技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及含有改良的氮化氧化物或氧氮化物層的氧化物-氮化物-氧化物堆棧及其形成方法。

背景技術(shù)：

非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器例如分裂柵閃存存儲(chǔ)器，通常使用堆棧浮柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在這種晶體管中，通過(guò)對(duì)控制柵施加偏壓，使存儲(chǔ)單元形成在其上的襯底的體區(qū)接地，電子被注入到要被編程的存儲(chǔ)單元的浮柵中。

一個(gè)氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆棧被用作在硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)晶體管的電荷存儲(chǔ)層，或被用作在分裂柵閃存存儲(chǔ)器的浮柵和控制柵之間的隔離層。

圖1是半導(dǎo)體器件100的中間結(jié)構(gòu)截面圖。半導(dǎo)體器件100包括一個(gè)包含按傳統(tǒng)方法在硅襯底108表面106上形成的傳統(tǒng)ONO堆棧104的SONOS柵堆?；蚪Y(jié)構(gòu)102。此外，通常半導(dǎo)體器件100還包含一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)散區(qū)域110，如源漏區(qū)域，對(duì)準(zhǔn)柵堆棧且被溝道區(qū)域112隔離。簡(jiǎn)單地說(shuō)，SONOS柵堆棧102包括一個(gè)形成在ONO堆棧104上并與之相連的多晶硅柵層114。ONO堆棧104將多晶硅柵層114與硅襯底108分離或電子隔離。ONO堆棧104通常包括一個(gè)低氧化層116，和作為器件100電荷存儲(chǔ)層的氮化物或氧氮化物層118，以及覆蓋在氮化物或氧氮化物層上的頂端高溫氧化物(HTO)層120。

傳統(tǒng)SONOS結(jié)構(gòu)102及其形成方法存在的一個(gè)問(wèn)題是氮化物或氧氮化物層118的數(shù)據(jù)保持性差，這限制了半導(dǎo)體器件100的生命周期，并且氮化物或氧氮化物層的漏電流限制了它在幾個(gè)方面的應(yīng)用。

傳統(tǒng)SONOS結(jié)構(gòu)102及其形成方法存在的另一個(gè)問(wèn)題是氧氮化物層118的化學(xué)劑量比既不均勻也不最優(yōu)化厚度。尤其是氧氮化物層118通常形成或沉積在使用單一工藝混合氣體和固定工藝條件的單一步驟，為了提供一個(gè)均勻?qū)?，其具有高氮、高氧含量的相關(guān)層的厚度。然而，由于頂部和底部的作用影響氮、氧和硅含量結(jié)果，其能改變整個(gè)常規(guī)氧氮化物層118。頂部效應(yīng)引起是由于沉積后關(guān)閉工藝氣體。特別是，含工藝氣體的硅，如硅烷，典型的關(guān)閉首先導(dǎo)致含有高氧和/或氮和低硅的氧氮化物層118的頂部。同樣的，底部效應(yīng)引起是由于初步沉積時(shí)引進(jìn)工藝氣體。特別是，氧氮化物層118的沉積通常發(fā)生在一個(gè)退火步驟之后，導(dǎo)致了氨(NH₃)濃度在沉積工藝開(kāi)始階段較高甚至達(dá)到高峰以及產(chǎn)生低氧低硅高氮的氧氮化物層底部。底部效應(yīng)也是由于表面成核現(xiàn)象，初始工藝混合氣體中的硅和氧與襯底表面的硅優(yōu)先反應(yīng)，初始工藝混合氣體中的硅和氧并沒(méi)有對(duì)氧氮化物層的形成有任何貢獻(xiàn)。因此，含有ONO堆棧104的存儲(chǔ)器100的電荷存儲(chǔ)的特征曲線，尤其是編程和擦除速度和數(shù)據(jù)保持性，有逆反效應(yīng)。

因而產(chǎn)生了對(duì)具有氧氮化物層作為存儲(chǔ)層的ONO堆棧的半導(dǎo)體器件的需求，該半導(dǎo)體器件能提高編程和擦除速度和數(shù)據(jù)保持性。也產(chǎn)生了對(duì)含氧氮化物層的ONO結(jié)構(gòu)堆棧形成工藝或方法的進(jìn)一步需求，該工藝或方法能提高氧氮化物化學(xué)計(jì)量比。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要提供了解決這些或其他的技術(shù)問(wèn)題的方法在于提供一種含多層氧氮化物層的氧化物-氮化物-氧化物堆棧的半導(dǎo)體器件，其能提高編程和擦除速度和數(shù)據(jù)保持性。為此，本發(fā)明還提供上述半導(dǎo)體器件的形成方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件中電荷存儲(chǔ)層的形成方法，該方法包括如下步驟：

在襯底上沉積一個(gè)富硅氮化物；以及

氧化富硅氮化物形成富硅少氧第一氧氮化物層。

該方法進(jìn)一步包括步驟：在第一氧氮化物層表面上形成至少一層附加層以形成一個(gè)多層電荷存儲(chǔ)層。

所述形成至少一層附加層的步驟包括形成第二氧氮化物層的步驟。

所述第一氧氮化物層和第二氧氮化物層中氧，氮和/或硅有不同化學(xué)組成比率。

所述形成第二氧氮化物層的步驟包括形成富硅少氧氧氮化物層條件下形成第二氧氮化物層的步驟。

所述第一氧氮化物層通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝形成，其采用的工藝氣體包含SiH₂Cl₂/NH₃混合物和N₂O/NH₃混合物，兩者比率為8:1，所述第二氧氮化物層通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝形成，其工藝氣體包含N₂O/NH₃混合物和SiH₂C₂/NH₃混合物，其混合比率為5∶1。

所述形成第一氧氮化物層和第二氧氮化物層的步驟通過(guò)改變N₂O/NH₃和SiH₂Cl₂/NH₃的混合比相繼在同一CVD工具中操作。

所述第一氧氮化物層和第二氧氮化物層中的至少一層形成的溫度至少為780℃。

本發(fā)明還提供一種包括一個(gè)氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的形成方法，該方法包括如下步驟:

形成ONO結(jié)構(gòu)的第一氧化物層；

在第一氧化物層上形成含有氮化物的多層電荷存儲(chǔ)層；以及

在多層電荷存儲(chǔ)層表面上形成ONO結(jié)構(gòu)的第二氧化物層。

所述多層電荷存儲(chǔ)層包含至少兩個(gè)硅氧氮化物層。

所述至少兩個(gè)氧氮化物層中氧，氮和/或硅有不同化學(xué)組成比率。

所述至少兩個(gè)氧氮化物層包括一個(gè)頂端氧氮化物層和一個(gè)底端氧氮化物層，其中頂端氧氮化物層形成為富硅，少氧氧氮化物層，底端氧氮化物層形成為富硅富氧氧氮化物層。

所述頂端氧氮化物層是富氮氧氮化物層。

所述形成第一氧化物層的步驟包含通過(guò)蒸氣退火形成第一氧化物層的步驟，其中選擇合適的頂端氧氮化物層和底端氧氮化物層的厚度比，為在使用蒸氣退火形成遂穿氧化層之后多層存儲(chǔ)層的形成提供便利。

所述形成頂端氧氮化物層使用的工藝氣體組成包含SiH₂Cl₂/NH₃混合氣體和N₂O/NH₃混合氣體，其混合比例約5:1，形成頂端氧氮化物層使用的工藝氣體組成包含N₂O/NH₃混合氣體和SiH₂Cl₂/NH₃混合氣體，其混合比例為8:1。

所述至少兩個(gè)氧氮化物層形成的溫度至少為780℃。

此外，本發(fā)明還提供一種含氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，所述氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)包含第一氧化層和第二氧化層之間的多層存儲(chǔ)層，其中多層存儲(chǔ)層包含至少兩個(gè)硅氧氮化物層。

所述至少兩個(gè)氧氮化物層中氧，氮和/或硅有不同化學(xué)組成比率。

所述氧、氮和硅形成至少兩個(gè)氧氮化物層，使其在操作溫度至少125℃下達(dá)到預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)保持性。

所述至少兩個(gè)氧氮化物層包括一個(gè)頂端氧氮化物層和一個(gè)底端氧氮化物層，其中頂端氧氮化物層和底端氧氮化物層的厚度比為1-5。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：(i)能夠提高將氧氮化物層分為多層并調(diào)整每層氧，氮，和硅的存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)保持性；(ii)能夠不以犧牲數(shù)據(jù)保持性為前提提高存儲(chǔ)器件的速度；(iii)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用ONO結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件在溫度至少為約125℃時(shí)，能夠達(dá)到或超過(guò)數(shù)據(jù)保持性和速度；以及(iv)提供大任務(wù)編程擦除周期為100,000次或更多。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明將會(huì)通過(guò)下面的詳細(xì)描述，結(jié)合附圖和實(shí)施例來(lái)論述本發(fā)明的這些或一些其他的特點(diǎn)或優(yōu)勢(shì)。其中：

圖1(現(xiàn)有技術(shù))為根據(jù)傳統(tǒng)方法形成的含有氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆棧的存儲(chǔ)器件的中間結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一個(gè)包含多層電荷存儲(chǔ)層的ONO結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的一部分的剖面結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中包含多層電荷存儲(chǔ)層的ONO結(jié)構(gòu)的形成方法的流程圖。

圖4為采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成的存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)器件與使用傳統(tǒng)存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)器件相比的數(shù)據(jù)保持性提高的曲線圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明主要論述包含多層電荷存儲(chǔ)層的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)及其制造方法。ONO結(jié)構(gòu)及其制造方法尤其適用于存儲(chǔ)器件存儲(chǔ)層的形成，如硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)存儲(chǔ)晶體管。

在接下來(lái)的描述中，將詳細(xì)的闡述大量的具體細(xì)節(jié)，以使充分全面的理解本發(fā)明。在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員也能實(shí)施本發(fā)明。在其他情況下，公知的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，沒(méi)有詳細(xì)描述或在附圖中顯示，以免對(duì)本發(fā)明產(chǎn)生不必要的晦解。

參考本發(fā)明說(shuō)明書的“實(shí)施例”，是指在相關(guān)實(shí)施例中描述的特定功能，結(jié)構(gòu)，材料，或特征包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在本發(fā)明的不同地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”不一定是指在本發(fā)明的同一個(gè)實(shí)施例中。此外，特定的功能，結(jié)構(gòu)，材料，或特征可能在其他一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中以合適的方式相結(jié)合。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，該方法涉及形成包含多層氧氮化物層的多層電荷存儲(chǔ)層，例如氧氮化物硅層(Si₂N₂O)，有不同濃度的氧，氮和/或硅。通常，氧氮化物層形成在與傳統(tǒng)ONO結(jié)構(gòu)中氮化物或氧氮化物層相比較高的溫度條件下，并且每層采用不同的工藝氣體混合物和/或在不同的流量比率下形成。優(yōu)選的是，氧氮化物層包括至少一個(gè)頂端氧氮化物層和底端氧氮化物層。更優(yōu)選的是，各層的化學(xué)計(jì)量比組成經(jīng)過(guò)調(diào)整或選擇成底端或較低端氧氮化物有高氧高硅濃度，頂端氧氮化物層有高硅高氮低氧濃度來(lái)產(chǎn)生富硅氮化物或氧氮化物。富硅和富氧底端氧氮化物層減小了存儲(chǔ)的電荷流失，沒(méi)有損害器件速度或編程和擦除電壓的初始差別(生命周期開(kāi)始階段)。富硅和缺氧頂端氧氮化物層增加了存儲(chǔ)器件的編程電壓和擦除電壓的差額，因而增進(jìn)了器件速度，提高了數(shù)據(jù)保持性，延長(zhǎng)了器件的操作生命周期。

隨意地，可以選擇頂端氧氮化物層和底端氧氮化物層的厚度比，為在采用蒸氣退火形成第一氧化物層之后在ONO結(jié)構(gòu)的第一氧化物層上形成氧氮化物層提供便利。

根據(jù)本發(fā)明不同的實(shí)施例，將對(duì)ONO結(jié)構(gòu)及其制造方法做詳細(xì)描述，詳情請(qǐng)參見(jiàn)圖2-4。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一個(gè)包含多層電荷存儲(chǔ)層的ONO結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件200的一部分的剖面結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)圖2，存儲(chǔ)器件200包括一個(gè)SONOS柵堆棧202，該SONOS柵堆棧202包括一個(gè)形成在襯底或硅襯底208的硅層表面206之上的ONO結(jié)構(gòu)204。此外，SONOS型器件200進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)散區(qū)域210，如源漏極區(qū)域，該源漏極區(qū)域210對(duì)準(zhǔn)柵堆棧202且被溝道區(qū)域212分離。通常，SONOS柵堆棧202包括一個(gè)多晶硅(poly)柵層214，其形成在ONO結(jié)構(gòu)204和部分硅層或襯底208上方并與之相連。ONO結(jié)構(gòu)204將多晶硅柵214和襯底208分離或電子隔離。ONO結(jié)構(gòu)204通常包括一個(gè)薄的較低的氧化層或隧穿氧化層216，其將柵堆棧202和溝道區(qū)域212，頂端或阻擋氧化層218，以及包含多層氮化物的多層電荷存儲(chǔ)層分離或電子隔離。優(yōu)選的是，如上所述及圖2所示，多層電荷存儲(chǔ)層包括至少兩個(gè)氧氮化物層，包括頂端氧氮化物層220A和底端氧氮化物層220B。

一般來(lái)說(shuō)，襯底208可能包括任何已知的硅半導(dǎo)體材料包括硅、硅鍺，絕緣硅或藍(lán)寶石硅襯底。另外，襯底208可能包括形成在不含硅的半導(dǎo)體材料基底上的硅層，如砷化鎵，鍺，氮化鎵，或磷化鋁。優(yōu)選的是襯底208是一個(gè)摻雜或非摻雜硅襯底。

ONO結(jié)構(gòu)204較低的氧化層或遂穿氧化層216通常包括一個(gè)相對(duì)薄的二氧化硅(SiO₂)層其厚度約為優(yōu)選的是約遂穿氧化層216可以以任何合適的方式形成或沉積，例如，熱生成或通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)來(lái)沉積。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，遂穿氧化層通過(guò)蒸氣退火形成或生長(zhǎng)。通常，該工藝包括濕法氧化法，其中襯底208被放置在沉積或工藝腔體，加熱使溫度從約700℃到約850℃，并暴露在濕法氣相中，為預(yù)定的時(shí)間周期在選擇所需厚度的基礎(chǔ)上完成的隧道氧化層216。示范工藝時(shí)間為大約5到20分鐘?？稍诖髿庵谢蛟谳^低的壓力下進(jìn)行氧化工藝。

如上所述，多層電荷存儲(chǔ)層通常包括至少兩個(gè)氧氮化物層，其具有不同的硅，氧和氮組成，總厚度在約優(yōu)選的是在約在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，氧氮化物層形成或沉積在低壓CVD工藝中，使用硅源，例如硅烷(SiH₄)，氯硅烷(SiH₃Cl)，四氯化硅(SiCl₄)，或雙叔丁基氨基硅烷(BTBAS)，氮源，如N₂，NH₃，N₂O或三氧化二氮(NO₃)，和含氧氣體，如O₂或N₂O。可選擇地，氫氣體可能已經(jīng)被替代為氘，包括例如，用氘化氨(ND₃)替代NH₃。將氘替代氫有利于鈍化硅氧化物界面懸掛的Si鍵，由此增加SONOS型器件的NBTI(負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性)的壽命。

例如，一個(gè)底端或較低端氧氮化物層220B沉積在隧穿氧化層216之上，通過(guò)放置襯底208在沉積腔體并引入工藝氣體包括N₂O，NH₃和DCS，并保持腔體壓強(qiáng)在約5-500mT，并保持襯底溫度在約700℃-850℃，優(yōu)選至少在約780℃，持續(xù)約2.5-20分鐘。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，工藝氣體包括第一混合氣體N₂O和NH₃，其混合比約為8∶1-1∶8，第二混合氣體SiH₂Cl₂(DCS)和NH₃，其混合比約1∶7-7∶1，引入的流量比約5-200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘(sccm)。據(jù)知在這一情況下生成或沉積的氧氮化物層產(chǎn)生富硅富氧底端氧氮化物層220B，降低了編程后和擦除后的電荷流失率，它主要體現(xiàn)在保留模式下的一個(gè)小的電壓漂移。

一個(gè)頂端氧氮化物層220A沉積在低端氧氮化物層220B之上，通過(guò)CVD工藝采用工藝氣體包括N₂O，NH₃和DCS，并保持腔體壓強(qiáng)在約5-500mT，并保持襯底溫度在約700℃-850℃，優(yōu)選至少在約780℃，持續(xù)約2.5-20分鐘。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，工藝氣體包括第一混合氣體N₂O和NH₃，其混合比約為8∶1-1∶8，第二混合氣體DCS和NH₃，其混合比約1∶7-7∶1，引入的流量比約為5-20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘(sccm)。據(jù)知在這種情況下形成或沉積的氧氮化物層產(chǎn)生富硅和富氮少氧頂端氧氮化物層220A，其提高了速度且增加了存儲(chǔ)器件的編程電壓和擦除電壓的初始差額，且沒(méi)有影響使用本發(fā)明實(shí)施例的ONO結(jié)構(gòu)204的存儲(chǔ)器件的電荷流失率，從而延長(zhǎng)了器件的操作生命周期。

優(yōu)選的是，頂端氧氮化物層220A隨后沉積在形成底端氧氮化物層220B的同一工具中，并完全沒(méi)有打破沉積腔體的真空環(huán)境。更優(yōu)選的是，頂端氧氮化物層220A沉積時(shí)完全沒(méi)有改變?cè)诔练e底端氧氮化物層220B時(shí)加熱襯底208的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，頂端氧氮化物層220A相繼沉積，并緊跟著底端氧氮化物層220B的沉積，并通過(guò)減小N₂O/NH₃混合氣體對(duì)于DCS/NH₃混合氣體的流量比率來(lái)達(dá)到所需要的混合氣體流率來(lái)形成富硅富氮少氧底端氧氮化物層220A。

在某些實(shí)施例中，另外一個(gè)氧化物或氧化層(圖中未顯示)形成在襯底不同區(qū)域的ONO結(jié)構(gòu)204形成之后，或在器件中使用蒸氣氧化。在這個(gè)實(shí)施例中，頂端氧氮化物層220A和ONO結(jié)構(gòu)204的頂端氧化層218在蒸氣氧化過(guò)程中很好的蒸氣退火。特別是蒸氣退火提高了頂端氧化層218的質(zhì)量，減少了形成在頂端氧化層的頂層附近和下面的頂端氧氮化物層220A的頂層附近的陷阱，因而減小或?qū)嵸|(zhì)上消除會(huì)形成頂端氧化層的電場(chǎng)，而這將導(dǎo)致電荷載流子的回流以及逆反影響電荷存儲(chǔ)層的數(shù)據(jù)或電荷保持。

據(jù)知，底端氧氮化物層220B的合適厚度約為底層和頂端氧氮化物層的厚度比約為1∶6-6∶1，優(yōu)選為至少約1∶4。

ONO結(jié)構(gòu)204的頂端氧化層218包括一個(gè)相對(duì)厚度在約的SiO₂層，最好是在的頂端氧化層218可以通過(guò)任何合適的方法形成或沉積，例如，熱能生成或CVD沉積。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，頂端氧化層218是通過(guò)CVD工藝高溫氧化(HTO)沉積。通常，沉積工藝包括暴露襯底208在硅源，如硅烷，氯硅烷，或二氯硅烷，以及含氧氣體，如O₂或N₂O，沉積腔體的氣壓約為50mT-1000mT，持續(xù)時(shí)間約為10-120分鐘，保持襯底溫度約為650℃-850℃。

優(yōu)選的是頂端氧化層218繼而沉積在形成氧氮化物層220A，220B的同一工具中。更優(yōu)選的是氧氮化物層220A，220B和頂端氧化層218形成或沉積在生成遂穿氧化層216的同一工具中。合適的工具包括，例如，加州AVIZA技術(shù)公司生產(chǎn)的ONO AVP。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，形成或制造ONO堆棧的方法詳見(jiàn)圖3的流程圖。

根據(jù)圖3，該方法從形成ONO結(jié)構(gòu)的第一氧化層開(kāi)始，例如遂穿氧化層，該第一氧化層形成在襯底表面的含硅層上(步驟300)。接著，含氮化物的多層電荷儲(chǔ)存層的第一層形成在第一氧化層表面(步驟302)。如上所述，這個(gè)第一層或底端氧氮化物層可以通過(guò)CVD工藝形成或沉積，其使用工藝氣體包括N₂O/NH₃和DCS/NH₃混合氣體，其混合比例或流率調(diào)節(jié)為適合形成富硅富氧氧氮化物層。多層電荷儲(chǔ)存層的第二層隨后形成在第一層表面(步驟304)。第二層含有和第一層不同的氧，氮和/或硅的化學(xué)計(jì)量比組成。尤其，如上所述，第二或頂端氧氮化物層可以通過(guò)CVD工藝形成或沉積，其使用工藝氣體包括N₂O/NH₃和DCS/NH₃混合氣體，其混合比例或流率調(diào)節(jié)為適合形成富硅少氧頂端氧氮化物層。最后，ONO結(jié)構(gòu)的第二氧化層形成在多層電荷儲(chǔ)存層的第二層表面(步驟306)。如上所述，該頂端或阻擋氧化層可以通過(guò)任何合適的方式形成或沉積，但最好是采用CVD工藝沉積。在一個(gè)實(shí)施例中，頂端或第二氧化層是在HTO CVD工藝中高溫氧化沉積。另外，頂端或阻擋氧化層可以通過(guò)熱能生成，然而值得慶幸的是在這個(gè)實(shí)施例中，氧氮化物的厚度必須調(diào)整或增加到一部分頂端氧氮化物可以在熱能生成阻擋氧化層的過(guò)程中被有效的消耗或氧化。

可選擇地，這個(gè)方法可能會(huì)進(jìn)一步包括形成或沉積第二氧化層表面上的含硅層來(lái)形成SONOS堆?；蚪Y(jié)構(gòu)(步驟308)。含硅層可以是，例如多晶硅層，其通過(guò)CVD工藝沉積來(lái)形成SONOS晶體管或器件的控制柵。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)例例形成的存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)器件和傳統(tǒng)存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)保持性的比較請(qǐng)參見(jiàn)圖4。尤其，圖4圖示了傳統(tǒng)ONO結(jié)構(gòu)和含多層氧氮化物層的ONO結(jié)構(gòu)生成的電子可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)在器件壽命的編程(VTP)和擦除(VTE)過(guò)程中器件的閾值電壓的變化。為收集這個(gè)圖的數(shù)據(jù)兩個(gè)器件都在85℃下預(yù)運(yùn)轉(zhuǎn)100K次。

根據(jù)圖4，圖標(biāo)或線402圖示了采用單一氧氮化物層的傳統(tǒng)ONO結(jié)構(gòu)的EEPROM隨時(shí)間變化的VTP，且沒(méi)有在初始的寫操作-編程或擦除后更新存儲(chǔ)。線402上的實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)用空心圓顯示，其余的線表示EEPROM在特定EOL下的推算的VTP。圖或線404顯示了傳統(tǒng)ONO結(jié)構(gòu)下EEPROM隨時(shí)間變化的VTE。線404的實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)用實(shí)心圓顯示，其余的線表示EEPROM指定EOL下的推算的VTE。通常，EEPROM在EOL下VTE和VTP的差異至少為0.5V，才能識(shí)別和感應(yīng)編程和擦除狀態(tài)的不同。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)ONO結(jié)構(gòu)下的EEPROM的VTE和VTP的區(qū)別約為0.35V，特定EOL為20年。因此，一個(gè)傳統(tǒng)ONO結(jié)構(gòu)的EEPROM和上述條件下的EEPROM相比損失了至少17年的操作時(shí)間。

相比之下，隨著時(shí)間的過(guò)去，采用含多層氧氮化物層的ONO結(jié)構(gòu)的EEPROM中VTP和VTE的變化在線406和408分別得到表述，顯示了VTE和VTP的區(qū)別在特定EOL下至少為1.96V。因此，一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例采用ONO結(jié)構(gòu)的EEPROM會(huì)達(dá)到和超過(guò)20年的特定操作生命。尤其是，圖或線406圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例采用ONO結(jié)構(gòu)的EEPROM的隨時(shí)間變化的VTP。在線406上的實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)由空心方塊表示，其余的線顯示出特定EOL的推斷的VTP。圖或線408闡明了隨時(shí)間變化的EEPROM的VTE，在線408上的實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)由實(shí)心方塊表示，其余的線顯示出一種對(duì)EOL的推斷的VTE。

盡管上面顯示和表述的只有兩層氧氮化物層，如，頂層和底層，但本發(fā)明并不局限于此，多層電荷存儲(chǔ)層可以包括任何數(shù)量，n層氧氮化物層，其中任何一層或所有的都有不同化學(xué)計(jì)量比組成的氧，氮和/或硅。特別是多層電荷存儲(chǔ)層有達(dá)到5層氧氮化物層，每層經(jīng)測(cè)試都有不同的化學(xué)計(jì)量比組成。然而，由于對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言最好盡量使用越少的層來(lái)做到想要的結(jié)果，減少形成器件必要的工藝步驟，從而提高更簡(jiǎn)單健全的自動(dòng)化工藝。此外，使用越少的層越好，也產(chǎn)生了高收益，因?yàn)檩^少的層次較易控制組成成分的化學(xué)計(jì)量比和密度。

更值得慶幸的是，盡管被表述作為部分SONOS存儲(chǔ)器中的SONOS堆棧，本發(fā)明的ONO結(jié)構(gòu)和方法并不局限于此，ONO結(jié)構(gòu)可以用在任何半導(dǎo)體技術(shù)或任何需要存儲(chǔ)電荷或介質(zhì)層或堆棧的器件，包括，例如，在一個(gè)分裂柵閃存存儲(chǔ)器，一個(gè)TaNOS堆棧，一個(gè)1T(晶體管)SONOS單元，一個(gè)2T SONOS單元，一個(gè)3T SONOS單元，一個(gè)局部2-bit單元，和一個(gè)多層編程或單元，都沒(méi)有超過(guò)本發(fā)明范圍。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，ONO結(jié)構(gòu)及其形成的優(yōu)勢(shì)，超越現(xiàn)有的或傳統(tǒng)的方法包括(i)能夠提高將氧氮化物層分為多層并調(diào)整每層氧，氮，和硅的存儲(chǔ)器件的數(shù)據(jù)保持性；(ii)能夠不以犧牲數(shù)據(jù)保持性為前提提高存儲(chǔ)器件的速度。(iii)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用ONO結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件在溫度至少為約125℃時(shí)，能夠達(dá)到或超過(guò)數(shù)據(jù)保持性和速度；以及(iv)提供大任務(wù)編程擦除周期為100,000次或更多。

盡管本發(fā)明詳細(xì)描述了結(jié)構(gòu)特征和/或方法技術(shù)，可以理解的是本發(fā)明中所界定的附加權(quán)利要求并沒(méi)有局限于所述的具體特征或技術(shù)方案。這些具體特征和技術(shù)方案應(yīng)被理解是作為本發(fā)明權(quán)利要求的具體實(shí)施方式。盡量說(shuō)明，而并非限制本發(fā)明。