专利名称：Sonos中氧化硅-氮氧化硅-氧化硅层的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造工艺，特别是涉及一种SONOS器件的制造工艺。
背景技术：
SONOS(硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅，Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) 闪存是一种非易失性存储器，其是通过0N0(氧化物-氮化物-氧化物，Oxi de-Nitride-Oxide)层中的氮化硅(Si3N4)存储电子或空穴实现闪存的擦写功能。衡量S0N0S的可靠性指标主要有两个一是耐久(Endurance)特性，就是衡量 S0N0S器件在多次编程和擦除之后，器件特性方面的退化。二是数据保持(Data Retention) 特性，就是S0N0S器件的数据保存能力。请参阅图1，这是S0N0S器件一个存储单元的示意图，自下而上依次包括硅衬底1、 0N0层2和多晶硅控制栅极3。0N0层2具体又包括自下而上的隧穿氧化层21、氮化硅22 和阻挡氧化层23。在0N0层2的两侧且在硅衬底1内还有源极和漏极4。为了提高S0N0S器件的可靠性，目前已经有采用氧化硅-氮氧化硅-氧化硅层 取代传统的0N0层，由于氮氧化硅(SiOxNy，x、y为自然数，又称氧化氮化硅)中电荷陷阱 (charge trapping site)数量比氮化硅更多，因此可以提高S0N0S闪存器件的数据保存能 力，同时维持S0N0S闪存器件的多次编程和擦除性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种S0N0S中氧化硅-氮氧化硅_氧化硅层的 制造方法。为解决上述技术问题，本发明S0N0S中氧化硅-氮氧化硅_氧化硅层的制造方法 包括如下步骤第1步，在硅衬底上热氧化生长一层氧化硅，这层氧化硅为隧穿氧化层；第2步，在所述隧穿氧化层上淀积一层富硅氮化硅，所述富硅氮化硅的分子式为 SixNy，其中X，y均为自然数，且x/y大于3/4 ；第3步，采用湿氧氧化工艺对所述富硅氮化硅进行氧化，所述富硅氮化硅变为氮 氧化硅；第4步，在所述氮氧化硅上淀积一层氧化硅，这层氧化硅为阻挡氧化层；所述隧穿氧化层、氮氧化硅、阻挡氧化层构成了 S0N0S中的氧化硅-氮氧化硅-氧
化硅层。本发明先淀积富硅氮化硅，再对富硅氮化硅进行氧化，从而将富硅氮化硅转换为 氮氧化硅。这种方法可以较为精确地控制氮氧化硅中氧的掺杂量，有利于提高工艺稳定性， 同时降低了杂质引入的风险。并且本发明所述制造工艺简单，易于与现有半导体制造工艺 相集成，可以用于批量生产。
图1是现有的SONOS的一个存储单元的示意图；图2-图5分别是本发明SONOS中氧化硅-氮氧化硅-氧化硅层的制造方法第1 步-第4步的示意图。图中附图标记说明1为硅衬底；2为ONO层；21为隧穿氧化层；22为氮化硅；23为阻挡氧化层；3为控 制栅极；4为源极、漏极；5为硅衬底；6为氧化硅-氮氧化硅-氧化硅层；61为隧穿氧化层； 621为富硅氮化硅；622为氮氧化硅；63为阻挡氧化层。
具体实施例方式目前在SONOS闪存器件中已经有使用氧化硅_氮氧化硅_氧化硅层取代ONO (氧 化硅_氮化硅_氧化硅)层的方案，本发明给出了这种SONOS中氧化硅-氮氧化硅-氧化 硅层的制造方法，具体包括如下步骤第1步，请参阅图2，在硅衬底5上热氧化生长一层氧化硅61，这层氧化硅61为隧
穿氧化层。第2步，请参阅图3，在隧穿氧化层61上淀积一层富硅氮化硅621。普通的氮化硅 分子式为Si3N4，即3个硅原子与4个氮原子相结合。所述富硅氮化硅是指其中的硅原子与 氮原子的数量比值大于3/4，即相对于普通的氮化硅而言具有更多的硅原子。淀积富硅氮化硅621可以采用低压化学气相淀积(LPCVD)工艺，反应气体为 二氯二氢硅(SiCl2H2)和氨气(NH3),在低压和700-800°C的条件下，其反应方程式为 3SiCl2H2 (气态)+4NH3 (气态)-> Si3N4 (固态)+6HC1 (气态)+6H2 (气态)。实际淀积普通的氮化硅时，通常通入过量的氨气，二氯二氢硅与氨气的体积比约 为1/10。本发明由于要淀积富硅氮化硅，因此增加反应气体中二氯二氢硅的比例，和/或降 低反应气体中氨气的比例，要求二氯二氢硅与氨气的体积比大于1/10。实际淀积普通的氮化硅时，在某些对所淀积的氮化硅成膜均勻性较高的工艺中， 仍然通入过量的氨气，但二氯二氢硅与氨气的体积比约为1/3，这是以气相成核的产生为代 价换取氮化硅的成膜均勻性。本发明由于要淀积富硅氮化硅，在某些对所淀积的富硅氮化 硅成膜均勻性较高的情况下，因此增加反应气体中二氯二氢硅的比例，和/或降低反应气 体中氨气的比例，要求二氯二氢硅与氨气的体积比大于1/3。淀积氮化硅621也可以采用常压化学气相淀积(APCVD)工艺，反应气体为硅烷和 氨气。同理，通过增加反应气体中硅烷的比例，和/或降低反应气体中氨气的比例，使得淀 积出的氮化硅621称为富硅的氮化硅。第3步，请参阅图4，采用湿氧氧化工艺对富硅氮化硅621进行氧化，使这一层富硅 氮化硅621变为氮氧化硅622。氧化所述富硅氮化硅621可以采用低压氧化工艺、或者常压氧化工艺。低压氧化 与高压氧化的区分通常以反应腔内的压力小于还是大于或等于1个大气压为界。在常压氧 化工艺中，除了反应气体(如氧气)外通常还通入氮气对氧气进行稀释，从而提高反应的均 勻性。第4步，请参阅图5，在氮氧化硅622上淀积一层氧化硅63，这层氧化硅63为阻挡氧化层。淀积阻挡氧化层63可以采用低压化学气相淀积工艺。如图5所示，自下而上的隧穿氧化层61、氮氧化硅622、阻挡氧化层63构成了 SONOS中的氧化硅-氮氧化硅-氧化硅层。SONOS闪存器件与普通CMOS工艺非常类似，只是将普通CMOS工艺中的栅氧化层制 造换为ONO层制造。因此为了形成一个完整的SONOS存储单元，在本发明所述氧化硅_氮 氧化硅_氧化硅层制造之前，通常还包括以η阱或ρ阱定义有源区、浅沟槽隔离(STI)等工 艺步骤。在本发明所述氧化硅_氮氧化硅_氧化硅层制造之后，通常还包括多晶硅栅极淀 积与刻蚀、轻掺杂漏注入(LDD)、形成侧墙、源漏注入等工艺步骤。这些工艺步骤不再赘述。SONOS闪存器件可以是基于PMOS的，也可以是基于NMOS的，本发明所述氧化 硅_氮氧化硅_氧化硅层的方法适用于这两种SONOS器件。以上各实施例中的步骤、工艺、材料、参数等均为示意，在不违反本发明思想和精 神的前提下所作的任何修饰及变动，均应视作为本发明的保护范围之内。
权利要求
一种SONOS中氧化硅 氮氧化硅 氧化硅层的制造方法，其特征是，包括如下步骤第1步，在硅衬底上热氧化生长一层氧化硅，这层氧化硅为隧穿氧化层；第2步，在所述隧穿氧化层上淀积一层富硅氮化硅，所述富硅氮化硅的分子式为SixNy，其中x，y均为自然数，且x/y大于3/4；第3步，采用湿氧氧化工艺对所述富硅氮化硅进行氧化，所述富硅氮化硅变为氮氧化硅；第4步，在所述氮氧化硅上淀积一层氧化硅，这层氧化硅为阻挡氧化层；所述隧穿氧化层、氮氧化硅、阻挡氧化层构成了SONOS中的氧化硅 氮氧化硅 氧化硅层。
2.根据权利要求1所述的SONOS中氧化硅-氮氧化硅_氧化硅层的制造方法，其特征 是，所述方法第2步中，淀积富硅氮化硅采用低压化学气相淀积工艺，反应气体为二氯二氢 硅和氨气，增加反应气体中二氯二氢硅的比例，和/或降低反应气体中氨气的比例。
3.根据权利要求2所述的SONOS中氧化硅-氮氧化硅_氧化硅层的制造方法，其特征 是，所述方法第2步中，二氯二氢硅与氨气的体积比大于1/10。
4.根据权利要求2所述的SONOS中氧化硅-氮氧化硅_氧化硅层的制造方法，其特征 是，所述方法第2步中，二氯二氢硅与氨气的体积比大于1/3。
5.根据权利要求1所述的SONOS中氧化硅-氮氧化硅_氧化硅层的制造方法，其特征 是，所述方法第2步中，淀积氮化硅采用常压化学气相淀积工艺，反应气体为硅烷和氨气， 增加反应气体中硅烷的比例，和/或降低反应气体中氨气的比例。
6.根据权利要求1所述的SONOS中氧化硅-氮氧化硅_氧化硅层的制造方法，其特征 是，所述方法第3步中，氧化所述氮化硅采用低压氧化工艺。
7.根据权利要求1所述的SONOS中氧化硅-氮氧化硅_氧化硅层的制造方法，其特征 是，所述方法第3步中，氧化所述氮化硅采用常压氧化工艺，并通入氮气以稀释氧气。
8.根据权利要求1所述的SONOS中氧化硅-氮氧化硅_氧化硅层的制造方法，其特征 是，所述方法第4步中，淀积阻挡氧化层采用低压化学气相淀积工艺。
全文摘要
本发明公开了一种SONOS中氧化硅-氮氧化硅-氧化硅层的制造方法，第1步，在硅衬底上热氧化生长一层氧化硅，这层氧化硅为隧穿氧化层；第2步，在所述隧穿氧化层上淀积一层富硅氮化硅，所述富硅氮化硅的分子式为SixNy，其中x，y均为自然数，且x/y大于3/4；第3步，采用湿氧氧化工艺对所述富硅氮化硅进行氧化，所述富硅氮化硅变为氮氧化硅；第4步，在所述氮氧化硅上淀积一层氧化硅，这层氧化硅为阻挡氧化层；所述隧穿氧化层、氮氧化硅、阻挡氧化层构成了SONOS中的氧化硅-氮氧化硅-氧化硅层。本发明可以较为精确地控制氮氧化硅中氧的掺杂量，有利于提高工艺稳定性，同时降低了杂质引入的风险。
文档编号H01L21/8247GK101930914SQ200910057468
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者孙勤, 杨欣 申请人:上海华虹Nec电子有限公司