專(zhuān)利名稱(chēng)：嵌入式硅納米晶sonos器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及ー種嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法。
背景技術(shù)：
隨著SONOS (Si licon-Oxide-Nitride-Oxide-Si I icon,娃-氧化娃-氮化娃-氧化硅-硅)器件逐漸取代浮柵極成為主要的非易失存儲(chǔ)器以來(lái)，關(guān)于改善SONOS器件的編譯和擦除速度、電荷保持能力(charge retention)以及器件的耐久能力(Endurance)等方法 層出不窮。目前為止，圍繞SONOS器件存儲(chǔ)性能的改進(jìn)，研究者進(jìn)行了大量研究工作，主要集中在以下幾個(gè)方面I、在存儲(chǔ)層中引入納米晶從而得到深勢(shì)講，提聞俘獲電荷穩(wěn)定性；2、通過(guò)改變氮化硅層原子百分比從而改變能帶結(jié)構(gòu)，提高俘獲電荷穩(wěn)定性；3、設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)更快的存儲(chǔ)速度。此外，還有研究者通過(guò)改變隧穿介質(zhì)或者改進(jìn)阻擋氧化層來(lái)提高存儲(chǔ)的穩(wěn)定性，從而改進(jìn)材料的存儲(chǔ)性能。最近利用原位摻雜的嵌入式硅納米晶(SiNCs)的SONOS器件因?yàn)榫哂休^大的記憶窗ロ、快速的編譯和擦除速度、可以忽略的二位效應(yīng)(second-bit effect)以及幾乎可以忽略的漏極和門(mén)極的微擾而受到研究人員的廣泛關(guān)注。然而這種SONOS器件在大約IO4次編譯和擦除循環(huán)后，由于界面態(tài)的產(chǎn)生和電子在循環(huán)中被隧穿氧化層所捕獲，編譯態(tài)和擦除態(tài)的閾值電壓都有較明顯的上升。在尺寸不斷縮小的SONOS器件中，需要抑制高溫下存儲(chǔ)電荷的橫向分布來(lái)保持存儲(chǔ)窗ロ?，F(xiàn)有技術(shù)中，有的研究者利用原位淀積方法把SiNCs注入到氮化硅層制作了 SONOS器件，這種SONOS器件表現(xiàn)出6V的存儲(chǔ)窗ロ、良好的P/E特性和保持特性。與離子注入法、凝膠-溶膠法、直接化學(xué)淀積法等不同方法制備的Si2NCs相比，原位淀積方法注入的Si2NCs具有質(zhì)量好、密度高、尺寸均勻、易于控制的優(yōu)點(diǎn)，而且原位淀積方法エ藝簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、成本低同時(shí)與CMOS兼容性好，為器件尺寸的繼續(xù)縮小提供了較大空間。研究人員還利用原位淀積方式制作了含Si納米晶氮化硅層SONOS器件，能夠很容易得到多位的和二位操作方式，具有很快的編譯和擦除速度。針對(duì)不同的淀積時(shí)間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，淀積時(shí)間為30s的Si納米晶氮化硅層SONOS器件具有最大的記憶窗ロ、快速的編譯和擦除速度、可以忽視的二位效應(yīng)、幾乎可以忽略的漏極和源極擾動(dòng)和長(zhǎng)的數(shù)據(jù)保持時(shí)間，并且在IO4次循環(huán)后仍有3V的記憶窗ロ。然而，雖然含Si納米晶氮化硅層SONOS結(jié)構(gòu)的器件的抗門(mén)極和抗漏極干擾能力有所増加，但是由于底層氧化硅層和硅的界面，以及納米晶和氮化硅的界面的影響，使器件的可靠性受到影響，耐久性較差，且電荷保持能力也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，能夠有效提高器件的耐久性以及電荷保持能力，從而提高SONOS器件的可靠性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供ー種嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，包括提供襯底；在所述襯底上欲形成柵極的區(qū)域形成第一氧化層并進(jìn)行第一次退火エ藝；在所述第一氧化層上形成氮化硅層，所述氮化硅層中嵌有硅納米晶；在所述氮化硅層上形成第二氧化層并進(jìn)行第二次退火エ藝；在所述第二氧化層上形成一硅層作為控制柵。作為優(yōu)選，所述第一次退火エ藝和第二次退火エ藝均在N2O環(huán)境中進(jìn)行。作為優(yōu)選，所述氮化硅層通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積法形成。作為優(yōu)選，所述硅納米晶采用原位沉積方法形成。作為優(yōu)選，在所述第二氧化層上形成ー硅層作為控制柵之后，還包括對(duì)所述襯底 的源漏區(qū)進(jìn)行源漏輕摻雜；在所述控制柵側(cè)壁形成柵極側(cè)墻；對(duì)所述襯底的源漏區(qū)進(jìn)行源漏區(qū)重?fù)诫s以及退火エ藝。作為優(yōu)選，在所述第一氧化層上形成氮化硅層步驟包括在所述第一氧化層上形成底部氮化硅層；在所述底部氮化硅層上形成硅納米晶；在所述底部氮化硅層以及硅納納米晶上形成頂部氮化硅層。作為優(yōu)選，所述底部氮化硅層的厚度為flOnm，通過(guò)LPCVD沉積エ藝形成，采用NH3和SiCl2H2的混合氣體，溫度為780 800攝氏度，NH3的流量為13(Tl60sccm，SiCl2H2的流量為30 50sccm。作為優(yōu)選，所述頂部氮化娃層的厚度為flOnm,通過(guò)LPCVD沉積エ藝形成,采用NH3和SiCl2H2的混合氣體，溫度為780 800攝氏度，NH3的流量為13(Tl60sccm，SiCl2H2的流量為30 50sccm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法在形成第一氧化層后進(jìn)行第一次退火エ藝，使得襯底與第一氧化層界面處的界面態(tài)密度減??；在所述氮化硅層上形成第二氧化層進(jìn)行第二次退火エ藝，能夠進(jìn)一歩改善襯底與第一氧化層的界面態(tài)，還可以改善硅納米晶和氮化硅的界面，使納米晶與氮化硅的界面在編譯和擦除過(guò)程中不易保留電荷，從而提聞嵌入式納米晶SONOS器件的可Φ性。


圖I為本發(fā)明中一具體實(shí)施例中形成第一氧化層和退火后器件示意圖；圖2為本發(fā)明中一具體實(shí)施例中形成氮化硅層后器件示意圖；圖3為本發(fā)明中一具體實(shí)施例中形成第二氧化層和退火后器件示意圖；圖4為本發(fā)明中一具體實(shí)施例中形成控制柵后器件示意圖；圖5為本發(fā)明中一具體實(shí)施例中SONOS器件不意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的在于通過(guò)兩次退火エ藝來(lái)使SONOS器件的可靠性能得以提升，在形成第一氧化層之后進(jìn)行第一次退火エ藝，使襯底與第一氧化層界面處的界面態(tài)密度減小，同時(shí)在第一氧化層表面形成一部分Si-N鍵；在形成第二氧化層以后進(jìn)行第二次退火，可以進(jìn)ー步改善界面態(tài)，同時(shí)可以改善娃納米晶和氮化娃的界面，使納米晶與氮化娃的界面在編譯和擦除過(guò)程中不易保留電荷，從而提高嵌入式納米晶SONOS器件的可靠性。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖I飛對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。請(qǐng)參照?qǐng)DI，提供襯底I，所述襯底I可為P型的硅襯底；在所述襯底I上欲形成柵極的區(qū)域形成第一氧化層2 (也稱(chēng)為隧穿氧化層)，并進(jìn)行第一次退火エ藝，其中所述第一氧化層2為氧化硅，可通過(guò)熱氧化工藝形成。作為優(yōu)選，所述第一次退火エ藝在N2O環(huán)境中進(jìn)行，所述第一次退火エ藝的溫度為800 1000攝氏度，退火時(shí)間為30-60分鐘，能夠使第一氧化層2與襯底I界面處的界面態(tài)密度減小，同時(shí)第一氧化層2與襯底I界面處也會(huì)形成ー些Si-N鍵，使得第一氧化層2與襯底I的界面態(tài)更加穩(wěn)固。
請(qǐng)參照?qǐng)D2，在所述第一氧化層2上形成氮化硅層3，所述氮化硅層3中嵌有硅納米晶4，所述氮化硅層3通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)形成，本實(shí)施例中，具體步驟為首先，在所述第一氧化層2上形成底部氮化硅層，所述底部氮化硅層的厚度例如為flOnm，本發(fā)明以3nm作為優(yōu)選，采用NH3和SiCl2H2的混合氣體，溫度為780 800攝氏度，NH3 的流量為 13(Tl60sccm，SiCl2H2 的流量為 3(T50sccm ；接著，在所述底部氮化硅層上形成硅納米晶4，所述硅納米晶4通過(guò)流量為10 50sccm的SiCl2H2進(jìn)行30s 60s的原位沉積形成。然后，在所述底部氮化硅層以及硅納納米晶4上形成頂部氮化硅層，頂部氮化硅層的厚度為f 10nm，本發(fā)明以4nm作為優(yōu)選，同樣采用NH3和SiCl2H2的混合氣體，溫度為780 800 攝氏度，NH3 的流量為 13(Tl60sccm，SiCl2H2 的流量為 3(T50sccm。；如此，即可形成由底部氮化硅層和頂部氮化硅層共同構(gòu)成的氮化硅層3，并在氮化硅層3中嵌入了硅納米晶4。請(qǐng)參照?qǐng)D3，在所述氮化硅層3上形成第二氧化層5，并進(jìn)行第二次退火エ藝。所述第二氧化層5為氧化硅，可通過(guò)熱氧化或者化學(xué)氣相沉積的方法形成。所述第二次退火エ藝同樣在N2O環(huán)境中進(jìn)行，所述第二次退火エ藝的溫度為80(Γ1000攝氏度，退火時(shí)間為3(Γ60分鐘，此時(shí)的第二次退火エ藝可以進(jìn)一歩改善界面處的態(tài)密度，同時(shí)也會(huì)對(duì)第二氧化層5表面進(jìn)行氮化，氮化之后的表面具有更好的抗?jié)穹ǜg能力，同時(shí)第二次退火還可以改善硅納米晶4和氮化硅層3的界面，使硅納米晶4與氮化硅層3的界面在編譯和產(chǎn)出過(guò)程中不易保留電荷，使器件的可靠性得到提高。請(qǐng)參照?qǐng)D4，在所述第二氧化層5上形成ー硅層6作為控制柵，所述硅層6可通過(guò)熱氧化方法或化學(xué)氣相沉積法形成。請(qǐng)參照?qǐng)D5，進(jìn)行輕摻雜源漏區(qū)注入、側(cè)墻エ藝、源漏注入從而形成SONOS器件。本實(shí)施例中，具體步驟為首先，對(duì)襯底I的源漏區(qū)進(jìn)行源漏輕摻雜，形成源漏輕摻雜區(qū)7 ;接著，在所述控制柵側(cè)壁形成柵極側(cè)墻8 ;然后，對(duì)所述襯底I的源漏輕摻雜區(qū)7進(jìn)行源漏重?fù)诫s以及退火エ藝，最終形成SONOS器件。綜上所述，本發(fā)明嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法在形成第一氧化層后進(jìn)行第一次退火エ藝，使得襯底與第一氧化層界面處的界面態(tài)密度減小；又由于第一次退火エ藝是在N2O環(huán)境下進(jìn)行，因此會(huì)在第一氧化層表面形成一部分Si-N鍵。并且，本發(fā)明在所述氮化硅層上形成第二氧化層并進(jìn)行第二次退火エ藝，能夠進(jìn)一歩改善襯底與第一氧化層的界面態(tài)，由于第二次退火エ藝也是在N2O環(huán)境中進(jìn)行，因此會(huì)對(duì)第二氧化層表面進(jìn)行氮化，氮化之后的表面有更好的抗?jié)穹涛g能力；此外，第二次退火還可以改善硅納米晶和氮化硅的界面，使納米晶與氮化硅的界面在編譯和擦除過(guò)程中不易保留電荷，從而提高嵌入式納米晶SONOS器件的可靠性。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，包括 提供襯底； 在所述襯底上欲形成柵極的區(qū)域形成第一氧化層，并進(jìn)行第一次退火工藝； 在所述第一氧化層上形成氮化硅層，所述氮化硅層中嵌有硅納米晶； 在所述氮化硅層上形成第二氧化層，并進(jìn)行第二次退火工藝； 在所述第二氧化層上形成一硅層作為控制柵。
2.如權(quán)利要求I所述的嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，所述第一次退火工藝和第二次退火工藝均在N2O環(huán)境中進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求I所述的嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，所述氮化硅層通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積法形成。
4.如權(quán)利要求I所述的嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，所述硅納米晶采用原位沉積方法形成。
5.如權(quán)利要求I所述的嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，在所述第二氧化層上形成一硅層作為控制柵之后，還包括 對(duì)所述襯底進(jìn)行源漏輕摻雜； 在所述控制柵側(cè)壁形成柵極側(cè)墻； 對(duì)所述襯底進(jìn)行源漏區(qū)重?fù)诫s以及退火工藝。
6.如權(quán)利要求I所述的嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，在所述第一氧化層上形成氮化硅層步驟包括 在所述第一氧化層上形成底部氮化硅層； 在所述底部氮化硅層上形成硅納米晶； 在所述底部氮化硅層以及硅納納米晶上形成頂部氮化硅層。
7.如權(quán)利要求6所述的嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，所述底部氮化娃層的厚度為10nm。
8.如權(quán)利要求7所述的嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，所述底部氮化硅層通過(guò)LPCVD沉積工藝形成，采用NH3和SiCl2H2的混合氣體，溫度為78(Γ800攝氏度，NH3 的流量為 13(Tl60sccm，SiCl2H2 的流量為 3(T50sccm。
9.如權(quán)利要求6所述的嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，所述頂部氮化娃層的厚度為10nm。
10.如權(quán)利要求9所述的嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，其特征在于，所述頂部氮化硅層通過(guò)LPCVD沉積工藝形成，采用NH3和SiCl2H2的混合氣體，溫度為78(Γ800攝氏度，NH3 的流量為 13(Tl60sccm，SiCl2H2 的流量為 3(T50sccm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種嵌入式硅納米晶SONOS器件制造方法，包括在襯底上欲形成柵極的區(qū)域形成第一氧化層并進(jìn)行第一次退火工藝；在第一氧化層上形成氮化硅層，氮化硅層中嵌有硅納米晶；在氮化硅層上形成第二氧化層并進(jìn)行第二次退火工藝；在第二氧化層上形成一硅層作為控制柵。本發(fā)明在形成第一氧化層后進(jìn)行第一次退火工藝，使得襯底與第一氧化層界面處的界面態(tài)密度減?。辉谒龅鑼由闲纬傻诙趸瘜舆M(jìn)行第二次退火工藝，能夠進(jìn)一步改善襯底與第一氧化層的界面態(tài)，還可以改善硅納米晶和氮化硅的界面，使納米晶與氮化硅的界面在編譯和擦除過(guò)程中不易保留電荷，從而提高嵌入式納米晶SONOS器件的可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/8247GK102683292SQ201210170340
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者匡玉標(biāo), 田志, 謝欣云 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司