專利名稱：Sonos ono堆棧等比縮小的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及電子制造工業(yè)，尤其是非易失性俘獲電荷存儲器件的制造。
背景技術(shù)：
圖1是一個半導(dǎo)體器件100的中間結(jié)構(gòu)的部分剖面圖，該器件含有一個半導(dǎo)體-氧化物-氮化物-氧化物-半導(dǎo)體(SONOS)柵堆棧102，該柵堆棧102包括一個根據(jù)傳 統(tǒng)方法形成在半導(dǎo)體襯底108表面106上的傳統(tǒng)氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆棧 104。器件100典型地進(jìn)一步包括一個或多個擴散區(qū)域110，如源極和漏極區(qū)域，對準(zhǔn) 柵堆棧，被溝道區(qū)域112隔離。SONOS柵堆棧102包括一個多晶硅(poly)柵層114， 其形成在ONO堆棧104上方并與之相連。ONO堆棧104將多晶硅柵114和襯底108 分離或電子隔離。ONO堆棧104通常包括一個氧化硅隧穿層116，作為器件100的電 荷儲備或存儲層的氮化硅電荷俘獲層118，和在電荷俘獲層118上的一個氧化硅阻擋 層120。
這樣的SONOS型晶體管對非易失性存儲器(NVM)來說非常有用。電荷俘獲層儲 備電荷來提供非易失性。為對N溝道SONOS型器件進(jìn)行編程(即寫操作)，當(dāng)源極， 硅體和漏極都接地時，正電壓加載在控制柵(VcG)。圖2圖示了一個有溝道212，氧化 物隧穿層216，氮化物存儲層218和氧化物阻擋層220的傳統(tǒng)N溝道SONOS型器件 在寫操作時的能帶圖，俘獲電荷分布和俘獲密度分布。如圖所示，正向的VCG產(chǎn)生 一個穿過SONOS堆棧的電場，從而導(dǎo)致硅襯底溝道的掩埋溝道中導(dǎo)帶能量水平上的 負(fù)電荷遭受福勒-諾德海姆隧穿(FNT)，穿過隧穿層進(jìn)入電荷俘獲層。電子儲存在氮化 的電荷俘獲層中具有中級帶隙能量水平的陷阱中。如圖所示，整個電荷俘獲層的陷 阱密度分布極度不均勻。進(jìn)一步顯示在偏壓下，俘獲電荷這樣分布會使部分電荷俘獲 層(即存儲層)的大部分俘獲電荷接近阻擋氧化物。為對N溝道SONOS器件進(jìn)行擦除，負(fù)電壓加載在控制柵314。圖3圖示了擦除過程中溝道312，氧化物隧穿層316， 氮化物存儲層318和氧化物阻擋層320的能帶圖。如圖所示，負(fù)壓VcG產(chǎn)生一個穿過 SONOS堆棧的電場，從而吸引空穴隧穿電荷穿過隧穿層進(jìn)入電荷俘獲層。
SONOS型器件被廣泛應(yīng)用在高密度應(yīng)用存儲器件中，如嵌入的NVM。在這個行 業(yè)眾所周知，編程和擦除的均勻溝道的福勒-諾德海姆隧穿(FNT)和/或直接隧穿(DT) 與其他方法相比提高了可靠性。這里涉及的結(jié)合FNT和DT，作為改進(jìn)的福勒-諾德 海姆隧穿(MFNT)。目前，傳統(tǒng)的SONOS操作在10V的MFNT范圍中。然而，SONOS 器件與其他NVM器件相比的一大優(yōu)越性在于電壓可量測性。從理論上講，以適當(dāng)?shù)?縮放比例，SONOS存在5V范圍的存儲技術(shù)實現(xiàn)可操作的潛力，而不是傳統(tǒng)SONOS 型器件的10V范圍或傳統(tǒng)閃存技術(shù)的12v-15V范圍。SONOS型器件可在低壓(接 近5V)下可操作，有利于和低壓CMOS兼容?？蛇x擇地，在特定電壓下，對于等比 縮小的器件更快的編程或擦除是可能的。然而，成功等比縮小SONOS器件并沒有那 么容易。例如，圖4圖示了應(yīng)用傳統(tǒng)ONO堆棧的傳統(tǒng)SONOS器件的編程和擦除時 間。該ONO堆棧包括一個10mn厚的二氧化硅阻擋層，7nm厚的氮化硅電荷俘獲層， 和3nm厚的二氧化硅隧穿層。如圖所示，當(dāng)VcG按比例縮小時編程/擦除時間顯著的 增加。通常，編程/擦除時間小于lms對嵌入的存儲應(yīng)用器件來說是可取的。然而， 這樣的lms的編程/擦除時間可能只在傳統(tǒng)SONOS堆棧Vcg在+A 10 V時才能達(dá)到。 ￥ }減小到接近+/- 9 V時傳統(tǒng)SONOS器件編程/擦除時間就會達(dá)到100ms或更多。
此外，減小編程電壓會導(dǎo)致擦除或編程窗口 (如存儲窗口)的減小。這是因為如 果電壓減小后整個ONO堆棧的同等氧化物厚度(EOT)沒有相應(yīng)減小的話，穿過ONO 堆棧的電場就會減小。減小堆棧的EOT不是很容易因為減小隧穿層厚度來允許更低 的應(yīng)用電壓(VcxO下同樣的初始擦除級別會導(dǎo)致擦除和編程衰退率的急劇增大，同 樣，如果電荷俘獲層厚度減小，電荷重心將非?？拷r底，增加了對襯底的電荷流失。 最終，阻擋氧化層厚度減小時，從控制柵過來的電子反向注入增加，導(dǎo)致ONO堆棧 的損壞和保存數(shù)據(jù)的流失。反注入在圖4被進(jìn)一步清楚顯示，那是FNT擦除達(dá)到了 飽和。當(dāng)電子從柵極進(jìn)入存儲層的回流與通過空穴運送至隧穿氧化物相比更快時就會 發(fā)生反注入。相應(yīng)的，這就需要在一定程度下等比縮小SONOS器件ONO堆棧的比 例從而使得器件可以在較低的編程/擦除電壓下操作。


本發(fā)明的具體實施方式
以實施例為例但并不局限于附圖的描繪，

如
下
圖1圖示了傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件中間結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2圖示了一個編程中的傳統(tǒng)SONOS器件的電荷俘獲分布和俘獲電荷密度分布 的能帶圖。
圖3圖示了一個擦除中的傳統(tǒng)SONOS器件的能帶圖。
圖4圖示了應(yīng)用傳統(tǒng)ONO堆棧的傳統(tǒng)SONOS器件的編程和擦除時間。
圖5根據(jù)本發(fā)明實施例，圖示了含有等比縮小的ONO結(jié)構(gòu)的部分等比縮小的非
易失性電荷俘獲存儲器件的剖面圖。其中的ONO結(jié)構(gòu)包括氮化氧化物隧穿層，多層
氧氮化物電荷俘獲層和加密的阻擋層。
圖6根據(jù)本發(fā)明實施例，圖示了氮化氧化物隧穿層的近似的氮濃度分布曲線。 圖7A根據(jù)本發(fā)明實施例，圖示了編程電壓減小是由于氮化氧化物隧穿層所引起
的模擬圖。
圖7B圖示了兩個不同SONOS型器件的氫、氮氣、氧氣、硅元素在阻擋層、電 荷俘獲層和隧穿層的濃度分布曲線的對比圖。
圖8A根據(jù)本發(fā)明實施例，圖示了等比縮小的SONOS型器件保持模式的能帶圖。
圖8B根據(jù)本發(fā)明實施例，圖示了等比縮小的SONOS型器件在編程中的電荷俘 獲分布和俘獲電荷密度分布的能帶圖。
圖9根據(jù)本發(fā)明實施例，圖示了包括氮化氧化物隧穿層，多層電荷俘獲層和再氧 化阻擋層的等比縮小的ONO結(jié)構(gòu)制造方法的SONOS等比縮小工藝的流程圖。
圖10圖示了形成氮化氧化物隧穿層的SONOS等比縮小方法的流程圖。
具體實施例方式
在此所述的等比縮小非易失性電荷俘獲存儲器件的實施例均參見附圖。然而，沒有 一個或更多的這些特定細(xì)節(jié)，或者結(jié)合了其他的方法、材料和器件的某些特殊實施例可 能會實現(xiàn)。在接下來的描述中，將詳細(xì)的解釋大量的特定細(xì)節(jié)，例如特定的材料、尺寸 和工藝參數(shù)等，以使充分全面的理解本發(fā)明。在其他情況下，熟知的半導(dǎo)體設(shè)計和制造 技術(shù)也沒有詳細(xì)描述以免對本發(fā)明產(chǎn)生不必要的晦解。參考本發(fā)明說明書的"實施例"， 是指與實施例相關(guān)的特定功能，結(jié)構(gòu)，材料，或特征描述方面包括在本發(fā)明的至少一個 實施例中。因此，在本發(fā)明說明書的不同地方出現(xiàn)的短語"在一個實施例中"不一定是指在本發(fā)明的同一實施例。此外，特定的功能，結(jié)構(gòu)，材料，或特征可能在其他一個或 多個實施例中以合適的方式相結(jié)合。
本發(fā)明的某些實施例包括一個等比縮小的SONOS型器件。在本發(fā)明的特定實施 例中，隧穿層，電荷俘獲層和阻擋層都被改良以等比縮小SONOS型器件。在某些特 定實施例中，等比縮小的SONOS器件在編程和擦除電壓低于+Z-10V時可操作。在 某些這樣的實施例中，等比縮小的SONOS器件在擦除電壓在-5V到-9V時可操作， 優(yōu)選在-5 V到-7 V之間，在操作溫度-40到95攝氏度(。C)和lms -10 ms脈沖后提供 一個初始的擦除電壓閾值水平(VTE)在-1至U-3V，優(yōu)選在-2到-3V。在其他特定實施 例中，SONOS型器件在編程電壓在5V到9V時被操作，優(yōu)選5V到7V ，在lms到 10ms，優(yōu)選5ms的編程脈沖之后提供一個初始編程電壓閾值水平(VTP)在1 V到3 V，優(yōu)選2V至U3V 。這些典型的等比縮小的SONOS器件在20年85。C以及至少 10，000次寫/擦周期，優(yōu)選100,000周期后提供的生命終止窗口 (EOL)在lV到2V。
在某些實施例中，傳統(tǒng)的純氧(氧化物)隧穿層被氮化氧化物所代替。相對于保 持低界面俘獲密度時的純氧隧穿層，該氮化氧化物有特定氮濃度曲線來減小隧穿層的 同等氧化物厚度。這樣在加載一個擦除電壓閾值水平(VTP/VTE)時能夠減小(等比縮 小)編程/擦除電壓到比傳統(tǒng)未等比縮小器件一樣好或更好。在其他特定的實施例中， 傳統(tǒng)氮化物的電荷俘獲層被至少有不同化學(xué)計量的頂層和底層的多層氧氮化物薄膜 替代。在一個這樣的實施例中，多層氧氮化物包括一個富硅少氧頂層，將電荷質(zhì)心定 位限制在遠(yuǎn)離隧穿氧化層的位置，由此局部增加電荷俘獲層的俘獲密度。在其他特定 的實施例中，高溫氧化下(HTO)的傳統(tǒng)的阻擋層被再氧化阻擋層所替代，以此致密化 阻擋氧化物和減小等比縮小的存儲器衰退率。這樣的實施例為充分的存儲窗口提供了 足夠的凈電荷，同時也減小助于隧穿的俘獲，在SONOS器件在減小的編程/擦除電壓 下操作時增強或保持編程和擦除閾值電壓(VTP/VTE)。
"在…之上"，"在…之下"，"在…之間""在…上"等詞在此均作為一層對于另 一層的一個相對關(guān)系。因此，例如， 一層沉積或放置于另一層之上或之下可直接接觸 另一層，或可以有一個或多個中間層。此外， 一層沉積或放置于多層之間可直接接 觸層或可以有一個或多個中間層。反之，第一層"在第二層上"表明與第二層是相連 的。此外， 一層關(guān)于其他層的相對位置，在不考慮襯底的絕對定向的情況下，假設(shè)相 對于開始襯底對薄膜進(jìn)行沉積，修改和移除等操作。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，非易失性電荷俘獲存儲器件是SONOS型器件，其中 電荷俘獲層是一個絕緣層，如氮化物。在另一個實施例中，非易失性電荷俘獲存儲器 是閃存型器件，其中電荷俘獲層是導(dǎo)體層或半導(dǎo)體層，如多晶硅。應(yīng)用氮化氧化物隧 穿層的非易失性電荷俘獲存儲器在加載和傳統(tǒng)器件一樣或更好的擦除闕值電壓水平 (VTP/VTE)時可以使編程和擦除電壓更低。
圖5根據(jù)本發(fā)明實施例，圖示了含有等比縮小的ONO堆棧的SONOS型器件500 的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖。值得慶幸的是在此說明的各種不同的其他SONOS的實施例在 圖5所示的特定實施例之外也可能被應(yīng)用來生產(chǎn)等比縮小的ONO堆棧，但卻也可能 在降低的編程/擦除電壓下是操作的。因此，圖5所述的特點可在整個說明書中被參 考，但本發(fā)明并不局限于這些特定的實施例。
在圖5所示的特定實施例中，SONOS型器件500包括一個SONOS柵堆棧502， 該SONOS柵堆棧502包括一個形成在襯底508表面506之上的ONO堆棧504。 SONOS 型器件500進(jìn)一步包括一個或多個源漏極區(qū)域510，該源漏極區(qū)域510對準(zhǔn)柵堆棧502 且被溝道區(qū)域512分離。通常，等比縮小的SONOS柵堆棧502包括一個柵層514， 形成在等比縮小的ONO堆棧504和部分襯底508上方并與之相連。等比縮小的ONO 堆棧504將柵層514和襯底508分離或電子隔離。
在一個實施例中，襯底508是一個體襯底，包括一個單晶硅材料，該材料可以包 括但不局限于，硅，鍺，硅/鍺或III-V族化合物半導(dǎo)體材料。在另一個實施例中， 襯底508由含有頂端外延層的體襯層組成。在一個特定實施例中，體襯層包含的單晶 硅材料可能包括但不局限于，硅，鍺，硅/鍺或III-V族化合物半導(dǎo)體材料和石英， 頂端外延層包含的單晶硅材料可能包括但不局限于硅，鍺，硅/鍺和III-V族化合物 半導(dǎo)體材料。在另一個實施例中，襯底508由低端體襯層上面的中間絕緣層上的頂端 外延層組成。頂端外延層包含的單晶硅材料可能包括但不局限于硅(如形成硅絕緣體 (SOI )的半導(dǎo)體襯底)，鍺，硅/鍺和III-V族化合物半導(dǎo)體材料。絕緣層包含的 材料可能包括但不局限于，二氧化硅，氮化硅和氮氧化硅。低端體襯層包含的單晶硅 材料可能包括但不局限于，硅，鍺，硅/鍺或III-V族化合物半導(dǎo)體材料和石英。襯 底508及在此位于源極和漏極區(qū)域510之間的溝道區(qū)域512可能包含雜質(zhì)原子摻雜。 在一個特定實施例中，溝道區(qū)域是P型摻雜，在與之對應(yīng)的實施例中，溝道區(qū)域是N 型摻雜。襯底508的源漏區(qū)域510可以是與溝道區(qū)域512傳導(dǎo)性相反的任何區(qū)域。例如， 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源漏區(qū)域510是N型摻雜而溝道區(qū)域512是P型摻雜。 在一個實施例中，襯底508包含硼摻雜單晶硅，其硼濃度范圍為Ixl015-lxl019 atoms/cm3 。源漏區(qū)域510由磷或砷摻雜區(qū)域組成，其N型摻雜濃度范圍為5 x 1016 -lx1020atoms/cm3。在一個特定實施例中，源漏區(qū)域510在襯底508的深度范圍為 80-200nm。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，源漏區(qū)域510是P型摻雜而襯底508的溝道區(qū) 域是N型慘雜。
SONOS型器件500進(jìn)一步包括溝道區(qū)域512之上的柵堆棧502，該柵堆棧502 包括一個ONO堆棧504，柵層514和柵覆蓋層525。 ONO堆棧504進(jìn)一步包括隧穿 層516，電荷俘獲層518和阻擋層520。
在一個實施例中，隧穿層516包括一個氮化氧化物。因為編程和擦除電壓產(chǎn)生了 穿過隧穿層的大電場，約10MV/cm，編程/擦除隧穿電流更多的作為隧穿層障礙高度 而不只是作為隧穿層厚度。然而，在保持期，沒有大的電場存在因此流失的電荷更多 的是作為隧穿層厚度而不是障礙高度。為了提高隧穿電流使得在沒有犧牲電荷保持的 情況下減小操作電壓，在一個特定的實施例中，隧穿層516是氮化氧化物。氮化通過 誘導(dǎo)氮到另一個純粹的二氧化氮薄膜，增加了隧穿層相關(guān)的介電常數(shù)(e)。在某些實施 例中，氮化氧化物的隧穿層516和傳統(tǒng)的應(yīng)用純氧做隧穿氧化物的SONOS型器件具 有一樣的物理厚度。在特定實施例中，氮化使隧穿層的有效(e)在4.75 - 5.25之間， 優(yōu)選在4.卯-5.1 (在標(biāo)準(zhǔn)的溫度下)。在一個此類實施例中，氮化使在標(biāo)準(zhǔn)的溫度下隧 穿層的有效(s)在5.7。
在某些實施例中，等比縮小的SONOS器件的氮化隧穿氧化物和傳統(tǒng)的未被等比 縮小的應(yīng)用純氧做隧穿氧化物的SONOS型器件具有一樣的物理厚度。通常，氮化的 隧穿氧化物的介電常數(shù)越高導(dǎo)致存儲層充電越快。在這些實施例中，電荷俘獲層518 在編程/擦除過程中充電要快于同樣厚度的純氧隧穿氧化物，因為電場從控制柵進(jìn)入 氮化的隧穿氧化物中衰減相對較小(由于氮化隧穿氧化物相對更高的介電常數(shù))。這些 實施例使SONOS型器件500在達(dá)到和傳統(tǒng)SONOS型器件一樣的編程/擦除電壓閾值 水平(VTP/VTE)時，在較低的編程/擦除電壓下操作。在一個特定實施例中，SONOS 型器件500應(yīng)用含氮化隧穿氧化物的隧穿層516，其物理厚度在1.5 nm - 3.0 nm之間， 優(yōu)選在1.9 nm-2.2 nm之間。在一個進(jìn)一步的實施例中，隧穿層516以特殊方式被氮化來減小襯底界面的俘獲陷阱密度從而提高電荷保持時間。對于那些氮化氧化物隧穿層等比縮小到和純氧隧穿氧化物具有一樣物理厚度的特別實施例，電荷保持時間可能接近同樣厚度的純氧隧穿
氧化物。參考圖6，描述了一個實例的隧穿層616的近似的氮濃度曲線，該氮濃度614迅速降低至襯底界面613以限制連接襯底612的氮化硅(Si3N4)層的形成。 一個氮化硅層，含有極性分子，如果出現(xiàn)在襯底界面613就會破壞性的增加俘獲陷阱密度，由此降低通過俘獲至俘獲隧道降低電荷保持時間。因此，通過調(diào)整氮化隧穿氧化物的氮濃度，就可能在沒有大幅度減少等比縮小的SONOS器件電荷保持時間的情況下降低編程/擦除電壓VcG。如圖4進(jìn)一步顯示，接近界面413的25%厚度的隧穿層416被氮化為氮濃度414低于約5xl021氮atoms/cm3 ，而接近電荷俘獲層420的25%厚度的隧穿層416被氮化為氮濃度414至少為5xl021氮atoms/cm3。
在一個實施例中，相對于純氧隧穿層，隧穿層內(nèi)的氧化物的氮化過程降低了他的能量障礙并增加了介電常數(shù)。如圖5所示，隧穿層516被注解為中心線517。圖6描述了一個類似的中心線617， 一半厚度的隧穿層616接近襯底612， 一半厚度的隧穿層616接近電荷俘獲層620。在一個特定實施例中，在第一個25 %厚度的隧穿層616中氮濃度614低于5xl021 atoms/cm3 ，在50%厚度的隧穿層616或在中心線617氮濃度614達(dá)到約5xl021 atoms/cm3。在進(jìn)一步的實施例中，接近電荷俘獲層618的最后25%厚度的隧穿層616的氮濃度614高于5xl021 atoms/cm3。在一個典型的實施例中，對于一個2.2nm的隧穿層，接近襯底612的第一個0.6 nm厚度的隧穿層的氮濃度614低于5xl021 atoms/cm3 ， 1.1 nm厚度的隧穿層616的氮濃度614至少為5xl021atoms/cm3 。如此，在沒有嚴(yán)重降低等比縮小的SONOS器件的電荷保持時間的情況下，隧穿層的電容可以增加。
圖7根據(jù)本發(fā)明實施例，圖示了編程電壓減小是由于氮化的氧化物隧穿層所引起的模擬圖。如圖所示，20 A純氧隧穿層和40A氮化電荷俘獲層在保持電壓下的泄漏電流等于20A氮化氧化物隧穿層和40A電荷俘獲層氮化物，而氮化氧化物隧穿層在編程電壓下的充電電流大于純氧隧穿層。因此，在9.1 V編程或擦除電壓下，根據(jù)本發(fā)明氮化氧化物隧穿層可能提供的編程擦除水平和傳統(tǒng)純氧隧穿層在10 V編程擦除電壓下的編程擦除水平相同。參照圖5， SONOS型器件500的電荷俘獲層518進(jìn)一步包括厚度適合儲存電荷和調(diào)節(jié)器件閾值電壓的任何常用的電荷俘獲材料。在某些實施例中，電荷俘獲層518是氮化硅(Si3N4)，富含硅的氮化硅，或富含硅的氮氧化硅。富硅薄膜包括懸掛的硅帶。在一個特別的實施例中，電荷俘獲層518在電荷俘獲層厚度中的化學(xué)計量比不一致。例如，電荷俘獲層518可能進(jìn)一步包括有不同組成的硅，氧和氮的二層氮氧化層。這些電荷俘獲層中不統(tǒng)一組成在很多方面優(yōu)于傳統(tǒng)的具有實質(zhì)上統(tǒng)一組成的SONOS電荷俘獲層。例如，減小傳統(tǒng)SONOS電荷俘獲層的厚度會增加陷阱和陷阱之間的隧穿率，導(dǎo)致數(shù)據(jù)保持性流失。然而，當(dāng)電荷俘獲層的化學(xué)計量比根據(jù)本發(fā)明實施例調(diào)整了，電荷俘獲層的厚度在保持良好的數(shù)據(jù)保持性的情況下可能被等比縮小。
在一個特定實施例中，底端氧氮化物層518A提供了相應(yīng)低密度陷阱的電荷俘獲層的局部區(qū)域，因此降低了隧穿氧化物界面的陷阱密度，從而減少了等比縮小的SONOS器件中的輔助隧穿的陷阱。這樣導(dǎo)致給定電荷俘獲層厚度下減小的儲備電荷流失，使得等比縮小電荷俘獲層以等比縮小ONO堆棧EOT。在一個這樣的實施例中，底端氧氮化物518A第一組成含有高硅濃度，高氧濃度和低氮濃度來提供富氧氧氮化物。此第一氧氮化物的物理厚度在2.5 nm -4.0 nm， 相當(dāng)于EOT在1.5 nm -5.0 nm。在一個特定實施例中，底端氧氮化物層518A的有效介電常數(shù)(s)接近6。
在一個進(jìn)一步的實施例中，頂端氧氮化物層518B提供了相應(yīng)高密度陷阱的電荷俘獲層的局部區(qū)域。相關(guān)高密度陷阱使得減小厚度的電荷俘獲層提供充分的俘獲電荷，以致等比縮小的ONO堆棧的存儲窗口保持充足。因此，高密度陷阱有增加特定電荷俘獲層厚度的存儲器件的編程電壓和擦除電壓之間差異的效應(yīng)，允許電荷俘獲層厚度減小，從而減小等比縮小的SONOS器件中ONO堆棧的EOT。在一個特定實施例中，頂端氧氮化物層的組成有高硅濃度，高氮濃度和低氧濃度來組成富硅少氧氧氮化物。通常，頂端氧氮化物的硅含量越高，頂端氧氮化物提供的陷阱密度越高，頂端氧氮化物層厚度減小的也越多(從而減小電荷俘獲層厚度以使更低電壓操作可能)。此外，硅含量越高，介電常數(shù)也越大，頂端氧氮化物層的EOT越低。這個EOT減小不僅是抵消增加的富氧底端氧氮化物的EOT,電荷俘獲層EOT的凈減小與傳統(tǒng)氧氮化物電荷俘獲層相比有充分均勻的組成。在一個實施例中，頂端氧氮化物的有效介電常數(shù)接近7。圖7B描繪了典型二次離子質(zhì)譜(SIMS)圖，其顯示了以atoms/ cm3表示的硅(Si)，氮(N)，氧(O)和氫(H)在隧穿層、電荷俘獲層和阻擋層沉積(作為沉積)之后的濃度。基準(zhǔn)條件("BL")和一個雙層氧氮化物條件如圖5("雙層")所示。基準(zhǔn)條件有單一組成的傳統(tǒng)電荷俘獲層。x軸代表深度，從阻擋層暴露的頂端表面開始作為0nm，通過堆棧從上到下終止于襯底。如圖所示，雙層條件下的氧濃度在接近5mn-10nm的深度區(qū)域很好的低于1.0xl0"atoms/cm3，相當(dāng)于部分電荷俘獲層。相比之下，基準(zhǔn)條件顯示高氧濃度在這一相同區(qū)域大于1.0x1022。如圖進(jìn)一步顯示，基準(zhǔn)條件有一個6 nm -10nm的固定氧濃度標(biāo)記，當(dāng)雙層條件充分顯示lOrnn標(biāo)記附近比6nm標(biāo)記有更多的氧。這不均勻的氧濃度表現(xiàn)了雙層條件下少氧頂端氧氮化物和富氧底端氧氮化物之間的轉(zhuǎn)變。
在某些實施例中，底端氧氮化物層厚度和頂端氧氮化物厚度之比為1:6-6:1，優(yōu)選底端氧氮化物層厚度和頂端氧氮化物厚度之比至少為1:4。在一個典型實施例中，其中第一氧氮化物物理厚度在2.5 nm- 4.0 nm，第二氧氮化物518B的物理厚度在5.0nm-6.0nm， 電荷俘獲層518的凈物理厚度在7.5證-10.0 nm。 在一個特定實施例中，應(yīng)用具有30A物理厚度的底端氧氮化物，對于具有90A凈物理厚度的等比縮小的電荷俘獲層，頂端氧氮化物具有60A的物理厚度。
在這些特別實施例中，不均勻的組成被用來定位和限制陷阱在遠(yuǎn)離隧穿層界面的電荷俘獲層的一個嵌入位置(如聚集陷阱)。圖8A進(jìn)一步描繪了一個等比縮小的SONOS器件在保持狀態(tài)下的能帶圖，根據(jù)本發(fā)明實施例，該SONOS器件包括一個氮化隧穿氧化物816、多層電荷俘獲氧氮化物818和在襯底812和控制柵814之間的增密阻擋層。如圖所示，電荷俘獲層818的不均勻組成影響電荷俘獲層的富硅頂端氧氮化物818B和富氧底端氧氮化物818A之間的原子價和傳導(dǎo)性。如圖8B所示，根據(jù)本發(fā)明實施例，電荷俘獲層提供在電荷俘獲層818中富氧和富硅氧氮化物層界面能帶寬度的調(diào)整。此能帶寬度調(diào)整有助于使俘獲電荷重心保持在頂端氮氧化物層里面，進(jìn)一步遠(yuǎn)離給定電荷俘獲層厚度下的襯底。氮氧化物層之間的導(dǎo)體能帶調(diào)整可能也有助于減少回流。
如圖8A進(jìn)一步顯示，在一個特別的實施例中部分富硅頂端氧氮化物818B被氧化或再氧化。相對于圖8A虛線描繪的前氧化能帶隙，該富硅頂端區(qū)域的氧化過程可能產(chǎn)生接近阻擋層820的能帶隙。在一個實施例中，接近一半的頂端氧氮化物層818B被再氧化以得到接近阻擋層820界面的較高氧濃度。在另一個實施例中，實質(zhì)上全部頂端氧氮化物層818B被再氧化，得到比沉積更高的氧濃度。在一個實施例中，再氧化增加了頂端氧氮化物層818B中約0.25xl021-0.35 x1021 atoms/cm3的氧濃度。此類實施例應(yīng)用再氧化電荷俘獲層可能阻止陷阱遷移到電荷俘獲層和阻擋層之間的界面，由此電荷俘獲層厚度減小，并且沒有引起實質(zhì)上單一組成的電荷俘獲層變薄而導(dǎo)致電荷保持時間損失。預(yù)防電荷遷移至阻擋層也減小了擦除狀態(tài)下的阻擋氧化物的電場效應(yīng)。此電場效應(yīng)可以減小電子回流，或在保持同等電子回流水平的情況下可以等比縮小阻擋氧化物。這樣的陷阱位置和約束是由電荷俘獲層中顯著不同的化學(xué)配比造成的，并且由于進(jìn)一步結(jié)合特定實施例中部分電荷俘獲層的再氧化使得等比縮小的SONOS器件根據(jù)本本發(fā)明在保持很好的存儲保持時間的同時可以在減小的電壓或更快的編程和擦除時間下操作。
盡管在此描述和圖示的只有2個氧氮化物層，例如頂端和底端層，但本發(fā)明并不局限于此，多層電荷存儲層可以包括任何數(shù)量N層氧氮化物層，其中任何一個或所有的都是氧，氮和/或硅的不同組成。特別的，具有不同組成多達(dá)5層氧氮化物層的多層電荷存儲層已被生產(chǎn)和測試。
如圖5進(jìn)一步描述，ONO堆棧504的阻擋層520包括約30 A-50 A的二氧化硅層。等比縮小SONOS型器件的ONO堆棧中的阻擋層520并不是那么容易因為如果做得不適當(dāng)會有害的增加特定偏壓情況下從控制柵過來的載電子回流。在一個實施例中包括一個部分再氧化的電荷俘獲層，阻擋層520在高溫氧化(HTO)下比沉積更密集。致密化的氧化膜含有較低的部分終端氫鍵和氫氧。例如，移除HTO氧化物里的氫或水會有增加薄膜密度和增強HTO氧化質(zhì)量的效應(yīng)。較高質(zhì)量的氧化使得層可以被等比縮小厚度。在一個實施例中，氫濃度大于沉積的2.5xl(P atoms/cm3并在密集薄膜中減小到低于8.0xl019atoms/cm3。在一個典型的實施例中，HTO氧化物厚度在沉積時為2.5nm-10.0nm，并且每一處都比致密化的薄10%-30%。
在一個可選擇的實施例中，阻擋氧化層進(jìn)一步改進(jìn)為加入氮。在一個此類實施例中，氮在形成覆蓋阻擋氧化物層厚度的ONO堆棧的過程中被引入。這樣的三明治結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的純氧阻擋層，有利于減小溝道和控制柵之間的整個堆棧的EOT，并使調(diào)整能帶偏移量來降低載電子回注入。然后ONO阻擋層可以并入氮化隧穿氧化物和電荷俘獲層，該電荷俘獲層包含一個底端氧氮化物層和頂端氧氮化物層。在ONO堆棧504之上是柵層514。柵層514可以是任何導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。在一個實施例中，柵層514是多晶硅(poly)。在另一個實施例中，柵層514包含一種金屬，例如，但不局限于，鉿、鋯、鈦、鉭、鋁、釕、鈀、鉑、鈷、鎳、以及他們的硅化物、氮化物和碳化物。在一個特定實施例中，柵層514是多晶硅，其物理厚度在70nm-250nm。
如圖5進(jìn)一步顯示，SONOS型器件500包括一個柵覆蓋層525，其特別鄰近柵層514，幾乎和柵層514及ONO堆棧504有同樣的臨界尺寸。在某些實施例中，柵覆蓋層525構(gòu)成ONO堆棧502的頂層，并在圖案化ONO堆棧504和柵層514的過程中提供硬質(zhì)掩膜。在一些實施例中，柵覆蓋層525為SONOS器件的自對孔(SAC)形成提供了便利。柵覆蓋層525可以由能為后續(xù)蝕刻工藝提供必要選擇的任何材料組成，例如，但不局限于，二氧化硅，氮化硅，和氮氧化硅。
在一個特殊的實施例中，SONOS型器件應(yīng)用一個包括EOT為14 A 、相應(yīng)物理厚度為18A的氮化隧穿氧化物的ONO堆棧， 一個包含EOT為20 A，相應(yīng)物理厚度為25A的底端氧氮化物層的電荷俘獲層，和一個EOT為30 A，相應(yīng)物理厚度為60A的頂端氧氮化物層，以及一個沉積為40A并增密為30A的阻擋氧化物層。這樣的SONOS型器件的操作電壓可能接近9 V，在1 ms- 10ms的脈沖后提供初始擦除電壓閾值水平(VTE)在-2V 。
圖9圖示了制造等比縮小的SONOS的方法的流程圖，如圖5所示，包括氮化氧化物隧穿層，被部分再氧化的多層氧氮化物電荷俘獲層和加密的阻擋氧化物層。圖9的制造方法以形成操作步驟900中在襯底含硅表面之上的氮化氧化物隧穿層開始。圖10描繪了形成圖9操作步驟900的氮化氧化物方法的流程圖。
在圖10所示的實施例中，通過多步氮化和氧化方法來完成SONOS型器件氮化隧穿氧化物的氮曲線調(diào)整。在操作步驟1001， 一個薄的熱氧化物由襯底表面上的一個含硅層形成，就像圖5襯底508。因為有個好的襯底界面是必要的，形成化學(xué)氧化物可能要先進(jìn)行熱氧化。因此，在一個特別實施例中，化學(xué)氧化出現(xiàn)在熱氧化過程中(反對采用一種傳統(tǒng)的"氫氟酸最后"的預(yù)清洗)。在一個此類實施例中，化學(xué)氧化物同臭氧水一起生成，以形成厚度約10nm的化學(xué)氧化層。
形成的熱氧化物的厚度約為1.0nm-1.8nm。在一個特別實施例中，形成的熱氧化物的厚度約為l.Onm-1.2nm。因此，在實施例中，1.0 nm化學(xué)氧化物出現(xiàn)在操作步驟501的熱氧化過程中，表層氧化物的厚度并沒有大幅度增加，然而氧化物的質(zhì)量
提高了。在一個進(jìn)一步的實施例中，相對低密度的氧化物為隨后合成的氮重量比wty。
提供便利。然而，太低的薄膜厚度會導(dǎo)致硅襯底界面太多的氮。在操作步驟501的二氧化硅層的形成更加有助于阻擋后續(xù)熱能工藝過程中額外的襯底氧化物形成，下面將做進(jìn)一步討論。在一個實施例中，應(yīng)用常壓下垂直的熱反應(yīng)腔(VTR)來生成熱氧化，其溫度在680 。C - 800 。C，其氧化氣體例如氧氣(02)， 一氧化二氮(N20)，氧化氮(NO)，臭氧(03)，水蒸汽(H20)。根據(jù)不同氧化物的選擇，操作步驟1001的氧化時間可能持續(xù)從3.5-20分鐘。在一個常壓實施例中，應(yīng)用02 ，溫度在700。C- 750 。C，工藝時間在7-20分鐘，形成約l.Onm的二氧化硅薄膜。
在另一個實施例中，操作步驟1001應(yīng)用低氣壓處理器來進(jìn)行氧化，例如美國加州斯科茨谷的AVIZA技術(shù)公司的先進(jìn)垂直處理器(AVP)。 AVP的操作溫度范圍為上述的VTR實施例的溫度，壓強在lTorr(T)和常壓之間。根據(jù)操作壓強的不同，形成厚度約為1.0nm-1.8nm的熱二氧化硅薄膜的時間延長到近一個小時，其可能取決于一個本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
接下來，圖10實施例所示的多種氧化氮化方法中的操作步驟1002中，形成在操作步驟1001的熱氧化物被氮化。通常，在操作步驟1002，應(yīng)用氮退火來增加介電常數(shù)(K)，并減小熱氧化層的固定電荷。在一個實施例中，氮退火應(yīng)用氮(N2)，或氫化氮源，如氨氣(NH3)。在另一個實施例中，氮退火應(yīng)用氘化氮源，如氘氨(ND3)。在一個特殊實施例中，氮退火的溫度在700 。C - 850 。C下進(jìn)行3.5-30分鐘。在另一個特殊實施例中，氮退火的溫度在725 。C - 775 。C下進(jìn)行3.5- 30分鐘。在一個此類實施例中，在常壓、溫度為725 。C-775 。C下引入NH3進(jìn)行3.5-30分鐘。在一個可選擇的實施例中，低氣壓NH3退火應(yīng)用一個處理器如AVP，在溫度為800 °C-900 。C下操作5-30分鐘。在另一個這樣的實施例中，常用的氮離子和熱退火結(jié)合操作。
在操作步驟1002之后，在操作步驟1004進(jìn)行再氧化。在一個實施例中，在再氧化過程中，氧化氣體熱裂來提供接近薄膜表面的氧根。氧根排除了氮和氫的俘獲電荷。再氧化操作步驟1002在襯底界面也生成了另外的氧化物，從而物理抵消襯底和隧穿層的氮濃度。例如，參考圖5，再氧化幫助從隧穿層516的氮濃度分離出襯底界面513。如圖6具體顯示，在一個實行中，襯底界面613的隧穿層616的氮濃度614顯著低于5xl021 atoms/cm3 ，可能近似于5xl02Q atoms/cm3。襯底界面氮的抵消增強了 SONOS型器件的保持時間。在一個實施例中，生長在襯底界面613的氧化物厚度限定在1.2 nm -3.0nm。在操作步驟1004，選擇了再氧化工藝條件以致在操作步驟1001形成的熱氧 化物厚度防止氧化厚度超過約3.0nm，以防隧穿層缺乏任何有利的氮濃度。再氧化工 藝可能應(yīng)用常用的氧化劑，例如，但不局限于，NO， N20， 02， 03和水蒸汽。其中 任意一個氧化劑在操作溫度800 。C - 850 。C下引入公知的熱能處理機。根據(jù)操作參數(shù)， 再熱氧化時間可能在5-40分鐘。在一個特別的實施例中，在氣體熔爐加入NO，其 操作溫度在800 °C- 850°C，工藝時間約15分鐘，在硅襯底上形成接近2.2nm厚的 氮化氧化物薄膜。在一個這樣的實施例中，再氧化的薄膜厚2.211111形成0.5nm-0.8 nm的區(qū)域，臨近硅襯底界面，該區(qū)域氮濃度低于5xl021 atoms/cm3。
在操作步驟1004的再氧化之后，操作步驟1006進(jìn)行第二氮化退火來再氮化隧穿 層。應(yīng)用第二氮退火來進(jìn)一步增加隧穿層的介電常數(shù)，并且沒有破壞性的引入大量的 氫或氮陷阱到襯底界面。在一個實施例中，操作步驟1006的第二氮化退火的操作條 件和操作步驟1002的退火條件相同。在另一個實施例中，操作步驟1006的第二氮化 退火比操作步驟1002的第一氮化退火采用更高的溫度來引進(jìn)另外的氮到隧穿層。在 一個實施例中，氮退火應(yīng)用氫化氮源，如NH3。在另一個實施例中，氮化退火應(yīng)用氘 化氮源，如氘氨ND3。在一個特殊實施例中，操作步驟1006的氮化退火應(yīng)用NH3在 常壓、溫度在750 。C - 950 。C下進(jìn)行3.5-30分鐘。在另一個特殊實施例中，NH3 退火在常壓、溫度在800 。C - 850 。C下進(jìn)行5- 10分鐘。
圖10所描繪的操作步驟1001到1006提供了兩個氧化操作和兩個氮化操作。描 述的重復(fù)的氧化氮化方案使調(diào)整隧穿層的氮濃度來實現(xiàn)減小編程電壓或增加編程速 度并且增加SONOS型器件的存儲保持時間。操作步驟1001到1006中連續(xù)的氧化， 氮化，再氧化，再氮化可以很好的使隧穿層的氮濃度厚度小于3.0nm同時使隧穿層 和襯底之間的界面幾乎沒有氮和氫陷阱。操作步驟1001到1006中單獨的氧化，氮化， 再氧化，再氮化使第一和第二氧化以及第一和第二氮化在獨立工藝條件下提供隧穿層 的氮濃度曲線更大自由度的調(diào)節(jié)性。在一個有利的實施例中，操作步驟IOOI， 1002， 1004和1006在單一熱能處理機連續(xù)進(jìn)行，并沒有在操作過程中從處理機移除襯底。 在一個此類實施例中，操作步驟1001-1006時工藝氣壓在大氣壓下。首先，氧化操作 步驟1001的操作溫度在700 。C - 750 。C。氣流隨后調(diào)整為前面所述的操作步驟1002 的氮退火，其溫度在725 °C-775 。C。熔爐溫度隨后迅速升為800 。C-850 。C ，氣流再一次調(diào)整來進(jìn)行操作步驟1004的再氧化。最好，當(dāng)整個熔爐處于800 。C -850 。C，氣 流再一次調(diào)整來進(jìn)行操作步驟1006的第二氮化退火。
圖5的氮化氧化物隧穿層516充分完成后，ONO堆棧的制造繼續(xù)回到圖9描繪 的方法。在一個實施例中，多層氮化或氧化氮電荷俘獲層形成在操作步驟902和904 的低壓CVD工藝中，使用硅源，例如硅烷(SiH4)，氯硅垸(SiH2C12)，四氯化硅(SiC14)， 或雙叔丁基氨基硅院(BTBAS)，氮源，如N NH3， N20或三氧化二氮(N03)，和 含氧氣體，如02或N20。可選擇地，氫氣體可能已經(jīng)被替代為氖，包括例如，用 ND3替代NH3。將氖替代氫有利于鈍化襯底界面懸掛的Si鍵，由此增加SONOS型 器件的NBTI (負(fù)柵壓溫度不穩(wěn)定性)的壽命。
在一個典型的實施例中，在操作步驟902中一個氧氮化物電荷俘獲層沉積在隧穿 層之上，通過放置襯底在沉積腔體并引入工藝氣體包括N20， NH3和DCS，并保持 腔體壓強在約5 -500 mT，并保持襯底溫度在約700 。C -850 。C，優(yōu)選至少在約780 。C， 持續(xù)約2.5-20分鐘。在一個進(jìn)一步的實施例中，工藝氣體包括第一混合氣體N20和 NH3的混合比約為8:1-1:8，第二混合氣體SiH2Cl2和NH3的混合比約1:7-7:1 ，弓l 入的流量約5 -200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘(sccm)。據(jù)知在這一情況下生成或沉積的氧氮 化物層產(chǎn)生富硅富氧氧氮化物層。就像圖5所述的電荷俘獲層518A。在操作步驟904， 電荷俘獲層的形成進(jìn)一步涉及CVD工藝，應(yīng)用第一混合氣體N20和NH3混合比約 為8:1 - 1:8 ，第二混合氣體SiH2Cl2禾Q NH3混合比約為1:7 -7:1，引入流量約5- 20 sccm來產(chǎn)出富硅富氮及少氧氧氮化物層，就像圖5所述的電荷俘獲層518B。
在一個實施例中，操作步驟902和904中電荷俘獲層繼續(xù)形成在形成隧穿層的同 一工藝設(shè)備中，且沒有從操作步驟901和904之間的沉積腔體卸載襯底。在一個特殊 實施例中，電荷俘獲層的沉積沒有改變圖10中操作步驟1006第二氮化退火過程中用 來加熱襯底的溫度。在一個實施例中，沉積電荷俘獲層，隨后立即在操作步驟901沉 積氮化隧穿層，通過調(diào)整NH3氣體的流量比，并引入N20和SiH2Cl2來提供需要的 氣體比以生成富硅富氧層或富硅富氮氧氮化物層，或同時在雙層實施方式中。
在操作步驟904之后，阻擋層通過合適的方式形成在操作步驟906，包括，例如， 熱能氧化或CVD沉積技術(shù)。在一個極佳的實施例中，阻擋層形成在高溫CVD工藝。 通常，沉積工藝涉及在沉積腔體提供硅源，例如SiH4， SiH2Cl2，或SiCU以及含氧氣 體，例如02或N20，氣壓約50mT-1000mT持續(xù)10-120分鐘，并保持襯底溫度在約650 °C - 850 。C。優(yōu)選地，阻擋層繼續(xù)沉積在形成操作步驟卯2和904中電荷俘獲 層的同一工藝設(shè)備中。更優(yōu)選地，阻擋層形成在形成電荷俘獲層和隧穿層的同一工藝 設(shè)備中，并沒有在操作中移除襯底。
在圖9所描繪的實施例中，沉積在操作步驟906的阻擋層在操作步驟908被再氧 化來增密阻擋層氧化物。如前所述，操作步驟908可能進(jìn)一步氧化或再氧化部分或全 部的電荷俘獲層，就像圖5所示的部分或全部的電荷俘獲層518B來達(dá)到分級的能帶 隙，如圖8A所示。通常，再氧化過程在氧化氣體存在的情況下進(jìn)行，該氧化氣體例 如氧氣(02)， 一氧化二氮(N20)，氧化氮(NO)，臭氧(03)，和水蒸汽(H20)。在一個 實施例中，再氧化工藝可能需要比阻擋層沉積更高的溫度。阻擋層沉積之后的再氧化 能使氧化劑更好地控制分散以控制氧化或再氧化薄的電荷俘獲層。在一個特別有利的 實施例中，應(yīng)用稀釋濕法氧化。稀釋濕法氧化和濕法氧化不同的是H2:02在1-1.3。 在一個特殊實施例中，稀釋氧化的H2:02約1.2 ，溫度在800 °C-900 。C，在一個進(jìn) 一步的實施例中，稀釋氧化的持續(xù)時間足夠生成硅襯底上5.0 nm - 12.5 nm的二氧化 硅。在一個實施例中，持續(xù)時間足夠生成硅襯底上約10nm-l.lnm的二氧化硅層。
這樣一個稀釋氧化工藝有助于再氧化沉積的阻擋層氧化物并進(jìn)一步氧化或再氧化部 分電荷俘獲層以達(dá)到如圖8A或8B所示的能帶結(jié)構(gòu)。在另一個實施例中，操作步驟 908的再氧化進(jìn)一步有助于形成在NON- SONOS型器件區(qū)域的柵氧化物，就像和 SONOS型器件一樣的襯底上的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)場效應(yīng)晶體管 (FET)。在另一個實施例中，操作步驟908的再氧化可能進(jìn)一步有助于擴散氘到SONOS 型器件的部分電荷俘獲層或阻擋層。
如圖9所示，操作步驟910中形成柵層后，如圖5所示的柵層514，這個方法就 完成了。在某些實施例中，操作步驟910可以進(jìn)一歩包括柵覆蓋層的形成，如圖5所 示的柵覆蓋層525。隨著柵堆棧制造的完成，可以繼續(xù)進(jìn)行其他本領(lǐng)域公知的工藝以 最終制造SONOS型器件300。
盡管本發(fā)明詳細(xì)描述了結(jié)構(gòu)特征和/或方法技術(shù)，可以理解的是發(fā)明中所界定的 附加權(quán)利要求并沒有局限于所述的具體特征或技術(shù)方案。這些具體特征和技術(shù)方案應(yīng) 被理解是作為本發(fā)明權(quán)利要求的具體實施方式
。盡量說明，而并非限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種制造非易失性電荷俘獲存儲器件的方法，其特征在于，包括形成襯底上的隧穿層；形成隧穿層上的氧氮化物電荷俘獲層；沉積阻擋層在電荷俘獲層上；以氧化退火致密化阻擋層，其中氧化退火氧化至少部分氧氮化物電荷俘獲層，氧化的部分鄰近阻擋層；以及形成柵層在致密化的阻擋氧化物上。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述致密化阻擋氧化物進(jìn)一步包含暴 露阻擋氧化物進(jìn)行稀釋濕法氧化，該稀釋濕法氧化的H2:02比率接近1-1.3。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述稀釋濕法氧化的溫度接近800 。C-900 °C。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述形成氧氮化物電荷俘獲層進(jìn)一 步包含沉積至少一個富硅少氧氧氮化物層，其中致密化的阻擋層的氧化少于整個富硅 少氧氧氮化物層的厚度。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述形成氧氮化物電荷俘獲層進(jìn)一 步包含沉積至少一個富氧氧氮化物層；以及沉積至少一個富硅少氧氧氮化物層在至少一個富氧氧氮化物層上。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述致密化的阻擋層的氧化少于整 個富硅少氧氧氮化物層的厚度。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述富硅少氧氧氮化物層沉積溫度 約700 。C -850 。C ，工藝氣體包括至少N20禾卩NH3混合比例約為8:1 -1:8的第一混 合氣體，以及至少SiH2Cl2和NH3混合比約為1:7-7:1的第二混合氣體，引入流量比約 為5 sccm-20 sccm。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述形成隧穿層進(jìn)一步包括氧化襯底以形成氧化薄膜； 氮化氧化薄膜；再氧化氮化的氧化薄膜；以及再氮化己經(jīng)再氧化的氮化的氧化薄膜。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述氧化襯底包括暴露襯底在02下， 其中再氧化包括暴露襯底的氮化氧化物薄膜在NO下。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述隧穿層、電荷俘獲層和阻擋層每 個都成功地形成在同一個工藝設(shè)備，溫度約為700 °C-850 。C。
11. 一種制造非易失性電荷俘獲存儲器件的方法，其特征在于，包括 在熱工藝設(shè)備中裝載一個襯底；在襯底上形成一個ONO堆棧；從熱工藝設(shè)備卸載襯底；暴露硅在襯底表面；致密化ONO堆棧的氧化阻擋層，在暴露的部分襯底上用稀釋濕法氧化形成柵氧 化層，該稀釋濕法氧化的H2:02比約為1-1.3;以及y幾積一個柵伝仕玖密、化tf、」阻擋煢化物wir執(zhí)化柳工。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，所述隧穿層厚度不大于3.0nm， 阻擋層厚度不大于7.5 nm，柵氧化物厚度不大于12.5 nm。
13. 如權(quán)利婆求11所述的方法，其特征在于，所述稀釋濕法氧化的工藝溫度大于 形成ONO堆棧的最高工藝溫度。
14. 一種非易失性電荷俘獲存儲器件，其特征在于，包括 襯底上的隧穿層，在隧穿層上的電荷俘獲層，其中電荷俘獲層進(jìn)一步包括富氧氧氮化物層；在富 氧氧氮化物層上的富硅少氧氧氮化物層；以及 電荷俘獲層上的阻擋層。
15. 如權(quán)利要求11所述的非易失性電荷俘獲存儲器件，其特征在于，所述富硅少 氧氧氮化物層包含氧濃度低于約1.0x1022 atoms/cm3。
16. 如權(quán)利要求12所述的非易失性電荷俘獲存儲器件，其特征在于，所述富硅少 氧氧氮化物層包含硅濃度高于2.5x1022 atoms/cm3 ，氮濃度高于2.5x1022 atoms/cm3。
17. 如權(quán)利要求11所述的非易失性電荷俘獲存儲器件，其特征在于，所述富硅少 氧氧氮化物層包含氧濃度低于約7.0x1021 atoms/cm3 ，所述富氧氧氮化物層包含氧濃 度高于1.0x1022。
18. 如權(quán)利要求11所述的非易失性電荷俘獲存儲器件，其特征在于，所述致密化 的阻擋層氫濃度低于1.0xl(Patoms/cm3。
19. 如權(quán)利要求11所述的非易失性電荷俘獲存儲器件，其特征在于，所述隧穿層 的厚度不大于3.0nm，進(jìn)一步包括具有約25%的隧穿層厚度接近襯底的第一區(qū)域， 其氮濃度低于第二區(qū)域，以及具有約25%的隧穿層厚度接近電荷俘獲層的第二區(qū)域。
20. 如權(quán)利要求11所述的非易失性電荷俘獲存儲器件，其特征在于，所述第一區(qū) 域的氮濃度至少一半數(shù)量級低于第二區(qū)域，第二區(qū)域的氮濃度至少為5xl021 atoms/cm 。
全文摘要
本發(fā)明在此論述了等比縮小一個非易失性電荷俘獲存儲器件。在一個實施例中，等比縮小包括多步氧化和氮化操作來提供給隧穿層比純二氧化硅隧穿層具有更高的介電常數(shù)但是比襯底界面含氮隧穿層具有更少的氫和氮陷阱。在一個實施例中，等比縮小包括用非均勻的氮氧化合物形成電荷俘獲層。在一個實施例中，電荷俘獲層包括一個富硅富氧層和一個富硅富氧層上的富硅少氧氧氮化物層。在一個實施例中，等比縮小的方法包括稀釋濕法氧化來致密化阻擋氧化物和氧化部分富硅少氧氧氮化物層。
文檔編號H01L21/31GK101517714SQ200780035963
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者弗雷德里克·B·詹納, 賽格·利維 申請人:塞普拉斯半導(dǎo)體公司