專利名稱：Sonos器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體集成電路制造領(lǐng)域，涉及一種SONOS閃存器件，尤其涉及一種 SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)；此外，本發(fā)明還涉及上述SONOS器件結(jié)構(gòu) 的制造方法。
背景技術(shù)：
SONOS閃存器件，因為具備良好的等比例縮小特性和抗輻照特性而成為目前主 要的閃存類型之一。常規(guī)SONOS閃存器件的ONO三明治層能帶結(jié)構(gòu)如圖1所示，ONO三 明治層包括隧穿氧化層2，氮化硅陷阱層3，高溫熱氧化層4。氮化硅因為有大量的陷阱 而作為電荷存儲介質(zhì)，其中接近隧穿氧化層部分的電荷比較容易反向隧穿進入硅襯底 (back-turmeling)，這會使SONOS閃存器件的數(shù)據(jù)保存能力退化；而接近高溫熱氧化層分 布的電荷也會發(fā)生隧穿而進入柵電極，從而影響寫入/擦除后的閾值電壓窗口大小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間 隙結(jié)構(gòu)，在提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的同時，也可以提高寫入/擦除后的閾值電壓窗 口。為此，本發(fā)明還提供一種上述SONOS器件結(jié)構(gòu)的制造方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間 隙結(jié)構(gòu)，該SONOS器件從下至上包括硅襯底、隧穿氧化層、氮化硅陷阱層、高溫氧化層和多 晶硅電極，所述氮化硅陷阱層能帶結(jié)構(gòu)呈橄欖形，接近隧穿氧化層和高溫氧化層的氮化硅 陷阱層能帶間隙寬度比中間的能帶間隙寬度窄。所述氮化硅陷阱層包括頂層富硅氮化硅陷阱層、中部氮化硅陷阱層、底層富硅氮 化硅陷阱層。所述頂層富硅氮化硅陷阱層的厚度為10-40埃，所述底層富硅氮化硅陷阱層的厚 度為10-40埃，所述中部氮化硅陷阱層的厚度為20-120埃。此外，本發(fā)明還提供一種SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)的制造 方法，包括如下步驟第一步，制備隧穿氧化層；第二步，制備氮化硅陷阱層，形成氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)；第三步，制備高溫熱氧化層；第四步，柵電極制備。第一步采用熱氧化工藝在硅襯底上淀積隧穿氧化層，該步驟工藝溫度為 700-900°C，時間為 30-200 分鐘。第二步在隧穿氧化層上淀積氮化硅陷阱層，通過調(diào)整氮化硅陷阱層中硅的含量來 修正氮化硅的能帶間隙，形成氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)，作為存儲電荷的介質(zhì)，該步驟工藝溫度為600-800°C，時間為10-60秒。第二步中所述調(diào)整氮化硅陷阱層中硅的含量主要是通過反應(yīng)氣體源的流量配比， 所述反應(yīng)氣體源包括氨氣和二氯二氫硅。第二步形成的氮化硅陷阱層包括頂層富硅氮化硅陷阱層、底層富硅氮化硅陷阱層 和中部氮化硅陷阱層；所述頂層富硅氮化硅陷阱層的厚度為10-40埃，所述反應(yīng)氣體源氨 氣和二氯二氫硅的氣體流量比例控制在(1 5)到(1 2)之間；所述底層富硅氮化硅陷 阱層的厚度為10-40埃，所述反應(yīng)氣體源氨氣和二氯二氫硅的氣體流量比例控制在(1 5) 到(1 2)之間；所述中部氮化硅陷阱層的厚度為20-120埃，所述反應(yīng)氣體源氨氣和二氯 二氫硅的氣體流量比例控制在(3 1)到(1 1)之間。第三步采用高溫熱氧化工藝在氮化硅陷阱層上淀積高溫熱氧化層，該步驟工藝溫 度為600-900°C，時間為10-60分鐘。第四步采用低壓化學汽相淀積方法在高溫熱氧化層上淀積柵電極，該步驟工藝溫 度為600-900°C，時間為10-100分鐘。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明實現(xiàn)的氮化硅陷阱層橄欖形 能帶間隙結(jié)構(gòu)通過改善氮化硅的能帶間隙，提高電子和空穴距離氧化硅導帶和價帶的距 離，從而提高電荷的存儲能力以及寫入/擦除后的閾值電壓窗口。


圖1是常規(guī)S0N0S閃存器件的能帶結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明能帶間隙工程S0N0S器件能帶圖；圖3是本發(fā)明S0N0S器件制備方法的工藝流程圖，其中，圖3A是第一步完成后 S0N0S器件的截面圖；圖3B是本發(fā)明中第二步完成后S0N0S器件的截面圖；圖3C是本發(fā)明 中第三步完成后S0N0S器件的截面圖；圖3D是本發(fā)明中第四步完成后S0N0S器件的截面 圖；圖4是本發(fā)明的橄欖形能帶間隙氮化硅層的物理結(jié)構(gòu)圖。在圖1到圖4中，附圖標記具體表示為1是硅襯底2是隧穿氧化層3是氮化硅陷阱層3-T是頂層富硅氮化硅陷阱層3-M是中部氮化硅陷阱層3-B是底層富硅氮化硅陷阱層4是高溫氧化層5是多晶硅電極A是硅的禁帶寬度B是硅價帶距離氧化硅價帶的勢壘高度C是硅導帶距離氧化硅導帶的勢壘高度Dl、D2是氮化硅價帶距離氧化硅價帶的勢壘高度E1、E2是氮化硅導帶距離氧化硅導帶的勢壘高度
F是氮化硅的禁帶寬度
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖2所示，本發(fā)明的SONOS閃存器件從下至上包括硅襯底1、隧穿氧化層2、氮化 硅陷阱層3、高溫氧化層4和多晶硅電極5，氮化硅陷阱層3能帶結(jié)構(gòu)呈橄欖形，其中接近隧 穿氧化層2和高溫氧化層4的氮化硅陷阱層能帶間隙寬度比中間的能帶間隙寬度窄。本發(fā) 明通過調(diào)整氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙(能帶結(jié)構(gòu)參看圖2)，在提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保 存能力的同時，也可以提高寫入/擦除后的閾值電壓窗口。本發(fā)明主要的工藝流程包括如下步驟(如圖3所示)第一步，隧穿氧化層制備。這步工藝采用常規(guī)的熱氧化工藝。如圖3A所示，在硅 襯底1上淀積隧穿氧化層2。該步驟工藝溫度700-900°C，時間30-200Min。第二步，氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙工程。這步工藝通過調(diào)整氮化硅陷阱層中 硅的含量，來修正氮化硅的能帶間隙(主要是在接近隧穿氧化層和接近高溫熱氧化層)， 從而提高電荷在介質(zhì)中存儲的能力。常用的反應(yīng)氣體源包括氨氣(NH3)和二氯二氫硅 (SiH2CL2),硅含量的調(diào)整主要是通過反應(yīng)氣體源的流量配比。如圖3B所示，在隧穿氧化層 2上淀積氮化硅陷阱層3。這步工藝采用常規(guī)的低壓化學汽相淀積的方法來制備氮化硅陷 阱層，作為存儲電荷的介質(zhì)。該步驟工藝溫度600-800°C，時間10-60Sec。如圖4所示，氮 化硅陷阱層3包括頂層富硅氮化硅陷阱層3-T (接近高溫熱氧化層4的氮化硅陷阱層)、底 層富硅氮化硅陷阱層3-B(接近隧穿氧化層2的氮化硅陷阱層)和中部氮化硅陷阱層3-M， 其中，頂層富硅氮化硅陷阱層3-T的厚度為10-40埃，氨氣(NH3)和二氯二氫硅(SiH2CL2)的 氣體流量比例控制在(1 5)到(1 2)之間，具有較高的硅含量；底層富硅氮化硅陷阱層 3-B的厚度為10-40埃，氨氣(NH3)和二氯二氫硅(SiH2CL2)的氣體流量比例控制在(1 5) 到(1 2)之間，具有較高的硅含量；中部氮化硅陷阱層3-M的厚度為20-120埃，氨氣(NH3) 和二氯二氫硅(SiH2CL2)的氣體流量比例控制在(3 1)到(1 1)之間，具有較低的硅含 量。第三步，高溫熱氧化層的制備。這步工藝采用常規(guī)的高溫熱氧化工藝。如圖3C所 示，在氮化硅陷阱層3上淀積高溫熱氧化層4。該步驟工藝溫度600-900°C，時間10-60Min。第四步，柵電極制備。如圖3D所示，采用常規(guī)低壓化學汽相淀積方法在高溫熱氧 化層4上淀積柵電極5。該步驟工藝溫度600-900°C，時間lO-lOOMin。
權(quán)利要求
一種SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)，其特征在于，該SONOS器件從下至上包括硅襯底、隧穿氧化層、氮化硅陷阱層、高溫氧化層和多晶硅電極，所述氮化硅陷阱層能帶結(jié)構(gòu)呈橄欖形，接近隧穿氧化層和高溫氧化層的氮化硅陷阱層能帶間隙寬度比中間的能帶間隙寬度窄。
2.如權(quán)利要求1所述的SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述氮化硅陷阱層包括頂層富硅氮化硅陷阱層、中部氮化硅陷阱層、底層富硅氮化硅陷阱 層。
3.如權(quán)利要求2所述的SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述頂層富硅氮化硅陷阱層的厚度為10-40埃，所述底層富硅氮化硅陷阱層的厚度為 10-40埃，所述中部氮化硅陷阱層的厚度為20-120埃。
4.一種SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包 括如下步驟第一步，制備隧穿氧化層；第二步，制備氮化硅陷阱層，形成氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)；第三步，制備高溫熱氧化層；第四步，柵電極制備。
5.如權(quán)利要求4所述的SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)的制造方 法，其特征在于第一步采用熱氧化工藝在硅襯底上淀積隧穿氧化層，該步驟工藝溫度為 700-900°C，時間為 30-200 分鐘。
6.如權(quán)利要求4所述的SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)的制造方法， 其特征在于第二步在隧穿氧化層上淀積氮化硅陷阱層，通過調(diào)整氮化硅陷阱層中硅的含 量來修正氮化硅的能帶間隙，形成氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)，作為存儲電荷的介 質(zhì)，該步驟工藝溫度為600-800°C，時間為10-60秒。
7.如權(quán)利要求6所述的SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)的制造方法， 其特征在于第二步中所述調(diào)整氮化硅陷阱層中硅的含量主要是通過反應(yīng)氣體源的流量配 比，所述反應(yīng)氣體源包括氨氣和二氯二氫硅。
8.如權(quán)利要求7所述的SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)的制造方法， 其特征在于第二步形成的氮化硅陷阱層包括頂層富硅氮化硅陷阱層、底層富硅氮化硅陷 阱層和中部氮化硅陷阱層；所述頂層富硅氮化硅陷阱層的厚度為10-40埃，所述反應(yīng)氣體 源氨氣和二氯二氫硅的氣體流量比例控制在(1 5)到(1 2)之間；所述底層富硅氮 化硅陷阱層的厚度為10-40埃，所述反應(yīng)氣體源氨氣和二氯二氫硅的氣體流量比例控制在 (1 5)到(1 2)之間；所述中部氮化硅陷阱層的厚度為20-120埃，所述反應(yīng)氣體源氨 氣和二氯二氫硅的氣體流量比例控制在(3 1)到(1 1)之間。
9.如權(quán)利要求4所述的SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)的制造方法， 其特征在于第三步采用高溫熱氧化工藝在氮化硅陷阱層上淀積高溫熱氧化層，該步驟工 藝溫度為600-900°C，時間為10-60分鐘。
10.如權(quán)利要求4所述的SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)的制造方法， 其特征在于第四步采用低壓化學汽相淀積方法在高溫熱氧化層上淀積柵電極，該步驟工 藝溫度為600-900°C，時間為10-100分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SONOS器件的氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)，該SONOS器件從下至上包括硅襯底、隧穿氧化層、氮化硅陷阱層、高溫氧化層和多晶硅電極，所述氮化硅陷阱層能帶結(jié)構(gòu)呈橄欖形，接近隧穿氧化層和高溫氧化層的氮化硅陷阱層能帶間隙寬度比中間的能帶間隙寬度窄。此外，本發(fā)明還公開上述SONOS器件結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明在提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的同時，也可以提高寫入/擦除后的閾值電壓窗口。
文檔編號H01L29/423GK101872767SQ20091005713
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者林鋼, 王函 申請人:上海華虹Nec電子有限公司