非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法和制造裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件、非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法以及制造裝置。非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件：半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上的第1絕緣膜；設(shè)置在所述第1絕緣膜上的浮置柵極層；設(shè)置在所述浮置柵極層上的第2絕緣膜；以及設(shè)置在所述第2絕緣膜上的柵電極，所述第1絕緣膜包含硅、氧、碳，從所述半導(dǎo)體層一側(cè)朝向所述浮置柵極層一側(cè)的方向上的所述碳的濃度在所述半導(dǎo)體層與所述浮置柵極層之間具有最大值，所述最大值位于與所述浮置柵極層一側(cè)相比而更靠所述半導(dǎo)體層一側(cè)的位置。
【專利說(shuō)明】非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制造方法和制造裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件、非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法以及制造裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件中，例如在半導(dǎo)體襯底上設(shè)置溝道絕緣膜，在溝道絕緣膜上設(shè)置浮置柵極層，在浮置柵極層上設(shè)置阻擋(block)絕緣膜，在阻擋絕緣膜上設(shè)置有柵電極。
[0003]從寫入特性的觀點(diǎn)來(lái)看，希望從半導(dǎo)體襯底(基板)經(jīng)由溝道絕緣膜向浮置柵極層注入電子的電子注入效率高。另一方面，從電荷保持特性的觀點(diǎn)來(lái)看，希望蓄積在浮置柵極層的電子盡可能不經(jīng)由溝道絕緣膜流動(dòng)到半導(dǎo)體襯底。正尋求一種具備這樣的雙方特性的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種具有優(yōu)異的寫入特性和電荷保持特性的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件、其制造方法以及制造裝置。
[0005]實(shí)施方式的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件具備:半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上的第I絕緣膜；設(shè)置在所述第I絕緣膜上的浮置柵極層；設(shè)置在所述浮置柵極層上的第2絕緣膜；以及設(shè)置在所述第2絕緣膜上的柵電極，所述第I絕緣膜包含硅、氧、碳，從所述半導(dǎo)體層一側(cè)朝向所述浮置柵極層一側(cè)的方向上的所述碳的濃度在所述半導(dǎo)體層與所述浮置柵極層之間具有最大值，所述最大值位于與所述浮置柵極層一側(cè)相比而更靠所述半導(dǎo)體層一側(cè)的位置。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1的(a)是表示第I實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的示意剖視圖，圖1的(b)是表示第I實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的絕緣層中的碳和氮的濃度分布(profile，輪廓)的圖。
[0007]圖2的(a)?(d)是表示第I實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造過(guò)程的示意剖視圖。
[0008]圖3是表示制造第I實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造裝置的示意圖。
[0009]圖4的(a)是表示柵電極的周圍的電力線的圖，圖4的(b)是表示相鄰的柵電極間的距離與浮置柵極層的電位之間的關(guān)系的圖。
[0010]圖5是表示電場(chǎng)強(qiáng)度與泄漏電流之間的關(guān)系的圖。
[0011]圖6的(a)是表示折射率與介電常數(shù)之間的關(guān)系、折射率與柵極絕緣膜和半導(dǎo)體層的能量勢(shì)壘的偏移(offset)之間的關(guān)系的圖，圖6的(b)是表示柵極絕緣膜與半導(dǎo)體層的接合的圖。
[0012]圖7的(a)?(b)是表示第I例涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造過(guò)程的示意剖視圖。
[0013]圖8的(a)?(C)是表示第2例涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造過(guò)程的示意剖視圖。
[0014]圖9是表示柵電極的電位與柵極絕緣膜中流動(dòng)的泄漏電流(漏電流)之間的關(guān)系的圖。
[0015]圖10是表示寫入電壓與閾值電壓之間的關(guān)系的圖。
[0016]圖11是表示電荷保持特性的比較的圖。
[0017]圖12的(a)是表示柵極絕緣膜中的電場(chǎng)強(qiáng)度與泄漏電流之間的關(guān)系的圖，圖12的(b)是根據(jù)圖12的(a)所示的柵極絕緣膜中的電場(chǎng)強(qiáng)度與泄漏電流的關(guān)系而導(dǎo)入的柵極絕緣膜的能帶模型。
[0018]圖13是第I實(shí)施方式涉及的柵極絕緣膜的SIMS分布(輪廓)。
[0019]圖14的(a)是第I例涉及的柵極絕緣膜的SIMS分布，圖14的(b)是第2例涉及的柵極絕緣膜的SIMS分布。
[0020]圖15的(a)是第I實(shí)施方式涉及的柵極絕緣膜的能帶模型，圖15的(b)是第2例涉及的柵極絕緣膜的能帶模型。
[0021]圖16的(a)是第I實(shí)施方式涉及的應(yīng)力(stress)測(cè)試結(jié)果，圖16的(b)是第2例涉及的應(yīng)力測(cè)試結(jié)果。
[0022]圖17是表示柵極絕緣膜的膜厚與電子勢(shì)壘差之間的關(guān)系的圖。
[0023]圖18 Ca)?(d)是表示第2實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造過(guò)程的示意剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]以下，參照附圖來(lái)對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在以下的說(shuō)明中，對(duì)同一部件標(biāo)記同一標(biāo)號(hào)，對(duì)于已說(shuō)明過(guò)一次的部件，適當(dāng)?shù)厥÷云湔f(shuō)明。
[0025](第I實(shí)施方式)
[0026]圖1的(a)是表示第I實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的示意剖視圖，圖1的(b)是表示第I實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的絕緣層中的碳和氮的濃度分布的圖。
[0027]在圖1的(a)所示的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件I中，在半導(dǎo)體層10上設(shè)置有柵極絕緣膜20A (第I絕緣膜)。柵極絕緣膜20A能夠在半導(dǎo)體層10與浮置柵極層30之間使電荷(例如電子)通過(guò)溝道。在柵極絕緣膜20A上設(shè)置有浮置柵極層30。浮置柵極層30能夠蓄積從半導(dǎo)體層10經(jīng)由柵極絕緣膜20A而通過(guò)了溝道的電荷。在浮置柵極層30上設(shè)置有柵極絕緣膜40 (第2絕緣膜)。在柵極絕緣膜40上設(shè)置有柵電極60。柵電極60作為向浮置柵極層30寫入電荷或者讀出已寫入浮置柵極層30的電荷的控制柵電極來(lái)發(fā)揮作用。
[0028]另外，將包含半導(dǎo)體層10、柵極絕緣膜20A、浮置柵極層30、柵極絕緣膜40以及柵電極60的單元(celI)稱作存儲(chǔ)單位。
[0029]半導(dǎo)體層10的材料例如是硅晶體。柵極絕緣膜20A例如包含硅(Si)、氧(O)、碳(C)、氮(N)。例如，柵極絕緣膜20A包含氧化硅(S12),在該氧化硅中包含有碳或氮。另外，浮置柵極層30的材料是多晶硅(p0ly - Si)等。
[0030]柵極絕緣膜40例如可以是氧化硅膜或氮化硅膜的單層，也可以是層疊有氧化硅膜或氮化硅膜的膜。例如，柵極絕緣膜40可以是所謂的ONO膜(氧化硅膜/氮化硅膜/氧化硅膜)。柵電極60的材料例如是鎢、氮化鎢等。
[0031]另外，如圖1的(b)所示，從半導(dǎo)體層10側(cè)向浮置柵極層30側(cè)的方向(從點(diǎn)a向點(diǎn)b的方向)的碳(C)的濃度在半導(dǎo)體層10與浮置柵極層30之間具有最大值。也就是說(shuō)，從半導(dǎo)體層10側(cè)向浮置柵極層30側(cè)的方向(從點(diǎn)a向點(diǎn)b的方向)的碳(C)的濃度分布在半導(dǎo)體層10與浮置柵極層30之間具有成為最大值的峰值Pl。濃度分布中的峰值Pl位于與浮置柵極層30 —側(cè)相比而更靠半導(dǎo)體層10 —側(cè)的位置。另外，這種峰值的數(shù)量為I個(gè)。在峰值Pl的位置的碳濃度例如是IXlO19 (atoms / cm3)以上。
[0032]另外，從半導(dǎo)體層10側(cè)向浮置柵極層30側(cè)的方向的氮(N)的濃度分布在半導(dǎo)體層10與浮置柵極層30之間具有最大值。也就是說(shuō)，從半導(dǎo)體層10側(cè)向浮置柵極層30側(cè)的方向的氮(N)的濃度分布在半導(dǎo)體層10與浮置柵極層30之間具有成為最大值的峰值P2。該濃度分布中的峰值P2位于與浮置柵極層30 —側(cè)相比而更靠半導(dǎo)體層10 —側(cè)的位置。
[0033]圖2的(a)?(d)是表示第I實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造過(guò)程的示意剖視圖。
[0034]首先，準(zhǔn)備圖2的(a)所示的半導(dǎo)體層10 (例如半導(dǎo)體晶片)。對(duì)該半導(dǎo)體層10的表面，為了除去天然氧化膜，可以實(shí)施稀氟酸(DHF)處理。
[0035]接著，如圖2的(b)所示，在半導(dǎo)體層10上通過(guò)CVD(Chemical Vapor Deposit1n:化學(xué)氣相沉積)形成含有碳和氮的含氧化娃層21 (第I含氧化娃層)。例如，作為原料氣體，使用SiH4作為含硅的氣體。除此之外，使用C2H4 (乙烯)或C2H2 (乙炔)作為含碳的氣體，使用NH3 (氨)作為含氮的氣體。另外，成膜溫度是300°C。
[0036]在此，通過(guò)根據(jù)成膜時(shí)間來(lái)適當(dāng)?shù)刈兏鞣N原料氣體的濃度比，在含氧化硅層21的深度方向上對(duì)碳濃度或者氮濃度設(shè)置梯度(斜度)。含氧化硅層21的膜厚是1.5nm。
[0037]然后，在含氧化硅層21上通過(guò)CVD形成含非晶硅層22。作為原料氣體，例如使用Si2H60含非晶硅層22的膜厚例如是2nm。大氣壓例如是ltorr。
[0038]接著，如圖2的(C)所示，在含氧氣體(例如水蒸氣)的環(huán)境中，例如以750°C以下的溫度(例如600°C)對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層21、以及含非晶硅層22進(jìn)行加熱。大氣壓例如是ltorr。
[0039]通過(guò)該加熱，含非晶硅層22轉(zhuǎn)變?yōu)楹趸鑼?3 (第2含氧化硅層)。
[0040]實(shí)際上，通過(guò)該加熱，除了含非晶硅層22被氧化以外，在半導(dǎo)體層10與含氧化硅層21之間、含氧化娃層21與含氧化娃層23之間產(chǎn)生娃、氧的相互擴(kuò)散。因此，圖2的(c)中示出了含氧化硅層21包含半導(dǎo)體層10側(cè)的第I部分21a和含氧化硅層23側(cè)的第2部分21b的情況。所說(shuō)的第I部分21a和第2部分21b，雖然組成比存在一些不同，但是第I部分21a和第2部分21b均是含氧化娃層。
[0041]另外，含氧化硅層23包含含氧化硅層21側(cè)的第I部分23a、和在600°C的溫度下未充分進(jìn)行氧化的第2部分23b。當(dāng)在存在第2部分23b的狀態(tài)下形成存儲(chǔ)單元時(shí)，會(huì)在第2部分23b中形成優(yōu)先產(chǎn)生電子陷阱的淺能級(jí)(空穴過(guò)量區(qū)域)，會(huì)對(duì)存儲(chǔ)單元的工作特性造成不良影響。
[0042]因此，在第I實(shí)施方式中實(shí)施第二次的氧化加熱處理。
[0043]例如，如圖2的(d)所示，在比750°C以下的溫度高的溫度下，對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層21、以及含氧化硅層23再次進(jìn)行氧化加熱。
[0044]例如，在含氧氣體(例如水蒸氣)的環(huán)境中，以比750°C以下的溫度高的溫度對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層21以及含氧化硅層23進(jìn)行加熱。比750°C以下的溫度高的溫度例如是850°C以上且950°C以下的溫度。
[0045]例如，在第I實(shí)施方式中，以900°C的溫度，在含氧氣體的環(huán)境中對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層21、以及含氧化硅層23進(jìn)行加熱。
[0046]由此，形成具有含氧化硅層21和含氧化硅層23的柵極絕緣膜20A。之后，在柵極絕緣膜20A上形成浮置柵極層30、柵極絕緣膜40、以及柵電極60 (圖1的(a))。
[0047]圖3是表示制造第I實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造裝置的示意圖。
[0048]制造裝置100具備裝載(load lock)室101、搬送室102、第I成膜室103、第2成膜室104、加熱室105、控制裝置106。
[0049]在裝載室101中，進(jìn)行半導(dǎo)體晶片等半導(dǎo)體層10的出入。通過(guò)設(shè)置在搬送室102內(nèi)的機(jī)械手(TRANSFER ARM，搬送臂)(未圖示)，分別向裝載室101、第I成膜室103、第2成膜室104以及加熱室105搬送半導(dǎo)體層10。
[0050]在第I成膜室103中，能夠在半導(dǎo)體層10上形成含有碳和氮的含氧化硅層21。在第2成膜室104中，能夠在含氧化硅層21上形成含非晶硅層22。在加熱室105中，能夠在含氧氣體的環(huán)境下對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層21以及含非晶硅層22進(jìn)行加熱。另外，通過(guò)控制裝置106，能夠?qū)⒓訜崾?05的溫度控制到750°C以下的溫度，或者控制到比750°C以下的溫度高的溫度。在制造裝置100中，為了調(diào)整含氧化硅層21中的碳濃度或者氮濃度，分別獨(dú)立地設(shè)置有第I成膜室103、第2成膜室104、以及加熱室105。
[0051]控制部106能夠進(jìn)行如下控制:在第I成膜室103中使半導(dǎo)體層10上形成含有碳和氮的含氧化硅層21 ;在第2成膜室104中使含氧化硅層21上形成含非晶硅層22 ;在加熱室105中在含氧氣體的環(huán)境下以第I溫度對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化娃層21、以及含非晶娃層22進(jìn)行加熱，然后以比第I溫度高的第2溫度進(jìn)行加熱。
[0052]在控制部106中儲(chǔ)存有能夠使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下工作的程序:在第I成膜室103中，在半導(dǎo)體層10上形成含有碳和氮的含氧化娃層21 ;在成膜室104中，在含氧化娃層21上形成含非晶娃層22 ;在加熱室105中，在含氧氣體的環(huán)境下以第I溫度對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層21、以及含非晶硅層22進(jìn)行加熱，然后以比第I溫度高的第2溫度進(jìn)行加熱。該程序也能夠記錄在介質(zhì)中。
[0053]在說(shuō)明具有柵極絕緣膜20A的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件I的作用效果之前，從不使用所謂的high-k (高介電常數(shù))材料而使用了氧化硅來(lái)作為柵極絕緣膜20A的材料的原委進(jìn)行說(shuō)明。
[0054]圖4的(a)是表示柵電極的周圍的電力線的圖，圖4的(b)是表示相鄰的柵電極間的距離與浮置柵極層的電位之間的關(guān)系的圖。
[0055]在圖4的(a)中示出了 2個(gè)相鄰的柵電極G、柵極絕緣膜20、半導(dǎo)體層10，并示出了柵電極G的周圍的電力線和電場(chǎng)強(qiáng)度。在此，意味著顏色越濃電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)。柵極絕緣膜20是氧化硅膜。
[0056]圖4的(a)的左側(cè)的相鄰的柵電極G間的距離GLl是10nm，右側(cè)的相鄰的柵電極G間的距離GL2是24nm。此外，也可以將相鄰的柵電極間的距離稱作柵長(zhǎng)。
[0057]從圖4的(a)可知，在半導(dǎo)體層10的表面，在柵電極G的端部附近存在電場(chǎng)變?nèi)醯牡胤?。在圖4的(a)中，用符號(hào)A所示的虛線包圍了電場(chǎng)較弱的地方。另外，柵長(zhǎng)越短，用該虛線包圍的部分的占有率越高。這意味著柵長(zhǎng)越短，即精細(xì)化越進(jìn)展，流過(guò)柵極絕緣膜20的溝道電流的密度越小。
[0058]圖4的(b)的橫軸是柵長(zhǎng)(nm)，縱軸是浮置柵極層的電位(V)。
[0059]由于柵長(zhǎng)越短，柵極絕緣膜20中流動(dòng)的溝道電流密度越小，所以柵長(zhǎng)越短，越需要較高的寫入電位(編程電位)。
[0060]例如，在寫入時(shí)，在柵長(zhǎng)GL2為24nm時(shí)，需要10.5V作為浮置柵極層30的電位(V)，相對(duì)于此，在柵長(zhǎng)GLl為1nm時(shí)，需要11.2V作為浮置柵極層30的電位(V)。當(dāng)將該電位差換算為柵電極G的寫入電位時(shí)，變成1.1V的差值。也就是說(shuō)，柵長(zhǎng)越短，越需要較高的寫入電位。
[0061]作為避免該問(wèn)題的對(duì)策，首先，有將柵極絕緣膜20 (氧化硅膜)形成得更薄的對(duì)策。如果將柵極絕緣膜20形成得更薄，則能夠增強(qiáng)柵電極G的端部附近的電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0062]但是，從耐壓和耐泄漏電流的觀點(diǎn)來(lái)看，很難將氧化硅膜變薄。因此，使用high-k材料作為柵極絕緣膜20的材料是有利的。
[0063]圖5是表示電場(chǎng)強(qiáng)度與泄漏電流之間的關(guān)系的圖。
[0064]圖5的橫軸是施加到柵極絕緣膜的電場(chǎng)強(qiáng)度E(MV / cm)，縱軸是泄漏電流J(A /cm2) ο 在此,將 J= 1X10 —2 (A / cm2)設(shè)為擊穿(breakdown)電流。
[0065]圖5中，示出了 S12膜、HfAlS1膜、LaAlS1膜等的high-k膜、AlOx膜的電場(chǎng)強(qiáng)度與泄漏電流之間的關(guān)系。
[0066]如圖5所示，雖然S12膜具有約10 (MV / cm)的耐壓，但是當(dāng)變?yōu)?0 (MV / cm)以上的電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)有可能達(dá)到破壞。而在HfAlS1膜、LaAlS1膜等的high-k膜中，與S12膜相比，耐壓提高(例如為15 (MV / cm)以上)。
[0067]但是，可知在high-k膜中，在20 (MV / cm)以下，泄漏電流也與S12膜沒(méi)有很大差別。其理由認(rèn)為是:在high-k膜中，膜中存在氧缺陷，由于膜中的固定電荷的影響而形成有電荷的陷講位置(trap site)。
[0068]另外，在AlOx膜中，與S12膜相比，耐壓提高。但是，Al離子在氧化膜中的擴(kuò)撒系數(shù)大。因此，將AlOx膜形成在半導(dǎo)體層10上這一點(diǎn)在非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的特性方面是不優(yōu)選的。
[0069]圖6的(a)是表示折射率與介電常數(shù)之間的關(guān)系、折射率與柵極絕緣膜和半導(dǎo)體層的能量勢(shì)壘的偏移之間的關(guān)系的圖，圖6的(b)是表示柵極絕緣膜與半導(dǎo)體層的接合的圖。
[0070]圖6的橫軸是比介電常數(shù)ε (°ο)(折射率(η2))，左縱軸是介電常數(shù)ε (0)，右縱軸是與柵極絕緣膜20和半導(dǎo)體層10的能量勢(shì)壘(電子勢(shì)壘)(eV)的偏移之間的關(guān)系的圖。
[0071]在此，在導(dǎo)入了圖6的結(jié)果的模型中，導(dǎo)入了 high-k膜來(lái)作為柵極絕緣膜20。由于在該high-k膜中含有Hf等金屬，所以將柵極絕緣膜20假設(shè)為導(dǎo)帶，假設(shè)為在半導(dǎo)體層10與柵極絕緣膜20之間形成有肖特基勢(shì)壘。
[0072]如圖6所示，從比介電常數(shù)與能量勢(shì)壘的偏移之間的關(guān)系來(lái)看，比介電常數(shù)ε (-)越高，偏移量越小。也就是說(shuō)，意味著比介電常數(shù)ε (⑴)越高，半導(dǎo)體層10與柵極絕緣膜20之間的界面能級(jí)所引起的泄漏電流越大。
[0073]另一方面，作為存儲(chǔ)特性，假設(shè)為作為半導(dǎo)體層10與柵極絕緣膜20之間的能量勢(shì)壘(eV)需要2eV以上。于是，從圖6的結(jié)果來(lái)看，介電常數(shù)ε (O)需要取為ε (0)<20。也就是說(shuō)，如果作為能量勢(shì)魚(yú)(eV)而取為2eV以上,且介電常數(shù)ε (O)滿足ε (O) < 20的條件，則意味著可以不使用high-k材料作為柵極絕緣膜20。
[0074]根據(jù)以上描述，作為柵極絕緣膜20的材料，即使使用包含氧化硅的材料而非high-k材料，也能作為溝道絕緣膜而充分地發(fā)揮作用。
[0075]在具體地說(shuō)明非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件I的作用效果之前，說(shuō)明其他實(shí)施例涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法。
[0076]圖7的(a)?圖7的(b)是表示第I例涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造過(guò)程的示意剖視圖。
[0077]在第I例中，準(zhǔn)備例如圖7的(a)所示的半導(dǎo)體層10。對(duì)該半導(dǎo)體層10的表面，為了除去天然氧化膜，可以實(shí)施稀氟酸處理。
[0078]接著，如圖7的(b)所示，在含氧氣體(例如水蒸氣)的環(huán)境下，例如以750°C以下的溫度對(duì)半導(dǎo)體層10進(jìn)行加熱。通過(guò)該加熱，半導(dǎo)體層10的上層轉(zhuǎn)變?yōu)榘趸璧臇艠O絕緣膜20B。然后，在柵極絕緣膜20B上形成浮置柵極層30、柵極絕緣膜40、以及柵電極60，并形成存儲(chǔ)單元。
[0079]圖8的(a)?(C)是表示第2例涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造過(guò)程的示意剖視圖。
[0080]在第2例中，準(zhǔn)備圖8的(a)所示的半導(dǎo)體層10。對(duì)于該半導(dǎo)體層10的表面，為了除去天然氧化膜，可以實(shí)施稀氟酸(DHF)處理。
[0081]接著，如圖8的(b)所示，在半導(dǎo)體層10上通過(guò)CVD形成含氧化硅層24。在第2例中，作為原料氣體，不使用含碳的氣體和含氮的氣體。另外，成膜溫度是400°C。含氧化硅層24的膜厚是lnm。
[0082]然后，在含氧化硅層24上通過(guò)CVD形成含非晶硅層22。作為原料氣體，例如使用Si2H6。含非晶硅層22的膜厚是2nm。大氣壓例如是ltorr。
[0083]接著，如圖8的(C)所示，在含氧氣體(例如水蒸氣)的環(huán)境下，例如以600°C對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層24、以及含非晶硅層22進(jìn)行加熱。大氣壓例如是ltorr。
[0084]通過(guò)該加熱，含非晶硅層22轉(zhuǎn)變?yōu)楹趸鑼?3。
[0085]實(shí)際上，通過(guò)該加熱，除了含非晶硅層22被氧化之外，在半導(dǎo)體層10與含氧化硅層24之間、含氧化硅層24與含氧化硅層23之間發(fā)生硅、氧的相互擴(kuò)散。因此，在圖8的(c)中，示出了含氧化硅層24包含半導(dǎo)體層10側(cè)的第I部分24a和含氧化硅層23側(cè)的第2部分24b的情況。第I部分24a和第2部分24b均是含氧化硅層。
[0086]另外，含氧化硅層23包含含氧化硅層24側(cè)的第I部分23a和在600°C下未充分地進(jìn)行氧化的第2部分23b。在第2例中，之后實(shí)施如在第I實(shí)施方式中所執(zhí)行的那樣的第2次的加熱處理。由此，形成具有含氧化硅層24和含氧化硅層23的柵極絕緣膜20C。然后，在柵極絕緣膜20C上形成浮置柵極層30、柵極絕緣膜40、以及柵電極60，并形成存儲(chǔ)單元。
[0087]此外，除了第I例、第2例以外，引入第3例。
[0088]在第3例中，經(jīng)過(guò)第2例的工藝，在真空中以1000°C的溫度對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層24、以及含氧化硅層23加熱10秒鐘。在第3例中，不在含氧氣體環(huán)境中進(jìn)行第2次的加熱處理，而在真空中對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層24、以及含氧化硅層23進(jìn)行加熱。將用第3例涉及的工藝所形成的柵極絕緣膜稱作柵極絕緣膜20D。
[0089]具體地說(shuō)明第I實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件I的作用效果。
[0090]圖9是表示柵電極的電位與柵極絕緣膜中流動(dòng)的泄漏電流之間的關(guān)系的圖。
[0091]圖9的橫軸是柵電極G的電壓(V)，縱軸表示柵極絕緣膜20A?20D中流動(dòng)的泄漏電流(A / cm2)ο
[0092]如圖9所示，當(dāng)柵電極G與半導(dǎo)體層10之間的電壓(V)從OV逐漸上升時(shí)，在該電壓(V)下，存在柵極絕緣膜中的泄漏電流陡峭地上升的FN (Funct1n，功能，特性)區(qū)域。另夕卜，將泄漏電流在FN區(qū)域中上升時(shí)的泄漏電流稱作FN電流。
[0093]也就是說(shuō)，通過(guò)得到FN電流，能夠在柵極絕緣膜中流動(dòng)電子e，能夠從半導(dǎo)體層10經(jīng)由柵極絕緣膜向浮置柵極層30注入電子e。
[0094]從圖9可知:
[0095]在第I例中，柵電極G的電壓(V)為12V?13V時(shí)，產(chǎn)生了 FN電流。
[0096]在第2例中，柵電極G的電壓(V)為9V?9.5V時(shí)，產(chǎn)生了 FN電流。
[0097]在第3例中，柵電極G的電壓(V)為8V?9V時(shí)，產(chǎn)生了 FN電流。
[0098]在第I實(shí)施方式中，柵電極G的電壓(V)為9V?1V時(shí)，產(chǎn)生了 FN電流。
[0099]也就是說(shuō)，可知在第I例中使FN電流產(chǎn)生的柵電極G的電壓(V)最高，在除此之外的第2例、第3例、以及第I實(shí)施方式中，使FN電流產(chǎn)生的柵電極G的電壓(V)落在8V?1V的范圍內(nèi)。
[0100]也就是說(shuō)，可知根據(jù)第2例、第3例、以及第I實(shí)施方式，能夠通過(guò)更低的柵極電壓向浮置柵極層進(jìn)行寫入。但是，第3例與第2例及第I實(shí)施方式相比，柵極絕緣膜的耐壓容易劣化，進(jìn)而存在泄漏電流增加的傾向。
[0101]圖10是表示寫入電壓與閾值電壓之間的關(guān)系的圖。
[0102]圖10的橫軸是寫入電壓(編程電壓)(V)，縱軸是讀取時(shí)的柵電極的閾值電壓Vth(V)。
[0103]從圖10可知:
[0104]在第I例中，寫入電壓(V)為16V，已經(jīng)能夠向浮置柵極層進(jìn)行寫入，寫入電壓(V)為約28V以上，閾值電壓(V)飽和。
[0105]在第2例中，寫入電壓(V)為16V，已經(jīng)能夠向浮置柵極層進(jìn)行寫入，寫入電壓(V)為約20V以上，閾值電壓(V)飽和。
[0106]在第3例中，寫入電壓(V)為16V，已經(jīng)能夠向浮置柵極層進(jìn)行寫入，寫入電壓(V)為約21V以上，閾值電壓(V)飽和。
[0107]相對(duì)于此，在第I實(shí)施方式中，寫入電壓(V)為16V，已經(jīng)能夠向浮置柵極層進(jìn)行寫入，寫入電壓(V)為約22 (V)以上，閾值電壓(V)飽和。
[0108]圖10中的閾值電壓的飽和意味著能夠向浮置柵極層注入電子的電荷的飽和。也就是說(shuō)，通過(guò)利用發(fā)生電荷的飽和的寫入電壓(V)向浮置柵極層進(jìn)行寫入，能得到穩(wěn)定的閾值電壓，很難發(fā)生讀取時(shí)的誤判定。
[0109]第I實(shí)施方式、第2例、以及第3例與第I例相比，可知閾值電壓發(fā)生飽和的寫入電壓(V)比第I例低。
[0110]特別是，在第I實(shí)施方式中，飽和的閾值電壓(V)比第I例、第2例、以及第3例高。也就是說(shuō)，根據(jù)第I實(shí)施方式，可知與第I?第3例相比，閾值電壓(V)的設(shè)定范圍擴(kuò)大。在第3例中，可知寫入電壓(V)飽和的閾值電壓容易變動(dòng)。
[0111]圖11是表示電荷保持特性的比較的圖。
[0112]在圖11中示出了向第I實(shí)施方式、以及第I?3例涉及的存儲(chǔ)單元進(jìn)行寫入使得閾值電壓(V)為一3V、+ 3V、+ 5V以及+ 7V以后，對(duì)各存儲(chǔ)單元實(shí)施了劣化測(cè)試后的閾值電壓的變動(dòng)(Λ Vth)的情況。在此，劣化測(cè)試是在例如水蒸氣環(huán)境下將125°C、10小時(shí)的加熱設(shè)為I周期的情況下重復(fù)進(jìn)行3次該周期的測(cè)試。
[0113]從圖11可知，在第I?3例中，劣化測(cè)試后的閾值電壓的變動(dòng)劇烈，相對(duì)于此，在第I實(shí)施方式中，劣化測(cè)試后的閾值電壓的變動(dòng)幾乎沒(méi)有發(fā)生。也就是說(shuō)，可知在第I實(shí)施方式中，即使經(jīng)過(guò)劣化測(cè)試，與第I?3例相比，蓄積在浮置柵極層的電子也很難向浮置柵極層外放出。
[0114]這樣，可知在第I實(shí)施方式涉及的柵極絕緣膜20A中，從半導(dǎo)體層10側(cè)向柵電極側(cè)容易流動(dòng)電子，從柵電極側(cè)向半導(dǎo)體層10側(cè)不容易流動(dòng)電子。
[0115]圖12的(a)是表示柵極絕緣膜中的電場(chǎng)強(qiáng)度與泄漏電流之間的關(guān)系的圖，圖12的(b)是由圖12的(a)所示的柵極絕緣膜中的電場(chǎng)強(qiáng)度與泄漏電流之間的關(guān)系導(dǎo)入的柵極絕緣膜的能帶模型。
[0116]圖12的(a)是第I實(shí)施方式涉及的柵極絕緣膜20A的J 一 E曲線。橫軸是考慮了柵極絕緣膜的膜厚的有效電場(chǎng)強(qiáng)度(MV / cm)，縱軸是在柵極絕緣膜中流動(dòng)的泄漏電流(A / cm2)ο
[0117]當(dāng)通過(guò)仿真由圖12的(a)所示的J 一 E曲線導(dǎo)入柵極絕緣膜20A的能帶模型時(shí)，變成如圖12的(b)那樣。
[0118]圖12的(b)所示的柵極絕緣膜20A為多層絕緣膜的層疊構(gòu)造。在柵極絕緣膜20A的介電常數(shù)中，柵極絕緣膜20A與半導(dǎo)體層10接觸的界面的介電常數(shù)比與柵電極60接觸的界面的介電常數(shù)低。并且，柵電極60與半導(dǎo)體層10之間的介電常數(shù)是與半導(dǎo)體層10接觸的界面的介電常數(shù)以上，且是與柵電極60接觸的界面的介電常數(shù)以下。
[0119]具體來(lái)說(shuō)，在能帶中，介電常數(shù)從柵電極側(cè)向半導(dǎo)體層10側(cè)呈階梯狀變低，電子勢(shì)壘從柵電極側(cè)向半導(dǎo)體層10側(cè)呈階梯狀變小。在此，柵電極能夠置換為作為導(dǎo)電層的浮置柵極層。
[0120]如果是這種模型，則與使用圖9?圖11已說(shuō)明的柵極絕緣膜20A的效果一致。也就是說(shuō)，由于電子勢(shì)壘從半導(dǎo)體層10側(cè)向柵電極側(cè)呈階梯狀變大，所以電子容易從半導(dǎo)體層10側(cè)向柵電極流動(dòng)。另外，在柵極絕緣膜20A與柵電極之間形成有較高的電子勢(shì)壘，因此，與電子不容易從柵電極側(cè)向半導(dǎo)體層10流動(dòng)這一事實(shí)一致。
[0121]以下，示出柵極絕緣膜的SIMS分布。
[0122]圖13是第I實(shí)施方式涉及的柵極絕緣膜的SIMS分布。
[0123]對(duì)于SMS評(píng)價(jià)用的樣品，使用柵電極60來(lái)替代浮置柵極層30。評(píng)價(jià)用的樣品的構(gòu)造是半導(dǎo)體層10 /柵極絕緣膜20A /柵電極60的層疊體。
[0124]在圖13中，示出了從半導(dǎo)體層10朝向柵電極60的方向的硅(Si)、氧(O)、碳(C)、氮(N)、以及氟(F)的SIMS分布。
[0125]如圖13所示，從半導(dǎo)體層10側(cè)朝向柵電極60側(cè)的方向的碳(C)的濃度分布是在半導(dǎo)體層10與柵電極60之間具有成為最大值的峰值Pl。碳例如認(rèn)為是作為氧碳化硅(S1C)而被取入柵極絕緣膜20A內(nèi)。
[0126]另外，濃度分布中的峰值Pl位于與柵電極60—側(cè)相比而更靠半導(dǎo)體層10—側(cè)的位置。另外，峰值Pl的數(shù)量是I個(gè)。在峰值Pl的位置的碳濃度例如是IXlO19 (atoms /cm3)以上,例如在峰值Pl的位置的碳濃度是5X 119 (atoms / cm3)。
[0127]碳濃度從峰值Pl到柵電極60側(cè)逐漸下降，柵電極60側(cè)的碳濃度變得低于IXlO19(atoms / cm3)。
[0128]另外，從半導(dǎo)體層10側(cè)朝向柵電極60側(cè)的方向的氮(N)的濃度分布是在半導(dǎo)體層10與柵電極60之間具有成為最大值的峰值P2。氮濃度是3X 118 (atoms / cm3)以上。該濃度分布中的峰值P2位于與柵電極60側(cè)相比而更靠半導(dǎo)體層10—側(cè)的位置。另外，峰值P2的數(shù)量是I個(gè)。在峰值P2的位置的氮濃度例如是IXlO19 (atoms / cm3)。
[0129]圖14的(a)是第I例涉及的柵極絕緣膜的SIMS分布，圖14的(b)是第2例涉及的柵極絕緣膜的SIMS分布。
[0130]如圖14的(a)所示，在第I例中，在從半導(dǎo)體層10側(cè)朝向柵電極60側(cè)的方向上，碳濃度和氮濃度都變?yōu)镮X 119 (atoms / cm3)以下。另外,第I例中不存在特有的峰值。
[0131]如圖14的(b)所示，在第2例中，從半導(dǎo)體層10側(cè)朝向柵電極60側(cè)的方向的碳(C)的濃度分布是在半導(dǎo)體層10與柵電極60之間具有峰值P3和峰值P4。也就是說(shuō)，峰值的數(shù)量是2個(gè)。另外，碳濃度在柵極絕緣膜20C內(nèi)變?yōu)镮XlO19 (atoms / cm3)以上。
[0132]在本實(shí)施方式中，SIMS分析的峰值如以下這樣進(jìn)行定義。
[0133]例如在將膜厚的深度(nm)取為橫軸，將碳濃度或者氮濃度(atoms / cm3)取為縱軸，而得到濃度分布時(shí)，在該濃度分布(輪廓)中將具有半寬度為膜厚d的三分之一以上的波形分布線的最大值作為峰值。例如，在實(shí)施方式中，在柵極絕緣膜20A的膜厚d為6nm時(shí)，在濃度分布中將具有半寬度為2nm以上的波形分布線的最大值作為峰值。
[0134]因此，在濃度分布線中，呈噪聲狀上下振動(dòng)而形成的細(xì)微的峰值在本實(shí)施方式中不包含在峰值中。
[0135]例如，碳的濃度分布在圖13中從半導(dǎo)體層10側(cè)朝向柵電極60具有如以下這樣的分布。
[0136]例如，碳的濃度分布在深度為8nm附近陡峭地上升，暫且到達(dá)峰值Pl。碳的濃度分布具有通過(guò)峰值Pl以后逐漸下降的傾向。碳的濃度分布示出了在深度為16nm呈噪聲狀上下振動(dòng)的履歷(歷史記錄)，但由于這符合上述的狀況而不被包含在峰值中。
[0137]因此，在圖13中，柵極絕緣膜中的碳的濃度分布具有I個(gè)峰值P1。柵極絕緣膜中的氮的濃度分布也同樣地具有I個(gè)峰值P2。
[0138]相對(duì)于此，在圖14的(b)中，碳的濃度分布從半導(dǎo)體層10側(cè)朝向柵電極60具有如以下這樣的分布。
[0139]例如，碳的濃度分布在深度為8nm附近陡峭地上升，暫且到達(dá)峰值P3。碳的濃度分布通過(guò)峰值P3以后，雖然其濃度下降，但是當(dāng)變成深度為18nm時(shí)再次陡峭地上升，到達(dá)峰值P4。并且，碳的濃度分布具有通過(guò)峰值P4以后下降的傾向。碳的濃度分布在峰值P3、P4的附近示出呈噪聲狀上下振動(dòng)的履歷，但由于這符合上述的狀況而不被包含在峰值中。
[0140]因此，在圖14的(b)中，柵極絕緣膜中的碳的濃度分布具有2個(gè)峰值P3、P4。
[0141]圖15的(a)是第I實(shí)施方式涉及的柵極絕緣膜的能帶模型，圖15的(b)是第2例涉及的柵極絕緣膜的能帶模型。
[0142]在第I實(shí)施方式涉及的柵極絕緣膜20A中碳濃度的峰值是I個(gè)，相對(duì)于此，在第2例涉及的柵極絕緣膜20C中碳濃度的峰值是2個(gè)。
[0143]另外，一般地，氧碳化硅(S1C)的介電常數(shù)有比氧化硅(S12)的介電常數(shù)低的傾向，氧碳化娃(S1C)的能帶偏移具有比氧化娃(S12)的能帶偏移小的傾向。
[0144]圖15的(a)、(b)示出由這些事實(shí)導(dǎo)入的第I實(shí)施方式以及第2例涉及的柵極絕緣膜的能帶模型。對(duì)于圖15的(a)，已經(jīng)在圖12的(b)中示出。另外，對(duì)階梯狀的各能帶標(biāo)記有A、B、C、D的標(biāo)號(hào)。
[0145]在圖15的(b)所示的第2例涉及的柵極絕緣膜20C的能帶A、B、C、D中，介電常數(shù)不是從半導(dǎo)體層10側(cè)向柵電極60側(cè)呈階梯狀變大，而在能帶C中暫時(shí)變低。
[0146]換句話說(shuō)，柵極絕緣膜20C具有電子勢(shì)壘相對(duì)低的能帶A、C這2個(gè)。這與具有2個(gè)碳濃度的峰值的柵極絕緣膜20C的事實(shí)一致。也就是說(shuō)，在能帶A、C中，存在碳濃度的峰值。另外，在柵極絕緣膜20C內(nèi)，無(wú)論是哪個(gè)位置，碳濃度都是lX1019(atoms / cm3)以上，因此能帶D的電子勢(shì)壘比第I實(shí)施方式的能帶D的電子勢(shì)壘降低。這與如下事實(shí)一致:雖然從半導(dǎo)體層10側(cè)向柵電極60側(cè)容易流動(dòng)電子，但是在柵極絕緣膜20C與柵電極60之間電子勢(shì)壘變低，因此，電荷保持特性比第I實(shí)施方式差。
[0147]相對(duì)于此，在圖15的(a)所示的第I實(shí)施方式的柵極絕緣膜20A中，從半導(dǎo)體層10側(cè)向柵電極60側(cè)電子勢(shì)壘呈階梯狀變大，因此，從半導(dǎo)體層10側(cè)向柵電極60容易流動(dòng)電子。進(jìn)而，柵極絕緣膜20A與柵電極60之間形成有較高的電子勢(shì)壘，因此從柵電極60側(cè)向半導(dǎo)體層10電子不容易流動(dòng)。也就是說(shuō)，第I實(shí)施方式的柵極絕緣膜20A與第2例相比，寫入特性和電荷保持特性優(yōu)異。
[0148]圖16的(a)是第I實(shí)施方式涉及的應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，圖16的(b)是第2例涉及的應(yīng)力測(cè)試結(jié)果。
[0149]圖16的(a)中示出了第I實(shí)施方式涉及的柵極絕緣膜20A的J 一 E曲線，圖16的(b)中示出了第2例涉及的柵極絕緣膜20C的J 一 E曲線。另外，應(yīng)力測(cè)試是向柵極絕緣膜施加5秒鐘的0.1A / cm2的電流應(yīng)力的測(cè)試。
[0150]在圖16的(a)所示的柵極絕緣膜20A中，在應(yīng)力測(cè)試前(initial)、應(yīng)力測(cè)試后(After Stress), J-E曲線并沒(méi)有什么變化。
[0151]相對(duì)于此，圖16的(b)所示的柵極絕緣膜20C中，可知與應(yīng)力測(cè)試前(initial)相t匕，應(yīng)力測(cè)試后(After Stress)在更低的電場(chǎng)強(qiáng)度下產(chǎn)生電流泄漏。這是認(rèn)為:通過(guò)電流應(yīng)力，在上述的柵極絕緣膜20C的能帶C中，電子陷阱位置的產(chǎn)生正在加速。也就是說(shuō)，當(dāng)繼續(xù)使用柵極絕緣膜20C時(shí)，有可能產(chǎn)生膜損壞。
[0152]圖17是表示柵極絕緣膜的膜厚與電子勢(shì)壘之差的關(guān)系的圖。
[0153]橫軸是柵極絕緣膜的有效膜厚，縱軸是將圖16的(a)、(b)所示的泄漏電流為1X10 —8 (A / cm2)時(shí)的泄漏電流的差量(AEg=應(yīng)力測(cè)試后一應(yīng)力測(cè)試前)重新?lián)Q算為電場(chǎng)強(qiáng)度而得到的值。
[0154]從圖17可知，在第2例中，隨著膜厚減少，泄漏電流的差變大。這是認(rèn)為:膜厚越減少，電子陷阱位置的發(fā)生越加速。
[0155]另一方面，在第I實(shí)施方式中，可知即使膜厚減少，泄漏電流的差也比第2例小。也就是說(shuō)，可知柵極絕緣膜20A是即使將膜厚變薄耐應(yīng)力性也優(yōu)異的膜。
[0156]這樣，根據(jù)第I實(shí)施方式，具有使得柵極絕緣膜20A中的碳、氮濃度在半導(dǎo)體層10側(cè)變?yōu)楦邼舛龋跂烹姌O60側(cè)變?yōu)榈蜐舛冗@樣的濃度梯度。由此，柵極絕緣膜20A的電子勢(shì)壘按照濃度梯度而變化，硅氧化物的介電常數(shù)在半導(dǎo)體層10側(cè)變低，耐壓不會(huì)發(fā)生劣化，能夠提高施加到半導(dǎo)體層10的表面的電場(chǎng)。
[0157]另外，用熱氧化使在半導(dǎo)體層10上通過(guò)CVD所成膜的絕緣膜改質(zhì)，形成了柵極絕緣膜20A。由此，在半導(dǎo)體層10與柵極絕緣膜20A的界面上，能抑制界面能級(jí)的生成。其結(jié)果，能抑制柵極絕緣膜的應(yīng)力泄漏電流的發(fā)生。
[0158]另外，通過(guò)使采用CVD法成膜的含氧化硅層21含有碳、氮，并對(duì)非晶硅含有膜22進(jìn)行熱氧化，能夠使柵極絕緣膜20A中的碳濃度和氮濃度具有梯度。并且，通過(guò)使碳濃度的峰值在半導(dǎo)體層10側(cè)成為5X 1019(atoms / cm3)，最佳地調(diào)整了柵極絕緣膜20A中的介電常數(shù)和電子勢(shì)壘。
[0159]另外，通過(guò)從柵極絕緣膜20A的上面向下面階梯地降低介電常數(shù)、電子勢(shì)壘，即使不將柵極絕緣膜20A的物理膜厚變薄，也能夠提高柵電極的端部的電場(chǎng)。也就是說(shuō)，柵極絕緣膜20A的寫入特性優(yōu)異。另外，即使將柵極絕緣膜20A的物理膜厚變薄，由于柵極絕緣膜20A的下面附近的介電常數(shù)低，上面附近的介電常數(shù)高，因此，柵極絕緣膜20A的電荷保持特性也優(yōu)異。
[0160](第2實(shí)施方式)
[0161]圖18的(a)?(d)是表示第2實(shí)施方式涉及的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造過(guò)程的示意剖視圖。
[0162]首先，準(zhǔn)備圖18的(a)所示的半導(dǎo)體層10。對(duì)該半導(dǎo)體層10的表面，為了除去天然氧化膜，可以實(shí)施稀氟酸(DHF)處理。
[0163]然后，在半導(dǎo)體層10的表層通過(guò)熱氧化法形成膜厚為2nm的含氧化硅層25。通過(guò)離子注入法向該含氧化硅層25注入碳或者氮。
[0164]接著，如圖18的(b)所示，通過(guò)CVD在含氧化硅層25上形成含非晶硅層22。
[0165]接著，如圖18的(C)所示，在含氧氣體(例如水蒸氣)的環(huán)境下，例如以750°C以下的溫度(例如600°C)對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層25、以及含非晶硅層22進(jìn)行加熱。大氣壓例如是ltorr。
[0166]通過(guò)該加熱，含非晶硅層22轉(zhuǎn)變?yōu)楹趸鑼?3。
[0167]實(shí)際上，通過(guò)該加熱，除了含非晶硅層22被氧化以外，半導(dǎo)體層10與含氧化硅層25之間、含氧化硅層25與含氧化硅層23之間發(fā)生硅、氧的相互擴(kuò)散。因此，在圖18的(c)中，示出了含氧化硅層25包含半導(dǎo)體層10側(cè)的第I部分25a和含氧化硅層23側(cè)的第2部分25b的情況。所謂的第I部分25a和第2部分25b，雖然組成比有一些不同，但是第I部分25a和第2部分25b都是含氧化娃層。
[0168]另外，含氧化硅層23包含含氧化硅層21側(cè)的第I部分23a和在600°C的溫度下未充分進(jìn)行氧化的第2部分23b。因此，在第2實(shí)施方式中，實(shí)施第2次的氧化加熱處理。
[0169]例如，如圖18的(d)所示，在比750°C以下的溫度高的溫度下再次對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層25、以及含氧化硅層23進(jìn)行氧化加熱。
[0170]在例如含氧氣體(例如水蒸氣)的環(huán)境下，以比750°C以下的溫度高的溫度對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層25、以及含氧化硅層23進(jìn)行加熱。比750°C以下的溫度高的溫度例如是800°C以上且950°C以下的溫度。
[0171]例如在第2實(shí)施方式中，以900°C的溫度在含氧氣體的環(huán)境下對(duì)半導(dǎo)體層10、含氧化硅層25、以及含氧化硅層23進(jìn)行加熱。
[0172]由此，形成具有含氧化硅層25和含氧化硅層23的柵極絕緣膜20E。然后，在柵極絕緣膜20E上形成浮置柵極層30、柵極絕緣膜40、以及柵電極60。
[0173]即使是這種柵極絕緣膜20E，也示出與柵極絕緣膜20A同樣的作用效果。
[0174]以上，參照具體例來(lái)對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明。但是，實(shí)施方式不限于這些具體例。即，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)這些具體例加以適當(dāng)設(shè)計(jì)變更后的方式，只要具備實(shí)施方式的特征，就包含在實(shí)施方式的范圍內(nèi)。前述的各具體例具備的各要素以及其配置、材料、條件、形狀、尺寸等并不限于例示的情況，能夠適當(dāng)?shù)刈兏?br> [0175]另外，前述的各實(shí)施方式具備的各要素能夠在技術(shù)上可能的范圍內(nèi)進(jìn)行合成，將這些組合而成的方式只要包含實(shí)施方式的特征、則也包含在實(shí)施方式的范圍內(nèi)。除此之外認(rèn)為，只要本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)施方式的思想的范疇中能想到各種變更例及修正例，則這些變更例及修正例也屬于實(shí)施方式的范圍。
[0176]說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但這些實(shí)施方式是作為示例而提示的方式，不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式能夠以其他各種方式來(lái)實(shí)施，在不超出發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種省略、置換、變更。這些實(shí)施方式或其變形包含在發(fā)明的范圍或主旨中，并且包含在與權(quán)利要求書(shū)所記載的發(fā)明等同的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，具備: 半導(dǎo)體層； 設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上的第I絕緣膜； 設(shè)置在所述第I絕緣膜上的浮置柵極層； 設(shè)置在所述浮置柵極層上的第2絕緣膜；以及 設(shè)置在所述第2絕緣膜上的柵電極， 所述第I絕緣膜包含硅、氧、碳， 從所述半導(dǎo)體層一側(cè)朝向所述浮置柵極層一側(cè)的方向上的所述碳的濃度在所述半導(dǎo)體層與所述浮置柵極層之間具有最大值， 所述最大值位于與所述浮置柵極層一側(cè)相比而更靠所述半導(dǎo)體層一側(cè)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于， 從所述半導(dǎo)體層一側(cè)朝向所述浮置柵極層一側(cè)的方向上的所述碳的濃度分布在所述半導(dǎo)體層與所述浮置柵極層之間具有所述碳的濃度分布成為所述最大值的I個(gè)峰值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于， 所述峰值的位置處的所述碳的濃度是lX1019atoms / cm3以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于， 所述第I絕緣膜還具有氮， 從所述半導(dǎo)體層一側(cè)朝向所述浮置柵極層一側(cè)的方向上的所述氮的濃度在所述半導(dǎo)體層與所述浮置柵極層之間具有最大值， 所述最大值位于與所述浮置柵極層一側(cè)相比而更靠所述半導(dǎo)體層一側(cè)的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于， 所述氮的濃度的所述最大值位于與所述浮置柵極層一側(cè)相比而更靠所述半導(dǎo)體層一側(cè)的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于， 與所述半導(dǎo)體層接觸的界面處的所述第I絕緣膜的第I介電常數(shù)比所述第I絕緣膜與所述柵電極接觸的界面處的所述第I絕緣膜的第2介電常數(shù)低，所述柵電極與所述半導(dǎo)體層之間的所述第I絕緣膜的介電常數(shù)是所述第I介電常數(shù)以上且是所述第2介電常數(shù)以下。
7.一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法，包括: 在半導(dǎo)體層上形成包含碳和氮的第I含氧化硅層的工序； 在所述第I含氧化硅層上形成含非晶硅層的工序； 在含氧氣體的環(huán)境下，以第I溫度對(duì)所述半導(dǎo)體層、所述第I含氧化硅層、以及所述含非晶硅層進(jìn)行加熱，將所述含非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)榈?含氧化硅層的工序；以及 在所述含氧氣體的環(huán)境下，以比所述第I溫度高的第2溫度對(duì)所述半導(dǎo)體層、所述第I含氧化硅層、以及所述第2含氧化硅層進(jìn)行加熱的工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法，其特征在于， 所述第I溫度是750°C以下的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法，其特征在于， 所述第2溫度是900°C以上的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法，其特征在于， 通過(guò)CVD形成包含碳和氮的所述含氧化硅層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法，其特征在于， 通過(guò)離子注入法向所述含氧化硅層注入碳或者氮，形成包含碳和氮的所述含氧化硅層。
12.一種制造裝置，具備: 第I成膜室，其在半導(dǎo)體層上形成包含碳和氮的含氧化硅層； 第2成膜室，其在所述含氧化硅層上形成含非晶硅層； 加熱室，其在含氧氣體的環(huán)境下對(duì)所述半導(dǎo)體層、所述含氧化硅層、以及所述含非晶硅層進(jìn)行加熱；以及 控制部，其將所述加熱室的溫度控制為第I溫度和比所述第I溫度高的第2溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造裝置，其特征在于， 所述控制部進(jìn)行如下控制: 在所述第I成膜室中使所述半導(dǎo)體層上形成包含碳和氮的第I含氧化硅層； 在所述第2成膜室中使所述第I含氧化硅層上形成所述含非晶硅層； 在所述加熱室中，在所述含氧氣體的環(huán)境下，對(duì)所述半導(dǎo)體層、所述第I含氧化硅層、以及所述含非晶硅層以所述第I溫度進(jìn)行加熱，然后以比所述第I溫度高的第2溫度進(jìn)行加熱。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK104425503SQ201410018468
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】村越篤, 澤敬一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社 東芝