圍。
[0019]CS0N0S器件可包括采用硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(S0N0S)或者金屬-氧化物-氮化物-氧化物-硅(S0N0S)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的器件或晶體管。
[0020]現(xiàn)在將參考圖1和圖2A到2S來詳細(xì)地描述用于將CS0N0S集成或嵌入到CMOS工藝流程的方法的實(shí)施例。圖1是示出了方法或工藝流程的實(shí)施例的流程圖，在該方法或工藝流程中，在針對注入的CS0N0S和S0N0S阱和/或溝道形成隧道掩膜(TUNM)之前，硬掩膜被沉積在基底的表面上。圖2A-2S是示出了在根據(jù)圖1的方法制作存儲(chǔ)單元200期間該存儲(chǔ)單元200的部分的剖視圖的框圖，該存儲(chǔ)單元200包括一對互補(bǔ)的SONOS器件和一對或若干MOS器件，MOS器件中的兩個(gè)MOS器件被示出。在一個(gè)實(shí)施例中，該對MOS器件是一對互補(bǔ)的MOS(CMOS)器件。
[0021]參考圖1和圖2A，該過程開始于在晶片或基底204中形成若干隔離結(jié)構(gòu)202(步驟102)。隔離結(jié)構(gòu)202將被形成的存儲(chǔ)單元與在基底204的鄰接區(qū)(沒有被示出)中被形成的存儲(chǔ)單元相隔離和/或?qū)⒃诨椎腟ONOS區(qū)208中形成的該對互補(bǔ)的SONOS器件206a-206b彼此以及與在一個(gè)或多個(gè)鄰接的MOS區(qū)212(僅其中的一個(gè)被示出)中形成的若干MOS器件210a-210b相隔離。
[0022]應(yīng)注意的是，在示出的實(shí)施例中，該對互補(bǔ)的SONOS器件對包括在P-SONOS區(qū)208a中形成的P型SONOS器件(P-S0N0S 206a)以及在N-SONOS區(qū)208b中形成的N型SONOS器件(N-SONOS 206b)。提及的P型SONOS器件，其是指具有摻雜有P型受體摻雜劑(例如硼)的溝道區(qū)的器件。類似地，提及的N型SONOS器件，其是指具有摻雜N型供體摻雜劑(例如磷或砷)的溝道區(qū)的器件。
[0023]應(yīng)注意的是，此若干MOS器件210a_210b可以包括在非易失性存儲(chǔ)器(NVM)的核心中的低壓場效應(yīng)晶體管(LV-FET)和在NVM的輸入/輸出(I/O)電路中的高壓場效應(yīng)晶體管(HV-FET)兩者。出于說明和簡化附圖的目的，M0S器件210a-210b被示出為包含在NVM的核心中的LV-FET 21Oa和在NVM的I/O電路中的HV-FET 210b。盡管在本附圖中沒有被示出，但將理解的是，MOS器件210a-210b可以是并且通常是在NVM的核心和/或I/O電路中的互補(bǔ)的一對CMOS的一半，所有的CMOS器件被連同該對CSONOS器件整體以及同時(shí)形成。
[0024]隔離結(jié)構(gòu)202包括介電材料(例如氧化物或氮化物)，并且可以由任何常規(guī)技術(shù)(包括但不限于淺槽隔離(STI)或硅的局部氧化(LOCOS))來形成?；?04可以是由任何單晶體或者適合用于半導(dǎo)體器件制作的多晶體材料組成的矽晶圓(bulk wafer)，或者可以包括在基底上形成的合適的材料的頂部外延層。合適的材料包括但不限于硅、鍺、硅-鍺或者II1-V族化合物半導(dǎo)體材料。
[0025]墊氧化層214在NVM區(qū)208和MOS區(qū)212兩者中的基底204的表面216上形成。墊氧化層214可以是有從大約10納米(nm)到大約20nm厚度的二氧化娃(Si02)以及可以被通過熱氧化工藝或原位水蒸汽生成(ISSG)生長。
[0026]再次參考圖1和圖2A，摻雜劑然后通過墊氧化層214被注入到基底204中以為將被在MOS區(qū)212中形成的MOS器件210a-210b中的一個(gè)或多個(gè)形成溝道218以及阱220(步驟104)?？傊@涉及若干獨(dú)立的沉積、光刻、注入和剝離工藝以為在不同區(qū)(即NVM的核心或I/O電路)中形成的不同類型的器件注入阱和溝道。例如，為了執(zhí)行在核心(核心M0S210a)中的N型MOS器件的阱和溝道注入，光刻膠層被采用標(biāo)