專利名稱：Sonos器件及制造方法及其單元信息擦寫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種SONOS器件；本發(fā)明還涉及一種SONOS器件的制造方法；本發(fā)明還涉及一種SONOS器件的單元信息擦寫方法。
背景技術(shù)：
SONOS器件，因?yàn)榫邆淞己玫牡缺壤s小特性和抗輻照特性而成為目前主要的閃存類型之一。然而現(xiàn)有SONOS器件在工藝流程和擦寫操作機(jī)制方面的一些問(wèn)題也在制約著其本身的可靠性。如圖1所示，為現(xiàn)有SONOS器件示意圖，包括一源區(qū)4和一漏區(qū)4，所述源區(qū)4和所述漏區(qū)4為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且是形成于硅襯底7中并相隔一橫向距離。所述源區(qū)4和所述漏區(qū) 4之間的區(qū)域?yàn)闇系绤^(qū)，在所述溝道區(qū)表面上形成一柵結(jié)構(gòu)，所述柵結(jié)構(gòu)由下往上依次為第一層氧化硅3、第二層氮化硅2、第三層氧化硅1、第四層多晶硅6，在所示柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成有側(cè)墻5。其中所述第一層氧化硅3、所述第二層氮化硅2、所述第三層氧化硅1組成一 ONO多層膜，所述ONO多層膜為現(xiàn)有SONOS器件的信息存儲(chǔ)單元。所述第四層多晶硅6接?xùn)艠O。所述第一層氧化硅3的厚度小于所述第三層氧化硅1的厚度，且所述第一層氧化硅3用做現(xiàn)有SONOS器件的電子寫入或擦除時(shí)的隧穿氧化層，所述第三層氧化硅1用做現(xiàn)有SONOS器件的阻擋電子從所述柵極注入或泄漏的阻擋氧化層。所以現(xiàn)有技術(shù)中的所述第一層氧化硅 3厚度要滿足能夠?qū)崿F(xiàn)FN隧穿的超薄條件，一般要小于60埃；而所述第三層氧化硅1厚度要厚到滿足能夠阻擋FN隧穿的實(shí)現(xiàn)，一般要大于60埃。擦寫操作機(jī)制方面，現(xiàn)有SONOS器件是通過(guò)溝道區(qū)的FN隧穿進(jìn)行擦除和編程即寫入的操作，電子和空穴都是通過(guò)隧穿氧化層3即所述第一層氧化硅3進(jìn)入電荷陷阱層，因此隧穿氧化層3與襯底之間界面的界面態(tài)會(huì)急速惡化，在反復(fù)的擦除寫入操作后，現(xiàn)有SONOS 器件的數(shù)據(jù)保存能力會(huì)大大降低。同時(shí)，F(xiàn)N隧穿擦寫的最大缺點(diǎn)是速度較慢。相比較采用溝道熱電子注入效應(yīng) (Channel hot electron injectiomOffi)方法的寫入速度要比FN隧穿寫入速度快近千倍， HCI方法寫入速度是毫秒級(jí)別而FN隧穿寫入是微秒級(jí)別?，F(xiàn)有SONOS器件如果采用HCI的方法來(lái)進(jìn)行信息寫入的話，雖然可以提高其操作速度，但由于底層氧化層薄，其保存數(shù)據(jù)的能力將急劇下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種SONOS器件，能夠大大提高器件的操作速度和可靠性。為此，本發(fā)明還提供一種SONOS器件的制造方法。本發(fā)明還提供一種SONOS 器件的單元信息擦寫方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的SONOS器件，包括一源區(qū)和一漏區(qū)，所述源區(qū)和所述漏區(qū)形成于硅襯底中并相隔一橫向距離，所述源區(qū)和所述漏區(qū)之間的區(qū)域?yàn)闇系绤^(qū)。在所述溝道區(qū)表面上形成一柵結(jié)構(gòu)，所述柵結(jié)構(gòu)由下往上依次為第一層氧化硅、第二層
3氮化硅、第三層氧化硅、第四層多晶硅。其中所述第一層氧化硅、所述第二層氮化硅、所述第三層氧化硅組成一 ONO多層膜，所述ONO多層膜為SONOS器件的信息存儲(chǔ)單元。所述第四層多晶硅接?xùn)艠O。所述第一層氧化硅的厚度大于所述第三層氧化硅的厚度，且所述第三層氧化硅的厚度小于等于60埃、所述第一層氧化硅的厚度大于60埃，所述第二層氮化硅的厚度為30埃 150埃。所述源區(qū)通過(guò)源極接電極、所述漏區(qū)通過(guò)漏極接電極、所述襯底通過(guò)一襯底電極加電壓。所述第三層氧化硅采用多晶硅自氧化技術(shù)制備，包括步驟在所述第二層氮化硅上生長(zhǎng)一多晶硅層、再用熱氧化工藝完全氧化所述多晶硅層形成所述第三層氧化娃。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種SONOS器件的制造方法，形成SONOS器件的柵結(jié)構(gòu)時(shí)采用如下步驟步驟一、采用熱氧化工藝在硅襯底上形成第一層氧化硅，所述第一層氧化硅的厚度大于60埃。步驟二、采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝在所述第一層氧化硅上形成第二層氮化硅， 所述第二層氮化硅的厚度為30埃 150埃。步驟三、在所述第二層氮化硅上形成一第五層多晶硅，所述第五層多晶硅的厚度控制在當(dāng)所述第五層多晶硅完全氧化后的厚度要小于60埃。步驟四、采用熱氧化工藝對(duì)所述第五層多晶硅進(jìn)行完全氧化形成第三層氧化硅， 所述第三層氧化硅的厚度小于60埃。步驟五、采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝在所述第三層氧化硅上形成第四層多晶硅。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種SONOS器件的單元信息的擦寫方法，包括單元信息寫入和單元信息擦除兩個(gè)步驟，所述單元信息寫入是采用溝道熱電子注入效應(yīng)將電子從所述溝道區(qū)穿過(guò)所述第一層氧化硅注入到所述第二層氮化硅的氮化硅陷阱中；所述單元信息擦除是利用FN隧穿方法將存儲(chǔ)在所述第二層氮化硅的氮化硅陷阱中的電子從所述第二層氮化硅穿過(guò)所述第三層氧化硅注入到所述第四層多晶硅。所述單元信息擦除時(shí)各電極的電壓偏置方法為在所述柵極加一正電壓、襯底電極接地、源極懸空或接地、漏極懸空或接地。所述單元信息寫入時(shí)各電極的電壓偏置方法為在所述柵極和所述漏極分別接一合適的能寫入電子的正電壓，所述源極和襯底電極接地。本發(fā)明的有益效果為1、本發(fā)明能夠大大提高器件的速度。本發(fā)明器件采用溝道熱電子注入效應(yīng)進(jìn)行電子寫入，電子寫入時(shí)穿過(guò)所述第一層氧化硅，相對(duì)于現(xiàn)有SONOS器件中采用FN隧穿寫入方法，寫入速度得到大大的提高。2、本發(fā)明還能夠提高器件的可靠性。本發(fā)明器件單元信息擦除時(shí)電子是穿過(guò)所述第三層氧化硅進(jìn)行擦除的，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠減少擦除時(shí)熱電子對(duì)第一層氧化硅的損傷，這就能大大提高器件的可靠性。另外，本發(fā)明器件的第一層氧化硅的厚度變厚、 以及第三層氧化層采用多晶硅自氧化技術(shù)制備具有高質(zhì)量都是本發(fā)明器件具有較高的可靠性。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明
圖1為現(xiàn)有SONOS器件示意圖；圖2為本發(fā)明SONOS器件示意圖；圖3為本發(fā)明SONOS器件的制造方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，為本發(fā)明SONOS器件示意圖，包括一源區(qū)4和一漏區(qū)4，所述源區(qū)4和所述漏區(qū)4為對(duì)稱結(jié)構(gòu)且是形成于硅襯底7中并相隔一橫向距離。所述源區(qū)4和所述漏區(qū)4 之間的區(qū)域?yàn)闇系绤^(qū)，在所述溝道區(qū)表面上形成一柵結(jié)構(gòu)，所述柵結(jié)構(gòu)由下往上依次為第一層氧化硅3、第二層氮化硅2、第三層氧化硅1、第四層多晶硅6，在所示柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成有側(cè)墻 5。其中所述第一層氧化硅3、所述第二層氮化硅2、所述第三層氧化硅1組成一 ONO多層膜， 所述ONO多層膜為所述SONOS器件的信息存儲(chǔ)單元。所述第四層多晶硅6接?xùn)艠O。所述第一層氧化硅3的厚度大于所述第三層氧化硅1的厚度，且所述第三層氧化硅1的厚度小于等于 60埃、所述第一層氧化硅3的厚度大于60埃，所述第二層氮化硅2的厚度為30埃 150埃。 所述源區(qū)4通過(guò)源極接電極、所述漏區(qū)4通過(guò)漏極接電極、所述襯底7通過(guò)一襯底電極加電壓。所述第三層氧化硅1采用多晶硅自氧化技術(shù)制備，包括步驟在所述第二層氮化硅2上生長(zhǎng)一多晶硅層、再用熱氧化工藝完全氧化所述多晶硅層形成所述第三層氧化硅。如圖3所示，為本發(fā)明SONOS器件的制造方法流程示意圖。本發(fā)明SONOS器件的制造方法中在形成所述SONOS器件的柵結(jié)構(gòu)時(shí)采用如下步驟步驟一、采用熱氧化工藝在硅襯底7上形成第一層氧化硅3，所述第一層氧化硅3 的厚度大于60埃。步驟二、采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝在所述第一層氧化硅3上形成第二層氮化硅 2，所述第二層氮化硅2的厚度為30埃 150埃。步驟三、在所述第二層氮化硅2上形成一第五層多晶硅，所述第五層多晶硅的厚度控制在當(dāng)所述第五層多晶硅完全氧化后的厚度要小于60埃。步驟四、采用熱氧化工藝對(duì)所述第五層多晶硅進(jìn)行完全氧化形成第三層氧化硅1， 所述第三層氧化硅1的厚度小于60埃。步驟五、采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝在所述第三層氧化硅1上形成第四層多晶硅 6，所述第四層多晶硅6的厚度為1500埃 2500埃。本發(fā)明SONOS器件的單元信息的擦寫方法，包括單元信息寫入和單元信息擦除兩個(gè)步驟，所述單元信息寫入是采用溝道熱電子注入效應(yīng)將電子從所述溝道區(qū)穿過(guò)所述第一層氧化硅3注入到所述第二層氮化硅2的氮化硅陷阱中；所述單元信息擦除是利用FN隧穿方法將存儲(chǔ)在所述第二層氮化硅2的氮化硅陷阱中的電子從所述第二層氮化硅2穿過(guò)所述第三層氧化硅1注入到所述第四層多晶硅6。所述單元信息擦除時(shí)各電極的電壓偏置方法為在所述第四層多晶硅6柵極加一正電壓、襯底7電極接地、源極懸空或接地、漏極懸空或接地。所述單元信息寫入時(shí)各電極的電壓偏置方法為在所述柵極和所述漏極分別接一合適的能寫入電子的正電壓，所述源極和襯底電極接地。以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種SONOS器件，包括一源區(qū)和一漏區(qū)，所述源區(qū)和所述漏區(qū)形成于硅襯底中并相隔一橫向距離，所述源區(qū)和所述漏區(qū)之間的區(qū)域?yàn)闇系绤^(qū)，其特征在于在所述溝道區(qū)表面上形成一柵結(jié)構(gòu)，所述柵結(jié)構(gòu)由下往上依次為第一層氧化硅、第二層氮化硅、第三層氧化硅、第四層多晶硅；其中所述第一層氧化硅、所述第二層氮化硅、所述第三層氧化硅組成一 ONO多層膜，所述ONO多層膜為SONOS器件的信息存儲(chǔ)單元；所述第四層多晶硅接?xùn)艠O；所述第一層氧化硅的厚度大于所述第三層氧化硅的厚度，且所述第三層氧化硅的厚度小于等于60埃、所述第一層氧化硅的厚度大于60埃；所述第二層氮化硅的厚度為30埃 150埃。
2.如權(quán)利要求1所述的SONOS器件，其特征在于所述第三層氧化硅采用多晶硅自氧化技術(shù)制備，包括步驟在所述第二層氮化硅上生長(zhǎng)一多晶硅層、在用氧化方法完全氧化所述多晶硅層形成所述第三層氧化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的SONOS器件的制造方法，其特征在于，形成SONOS器件的柵結(jié)構(gòu)時(shí)采用如下步驟步驟一、采用熱氧化工藝在硅襯底上形成第一層氧化硅，所述第一層氧化硅的厚度大于60埃；步驟二、采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝在所述第一層氧化硅上形成第二層氮化硅，所述第二層氮化硅的厚度為30埃 150埃；步驟三、在所述第二層氮化硅上形成一第五層多晶硅，所述第五層多晶硅的厚度控制在當(dāng)所述第五層多晶硅完全氧化后的厚度要小于60埃；步驟四、采用熱氧化工藝對(duì)所述第五層多晶硅進(jìn)行完全氧化形成第三層氧化硅，所述第三層氧化硅的厚度小于60埃；步驟五、采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝在所述第三層氧化硅上形成第四層多晶硅。
4.如權(quán)利要求1所述的SONOS器件的單元信息的擦寫方法，其特征在于包括單元信息寫入和單元信息擦除兩個(gè)步驟，所述單元信息寫入是采用溝道熱電子注入效應(yīng)將電子從所述溝道區(qū)并穿過(guò)所述第一層氧化硅注入到所述第二層氮化硅的氮化硅陷阱中；所述單元信息擦除是利用FN隧穿方法將存儲(chǔ)在所述第二層氮化硅的氮化硅陷阱中的電子從所述第二層氮化硅并穿過(guò)所述第三層氧化硅注入到所述第四層多晶硅。
5.如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于所述單元信息擦除時(shí)各電極的電壓偏置方法為在所述柵極加一正電壓、襯底電極接地、源極懸空或接地、漏極懸空或接地。
6.如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于所述單元信息寫入時(shí)各電極的電壓偏置方法為在所述柵極和所述漏極分別接一正電壓，所述源極和襯底電極接地。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種SONOS器件，其柵結(jié)構(gòu)由下往上依次為第一層氧化硅、第二層氮化硅、第三層氧化硅、第四層多晶硅。第一層氧化硅、所述第二層氮化硅、所述第三層氧化硅組成一ONO多層膜，ONO多層膜為SONOS器件的信息存儲(chǔ)單元。第一層氧化硅的厚度大于所述第三層氧化硅的厚度。第三層氧化硅采用多晶硅自氧化技術(shù)制備。本發(fā)明還公開(kāi)了一種SONOS器件的制造方法。本發(fā)明還公開(kāi)了一種SONOS器件的單元信息的擦寫方法。本發(fā)明采用溝道熱電子注入效應(yīng)進(jìn)行電子寫入能大大提高器件的操作速度。本發(fā)明通過(guò)第三層氧化硅進(jìn)行電子擦除，以及采用較厚的第一層氧化硅和良好的第三層氧化層制備工藝，使得本發(fā)明器件的可靠性大大提高。
文檔編號(hào)H01L21/8247GK102386187SQ20101027011
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者劉冬華, 錢文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司