專利名稱：On膜氧化作為隧穿電介質提升sonos可靠性的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體集成電路制造領域，具體涉及一種SONOS閃存器件的制造工藝方法，尤其涉及一種ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法。
背景技術：
SONOS閃存器件(以氮化硅作為電荷存儲介質的閃存器件)，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。SONOS閃存器件在應用上也面臨著許多問題。其中可靠性相關的問題主要有兩個一是Endurance (耐久)特性，就是衡量SONOS器件在多次編程/擦除之后，器件特性方面的退化。二是Data Retention (數據保持)特性，就是SONOS器件的數據保存能力。普通SONOS閃存器件的隧穿氧化層一般為熱氧化層，為了達到較高的擦寫速度，因此一般厚度較薄(20埃左右)，由于氧化層較薄，導致電子較容易逃逸，由此使Data Retention能力(即Data Retention壽命)受到影響，因此給SONOS閃存器件的可靠性帶來了一些問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法。在保證電場強度不變情況下，該方法可以在不降低擦寫速度的基礎上增加了 Data Retention壽命，并且簡化了工藝控制的難度。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，包括如下步驟第一步，在硅襯底上生長ON膜中的底層超薄氧化層；第二步，在該超薄氧化層上生長ON膜中的富硅氮化膜；第三步，對ON膜中的富硅氮化膜進行濕氧氧化，利用氧化對富硅氮化膜進行氧摻雜，形成氮氧化硅混合物；第四步，SONOS器件中間氮化硅陷阱層的成膜，作為存儲電荷的介質；第五步，在氮化硅陷阱層上生長高溫CVD氧化層。第一步采用低壓熱氧化工藝，其工藝條件為生長壓力為500mtorr 3000mtorr， 生長溫度為600°C 1100°C ；所述超薄氧化層的厚度為10埃 30埃。第二步采用高溫低壓化學氣相淀積工藝，其工藝條件為生長壓力為50mtOrr 700mtorr，生長溫度為500°C 900°C，反應氣體為硅烷或二氯二氫硅與氨氣混合，兩氣體混合比例為10 1 1 10;所述富硅氮化膜的厚度為20埃 80埃。第三步采用低壓熱氧化工藝或者常壓氮氣稀釋熱氧化工藝；所述氮氧化硅混合物的厚度為富硅氮化膜厚度的1/3 1/2。第三步采用低壓熱氧化工藝的工藝條件為生長壓力為500mtorr 4000mtorr， 生長溫度為600°C 1100°C。第三步采用常壓氮氣稀釋熱氧化工藝的工藝條件為生長壓力為760tOrr，生長溫度為600°C 1200°C，氮氣與氧氣的混合比例為1 1 3 1。第四步采用高溫低壓化學氣相淀積工藝，其工藝條件為生長壓力為lOOmtorr 5000mtorr，生長溫度為500°C 800°C，反應氣體為硅烷或二氯二氫硅與氨氣混合，兩氣體混合比例為10 1 1 10 ；所述氮化硅陷阱層的厚度為30埃 200埃。第五步采用高溫低壓化學氣相淀積工藝，其工藝條件為生長壓力為50mtOrr 2000mtorr，生長溫度為300°C 1000°C，反應氣體為硅烷或二氯二氫硅與一氧化二氮氣體混合，兩氣體混合比例為10 1 1 10 ；所述高溫CVD氧化層的厚度為20埃 200 埃。和現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明為一種利用對ON膜氧化作為隧穿電介質膜來提升SONOS可靠性的方法。SONOS器件由于為了保證一定的擦寫速度，其隧穿氧化層一般都比較薄(20埃左右)。由于氧化層較薄，導致電子較容易逃逸，因此給 SONOS閃存器件的可靠性帶來了一些問題，主要體現(xiàn)在Data Retention壽命上。本發(fā)明主要利用ON膜氧化來代替?zhèn)鹘y(tǒng)SONOS器件的單層熱氧化層作為隧穿電介質，來改善SONOS器件的Data Retention壽命。由于采用了 ON膜氧化制作隧穿電介質層，其物理厚度較原先的隧穿氧化層來的更厚(如圖2)，因此在進行Data Retention測試時ON膜氧化的方法將獲得更佳的壽命。同時ON膜氧化方法還利用了其中富硅氮化層相對于氧化層較低的禁帶寬度。在SONOS器件進行數據擦寫的過程時(即發(fā)生FN TUnneling(FN隧穿))，器件的能帶會發(fā)生偏轉(如圖3)，導致電子真正隧穿的電學厚度仍然較小，所以仍然可以在電場強度不變情況下保證較快的擦寫速度。另外，其中由于利用了 ON膜氧化成膜較薄氮氧化硅的方法來制作上層隧穿阻擋層來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的HTO (高溫CVD氧化層)，因此氮化膜厚度可以相對增厚，避免了工藝上成長超薄氮化膜的困難和HTO成膜帶來的均一性問題。本發(fā)明工藝比較簡單，易于集成，可以用于批量生產。


圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖；圖IA是本發(fā)明中第一步完成后SONOS閃存器件的截面圖；圖IB是本發(fā)明中第二步完成后SONOS閃存器件的截面圖；圖IC是本發(fā)明中第三步完成后SONOS閃存器件的截面圖；圖ID是本發(fā)明中第四步完成后SONOS閃存器件的截面圖；圖IE是本發(fā)明中第五步完成后SONOS閃存器件的截面圖；圖2是傳統(tǒng)的熱氧化層與本發(fā)明的ON膜氧化在測試Data Retention時的能帶比較示意圖；圖3是傳統(tǒng)的熱氧化層與本發(fā)明的ON膜氧化在寫數據時的能帶比較示意圖。其中，1為硅襯底，2為超薄氧化膜，3為富硅氮化膜，4為氮氧化硅混合物，5為氮化硅陷阱層，6為高溫CVD氧化層。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明一種利用對ON膜氧化作為隧穿電介質膜來提升SONOS可靠性的方法，其核心在于利用ON膜氧化的方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)SONOS器件的熱氧化層作為隧穿電介質層，通過利用富硅氮化層相對于氧化層較低的禁帶寬度，在不降低擦寫速度的基礎上增加了 DataRetention壽命，并且利用了其中富硅氮化膜氧化的方法，簡化了工藝控制的難度。本發(fā)明方法主要的工藝流程包括如下步驟(如圖1所示)第一步，如圖IA所示，ON膜中底層超薄氧化層成膜，即在硅襯底1上生長超薄氧化膜2，超薄氧化膜2的厚度范圍為10埃 30埃。這步工藝需采用低壓熱氧化工藝，其工藝條件為生長壓力為500mtorr 3000mtorr，生長溫度為600°C 1100°C。第二步，如圖IB所示，ON膜中富硅氮化膜成膜，即在超薄氧化膜2上生長富硅氮化膜3，富硅氮化膜3的厚度范圍為20埃 80埃。這步工藝采用高溫低壓化學氣相淀積工藝，其工藝條件為生長壓力為50mtorr 700mtorr，生長溫度為500°C 900°C，反應氣體為硅烷或二氯二氫硅與氨氣混合，兩氣體混合比例為10 1 1 10。

第三步，如圖IC所示，對ON膜中的富硅氮化膜進行熱氧化，利用氧化對富硅氮化膜3進行氧摻雜，形成氮氧化硅混合物4，氮氧化硅混合物4的厚度一般為富硅氮化膜3 厚度的1/3 1/2，且這步工藝采用低壓熱氧化工藝或者常壓氮氣稀釋熱氧化工藝。采用低壓熱氧化工藝時工藝條件為生長壓力為500mtorr 4000mtorr，生長溫度為600°C IlOO0C。采用常壓氮氣稀釋熱氧化工藝的工藝條件為生長壓力為760torr (常壓)，生長溫度為600°C 1200°C，氮氣與氧氣的混合比例為1 1 3 1。第四步，如圖ID所示，SONOS器件中間氮化硅陷阱層的成膜，即在氮氧化硅混合物4上生長氮化硅陷阱層5作為存儲電荷的介質，氮化硅陷阱層5的厚度范圍為30埃 200埃，這步工藝采用高溫低壓化學氣相淀積工藝，其工藝條件為生長壓力為IOOmton 5000mtorr，生長溫度為500°C 800°C，反應氣體為硅烷或二氯二氫硅與氨氣混合，兩氣體混合比例為10 1 1 10。第五步，如圖IE所示，電荷阻擋高溫CVD氧化層的制備，即在氮化硅陷阱層5上生長高溫CVD氧化層6，高溫CVD氧化層6的厚度范圍為20埃 200埃；這步工藝采用高溫低壓化學氣相淀積工藝，其工藝條件為生長壓力為50mtorr 2000mtorr，生長溫度為 300°C 100(TC，反應氣體為硅烷或二氯二氫硅與一氧化二氮氣體混合，兩氣體混合比例為 10 1 1 10。上述工藝參數需根據相應的控制和產能進行優(yōu)化調整。本發(fā)明為一種利用對ON膜氧化作為隧穿電介質膜來提升SONOS可靠性的方法。 SONOS器件由于為了保證一定的擦寫速度，其隧穿氧化層一般都比較薄(20埃左右)。由于氧化層較薄，導致電子較容易逃逸，因此給SONOS閃存器件的可靠性帶來了一些問題，主要體現(xiàn)在Data Retention壽命上。本發(fā)明主要利用ON膜氧化來代替常規(guī)的單層熱氧化層作為隧穿電介質層，來改善SONOS器件的Data Retention壽命。ON膜氧化方法主要是利用了其中富硅氮化層相對于氧化層較低的禁帶寬度，因此在SONOS器件進行數據擦寫的過程時(即發(fā)生FN Tunneling)，仍然可以保證較快的擦寫速度。同時，由于ON成膜后對富硅氧化層進行氧化，因此相對于隧穿氧化層總物理厚度得以增厚，所以使得SONOS器件的Data Retention壽命得以提高。其中由于利用了 ON膜氧化的方法，因此氮化膜厚度可以相對增厚，避免了工藝上成長超薄氮化膜的困難。
權利要求
1.一種ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，在硅襯底上生長ON膜中的底層超薄氧化層；第二步，在該超薄氧化層上生長ON膜中的富硅氮化膜；第三步，對ON膜中的富硅氮化膜進行濕氧氧化，利用氧化對富硅氮化膜進行氧摻雜， 形成氮氧化硅混合物；第四步，SONOS器件中間氮化硅陷阱層的成膜，作為存儲電荷的介質；第五步，在氮化硅陷阱層上生長高溫CVD氧化層。
2.如權利要求1所述的ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，其特征在于，第一步采用低壓熱氧化工藝，其工藝條件為生長壓力為500mtorr 3000mtorr，生長溫度為600°C 1100°C ；所述超薄氧化層的厚度為10埃 30埃。
3.如權利要求1所述的ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，其特征在于，第二步采用高溫低壓化學氣相淀積工藝，其工藝條件為生長壓力為50mtorr 700mtorr，生長溫度為500°C 900°C，反應氣體為硅烷或二氯二氫硅與氨氣混合，兩氣體混合比例為10 1 1 10;所述富硅氮化膜的厚度為20埃 80埃。
4.如權利要求1所述的ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，其特征在于，第三步采用低壓熱氧化工藝或者常壓氮氣稀釋熱氧化工藝；所述氮氧化硅混合物的厚度為富硅氮化膜厚度的1/3 1/2。
5.如權利要求4所述的ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，其特征在于，第三步采用低壓熱氧化工藝的工藝條件為生長壓力為500mtorr 4000mtorr，生長溫度為 600°C 1100"C。
6.如權利要求4所述的ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，其特征在于，第三步采用常壓氮氣稀釋熱氧化工藝的工藝條件為生長壓力為760torr，生長溫度為 600°C 1200°C，氮氣與氧氣的混合比例為1 1 3 1。
7.如權利要求1所述的ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，其特征在于，第四步采用高溫低壓化學氣相淀積工藝，其工藝條件為生長壓力為IOOmton 5000mtorr，生長溫度為500°C 800°C，反應氣體為硅烷或二氯二氫硅與氨氣混合，兩氣體混合比例為10 1 1 10;所述氮化硅陷阱層的厚度為30埃 200埃。
8.如權利要求1所述的ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，其特征在于，第五步采用高溫低壓化學氣相淀積工藝，其工藝條件為生長壓力為50mtorr 2000mtorr，生長溫度為300°C 1000°C，反應氣體為硅烷或二氯二氫硅與一氧化二氮氣體混合，兩氣體混合比例為10 1 1 10 ；所述高溫CVD氧化層的厚度為20埃 200 埃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種ON膜氧化作為隧穿電介質提升SONOS可靠性的方法，包括如下步驟第一步，在硅襯底上生長ON膜中的底層超薄氧化層；第二步，在該超薄氧化層上生長ON膜中的富硅氮化膜；第三步，對ON膜中的富硅氮化膜進行濕氧氧化，利用氧化對富硅氮化膜進行氧摻雜，形成氮氧化硅混合物；第四步，SONOS器件中間氮化硅陷阱層的成膜，作為存儲電荷的介質；第五步，在氮化硅陷阱層上生長高溫CVD氧化層。該方法在不降低擦寫速度的基礎上增加了Data Retention壽命，并且簡化了工藝控制的難度。
文檔編號H01L21/28GK102376555SQ201010265329
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權日2010年8月26日
發(fā)明者孫勤 申請人:上海華虹Nec電子有限公司