本发明涉及硅微电子,具体为一种基于issg工艺的eeprom存储器及制备方法。
背景技术:
1、电可擦除可编程只读存储器(electrically-erasable programmable read onlymemory,eeprom)是一种非易失性存储器,广泛应用于对数据存储安全和可靠性要求高的场合。eeprom工艺在基线cmos工艺如0.13μm cmos工艺的基础上附加工艺模块形成。特征尺寸在0.25μm以下的小尺寸cmos基线工艺通常为双栅工艺,形成两种工作电压的器件,即内核器件(core device)和输入/输出器件(i/o device);特征尺寸在0.25μm以上的大尺寸cmos基线工艺为单栅工艺,形成一种工作电压的器件,即电路中不区分内核器件和输入/输出器件,可以理解为只有输入/输出器件。另外,eeprom的读写通过高压模块进行,即采用栅氧更厚、电压更高的特殊高压器件(hv device)。
2、随着cmos器件特征尺寸的缩小和栅介质层厚度的减薄,栅介质损伤成为cmos集成电路在实际应用中的主要失效模式之一。而原位水汽生成(in-situ steam generation,issg)是一种新型低压快速氧化技术,由于原子氧的强氧化作用,最终得到的sio2层体内缺陷和界面态密度都比较少,薄膜质量也比较高。另外,issg可以将sinx层再氧化为sio2层,从而实现上层sio2/下层sinx的复合结构。
3、eeprom中浮栅通过ono层(sio2顶层/sinx中层/sio2底层)与存储管控制栅极实现隔离。在eeprom整个工艺流程中,ono层中的sio2顶层容易受到后续栅介质氧化前hf清洗工艺的影响,厚度产生波动,严重时可出现针孔并形成漏电通道。
技术实现思路
1、针对现有技术中栅介质可靠性和存储管浮栅极与控制栅极之间ono层隔离失效的问题,本发明提供一种基于issg工艺的eeprom存储器及制备方法。
2、本发明是通过以下技术方案来实现:
3、一种基于issg工艺的eeprom存储器,该存储器以issg sio2层作为内核器件和输入/输出器件的栅介质层,且存储管浮栅极与控制栅极之间的ono介质层的顶层由issg对sinx的再氧化实现,ono介质层包括hto底层(high temperature oxide,高温热氧化物)、sinx中层和issg sio2顶层。
4、一种基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,包括如下步骤:
5、步骤1,预处理硅衬底,并在硅衬底的上表面填充五个浅槽隔离(shallow trenchisolation,sti)氧化物,然后在相邻的sti氧化物之间分别注入存储管源漏、低压阱、中压阱、高压阱和存储管阱;
6、步骤2,在硅衬底上表面生长作为存储管栅介质层的sio2层;在存储管的漏区上方光刻开出隧穿窗口,之后湿法刻蚀掉隧穿窗口内的sio2层;在刻蚀后隧穿窗口处氧化生长作为隧穿氧化层的sio2层;
7、步骤3,在隧穿氧化层上淀积多晶硅层,光刻覆盖存储管浮栅区,刻蚀多晶硅层,形成eeprom单元中的浮栅;
8、步骤4,在衬底上淀积no层,no层包括hto底层和sinx中层,光刻覆盖存储管区,之后刻蚀掉内核mos的no层和存储管栅介质层、输入/输出mos的no层和存储管栅介质层、高压mos的no层和存储管栅介质层,保留存储管区的no层和存储管栅介质层;
9、步骤5,氧化生长高压mos的高压栅介质层,光刻覆盖高压mos和存储管区,之后刻蚀掉内核mos的高压栅介质层和输入/输出mos的高压栅介质层;
10、步骤6,采用issg工艺生长输入/输出mos的厚栅介质层,issg工艺同时将存储管区no层的sinx中层部分再氧化为sio2顶层,光刻覆盖输入/输出mos、高压mos和存储管区,之后刻蚀掉内核mos的厚栅介质层;
11、步骤7,采用issg工艺生长内核mos的薄栅介质层,issg工艺同时将存储管区no层的sinx中层继续再氧化为sio2顶层,最终存储管区no层转化为ono层;
12、步骤8,淀积多晶硅层,光刻覆盖多晶硅层进行刻蚀,完成eeprom的栅极制备;
13、步骤9,按照公知工艺,完成轻掺杂源漏注入、侧墙淀积和刻蚀、源漏注入,形成完整的器件结构。
14、优选的,当eeprom存储器工艺的特征尺寸在0.25μm以上时,其制备方法不含有步骤6中光刻和刻蚀厚栅介质层的部分以及步骤7的全部,并且步骤1中sti氧化物为场氧化物、不含有低压阱。
15、优选的,步骤2中,作为存储管栅介质层的sio2层采用通o2的干氧氧化或按照反应气体h2:o2体积比例为1:(1~1.8)的湿氧氧化进行生长,反应温度为750℃~900℃、时间为10min~120min,厚度为
16、刻蚀时,采用湿法刻蚀,刻蚀液采用nh4f:hf体积比例为100:1的缓冲氧化物刻蚀液;
17、作为隧穿氧化层的sio2层采用通o2的干氧氧化或按照反应气体h2:o2体积比例为1:(1~1.8)的湿氧氧化进行生长,反应温度为750℃~900℃、时间为5min~30min,厚度为
18、优选的,步骤3中,作为浮栅的多晶硅层采用先lpcvd方法淀积、再光刻后刻蚀进行制备;
19、淀积时,反应气体为sih4,温度为575℃~650℃、压力为0.1torr~5.0torr,厚度为
20、刻蚀时,采用干法刻蚀,主气体为hbr、cl2和heo2,多晶硅对sio2的刻蚀选择比大于200:1,刻蚀终点停留在sio2上。
21、优选的,步骤4中,hto底层和sinx中层均采用lpcvd方法进行淀积;
22、hto底层淀积时,反应气体为体积比例为1:(5~10)的sih2cl2和n2o,反应温度为800℃~900℃、压力为0.1torr~5.0torr、时间为5min~30min,厚度为
23、sinx层淀积时,反应气体为体积比例为1:(5~10)的sih2cl2和nh3,反应温度为700℃~800℃、压力为0.1torr~5.0torr、时间为10min~60min,厚度为
24、刻蚀时,采用干法刻蚀,主刻蚀气体为cf4和chf3,sinx对sio2的刻蚀选择比为10:1,刻蚀终点停留在sio2上。
25、优选的,步骤5中,高压mos的高压栅介质层采用通o2的干法氧化或按照反应气体h2:o2体积比例为1:(1~1.8)的湿法氧化两种方式生长sio2,反应温度为750℃~950℃、时间为10min~180min,厚度为
26、刻蚀时,采用湿法刻蚀,刻蚀液采用nh4f:hf的体积比例为100:1的缓冲氧化物刻蚀液。
27、优选的,步骤6中,厚栅介质层按照反应气体h2:o2体积比例为1:(3~30)的issg氧化方式生长sio2,反应温度为900℃~1200℃、时间为10s~240s,厚度为
28、在issg工艺生长sio2的同时,存储管区no层中的sinx中层再氧化为的sio2顶层;
29、刻蚀时,采用湿法刻蚀,刻蚀液采用nh4f:hf的体积比例为100:1的缓冲氧化物刻蚀液。
30、优选的,步骤7中,薄栅介质层按照反应气体h2:o2体积比例为1:(3~30)的issg氧化方式生长sio2,反应温度为900℃~1200℃、时间为5s~120s,厚度为
31、在issg工艺生长sio2的同时,存储管区no层的sinx中层再氧化为的sio2顶层。
32、优选的,步骤8中,多晶硅层的淀积采用lpcvd进行淀积,反应气体为sih4,温度为575℃~650℃、压力为0.1torr~5.0torr,厚度为
33、多晶栅的刻蚀采用干法刻蚀,主刻蚀气体为hbr、cl2和heo2,多晶硅对sio2的刻蚀选择比大于200:1,刻蚀终点停留在sio2上。
34、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
35、本发明一种高可靠eeprom存储器以issg生长的sio2替代干法或湿法氧化生长的sio2作为厚栅介质层和薄栅介质层,具有更好的栅介质可靠性。同时,通过issg对sinx的再氧化将存储管浮栅的no层转化为ono层,减少了ono层中sio2顶层的淀积,简化了工艺。而且,由于no层中的sinx层对hf清洗工艺不敏感,sinx再氧化实现的sio2具有更稳定的厚度和更好的隔离特性。
1.一种基于issg工艺的eeprom存储器,其特征在于,该存储器以issg sio2层作为内核器件和输入/输出器件的栅介质层,且存储管浮栅极与控制栅极之间的ono介质层的顶层由issg对sinx的再氧化实现,ono介质层包括hto底层、sinx中层和issg sio2顶层。
2.一种基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
3.根据权利要求2所述的基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,其特征在于,当eeprom存储器工艺的特征尺寸在0.25μm以上时,其制备方法不含有步骤6中光刻和刻蚀厚栅介质层的部分以及步骤7的全部,并且步骤1中sti氧化物为场氧化物、不含有低压阱。
4.根据权利要求2所述的基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,其特征在于,步骤2中,作为存储管栅介质层的sio2层采用通o2的干氧氧化或按照反应气体h2:o2体积比例为1:(1~1.8)的湿氧氧化进行生长,反应温度为750℃~900℃、时间为10min~120min,厚度为
5.根据权利要求2所述的基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,其特征在于,步骤3中,作为浮栅的多晶硅层采用先lpcvd方法淀积、再光刻后刻蚀进行制备;
6.根据权利要求2所述的基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,其特征在于,步骤4中,hto底层和sinx中层均采用lpcvd方法进行淀积;
7.根据权利要求2所述的基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,其特征在于,步骤5中,高压mos的高压栅介质层采用通o2的干法氧化或按照反应气体h2:o2体积比例为1:(1~1.8)的湿法氧化两种方式生长sio2,反应温度为750℃~950℃、时间为10min~180min,厚度为
8.根据权利要求2所述的基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,其特征在于,步骤6中,厚栅介质层按照反应气体h2:o2体积比例为1:(3~30)的issg氧化方式生长sio2,反应温度为900℃~1200℃、时间为10s~240s,厚度为
9.根据权利要求2所述的基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,其特征在于,步骤7中,薄栅介质层按照反应气体h2:o2体积比例为1:(3~30)的issg氧化方式生长sio2,反应温度为900℃~1200℃、时间为5s~120s,厚度为
10.根据权利要求2所述的基于issg工艺的eeprom存储器制备方法,其特征在于,步骤8中,多晶硅层的淀积采用lpcvd进行淀积,反应气体为sih4,温度为575℃~650℃、压力为0.1torr~5.0torr,厚度为
