專利名稱：提高sonos閃存數據保存能力的結構及方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體集成電路的結構及制造方法，特別是涉及一種SONOS閃存 的結構及制造方法。
背景技術：
目前，常見的硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)閃存器件，因為具備良好 的等比例縮小特性，低功耗性和抗輻照特性而成為目前主要的閃存類型之一。傳統SONOS閃存的氧化物_氮化物_氧化物(ONO)三明治層能帶結構三明治層包 括隧穿氧化層，氮化硅電荷存儲層，高溫熱氧化層。氮化硅電荷存儲層因為有大量的陷阱而 作為電荷存儲介質。但是傳統氧化物-氮化物-氧化物(ONO)三明治結構不能更高的滿足等比例縮小 的要求，因為當氧化物-氮化物-氧化物(ONO)厚度降低后，編寫時的電子會隧穿通過隧穿 氧化膜和氮化膜電荷存儲層，從而積聚在氮化膜和高溫氧化膜的界面上，而沒有真正起到 對閾值電壓的影響，此外積聚的電子容易通過隧穿熱氧化膜進入柵電極。這些缺點不但使 等比縮小不能有效實現，也會使器件的數據存儲能力退化。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種提高硅_氧化物_氮化物_氧化物_硅 SONOS閃存數據保存能力的結構和方法，能夠有效提高氧化物_氮化物_氧化物ONO對電荷 的捕獲和保持能力；同時提高電荷的存儲能力以及寫入/擦除后的閾值電壓窗口。為了解決以上技術問題，本發明提供了一種提高硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅 SONOS閃存數據保存能力的結構，包括位于底部的隧穿氧層和位于頂部的高溫熱氧化層， 在隧穿氧層和高溫熱氧化層中間還包括上下兩層電荷存儲層；在所述的兩層電荷存儲層中 間有電荷陷阱層。本發明的有益效果在于在電荷存儲層中加入電荷陷阱層(SRC)從而形成鞍狀 能帶間隙形狀的結構，不但能夠有效提高氧化物_氮化物_氧化物ONO對電荷的捕獲和保 持能力；同時通過改善有效電荷捕獲陷阱到隧穿氧化膜的距離，降低陷阱-能帶隧穿(TTB tunneling)的發生機率，從而提高電荷的存儲能力以及寫入/擦除后的閾值電壓窗口。本發明還提供了一種上述提高硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅SONOS閃存數據 保存能力結構的制備方法，包括以下步驟制備底部隧穿氧化層；在所述底部隧穿氧化層以上制備下層電荷存儲層；在所述下層電荷存儲層以上制備電荷陷阱層；在所述電荷陷阱層以上制備上層電荷存儲層；在所述上層電荷存儲層以上制備柵電極。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖1是本發明實施例能帶示意圖；圖2是本發明實施例電荷密度分布示意圖；圖3是本發明實施例所述的結構示意圖；圖4是本發明實施例所述方法的流程圖。
具體實施例方式如圖3所示，本發明所述的提高硅_氧化物_氮化物_氧化物_硅SONOS閃存數 據保存能力的結構，包括位于底部的隧穿氧層和位于頂部的高溫熱氧化層，在隧穿氧層和 高溫熱氧化層中間還包括上下兩層電荷存儲層；在所述的兩層電荷存儲層中間有電荷陷 阱層。如圖1、圖2所示，本發明在電荷存儲層中加入陷阱層(SRC)，從而形成鞍狀能帶 間隙形狀的結構，不但能夠有效提高氧化物_氮化物_氧化物ONO對電荷的捕獲和保持 能力；同時通過改善有效電荷捕獲陷阱到隧穿氧化膜的距離，降低陷阱-能帶隧穿(TTB tunneling)的發生機率，從而提高電荷的存儲能力以及寫入/擦除后的閾值電壓窗口本發明的核心內容是將傳統的氮化膜電荷存儲按照捕獲電荷能力的強弱層細分 為電荷陷阱層和電荷存儲層。其中電荷陷阱層具有更強的電荷捕獲能力，被捕獲其中的 電荷很難再脫離出來，其最主要特征是和傳統電荷存儲層相比它的組分為富硅的氮化膜 (Silicon Rich Nitride)。所述富含硅的氮化膜是指制備氮化膜時二氯二氫硅與氨氣的比 例大于13所形成的氮化膜。本發明通過在傳統的氮化膜電荷存儲層中間引入富硅的電荷陷阱層，這樣絕大多 數的電荷都被處于中間的陷阱層牢牢捕獲，即使在外加高電場下，電荷也不易從陷阱出脫 離，在提高硅_氧化物_氮化物_氧化物_硅SONOS閃存數據保存能力的同時，也可以提高 寫入/擦除后的閾值電壓窗口。由于陷阱層(SRC)的能帶間隙比普通氮化膜的能帶間隙 窄，所以本發明的氧化物_氮化物_氧化物ONO膜層的能帶間隙具有兩頭寬中間窄的鞍形 特征。如圖4所示，本發明所述方法主要的步驟包括第一步，制備隧穿氧化層。這步工藝采用熱氧化工藝。第二步，制備下層氮化膜電荷存儲層。這步工藝采用熱氧化工藝。第三步，制備中間富硅氮化膜電荷陷阱層。這步工藝通過調整氮化硅陷阱層中硅 的含量，來修正氮化硅的能帶間隙。第四步，制備上層氮化膜電荷存儲層。第五步，制備柵電極。電荷存儲層和電荷陷阱層的主要成分都為氮化膜，陷阱層是富含硅的氮化膜。鞍狀能帶間隙形狀是指在兩層氮化膜電荷存儲層中間加入了氮化膜(SRN)的電 荷陷阱層，從而顯現兩頭寬中間窄的鞍狀能帶間隙。制備電荷存儲層中所用反映氣體中二氯二氫硅DCS與氨氣(NH3)的比例約為 1 2 1 5。
優選的制備電荷陷阱層中所用反映氣體中DCS NH3的比例約為1 2 1 5。氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結構，其主要參數為隧穿氧化層的厚度15-30埃。下層氮化膜存儲層的厚度30 50埃。中間SRN電荷陷阱層的厚度10 20埃。上層氮化膜存儲層的厚度30 50埃。高溫熱氧化層厚度30-80埃。結構參數可以根據相應的控制和產能進行優化調整。本發明并不限于上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在于為了描 述和說明本發明涉及的技術方案。基于本發明啟示的顯而易見的變換或替代也應當被認為 落入本發明的保護范圍。以上的具體實施方式
用來揭示本發明的最佳實施方法，以使得本 領域的普通技術人員能夠應用本發明的多種實施方式以及多種替代方式來達到本發明的 目的。
權利要求
一種提高SONOS閃存數據保存能力的結構，包括位于底部的隧穿氧層和位于頂部的高溫熱氧化層，其特征在于，在隧穿氧層和高溫熱氧化層中間還包括上下兩層電荷存儲層；在所述的兩層電荷存儲層中間有電荷陷阱層。
2.如權利要求1所述的提高SONOS閃存數據保存能力的結構，其特征在于，所述電荷存 儲層和電荷陷阱層為氮化膜；所述的氮化膜富含硅，所述富含硅的氮化膜是指制備氮化膜時二氯二氫硅與氨氣的比 例大于13所形成的氮化膜。
3.如權利要求1所述的提高SONOS閃存數據保存能力的結構，其特征在于，所述隧穿氧 層的厚度為15-30埃；所述高溫熱氧化層的厚度為30-80埃。
4.如權利要求1所述的提高SONOS閃存數據保存能力的結構，其特征在于，所述下層電 荷存儲層的厚度為30 50埃；所述上層電荷存儲層的厚度為30 50埃。
5.如權利要求1所述的提高SONOS閃存數據保存能力的結構，其特征在于，所述中間電 荷陷阱層的厚度為10 20埃。
6.如權利要求1所述的提高SONOS閃存數據保存能力的結構的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟制備底部隧穿氧化層；在所述底部隧穿氧化層以上制備下層電荷存儲層；在所述下層電荷存儲層以上制備電荷陷阱層；在所述電荷陷阱層以上制備上層電荷存儲層；在所述上層電荷存儲層以上制備柵電極。
7.如權利要求6所述的提高SONOS閃存數據保存能力的結構的制備方法，其特征在于， 所述制備電荷存儲層步驟中使用的氣體中二氯二氫硅DCS與氨氣NH3的比例為1 2 1 5。
8.如權利要求6所述的提高SONOS閃存數據保存能力的結構的制備方法，其特征在于， 所述制備電荷陷阱層步驟中使用的氣體中二氯二氫硅DCS與氨氣NH3的比例為1 2 1 5。
9.如權利要求6所述的提高SONOS閃存數據保存能力的結構的制備方法，其特征在于， 制備隧穿氧化層采用熱氧化方法。
10.如權利要求6所述的提高SONOS閃存數據保存能力的結構的制備方法，其特征在 于，制備電荷存儲層采用熱氧化方法。
全文摘要
本發明公開了一種提高SONOS閃存數據保存能力的結構及方法，包括位于底部的隧穿氧層和位于頂部的高溫熱氧化層，在隧穿氧層和高溫熱氧化層中間還包括上下兩層電荷存儲層；在所述的兩層電荷存儲層中間有電荷陷阱層。本發明在電荷存儲層中加入陷阱層從而形成鞍狀能帶間隙形狀的結構，不但能夠有效提高ONO對電荷的捕獲和保持能力；同時通過改善有效電荷捕獲陷阱到隧穿氧化膜的距離，降低陷阱-能帶隧穿的發生幾率，從而提高電荷的存儲能力以及寫入/擦除后的閾值電壓窗口。
文檔編號H01L21/336GK101924109SQ200910057409
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優先權日2009年6月11日
發明者林鋼, 王函 申請人:上海華虹Nec電子有限公司