互補的sonos集成到cmos中的流程的制作方法
【專利說明】互補的SONOS集成到CMOS中的流程
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請根據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的美國臨時專利申請的優先權利益，以上兩個美國臨時專利申請通過引用并入本文。
技術領域
[0003]本公開總體上涉及半導體器件，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-半導體(SONOS)器件和金屬-氧化物-半導體(MOS)器件的存儲單元以及用于制作存儲單元的方法。
[0004]背景
[0005]對于很多的應用，例如片上系統(SOC)架構，期望的是，基于MOS晶體管或器件和硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導體(SONOS)晶體管或器件將邏輯器件和接口電路集成在單個芯片或基底上以創建非易失性存儲器(NVM)。通常使用標準或者基線互補的金屬氧化物半導體(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，被存儲的或者被捕獲的電荷改變非易失性存儲器件的閾值電壓以存儲例如邏輯I或O的信息。當試圖在單個芯片或集成芯片(IC)上形成具有CMOS器件的互補的N型和P型SONOS器件時，在SOC架構中的這些不同的器件的集成具有挑戰性并且變得更成問題。
[0006]概述
[0007]描述了將互補的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區和N-SONOS區的基底上沉積硬掩膜(HM)。在若干實施例中，基底還包括MOS區，其中大量MOS器件將被形成并且HM被同時沉積在MOS區上。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蝕刻，并且HM被去除。
[0008]附圖簡述
[0009]根據下文的詳細描述和根據下文提供的附圖中以及所附權利要求，本發明的實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的硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導體(SONOS)器件和金屬-氧化物-半導體(MOS)器件的存儲單元的方法的實施例的流程圖；
[0011]圖2A-2S是示出了在根據圖1的方法制作存儲單元期間存儲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的SONOS器件和金屬-氧化物-半導體(MOS)器件的存儲單元的方法的另一個實施例的流程圖；以及
[0013]圖4A-4J是示出了在根據圖3的方法制作存儲單元期間存儲單元的部分的剖視圖的框圖；以及
[0014]圖5是示出了在根據圖1的方法或者圖3的方法的可選實施例制作存儲單元期間存儲單元的部分的剖視圖的框圖。
[0015]詳細描述
[0016]本文參考附圖描述了將互補的硅-氧化物-氮化物-氧化物-半導體(CSONOS)集成到互補的金屬-氧化物-半導體(CMOS)制作工藝或工藝流程以制造非易失性存儲器(NVM)單元的方法的實施例。然而，可以在沒有這些具體細節中的一個或多個的情況下或結合其它已知的方法、材料以及裝置來實施特定的實施例。在下文的描述中，許多的具體細節(例如特定的材料、尺寸和工藝參數等)被闡述以提供對本發明的完全理解。在其他的實例中，公知的半導體設計和制造技術沒有被特別詳細地描述以避免不必要地模糊本發明。貫穿本說明書對“實施例(an embodiment)”的引用意味著結合該實施例描述的特定的特征、結構、材料或特性被包括在本發明的至少一個實施例中。因此，在貫穿本說明書的不同位置中出現的短語“在實施例中(in an embodiment)”不一定指的是本發明的同一實施例。此外，特定的特征、結構、材料或特性可以被以任意適當的方式組合在一個或多個實施例中。
[0017]如本文使用的術語“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或多個中間層。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或多個中間層。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(假設相對于起始基底進行沉積、修改和去除薄膜操作而不考慮基底的絕對定向)。
[0018]簡言之，在一個實施例中，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區和第二 S0N0S區，在基底中一對互補的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區中，HM的第一部分被蝕刻，以及關于第一 S0N0S器件的溝道被通過覆蓋第二 S0N0S區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區中，HM的第二部分被蝕刻，以及關于第二 S0N0S器件的溝道被通過覆蓋第一 S0N0S區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區和第二 S0N0S區中的第一墊氧化層和第二墊氧化層被同時蝕刻，并且HM被去除。第一 S0N0S區和第二 S0N0S區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施例中第一 S0N0S區被描述為P-S0N0S區以及第二 S0N0S區被描述為N-S0N0S區，但將理解的是，在其他的實施例中，第一S0N0S區可以是N-S0N0S區以及第二S0N0S區可以是P-S0N0S區而不偏離本發明的范圍。
[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)技術實現的器件或晶體管。
[0020]現在將參考圖1和圖2A到2S來詳細地描述用于將CS0N0S集成或嵌入到CMOS工藝流程的方法的實施例。圖1是示出了方法或工藝流程的實施例的流程圖，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是示出了在根據圖1的方法制作存儲單元200期間該存儲單元200的部分的剖視圖的框圖，該存儲單元200包括一對互補的SONOS器件和一對或若干MOS器件，MOS器件中的兩個MOS器件被示出。在一個實施例中，該對MOS器件是一對互補的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中形成若干隔離結構202(步驟102)。隔離結構202將被形成的存儲單元與在基底204的鄰接區(沒有被示出)中被形成的存儲單元相隔離和/或將在基底的SONOS區208中形成的該對互補的SONOS器件206a-206b彼此以及與在一個或多個鄰接的MOS區212(僅其中的一個被示出)中形成的若干MOS器件210a-210b相隔離。
[0022]應注意的是，在示出的實施例中，該對互補的SONOS器件對包括在P-SONOS區208a中形成的P型SONOS器件(P-S0N0S 206a)以及在N-SONOS區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)的溝道區的器件。
[0023]應注意的是，此若干MOS器件210a_210b可以包括在非易失性存儲器(NVM)的核心中的低壓場效應晶體管(LV-FET)和在NVM的輸入/輸出(I/O)電路中的高壓場效應晶體管(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器件整體以及同時形成。
[0024]隔離結構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技術(包括但不限于淺槽隔離(STI)或硅的局部氧化(LOCOS))來形成。基底204可以是由任何單晶體或者適合用于半導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族化合物半導體材料。
[0025]墊氧化層214在NVM區208和MOS區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212中形成的MOS器件210a-210b中的一個或多個形成溝道218以及阱220(步驟104)。總之，這涉及若干獨立的沉積、光刻、注入和剝離工藝以為在不同區(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