專利名稱：用dpn氮氧化硅作為sonos 存儲(chǔ)介質(zhì)層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制程領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠存儲(chǔ)電荷的ONO結(jié)構(gòu)及其制備方法，具體而言，涉及一種用DPN (脫偶等離子體氮化工藝)氮氧化硅作為SONOS存儲(chǔ)介質(zhì)層的ONO結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件中扮演著重要的角色。非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的基本工作原理是在一個(gè)MOSFET (金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管，簡稱金氧半場效晶體管)的柵介質(zhì)中存儲(chǔ)電荷。其中電荷被存儲(chǔ)在一個(gè)適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)層的分立的俘獲中心里的器件被稱為電荷俘獲器件。這類器件中最常用的是硅一氧化硅一氮化硅一氧化硅一硅 (SONOS)存儲(chǔ)器。隨著非易失性存儲(chǔ)器(NVM)器件尺寸的不斷減小，浮柵型非易失揮發(fā)性存儲(chǔ)器的漏電流隨著隧穿氧化物厚度的減小而不斷增大，使隧穿氧化物厚度的繼續(xù)減小受到了限制。因此，使用陷阱材料作為電荷存儲(chǔ)介質(zhì)的SONOS存儲(chǔ)器被人們所關(guān)注，陷阱材料可以固定注入電荷，在一定程度上阻止了存儲(chǔ)電荷的泄漏。SONOS存儲(chǔ)器除了尺寸小之外，還具有良好的耐受性、低操作電壓、低功耗、工藝簡單、與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。SONOS的氮化硅層作為電荷存儲(chǔ)介質(zhì)層的工藝尤為關(guān)鍵，其不僅關(guān)系著存儲(chǔ)器件的擦寫速度，還和器件的耐久性能(Endurance)和電荷保持性能(Retention)等問題密切相關(guān)。但隨著SONOS器件尺寸的不斷減小，寫和擦除的工作電壓也隨之降低，現(xiàn)有存儲(chǔ)器件的電荷保持能力會(huì)隨著工作電壓減低而變差，嚴(yán)重影響SONOS器件的應(yīng)用?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)工藝中用爐管生長氮化硅層作為存儲(chǔ)介質(zhì)層，其擦寫速度及保持性已經(jīng)無法滿足實(shí)際應(yīng)用。在現(xiàn)有的技術(shù)中，最常用的等離子氮化物技術(shù)是Applied Material公司提供的去藕等離子體氮化物(DPN)工藝。該DPN工藝能夠?qū)⒖煽亓康牡?原子或者離子)結(jié)合到二氧化硅SiO2W表面。以等離子方式摻雜的氮通常會(huì)分布在SiO2表面或填充在表面附近。并盡可能地抑止了氮向溝道及絕緣柵、溝道界面間的滲透，有效地提高了絕緣柵介電常數(shù)，降低了有效絕緣柵厚度及柵漏電流。DPN工藝廣泛的應(yīng)用于90nm以下工藝。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種能夠滿足實(shí)際應(yīng)用中的擦寫速度和保持性的能夠存儲(chǔ)電荷的ONO結(jié)構(gòu)及其制備方法。本發(fā)明的一種能夠存儲(chǔ)電荷的ONO結(jié)構(gòu)，包括隧穿氧化層、存儲(chǔ)介質(zhì)層和阻擋氧化層，所述隧穿氧化層和阻擋氧化層由氧化硅構(gòu)成，所述存儲(chǔ)介質(zhì)層由氮氧化硅構(gòu)成，所述存儲(chǔ)介質(zhì)層在靠近阻擋氧化層的氮氧化硅中含有較多的氮，而在靠近隧穿氧化層的氮氧化硅中含有較多的氧。在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施方式中，所述隧穿氧化層的厚度為15 25A，所述存儲(chǔ)介質(zhì)層的厚度為8(Γ90Α，所述阻擋氧化層的厚度為4(Γ60Α。
本發(fā)明還提供了一種能夠存儲(chǔ)電荷的ONO結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟 步驟1，在器件的硅襯底上生長隧穿氧化層；
步驟2，在所述隧穿氧化層上生長本體氧化層；
步驟3，將氮離子注入到本體氧化層中，并使得靠近隧穿氧化層的一側(cè)中含有較多的氧，另一側(cè)中含有較多的氮，形成存儲(chǔ)介質(zhì)層； 步驟4，在所述存儲(chǔ)介質(zhì)層上生長阻擋氧化層。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟3中利用去藕等離子體氮化物工藝將把等離子態(tài)的氮注入到本體氧化層中，并使得靠近隧穿氧化層的一側(cè)中含有較多的氧，另一側(cè)中含有較多的氮，形成存儲(chǔ)介質(zhì)層。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟2中利用爐管在所述隧穿氧化層上生長本體氧化層。本發(fā)明利用氮氧分布不均勻的氮氧化硅作為存儲(chǔ)介質(zhì)層，其結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的擦寫速度和電荷保持性，并且其制備工藝對(duì)常規(guī)的制造工藝過程改動(dòng)較少，只涉及其中的ONO結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)而不需花費(fèi)較大成本。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的闡釋。如圖1中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，一種能夠存儲(chǔ)電荷的ONO結(jié)構(gòu)，包括隧穿氧化層1、存儲(chǔ)介質(zhì)層2和阻擋氧化層3，所述隧穿氧化層1和阻擋氧化層3由氧化硅構(gòu)成，所述存儲(chǔ)介質(zhì)層2由氮氧化硅構(gòu)成，所述存儲(chǔ)介質(zhì)層2在靠近阻擋氧化層3的氮氧化硅中含有較多的氮，而在靠近隧穿氧化層1的氮氧化硅中含有較多的氧。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，一種能夠存儲(chǔ)電荷的ONO結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟
步驟1，在器件的硅襯底上生長隧穿氧化層； 步驟2，在所述隧穿氧化層上生長本體氧化層；
步驟3，將氮離子注入到本體氧化層中，并使得靠近隧穿氧化層的一側(cè)中含有較多的氧，另一側(cè)中含有較多的氮，形成存儲(chǔ)介質(zhì)層； 步驟4，在所述存儲(chǔ)介質(zhì)層上生長阻擋氧化層。本發(fā)明從存儲(chǔ)介質(zhì)層著手，工藝過程，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的性能改善。本發(fā)明的存儲(chǔ)介質(zhì)層在靠近阻擋氧化層的氮氧化硅中含有較多的氮，在靠近隧穿氧化層的氮氧化硅中含有較多的氧，氮和氧的分布不是均勻的，是逐漸變化的，形成的存儲(chǔ)介質(zhì)層的能帶是一種錐形的能帶。從而使得電荷不容易從隧穿氧化層脫離，提高了數(shù)據(jù)的讀寫速度和保持性。在本發(fā)明的實(shí)施例中，ONO結(jié)構(gòu)的隧穿氧化層的厚度為15 25A，存儲(chǔ)介質(zhì)層的厚度為8(Γ90Α，阻擋氧化層的厚度為4(Γ60Α。此外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，利用了去藕等離子體氮化物(DPN)工藝將把等離子態(tài)的氮注入到本體氧化層中，并使得靠近隧穿氧化層的一側(cè)中含有較多的氧，另一側(cè)中含有較多的氮，形成存儲(chǔ)介質(zhì)層。由于DPN工藝把等離子態(tài)的氮注入到阻擋氧化層和存儲(chǔ)介質(zhì)層之間的界面，這樣形成的氮氧化硅，在靠近阻擋氧化層的氮氧化硅含有較多的氮，而靠近隧穿氧化層的氮氧化硅含有較多的氧，氮和氧的分布不是均勻的，是逐漸變化的，形成的存儲(chǔ)介質(zhì)層的能帶是一種錐形的能帶。這種SONOS單元，被存儲(chǔ)的電荷不容易從隧穿氧化層脫離，從而提高數(shù)據(jù)的保持性。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，利用了爐管在所述隧穿氧化層上生長本體氧化層。當(dāng)然在其他實(shí)施例中，也可使用其他方法，本實(shí)施例對(duì)此不作限制。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用DPN氮氧化硅作為SONOS存儲(chǔ)介質(zhì)層的ONO結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述ONO結(jié)構(gòu)包括隧穿氧化層、存儲(chǔ)介質(zhì)層和阻擋氧化層，所述隧穿氧化層和阻擋氧化層由氧化硅構(gòu)成， 所述存儲(chǔ)介質(zhì)層由氮氧化硅構(gòu)成，所述存儲(chǔ)介質(zhì)層在靠近阻擋氧化層的氮氧化硅中含有較多的氮，而在靠近隧穿氧化層的氮氧化硅中含有較多的氧。
2.如權(quán)利要求1所述的用DPN氮氧化硅作為SONOS存儲(chǔ)介質(zhì)層的ONO結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隧穿氧化層的厚度為15 25A，所述存儲(chǔ)介質(zhì)層的厚度為8(Γ90Α，所述阻擋氧化層的厚度為40 60Α。
3.一種用DPN氮氧化硅作為SONOS存儲(chǔ)介質(zhì)層的ONO結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟步驟1，在器件的硅襯底上生長隧穿氧化層；步驟2，在所述隧穿氧化層上生長本體氧化層；步驟3，將氮離子注入到本體氧化層中，并使得靠近隧穿氧化層的一側(cè)中含有較多的氧，另一側(cè)中含有較多的氮，形成存儲(chǔ)介質(zhì)層；步驟4，在所述存儲(chǔ)介質(zhì)層上生長阻擋氧化層。
4.如權(quán)利要求3所述的用DPN氮氧化硅作為SONOS存儲(chǔ)介質(zhì)層的ONO結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟3中利用去藕等離子體氮化物工藝將把等離子態(tài)的氮注入到本體氧化層中，并使得靠近隧穿氧化層的一側(cè)中含有較多的氧，另一側(cè)中含有較多的氮，形成存儲(chǔ)介質(zhì)層。
5.如權(quán)利要求3所述的用DPN氮氧化硅作為SONOS存儲(chǔ)介質(zhì)層的ONO結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟2中利用爐管在所述隧穿氧化層上生長本體氧化層。
全文摘要
一種用DPN氮氧化硅作為SONOS存儲(chǔ)介質(zhì)層的方法，包括隧穿氧化層、存儲(chǔ)介質(zhì)層和阻擋氧化層，存儲(chǔ)介質(zhì)層由氮氧化硅構(gòu)成，所述存儲(chǔ)介質(zhì)層在靠近阻擋氧化層的氮氧化硅中含有較多的氮，而在靠近隧穿氧化層的氮氧化硅中含有較多的氧。制備方法，包括在隧穿氧化層上生長本體氧化層；將氮離子注入到本體氧化層中，并使得靠近隧穿氧化層的一側(cè)中含有較多的氧，另一側(cè)中含有較多的氮，形成存儲(chǔ)介質(zhì)層。本發(fā)明利用氮氧分布不均勻的氮氧化硅作為存儲(chǔ)介質(zhì)層，其結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的擦寫速度和電荷保持性，并且其制備工藝對(duì)常規(guī)的制造工藝過程改動(dòng)較少，只涉及其中的ONO結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)而不需花費(fèi)較大成本。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102446964SQ20111034989
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者楊斌, 郭明升, 黃奕仙 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司