專利名稱：可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的單元布圖結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器(NVM)的布圖結(jié)構(gòu)及其制造方法。
技術(shù)背景目前，OTP NVROM ( One Time Programmable Non-volatile Read-Only Memory, —次性可編程非揮發(fā)只讀存儲(chǔ)器)在世界上應(yīng)用廣泛。相對(duì)于其他非 揮發(fā)性只讀存儲(chǔ)器來說，OTP NVROM具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，生產(chǎn)工藝精 煉，編程結(jié)構(gòu)多樣化等優(yōu)點(diǎn)。OTP NVROM提供了介于掩模只讀存儲(chǔ)器(Mask Rom)和閃存(Flash)產(chǎn) 品特性之間的單片微型計(jì)算機(jī)(Micro Controller Unit)存儲(chǔ)單元，既可以進(jìn)行一 次性編程，在生產(chǎn)量不大的情況下，其價(jià)格又接近掩模產(chǎn)品，因此被市場(chǎng)廣泛 應(yīng)用?，F(xiàn)有的OTP NVROM制造技術(shù)通常應(yīng)用于大于0.18um技術(shù)，雖然已有多家 研究機(jī)構(gòu)報(bào)道OTP NVROM在實(shí)驗(yàn)室的很多制造方法，但均未報(bào)道在大規(guī)模生 產(chǎn)中制造高密度OTP NVROM的方法。此外，OTP NVROM—般的設(shè)計(jì)法則(design rule)中，接觸到柵極需要留 有一定的間距，如圖l所示。而采用自對(duì)準(zhǔn)接觸(SAC)工藝的正方形網(wǎng)格設(shè) 計(jì)的OTP結(jié)構(gòu)中的字線(word line )方向每隔一定距離要開一條共源線( common sourceline)以分離器件的源漏端，如圖2所示。這使得單元布圖(Celllayout) 需要占較大的空間。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于，提供一種自對(duì)準(zhǔn)浮柵和自對(duì)準(zhǔn)接觸(SAC)結(jié)構(gòu)的可編 程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)及其制造方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)，包括有源區(qū)域、淺槽隔離區(qū)域、多晶硅 字線，第一層接觸、第二層接觸，其中每?jī)蓷l位線共用所述第二接觸。其中，所述可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)?？墒褂米詫?duì)準(zhǔn)接觸結(jié)構(gòu)SAC(self align contact),同時(shí)取消共源線，并且每個(gè)源漏端互相共享使用接觸以達(dá)到最小 尺寸的結(jié)構(gòu)。因此采用了雙層接觸(contact)結(jié)構(gòu)的新設(shè)計(jì)達(dá)到了每?jī)蓷l位線(Bit line)共用4妄觸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，雖然本發(fā)明這種布圖結(jié)構(gòu)可能對(duì)編程的難度有所增加， 但接觸的設(shè)計(jì)使每個(gè)單元器件的源極和/或漏極可以獨(dú)立連接出來，同時(shí)達(dá)到共 源極和/或漏極的目的，節(jié)省了空間。這種結(jié)構(gòu)結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)則(design rule)的限 制，最大限度地應(yīng)用了二維空間的空隙，充分體現(xiàn)了高密度的特性，降低了生 產(chǎn)成本。一種可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制造方法，包括以下步驟步驟一、在半導(dǎo)體襯底上形成浮柵和淺槽隔離區(qū)；步驟二、進(jìn)行阱注入和熱退火工藝；步驟三、生長(zhǎng)控制柵極；步驟四、形成側(cè)墻，進(jìn)行源/漏極離子注入；步驟五、生長(zhǎng)介電質(zhì)將金屬連線與下層器件區(qū)分開，并進(jìn)行第一層接觸和 第二層接觸的制造。進(jìn)一步地，所述步驟一具體包括以下步驟首先，在半導(dǎo)體襯底表面生長(zhǎng)隧道氧化層，之后再生長(zhǎng)一非摻雜多晶硅層， 再進(jìn)行多晶硅離子注入，形成浮柵，在形成浮柵后，形成淺槽隔離。 進(jìn)一步地，所述步驟二具體包括以下步驟根據(jù)硅表面薄膜的組分和厚度進(jìn)行阱注入，形成基本的器件源區(qū)，通過快 速熱退火工藝將注入離子分布均勻，并形成硅間介電層。 進(jìn)一步地，所述步驟三具體包括以下步驟在硅間介電層生長(zhǎng)重?fù)诫s多晶硅作為控制柵極，然后又生長(zhǎng)一層硅化鵠,作 為接觸與多晶硅柵形成歐姆接觸的連接層，再依次生長(zhǎng)刻蝕阻擋層，用于形成自對(duì)準(zhǔn)接觸。進(jìn)一步地，所述步驟三中的所述刻蝕阻擋層為氧化硅層和氮化硅層。 進(jìn)一步地，所述步驟四中利用氮化硅或氧化硅作為柵極的側(cè)墻，然后進(jìn)行 源漏極離子注入，形成完整的MOS器件。進(jìn)一步地，所述步驟五中第一層接觸的制造采用負(fù)距離設(shè)計(jì)規(guī)則制造。 進(jìn)一步地，所述步驟五中第二層接觸的制造，根據(jù)布圖的設(shè)計(jì)，打孔與第一層接觸相連接，完成第二層接觸的制造。本發(fā)明提出可編程N(yùn)VM的制造方法，使用自對(duì)準(zhǔn)浮柵和自對(duì)準(zhǔn)接觸結(jié)構(gòu)的 技術(shù)，可利用0.13um制造技術(shù)，生產(chǎn)尺寸0.11 urn到0.14um,單元面積為 0.066um2到0.084um2的高密度的NVM，最大限度地提高了光刻機(jī)的利用效率。 同時(shí)，此生產(chǎn)的OTP NVM結(jié)構(gòu)可根據(jù)設(shè)計(jì)需要擴(kuò)展為多次可編程非揮發(fā)只讀 存儲(chǔ)器(Multi-time programmable NVM),或者可擦寫的內(nèi)存(flash)結(jié)構(gòu)，降 低了生產(chǎn)成本。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。


圖1、圖2為現(xiàn)有可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明方法實(shí)施例在形成浮柵和淺槽隔離區(qū)后的字線方向剖面結(jié)構(gòu) 示意圖；圖5、圖6、圖7為制造過程中位線有源區(qū)方向的剖面示意圖； 圖8為制造過程中位線淺槽隔離方向剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖3所示， 一種可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)，包括有源區(qū)域l、淺槽隔 離(STI)區(qū)域2、多晶硅字線3、第一層接觸4、第二層接觸5，其中每?jī)蓷l位 線(Bitline)共用所述第二接觸5。其中，所述可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。一種可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制造方法，本實(shí)施例中采用0.13um工藝流程， 其中NVM既可單獨(dú)制造，又可以與其他邏輯電路集成在一起。具體包括以下步 驟步驟一、浮柵和淺槽隔離區(qū)的形成；首先，在半導(dǎo)體襯底lO表面生長(zhǎng)隧道氧化層ll,之后再生長(zhǎng)一非摻雜多晶 硅層12,再進(jìn)行多晶硅離子注入，從而形成浮柵。在形成浮柵后，通過光刻及 化學(xué)機(jī)械研磨等工藝，形成0.13um標(biāo)準(zhǔn)尺寸的淺槽隔離14 (STI)。該步驟中， 利用形成STI的技術(shù)將浮柵進(jìn)行了第一次修整，是獨(dú)特的浮柵形成技術(shù)。如圖4 所示。其中所述襯底IO在本實(shí)施例中選取通用的P型摻雜的定向單晶硅片為襯底，以獲得很好的重復(fù)性和可移植性。步驟二、進(jìn)行阱注入和熱退火工藝；根據(jù)硅表面薄膜的組分和厚度進(jìn)行阱注入，形成基本的器件源區(qū)。并通過 快速熱退火工藝將注入離子分布均勻，同時(shí)加固浮柵的形狀，并形成硅間介電 層15。步驟三、生長(zhǎng)控制柵極；生長(zhǎng)重?fù)诫s多晶硅16作為控制柵極，然后又生長(zhǎng)一層硅化鎢17 (WSix)， 作為接觸與多晶硅柵形成歐姆接觸的連接層，再依次生長(zhǎng)一層比較厚的刻蝕阻 擋層，用于形成自對(duì)準(zhǔn)接觸(SAC)。如圖5所示，本實(shí)施例中該刻蝕阻擋層為 一氧化硅層18和一氮化硅層19(SiN)。根據(jù)器件尺寸和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行膝光和刻 蝕，此步驟可同時(shí)幫助去除有源區(qū)中不需要的浮柵多晶硅。至此，浮柵和控制 柵同時(shí)形成。在浮柵的制造過程中沒有應(yīng)用單獨(dú)的掩膜(mask),而是巧妙的利 用淺槽隔離14和堆疊柵極的光刻過程進(jìn)行圖案修整，達(dá)到自對(duì)準(zhǔn)的效果，節(jié)省 了制造工藝，減小的由于光刻帶來的尺寸誤差。步驟四、形成側(cè)墻，并進(jìn)行源/漏極離子注入；該步驟可以采用現(xiàn)有的工藝技術(shù)，利用氮化硅或氧化硅作為柵極的側(cè)墻， 然后進(jìn)4亍源漏才及離子注入，形成完整的MOS器件。如圖6所示。 步驟五、自對(duì)準(zhǔn)接觸(Self-aligned Contact , SAC);此時(shí)進(jìn)行到后段工藝。為隔離前段工藝中形成的MOS器件，要生長(zhǎng)介電質(zhì) 將金屬連線與下層器件區(qū)分開，通常使用硼磷硅玻璃(BPSG)、離子增強(qiáng)四乙 基原硅酸鹽(PE-TEOS )，高密度離子注入硅氧化物等。本實(shí)施例中使用硼磷硅 玻璃20(BPSG)、離子增強(qiáng)四乙基原硅酸鹽21，如圖7、圖8所示。該步驟具 體包括以下兩次接觸制造第一層接觸的制造。根據(jù)本發(fā)明布圖設(shè)計(jì)，本實(shí)施例中采用負(fù)距離設(shè)計(jì)規(guī) 則，即接觸與控制柵極的設(shè)計(jì)距離為0,由于曝光的固有誤差，接觸必然會(huì)與控 制柵極相重合。但是由于控制柵極上有一層非常厚的刻蝕阻擋層19 (SiN)，因 此，本實(shí)施例中的接觸刻蝕步驟中只刻蝕氧化層(Ox),這樣氮化硅與氧化硅的 刻蝕選擇比很高，刻蝕時(shí)，不會(huì)刻蝕到控制柵極，SiN可以完全保護(hù)到控制柵極 上的WSix被遮蓋，不會(huì)造成柵極和源極'、漏極的穿通。這樣做出的接觸在珪 (silicon)表面的尺寸約為0.06-0.08um，遠(yuǎn)小于一般0.13um工藝的接觸(contact) 尺寸(0.13um)，如圖7所示。第二層接觸的制造。根據(jù)布圖的設(shè)計(jì)，在單元區(qū)域(cell region)進(jìn)行兩次 接觸制造，目的是將單元區(qū)的SAC與金屬連線連接起來，同時(shí)又不違反單元區(qū) 的布局規(guī)則。在第一層接觸制造好后，進(jìn)行WSix的填充，然后沉積介電氧化層， 化學(xué)機(jī)械研磨。第二層接觸的曝光和刻蝕由于只需要打孔與第一層接觸相連接， 因此不需要特殊處理，曝光的尺寸可完全按照0.13um的設(shè)計(jì)規(guī)則來進(jìn)行。而本實(shí)施例中給出的制造方法是應(yīng)用0.13um技術(shù)，制造出單元面積可以比 擬90nm技術(shù)的高密度NVM的制造方法。比一般制造技術(shù)更為有用的是，本發(fā) 明中采用堆疊的柵極結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需求的不同和電路設(shè)計(jì)得改進(jìn)修改生產(chǎn)工 藝，制造可以多次擦寫的可編程(Multi-time Programmable, MTP)產(chǎn)品，具有廣 泛的用途。
權(quán)利要求
1、一種可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)，包括有源區(qū)域、淺槽隔離區(qū)域、多晶硅字線，其特征在于還包括第一層接觸、第二層接觸，其中每?jī)蓷l位線共用所述第二接觸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)，其特征在于所 述可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
3、 一種可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一、在半導(dǎo)體襯底上形成浮柵和淺槽隔離區(qū)；步驟二、進(jìn)行阱注入和熱退火工藝；步驟三、生長(zhǎng)控制柵極；步驟四、形成側(cè)墻，進(jìn)行源/漏極離子注入；步驟五、生長(zhǎng)介電質(zhì)將金屬連線與下層器件區(qū)分開，并進(jìn)行第一層接觸和 第二層接觸的制造。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于 所述步驟一具體包括以下步驟首先，在半導(dǎo)體襯底表面生長(zhǎng)隧道氧化層，之后再生長(zhǎng)一非摻雜多晶硅層， 再進(jìn)行多晶硅離子注入，形成浮4冊(cè)，在形成浮柵后，形成淺槽隔離。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于 所述步驟二具體包括以下步驟根據(jù)硅表面薄膜的組分和厚度進(jìn)行阱注入，形成基本的器件源區(qū)，通過快 速熱退火工藝將注入離子分布均勻，并形成硅間介電層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)諸的制造方法，其特征在于 所述步驟三具體包括以下步驟在硅間介電層生長(zhǎng)重?fù)诫s多晶硅作為控制柵極，然后又生長(zhǎng)一層硅化鎢，作 為接觸與多晶硅柵形成歐姆接觸的連接層，再依次生長(zhǎng)刻蝕阻擋層，用于形成自對(duì)準(zhǔn)接觸。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于 所述步驟三中的所述刻蝕阻擋層為氧化硅層和氮化硅層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于 所述步驟四中利用氮化硅或氧化硅作為柵極的側(cè)墻，然后進(jìn)行源漏極離子注入，形成完整的MOS器件。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于 所述步驟五中第 一層接觸的制造采用負(fù)距離設(shè)計(jì)規(guī)則制造。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制造方法，其特征在于 所述步驟五中第二層接觸的制造，根據(jù)布圖的設(shè)計(jì)，打孔與第一層接觸相連接, 完成第二層接觸的制造。
全文摘要
一種可編程非揮發(fā)存儲(chǔ)器的單元布圖結(jié)構(gòu)及其制造方法，所述單元布圖結(jié)構(gòu)包括有源區(qū)域、淺槽隔離區(qū)域、多晶硅字線，第一層接觸、第二層接觸，其中每?jī)蓷l位線共用所述第二接觸。其中，所述可編程N(yùn)VM的單元布圖結(jié)構(gòu)為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)?？墒褂米詫?duì)準(zhǔn)接觸結(jié)構(gòu)，同時(shí)取消共源線，并且每個(gè)源漏端互相共享使用接觸以達(dá)到最小尺寸的結(jié)構(gòu)。因此采用了雙層接觸結(jié)構(gòu)的新設(shè)計(jì)達(dá)到了每?jī)蓷l位線共用接觸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，雖然本發(fā)明這種布圖結(jié)構(gòu)可能對(duì)編程的難度有所增加，但接觸的設(shè)計(jì)使每個(gè)單元器件的源極和/或漏極可以獨(dú)立連接出來，同時(shí)達(dá)到共源極和/或漏極的目的，最大限度地應(yīng)用了二維空間的空隙，充分體現(xiàn)了高密度的特性，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)H01L27/115GK101217146SQ200710173578
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者軍 謝, 馬惠平 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司