專利名稱：利用熱處理制造薄介電層的方法及半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄介電層的制造方法，尤其涉及一種利用熱處理制造半導(dǎo)體器件中的薄介電層的方法。本發(fā)明還涉及一種利用該方法形成的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
發(fā)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)器廣泛應(yīng)用在不接受持續(xù)功率的電子系統(tǒng)中，例如應(yīng)用在功率并不總是可利用的場合、功率頻繁中斷的場合、和/或希望使用低功率的場合。實(shí)例應(yīng)用包括移動(dòng)通信系統(tǒng)、用于存儲(chǔ)音樂和/或圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)卡和包括處理裝置和存儲(chǔ)裝置的芯片上系統(tǒng)應(yīng)用。
在非易失性存儲(chǔ)器中的單元晶體管通常采用形成在源/漏區(qū)之間的襯底的溝道區(qū)之上的疊柵結(jié)構(gòu)。疊柵結(jié)構(gòu)包括順序疊置地形成在溝道上的柵絕緣層、浮置柵極電極、柵極間介電層和控制柵極電極。在晶體管編程階段，浮置柵極電極和控制柵極電極電容耦合以給浮置柵極編程。同時(shí)，在編程階段之后的晶體管操作期間，浮置柵極被隔離在柵絕緣層和柵極間介電層之間，以防止從浮置柵極到襯底或從浮置柵極到控制柵的電荷遷移。
柵絕緣層通常由例如SiO2的柵氧化物材料形成。形成在柵絕緣層上的浮置柵極包括諸如多晶硅的導(dǎo)電材料。在浮置柵極上形成柵極間介電層。接著在柵極間介電層上形成包括例如多晶硅的導(dǎo)電材料的控制柵。因此，在編程階段，柵極間介電層必須足夠薄以提供控制柵極和浮置柵極之間的足夠電容耦合，以允許電荷流動(dòng)從而能夠在浮置柵極中存儲(chǔ)電荷。而且，薄柵極間介電層引起器件速度增加。同時(shí)，在編程之后的晶體管操作期間，柵極間介電層必須足夠厚以防止從浮置柵極到控制柵極的電荷遷移。
疊柵結(jié)構(gòu)能示意地簡化成為在施加給控制柵極的控制電壓V控制和施加給襯底的襯底電壓例如接地電壓之間串聯(lián)的兩個(gè)電容。在控制柵極和浮置柵極之間提供第一電容(C1)，并在浮置柵極和襯底之間提供第二電容(C2)。根據(jù)V浮置＝V控制C1/(C1+C2)的關(guān)系，從而確定浮置柵極的所得電壓(resultingvoltage)。在充電操作期間，相對(duì)于襯底在控制柵極上施加大的正電壓。來自襯底的電子遷移并經(jīng)由柵絕緣層穿透到浮置柵極中。由此初始電壓V浮置被提供給浮置柵極。大的第一和第二電容傾向于維持浮置柵極的初始電壓。相反，在放電操作期間，給控制柵極施加負(fù)電壓，并且給襯底施加正電壓。在放電操作期間，預(yù)先存儲(chǔ)在浮置柵極中的電子經(jīng)由柵絕緣層釋放回襯底中。浮置柵極中的電荷數(shù)量改變了晶體管的閾值電壓。按照此方式，在晶體管讀操作期間，充電晶體管解釋為第一二進(jìn)制值，例如，“1”，并且放電晶體管解釋為第二二進(jìn)制值，例如，“0”。
在非易失性存儲(chǔ)器中，主要考慮的是柵極間介電層被用于將浮置柵極與控制柵極隔離的特性。柵極間介電層必須能防止從浮置柵極到控制柵極的電荷遷移。為此，希望得到厚的柵極間介電層。同時(shí)，在編程操作期間，介電層應(yīng)該盡可能薄以確保控制柵極和浮置柵極之間的電容耦合。為了進(jìn)行充電和放電操作，浮置柵極存儲(chǔ)器通常要求高的編程電壓。例如，現(xiàn)代的快閃單元工作在使用控制柵極和襯底之間18伏電勢的編程模式下?，F(xiàn)代的電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)(EEPROM)器件要求15伏電勢。使用專門的激勵(lì)電路(pumping Circuitry)在芯片上產(chǎn)生這種高電壓，且需要專門的高電壓晶體管將高電壓施加到器件終端。這種大尺寸元件會(huì)消耗有用的芯片表面積，且會(huì)增加制造成本。
一些人建議柵極間介電層完全由SiO2或“氧化物”形成。然而，如果單獨(dú)使用氧化物作為柵極間介電，它必須形成厚度至少150的層以便防止電荷從浮置柵極遷移到控制柵極，并防止多晶硅浮置柵極下面的表面粗糙度轉(zhuǎn)移到浮置柵極。這種厚層要求非常高的編程電壓以確?？刂茤艠O和浮置柵極之間的電容耦合。
其它人建議用氮化硅SiN3、或“氮化物”形成柵極間介電層。與氧化物柵極間介電層相比，每單位厚度下，氮化物柵極間介電層提供的控制柵極和浮置柵極之間的電容耦合更強(qiáng)。然而，氮化物不會(huì)很好粘附到控制柵極和浮置柵極中的多晶硅材料，因此單獨(dú)用作柵極間介電材料是不實(shí)用的。
考慮到上述問題，其它人建議氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層的層組合用于形成柵極間介電層。在ONO層中，氮化物層實(shí)現(xiàn)了有益的電容耦合效應(yīng)，而下和上氧化物層提供氮化物介電層和多晶硅控制柵極和浮置柵極之間的轉(zhuǎn)移或緩沖層。然而，在這種結(jié)構(gòu)中，由于浮置柵極的高度至少是40的表面粗糙度，所以為了足夠覆蓋底層拓?fù)?，接觸浮置柵極的下氧化物層必須形成至少60的厚度。由于下氧化物層具有保形的特性(conformingcharacteristics)，所以底層浮置柵極的上表面拓?fù)?topology)轉(zhuǎn)移給下氧化物層的上表面。接著是厚度為80的氮化物層。由于氮化物層也具有保形的特性，所以底層氧化物層的上表面拓?fù)滢D(zhuǎn)移給氮化物層的上表面。然后將厚60的第二氧化物層沉積在氮化物層上。該層，稱為阻擋氧化物層，防止浮置柵極和控制柵極之間的電荷擴(kuò)散。從而最終結(jié)構(gòu)的厚度是190，其限制了器件的編程電壓能夠被降低的量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于形成半導(dǎo)體器件的方法和根據(jù)在下導(dǎo)電層和上導(dǎo)電層之間提供薄介電層的方法形成的半導(dǎo)體器件。
在一個(gè)實(shí)施例中，薄介電層由柵極間介電層組成，下導(dǎo)電層由浮置柵極組成，上介電層由晶體管的控制柵極組成，晶體管例如是非易失性存儲(chǔ)單元晶體管。以這種方式，薄介電層提供了下浮置柵極和上控制柵極之間增強(qiáng)的電容耦合。這還導(dǎo)致晶體管更低的編程電壓、擦除電壓和讀取電壓，同時(shí)保持閾值電壓在希望的范圍內(nèi)。另外，由于假定更低的編程電壓，則不需要激勵(lì)電路，所以能夠使晶體管和最終存儲(chǔ)單元的尺寸小型化并減輕對(duì)電路中高電壓區(qū)的需要。
用熱處理工藝形成薄介電層，它導(dǎo)致底層浮置柵極的表面粗糙度減小并導(dǎo)致在浮置柵極上形成薄氮氧化硅層。在氮氧化硅層上形成介電層，以及組合層形成柵極間介電層。得到的薄介電層極好地阻礙了電荷從浮置柵極的遷移。
在第一方面，本發(fā)明涉及一種在第一和第二導(dǎo)電層之間形成導(dǎo)體間介電層的方法。提供第一導(dǎo)電層。在包括硅和氫的第一氣體和包括氮的第二氣體的氣氛中，對(duì)第一導(dǎo)電層進(jìn)行第一次熱處理。在第一次熱處理后，第一導(dǎo)電層在包括氮的第三氣體的氣氛中進(jìn)行第二次熱處理。第二次熱處理后，在第一導(dǎo)電層上提供介電層。在介電層上提供第二導(dǎo)電層。
在一個(gè)實(shí)施例中，在大約700℃和800℃之間的溫度范圍內(nèi)，例如在大約700℃和750℃之間的范圍內(nèi)，進(jìn)行第一次熱處理。在另一個(gè)實(shí)施例中，在大約730℃的溫度持續(xù)時(shí)間大約1小時(shí)，或在大約800℃的溫度持續(xù)時(shí)間大約30分鐘，進(jìn)行第一次熱處理。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一氣體是硅烷，以及選自由從SiH4、SiH2、Si(CH3)H3和Si3H8構(gòu)成的組中。第二氣體選自由NH3和N2構(gòu)成的組。第三氣體可選地進(jìn)一步包括氧，和例如選自由N2O和NO構(gòu)成的組中。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一次熱處理改善了第一導(dǎo)電層的上表面的表面粗糙度。第二次熱處理在第一導(dǎo)電層上提供一氮氧化物界面。氮氧化物界面例如由氮氧化硅SiOxNy材料組成，且厚度小于大約20。在一個(gè)實(shí)施例中，氮氧化物界面和介電層的組合厚度小于大約70厚。
在一個(gè)實(shí)施例中，介電層由選自由氧化物、氮化物和氮氧化物構(gòu)成的組中的一種材料形成。在另一個(gè)實(shí)施例中，形成介電層包括經(jīng)過第二次熱處理后在第一導(dǎo)電層上形成第一介電層，和在第一介電層上形成第二介電層，在這種情況下，第一介電層由氮化物組成且其中第二介電層由氧化物組成。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二導(dǎo)電層包括多晶硅。在一個(gè)實(shí)施例中，第一導(dǎo)電層由在半導(dǎo)體襯底上形成的浮置柵極組成，以及第二導(dǎo)電層由在介電層上形成的控制柵極組成。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體器件的浮置柵極和控制柵極之間形成一柵極間介電層的方法。在半導(dǎo)體襯底上形成柵絕緣層。在柵絕緣層上形成浮置柵極層。浮置柵極層在包括硅的第一氣體和包括氮的第二氣體的氣氛中進(jìn)行第一次熱處理。第一次熱處理之后，浮置柵極層在包括氮的第三氣體的氣氛中進(jìn)行第二次熱處理。在第二次熱處理之后，在浮置柵極層上提供介電層。在介電層上提供控制柵極層。構(gòu)圖柵絕緣層、浮置柵極層、介電層和控制柵極層以在襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)。
在又一方面中，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，和在襯底上的柵介電層。浮置柵極在柵介電層上。在浮置柵極上的氮氧化物界面層的厚度小于大約20。一介電層在界面層上?？刂茤艠O在第二介電層上。
在一個(gè)實(shí)施例中，界面層的厚度小于大約10。
在一個(gè)實(shí)施例中，界面層通過以下步驟形成在包括硅和氫的第一氣體和包括氮的第二氣體的氣氛中第一次熱處理浮置柵極；且在第一次熱處理之后，在包括氮的第三氣體的氣氛中第二次熱處理浮置柵極。
如附圖所闡釋的，從對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的更具體描述，本發(fā)明上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更顯而易見，其中在整個(gè)不同視圖中，相同的參考標(biāo)記表示相同的部件。附圖不需要按規(guī)定比例，重點(diǎn)是示出本發(fā)明的原理。
圖1A-1F是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝的截面圖；圖2A-2C是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝的截面圖；圖3是與按照傳統(tǒng)方法制造的半導(dǎo)體器件比較的、根據(jù)本發(fā)明制造的半導(dǎo)體器件的閾值電壓的示例圖；圖4A和4B分別是根據(jù)傳統(tǒng)工藝方法和根據(jù)本發(fā)明工藝的浮置柵極上表面的表面粗糙度的透視圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的以下描述和所附權(quán)利要求中，當(dāng)表示半導(dǎo)體器件制造中使用的材料層時(shí)，術(shù)語“在...上”，表示直接位于底層上的層，或表示在底層上方而其間具有任選的至少一個(gè)中間層的層。在附圖中各層的厚度不需要按規(guī)定比例，但是為了清楚起見夸大且示出本發(fā)明的各特征。
圖1A-1F是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的截面圖。
在圖1A中，在半導(dǎo)體襯底10上形成厚度為100的柵絕緣層20。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底由硅材料構(gòu)成和柵絕緣層由SiO2或“氧化物”構(gòu)成。
然后在柵絕緣層20上形成第一導(dǎo)電層30。在一個(gè)實(shí)施例中，該導(dǎo)電層由通過化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝形成的、厚度為1500的多晶硅構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，如下所述，隨后將第一導(dǎo)電層30構(gòu)圖以形成浮置柵極。由于多晶硅的材料特性，和由于形成層30所使用的沉積工藝，此時(shí)第一導(dǎo)電層30的上表面具有較大的表面粗糙度。例如，如上所述，第一導(dǎo)電層的表面粗糙度在高度至少為40的量級(jí)。
在圖1B中，對(duì)得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一次熱處理42。第一次熱處理減小了多晶硅層30的表面粗糙度。通過把襯底放入加熱到650℃到850℃溫度范圍的爐室中進(jìn)行第一次熱處理42。該室通入含硅和氫的第一氣體流和含氮的第二氣體流。在一個(gè)實(shí)施例中，第一氣體包括硅烷SiH4，且第二氣體包括氨NH3。含氮的第二氣體與含氫和硅的第一氣體的比例在10∶1和1000∶1之間的量級(jí)。當(dāng)比例小于10∶1，例如比例是9∶1時(shí)，在多晶硅中產(chǎn)生硅塊。含硅和氫的第一氣體可以任意包括其它形態(tài)的硅烷，例如，SiH2、Si(CH3)H3或Si3H8或其組合。第二氣體可以任意包括N2氣。
在一個(gè)實(shí)施例中，在730℃的溫度進(jìn)行第一次熱處理42達(dá)1小時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施例中，在800-850℃時(shí)進(jìn)行第一次熱處理達(dá)30分鐘。室的真空條件低于0.5托，例如，0.3托。
作為第一次熱處理42的結(jié)果，多晶硅層30的表面粗糙度減小到例如小于30。在第一次熱處理期間使用含硅和氫的氣體例如硅烷提供了底層多晶硅層的表面粗糙度的顯著改善。同時(shí)，使用硅烷使工藝溫度降低到800℃以下并使得工藝時(shí)間減少。然而，由于過多的硅烷會(huì)導(dǎo)致在多晶硅層中形成不希望的硅塊，所以硅烷的數(shù)量應(yīng)該限制。
圖4A和圖4B中示出得到的表面粗糙度的比較例子。圖4A是根據(jù)常規(guī)方法和在氧化物沉積之后形成的浮置柵極的上表面的表面粗糙度的透視圖。浮置柵極的所得上表面具有高度的表面粗糙度，例如至少40的量級(jí)。圖4B是進(jìn)行第一次熱處理42的浮置柵極的上表面的表面粗糙度的透視圖。緊接著第一次熱處理的浮置柵極的所得上表面具有相對(duì)低的表面粗糙度，例如小于30的量級(jí)。
在圖1C中，對(duì)得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次熱處理52。在加熱到800℃到850℃的溫度范圍并提供有含氮的第三氣體流例如N2O或NO氣體的爐室中進(jìn)行第二次熱處理52。在一個(gè)實(shí)施例中，第二次熱處理在800℃到850℃的溫度進(jìn)行30分鐘到1小時(shí)。
第二次熱處理的結(jié)果是，作為替代底層結(jié)構(gòu)中懸掛鍵的結(jié)果，在多晶硅層30上形成氮氧化物層54。如上所述，該氮氧化物層54被形成在作為第一次熱處理的結(jié)果具有減小的表面粗糙度的多晶硅層30的上表面上。在一個(gè)實(shí)施例中，氮氧化物層54包括氮氧化硅SiOxNy材料，其在多晶硅層的上表面上形成大約10量級(jí)的厚度。氮氧化物層54極好地阻擋了從由多晶硅層30形成的浮置柵極到上控制柵極的存儲(chǔ)電荷的遷移。同時(shí)，氮氧化物層54是薄的，例如厚度小于約10，因此在浮置柵極和控制柵極之間提供了優(yōu)良的電容耦合。反過來，增強(qiáng)的電容耦合使得所得晶體管工作在減小的編程電壓、擦除電壓和讀取電壓下，同時(shí)保持了預(yù)計(jì)閾值電壓。
在圖1D中，在得到的結(jié)構(gòu)上形成介電層60，厚度為50到100。在一個(gè)實(shí)施例中，介電層包括SiO2，且利用CVD形成。同時(shí)，下氮氧化物層54和上介電層60構(gòu)成柵極間介電層66。柵極間介電層的組合厚度T1是60到100厚度的量級(jí)，相對(duì)于常規(guī)方法得到的、典型厚度大于150的柵極間介電層，其相對(duì)較薄。
在圖1E中，在柵極間介電層66上形成第二導(dǎo)電層72。在一個(gè)實(shí)施例中，第二導(dǎo)電層72包括通過化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝形成的、具有大約1500量級(jí)厚度的多晶硅。隨后將第二導(dǎo)電層72構(gòu)圖來形成控制柵極。
在圖1F中，使用常規(guī)光刻工藝將得到的結(jié)構(gòu)構(gòu)圖，以形成作為所得晶體管的柵極圖案80。雜質(zhì)離子注入產(chǎn)生了柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源/漏區(qū)90。根據(jù)常規(guī)手段，可在柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)部上形成橫向間隔。
圖2A-2C是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖3是示出與根據(jù)常規(guī)方法形成的半導(dǎo)體器件的閾值電壓相對(duì)比，根據(jù)本發(fā)明工藝形成的半導(dǎo)體器件的充電和放電狀態(tài)的閾值電壓的圖表。如上所述，本發(fā)明的薄的柵極間介電層改善了浮置柵極和控制柵極之間的電容耦合。因此，在充電或放電操作期間，相對(duì)于常規(guī)實(shí)施例，移動(dòng)載流子的數(shù)量增加。結(jié)果，在本發(fā)明中，相對(duì)于常規(guī)實(shí)施例，降低了“導(dǎo)通”單元的閾值電壓，增加了“斷開”單元的閾值電壓。當(dāng)要求相同電壓量以進(jìn)行充電或放電時(shí)，比常規(guī)單元更低的閾值電壓足夠給單元充電和放電。
盡管該發(fā)明參考其優(yōu)選實(shí)施例具體地示出和描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種在第一和第二導(dǎo)電層之間形成導(dǎo)體間介電層的方法，包括提供第一導(dǎo)電層；在含硅和氫的第一氣體和含氮的第二氣體的氣氛中第一次熱處理所述第一導(dǎo)電層；所述第一次熱處理之后，在含氮的第三氣體的氣氛中第二次熱處理所述第一導(dǎo)電層；在所述第二次熱處理后，在所述第一導(dǎo)電層上提供介電層；以及在所述介電層上提供第二導(dǎo)電層。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中在大約700℃與800℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述第一次熱處理。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中在大約700℃與750℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述第一次熱處理。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一次熱處理在溫度大約730℃下持續(xù)進(jìn)行大約1小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一次熱處理在大約800℃的溫度下持續(xù)進(jìn)行大約30分鐘。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一氣體是硅烷。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一氣體選自由SiH4、SiH2、Si(CH3)H3和Si3H8構(gòu)成的組。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第二氣體選自由NH3和N2構(gòu)成的組。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第三氣體還包括氧。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第三氣體選自由N2O和NO構(gòu)成的組。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一次熱處理改善了所述第一導(dǎo)電層的上表面的表面粗糙度。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第二次熱處理在所述第一導(dǎo)電層上提供了氮氧化物界面。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中所述氮氧化物界面由氮氧化硅SiOxNy材料組成。
14.如權(quán)利要求12的方法，其中所述氮氧化物界面的厚度小于大約20。
15.如權(quán)利要求12的方法，其中所述氮氧化物界面和所述介電層的組合厚度小于大約70厚。
16.如權(quán)利要求1的方法，其中從氧化物、氮化物和氮氧化物構(gòu)成的組中選擇一種材料形成所述介電層。
17.如權(quán)利要求1的方法，其中形成所述介電層包括經(jīng)過所述第二次熱處理在所述第一導(dǎo)電層上形成第一介電層，以及在所述第一介電層上形成第二介電層。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中所述第一介電層由氮化物組成且其中所述第二介電層由氧化物組成。
19.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一和第二導(dǎo)電層由多晶硅組成。
20.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一導(dǎo)電層由在半導(dǎo)體襯底上形成的浮置柵極構(gòu)成，且其中所述第二導(dǎo)電層由在所述介電層上形成的控制柵極構(gòu)成。
21.一種在半導(dǎo)體器件的浮置柵極和控制柵極之間形成柵極間介電層的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上提供柵絕緣層；在所述柵絕緣層上提供浮置柵極層；在含硅和氫的第一氣體和含氮的第二氣體的氣氛中第一次熱處理所述浮置柵極層；所述第一次熱處理之后，在含氮的第三氣體的氣氛中第二次熱處理所述浮置柵極層；在所述第二次熱處理之后，在所述浮置柵極層上提供介電層；在所述介電層上提供控制柵極層；以及構(gòu)圖所述柵絕緣層、所述浮置柵極層、所述介電層和所述控制柵極層以在所述襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求21的方法，還包括在鄰近所述柵極結(jié)構(gòu)的所述襯底中形成源區(qū)和漏區(qū)。
23.如權(quán)利要求21的方法，其中在大約700℃與800℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述第一次熱處理。
24.如權(quán)利要求21的方法，其中在大約700℃與750℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述第一次熱處理。
25.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第一次熱處理在大約730℃的溫度中持續(xù)進(jìn)行大約1小時(shí)。
26.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第一次熱處理在大約800℃的溫度時(shí)持續(xù)進(jìn)行大約30分鐘。
27.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第一氣體是硅烷。
28.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第一氣體選自由SiH4、SiH2、Si(CH3)H3和Si3H8構(gòu)成的組。
29.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第二氣體選自由NH3和N2構(gòu)成的組。
30.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第三氣體還包括氧。
31.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第三氣體選自由N2O和NO構(gòu)成的組。
32.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第一次熱處理改善了所述浮置柵極層的上表面的表面粗糙度。
33.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第二次熱處理在所述浮置柵極層上提供了氮氧化物界面。
34.如權(quán)利要求33的方法，其中所述氮氧化物界面由氮氧化硅SiOxNy材料組成。
35.如權(quán)利要求33的方法，其中所述氮氧化物界面的厚度小于大約20。
36.如權(quán)利要求33的方法，其中所述氮氧化物界面和所述介電層的組合厚度小于大約70厚。
37.如權(quán)利要求21的方法，其中從氧化物、氮化物、和氮氧化物構(gòu)成的組中選擇一種材料形成所述介電層。
38.如權(quán)利要求21的方法，其中形成所述介電層包括經(jīng)過所述第二次熱處理后在所述浮置柵極層上形成第一介電層，以及在所述第一介電層上形成第二介電層。
39.如權(quán)利要求38的方法，其中所述第一介電層由氮化物組成且其中所述第二介電層由氧化物組成。
40.如權(quán)利要求21的方法，其中所述第一和第二導(dǎo)電層由多晶硅組成。
41.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；在所述襯底上的柵介電層；在所述柵介電層上的浮置柵極；在所述浮置柵極上的、厚度小于大約20的氮氧化物界面層；在所述界面層上的介電層；以及在所述第二介電層上的控制柵極。
42.如權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中所述界面層的厚度小于大約10。
43.如權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中所述介電層由選自由氧化物、氮化物和氮氧化物構(gòu)成的組中的材料形成。
44.如權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中所述介電層包括在所述第一導(dǎo)電層上的第一介電層和在所述第一介電層上的第二介電層。
45.如權(quán)利要求44的半導(dǎo)體器件，其中所述第一介電層由氮化物組成且其中所述第二介電層由氧化物組成。
46.如權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中所述界面層通過以下步驟形成在含硅和氫的第一氣體和含氮的第二氣體的氣氛中第一次熱處理所述浮置柵極；以及所述第一次熱處理之后，在含氮的第三氣體的氣氛中第二次熱處理所述浮置柵極。
47.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中在大約700℃與800℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述第一次熱處理。
48.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中在大約700℃與750℃之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述第一次熱處理。
49.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中所述第一次熱處理在大約730℃的溫度中持續(xù)進(jìn)行大約1小時(shí)。
50.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中所述第一次熱處理在大約800℃的溫度時(shí)持續(xù)進(jìn)行大約30分鐘。
51.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中所述第一氣體是硅烷。
52.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中所述第一氣體選自由SiH4、SiH2、Si(CH3)H3和Si3H8構(gòu)成的組。
53.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中所述第二氣體選自由NH3和N2構(gòu)成的組。
54.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中所述第三氣體還包括氧。
55.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中所述第三氣體選自由N2O和NO構(gòu)成的組。
56.如權(quán)利要求46的半導(dǎo)體器件，其中所述第一次熱處理改善了所述第一導(dǎo)電層的上表面的表面粗糙度。
57.如權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中所述氮氧化物界面由氮氧化硅SiOxNy材料組成。
58.如權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中所述氮氧化物界面和所述介電層的組合厚度小于大約70厚。
59.如權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中所述介電層由選自由氧化物、氮化物和氮氧化物構(gòu)成的組中的材料形成。
60.如權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中所述浮置柵極和所述控制柵極由多晶硅材料組成。
全文摘要
在形成半導(dǎo)體器件的方法和根據(jù)該方法形成的半導(dǎo)體器件中，在下導(dǎo)電層和上導(dǎo)電層之間提供薄介電層。在一個(gè)實(shí)施例中，薄介電層由柵極間介電層構(gòu)成，下導(dǎo)電層由浮置柵極構(gòu)成，上介電層由晶體管例如非易失性存儲(chǔ)單元晶體管的控制柵極構(gòu)成。使用導(dǎo)致底層的浮置柵極的表面粗糙度減小和導(dǎo)致在浮置柵極上形成薄氮氧化硅層的熱處理工藝形成薄介電層。在這種方式中，薄介電層提供了下浮置柵極和上控制柵極之間增強(qiáng)的電容耦合。這還導(dǎo)致晶體管的編程電壓、擦除電壓和讀取電壓降低，同時(shí)保持閾值電壓在希望的范圍中。另外，因?yàn)榧俣ň幊屉妷航档?，則不需要激勵(lì)電路，所以可以使晶體管和最終存儲(chǔ)單元的尺寸小型化并且減輕對(duì)電路中高電壓區(qū)的需要。
文檔編號(hào)H01L21/8247GK1627482SQ200410010479
公開日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2004年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者姜盛澤, 尹勝范, 韓晶昱, 徐輔永, 樸成佑, 樸志薰 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社