專利名稱：Sonos器件及制造方法及其單元信息擦寫方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種SONOS器件；本發明還涉及一種SONOS器件的制造方法；本發明還涉及一種SONOS器件的單元信息擦寫方法。
背景技術：
SONOS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。然而現有SONOS器件在工藝流程和擦寫操作機制方面的一些問題也在制約著其本身的可靠性。如圖1所示，為現有SONOS器件示意圖，包括一源區4和一漏區4，所述源區4和所述漏區4為對稱結構且是形成于硅襯底7中并相隔一橫向距離。所述源區4和所述漏區 4之間的區域為溝道區，在所述溝道區表面上形成一柵結構，所述柵結構由下往上依次為第一層氧化硅3、第二層氮化硅2、第三層氧化硅1、第四層多晶硅6，在所示柵結構兩側形成有側墻5。其中所述第一層氧化硅3、所述第二層氮化硅2、所述第三層氧化硅1組成一 ONO多層膜，所述ONO多層膜為現有SONOS器件的信息存儲單元。所述第四層多晶硅6接柵極。所述第一層氧化硅3的厚度小于所述第三層氧化硅1的厚度，且所述第一層氧化硅3用做現有SONOS器件的電子寫入或擦除時的隧穿氧化層，所述第三層氧化硅1用做現有SONOS器件的阻擋電子從所述柵極注入或泄漏的阻擋氧化層。所以現有技術中的所述第一層氧化硅 3厚度要滿足能夠實現FN隧穿的超薄條件，一般要小于60埃；而所述第三層氧化硅1厚度要厚到滿足能夠阻擋FN隧穿的實現，一般要大于60埃。擦寫操作機制方面，現有SONOS器件是通過溝道區的FN隧穿進行擦除和編程即寫入的操作，電子和空穴都是通過隧穿氧化層3即所述第一層氧化硅3進入電荷陷阱層，因此隧穿氧化層3與襯底之間界面的界面態會急速惡化，在反復的擦除寫入操作后，現有SONOS 器件的數據保存能力會大大降低。同時，FN隧穿擦寫的最大缺點是速度較慢。相比較采用溝道熱電子注入效應 (Channel hot electron injectiomOffi)方法的寫入速度要比FN隧穿寫入速度快近千倍， HCI方法寫入速度是毫秒級別而FN隧穿寫入是微秒級別。現有SONOS器件如果采用HCI的方法來進行信息寫入的話，雖然可以提高其操作速度，但由于底層氧化層薄，其保存數據的能力將急劇下降。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種SONOS器件，能夠大大提高器件的操作速度和可靠性。為此，本發明還提供一種SONOS器件的制造方法。本發明還提供一種SONOS 器件的單元信息擦寫方法。為解決上述技術問題，本發明提供的SONOS器件，包括一源區和一漏區，所述源區和所述漏區形成于硅襯底中并相隔一橫向距離，所述源區和所述漏區之間的區域為溝道區。在所述溝道區表面上形成一柵結構，所述柵結構由下往上依次為第一層氧化硅、第二層
3氮化硅、第三層氧化硅、第四層多晶硅。其中所述第一層氧化硅、所述第二層氮化硅、所述第三層氧化硅組成一 ONO多層膜，所述ONO多層膜為SONOS器件的信息存儲單元。所述第四層多晶硅接柵極。所述第一層氧化硅的厚度大于所述第三層氧化硅的厚度，且所述第三層氧化硅的厚度小于等于60埃、所述第一層氧化硅的厚度大于60埃，所述第二層氮化硅的厚度為30埃 150埃。所述源區通過源極接電極、所述漏區通過漏極接電極、所述襯底通過一襯底電極加電壓。所述第三層氧化硅采用多晶硅自氧化技術制備，包括步驟在所述第二層氮化硅上生長一多晶硅層、再用熱氧化工藝完全氧化所述多晶硅層形成所述第三層氧化娃。為解決上述技術問題，本發明提供一種SONOS器件的制造方法，形成SONOS器件的柵結構時采用如下步驟步驟一、采用熱氧化工藝在硅襯底上形成第一層氧化硅，所述第一層氧化硅的厚度大于60埃。步驟二、采用低壓化學氣相淀積工藝在所述第一層氧化硅上形成第二層氮化硅， 所述第二層氮化硅的厚度為30埃 150埃。步驟三、在所述第二層氮化硅上形成一第五層多晶硅，所述第五層多晶硅的厚度控制在當所述第五層多晶硅完全氧化后的厚度要小于60埃。步驟四、采用熱氧化工藝對所述第五層多晶硅進行完全氧化形成第三層氧化硅， 所述第三層氧化硅的厚度小于60埃。步驟五、采用低壓化學氣相淀積工藝在所述第三層氧化硅上形成第四層多晶硅。為解決上述技術問題，本發明提供一種SONOS器件的單元信息的擦寫方法，包括單元信息寫入和單元信息擦除兩個步驟，所述單元信息寫入是采用溝道熱電子注入效應將電子從所述溝道區穿過所述第一層氧化硅注入到所述第二層氮化硅的氮化硅陷阱中；所述單元信息擦除是利用FN隧穿方法將存儲在所述第二層氮化硅的氮化硅陷阱中的電子從所述第二層氮化硅穿過所述第三層氧化硅注入到所述第四層多晶硅。所述單元信息擦除時各電極的電壓偏置方法為在所述柵極加一正電壓、襯底電極接地、源極懸空或接地、漏極懸空或接地。所述單元信息寫入時各電極的電壓偏置方法為在所述柵極和所述漏極分別接一合適的能寫入電子的正電壓，所述源極和襯底電極接地。本發明的有益效果為1、本發明能夠大大提高器件的速度。本發明器件采用溝道熱電子注入效應進行電子寫入，電子寫入時穿過所述第一層氧化硅，相對于現有SONOS器件中采用FN隧穿寫入方法，寫入速度得到大大的提高。2、本發明還能夠提高器件的可靠性。本發明器件單元信息擦除時電子是穿過所述第三層氧化硅進行擦除的，相對于現有技術，本發明能夠減少擦除時熱電子對第一層氧化硅的損傷，這就能大大提高器件的可靠性。另外，本發明器件的第一層氧化硅的厚度變厚、 以及第三層氧化層采用多晶硅自氧化技術制備具有高質量都是本發明器件具有較高的可靠性。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明
圖1為現有SONOS器件示意圖；圖2為本發明SONOS器件示意圖；圖3為本發明SONOS器件的制造方法流程示意圖。
具體實施例方式如圖2所示，為本發明SONOS器件示意圖，包括一源區4和一漏區4，所述源區4和所述漏區4為對稱結構且是形成于硅襯底7中并相隔一橫向距離。所述源區4和所述漏區4 之間的區域為溝道區，在所述溝道區表面上形成一柵結構，所述柵結構由下往上依次為第一層氧化硅3、第二層氮化硅2、第三層氧化硅1、第四層多晶硅6，在所示柵結構兩側形成有側墻 5。其中所述第一層氧化硅3、所述第二層氮化硅2、所述第三層氧化硅1組成一 ONO多層膜， 所述ONO多層膜為所述SONOS器件的信息存儲單元。所述第四層多晶硅6接柵極。所述第一層氧化硅3的厚度大于所述第三層氧化硅1的厚度，且所述第三層氧化硅1的厚度小于等于 60埃、所述第一層氧化硅3的厚度大于60埃，所述第二層氮化硅2的厚度為30埃 150埃。 所述源區4通過源極接電極、所述漏區4通過漏極接電極、所述襯底7通過一襯底電極加電壓。所述第三層氧化硅1采用多晶硅自氧化技術制備，包括步驟在所述第二層氮化硅2上生長一多晶硅層、再用熱氧化工藝完全氧化所述多晶硅層形成所述第三層氧化硅。如圖3所示，為本發明SONOS器件的制造方法流程示意圖。本發明SONOS器件的制造方法中在形成所述SONOS器件的柵結構時采用如下步驟步驟一、采用熱氧化工藝在硅襯底7上形成第一層氧化硅3，所述第一層氧化硅3 的厚度大于60埃。步驟二、采用低壓化學氣相淀積工藝在所述第一層氧化硅3上形成第二層氮化硅 2，所述第二層氮化硅2的厚度為30埃 150埃。步驟三、在所述第二層氮化硅2上形成一第五層多晶硅，所述第五層多晶硅的厚度控制在當所述第五層多晶硅完全氧化后的厚度要小于60埃。步驟四、采用熱氧化工藝對所述第五層多晶硅進行完全氧化形成第三層氧化硅1， 所述第三層氧化硅1的厚度小于60埃。步驟五、采用低壓化學氣相淀積工藝在所述第三層氧化硅1上形成第四層多晶硅 6，所述第四層多晶硅6的厚度為1500埃 2500埃。本發明SONOS器件的單元信息的擦寫方法，包括單元信息寫入和單元信息擦除兩個步驟，所述單元信息寫入是采用溝道熱電子注入效應將電子從所述溝道區穿過所述第一層氧化硅3注入到所述第二層氮化硅2的氮化硅陷阱中；所述單元信息擦除是利用FN隧穿方法將存儲在所述第二層氮化硅2的氮化硅陷阱中的電子從所述第二層氮化硅2穿過所述第三層氧化硅1注入到所述第四層多晶硅6。所述單元信息擦除時各電極的電壓偏置方法為在所述第四層多晶硅6柵極加一正電壓、襯底7電極接地、源極懸空或接地、漏極懸空或接地。所述單元信息寫入時各電極的電壓偏置方法為在所述柵極和所述漏極分別接一合適的能寫入電子的正電壓，所述源極和襯底電極接地。以上通過具體實施例對本發明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發明的限制。在不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種SONOS器件，包括一源區和一漏區，所述源區和所述漏區形成于硅襯底中并相隔一橫向距離，所述源區和所述漏區之間的區域為溝道區，其特征在于在所述溝道區表面上形成一柵結構，所述柵結構由下往上依次為第一層氧化硅、第二層氮化硅、第三層氧化硅、第四層多晶硅；其中所述第一層氧化硅、所述第二層氮化硅、所述第三層氧化硅組成一 ONO多層膜，所述ONO多層膜為SONOS器件的信息存儲單元；所述第四層多晶硅接柵極；所述第一層氧化硅的厚度大于所述第三層氧化硅的厚度，且所述第三層氧化硅的厚度小于等于60埃、所述第一層氧化硅的厚度大于60埃；所述第二層氮化硅的厚度為30埃 150埃。
2.如權利要求1所述的SONOS器件，其特征在于所述第三層氧化硅采用多晶硅自氧化技術制備，包括步驟在所述第二層氮化硅上生長一多晶硅層、在用氧化方法完全氧化所述多晶硅層形成所述第三層氧化硅。
3.如權利要求1所述的SONOS器件的制造方法，其特征在于，形成SONOS器件的柵結構時采用如下步驟步驟一、采用熱氧化工藝在硅襯底上形成第一層氧化硅，所述第一層氧化硅的厚度大于60埃；步驟二、采用低壓化學氣相淀積工藝在所述第一層氧化硅上形成第二層氮化硅，所述第二層氮化硅的厚度為30埃 150埃；步驟三、在所述第二層氮化硅上形成一第五層多晶硅，所述第五層多晶硅的厚度控制在當所述第五層多晶硅完全氧化后的厚度要小于60埃；步驟四、采用熱氧化工藝對所述第五層多晶硅進行完全氧化形成第三層氧化硅，所述第三層氧化硅的厚度小于60埃；步驟五、采用低壓化學氣相淀積工藝在所述第三層氧化硅上形成第四層多晶硅。
4.如權利要求1所述的SONOS器件的單元信息的擦寫方法，其特征在于包括單元信息寫入和單元信息擦除兩個步驟，所述單元信息寫入是采用溝道熱電子注入效應將電子從所述溝道區并穿過所述第一層氧化硅注入到所述第二層氮化硅的氮化硅陷阱中；所述單元信息擦除是利用FN隧穿方法將存儲在所述第二層氮化硅的氮化硅陷阱中的電子從所述第二層氮化硅并穿過所述第三層氧化硅注入到所述第四層多晶硅。
5.如權利要求4所述方法，其特征在于所述單元信息擦除時各電極的電壓偏置方法為在所述柵極加一正電壓、襯底電極接地、源極懸空或接地、漏極懸空或接地。
6.如權利要求4所述方法，其特征在于所述單元信息寫入時各電極的電壓偏置方法為在所述柵極和所述漏極分別接一正電壓，所述源極和襯底電極接地。
全文摘要
本發明公開了一種SONOS器件，其柵結構由下往上依次為第一層氧化硅、第二層氮化硅、第三層氧化硅、第四層多晶硅。第一層氧化硅、所述第二層氮化硅、所述第三層氧化硅組成一ONO多層膜，ONO多層膜為SONOS器件的信息存儲單元。第一層氧化硅的厚度大于所述第三層氧化硅的厚度。第三層氧化硅采用多晶硅自氧化技術制備。本發明還公開了一種SONOS器件的制造方法。本發明還公開了一種SONOS器件的單元信息的擦寫方法。本發明采用溝道熱電子注入效應進行電子寫入能大大提高器件的操作速度。本發明通過第三層氧化硅進行電子擦除，以及采用較厚的第一層氧化硅和良好的第三層氧化層制備工藝，使得本發明器件的可靠性大大提高。
文檔編號H01L21/8247GK102386187SQ20101027011
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者劉冬華, 錢文生 申請人:上海華虹Nec電子有限公司