专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种半导体器件及其制造方法。
背景技术：
闪存器件是一种非易失性存储器件，即使在未供电至闪存器件时，闪存器件仍能 保留存储在存储单元中的信息，并且在被安装到印刷电路板上时，能高速电擦除信息。
电可擦除与可编程的非易失性存储器被称为EEPR0M(电可擦除可编程只读存储 器)。利用浮栅单元的非易失性存储器件长期以来被广泛应用。 近来，由于半导体器件被高度集成，需要对传统浮栅单元减小尺寸。但是，因为 在编程/擦除操作中需要高电压并且必须保证工艺余量(processmargin)以限定隧道 (tunnel)等，所以縮小传统浮栅单元尺寸存在着限制。为此，已进行各种研究，用硅_氧化 物-氮化物-硅(S0N0S)、铁电随机存取存储器(FeRAM)、单电子晶体管(SET)、氮化物只读存 储器(NROM)等来替代浮栅单元。其中，SONOS单元已被聚焦为替换浮栅单元的下一代单元。
发明内容
本发明的实施例提供了一种能被用于闪存器件的半导体器件及其制造方法。在实 施例中，提供了一种具有SONOS结构的半导体器件及其制造方法，通过向存储数据的氮化 物层添加氟，所述半导体器件能减小捕获密度，从而改善半导体器件中的数据保持特性。
根据实施例的一种半导体器件包括半导体衬底上的第一绝缘层图案、第一绝缘层 图案上的包含氟的第二绝缘层、第二绝缘层图案上的第三绝缘层图案以及第三绝缘层图案 上的多晶硅图案。 根据实施例的一种制造半导体器件的方法包括在半导体衬底上形成第一绝缘层、 通过使用含有氟的气体在第一绝缘层上形成第二绝缘层、在第二绝缘层上形成第三绝缘 层、在第三绝缘层上形成多晶硅层、以及通过图案化多晶硅层、第三绝缘层、第二绝缘层和 第一绝缘层来形成栅极图案。 根据实施例的一种制造半导体器件的方法包括在半导体衬底上形成第一绝缘层、 在第一绝缘层上形成第二绝缘层、通过离子注入工艺向第二绝缘层注入氟、在第二绝缘层 上形成第三绝缘层、在第三绝缘层上形成多晶硅层、以及通过图案化多晶硅层、第三绝缘 层、第二绝缘层和第一绝缘层来形成栅极图案。 根据实施例的一种制造半导体器件的方法包括在半导体衬底上形成第一绝缘层、 在第一绝缘层上形成第二绝缘层、通过等离子体工艺向第二绝缘层注入氟、在第二绝缘层 上形成第三绝缘层、在第三绝缘层上形成多晶硅层、以及通过图案化多晶硅层、第三绝缘 层、第二绝缘层和第一绝缘层来形成栅极图案。
图1至图6是显示了根据实施例的半导体器件的制造过程的剖视图。
具体实施例方式
在下文中，将参考附图描述根据实施例的半导体器件及其制造方法。在所公开实 施例的描述中，可被理解的是，当一层(或膜)、一个区域、一个图案或一个结构被称为在另 一衬底、另一层(或膜)、另一区域、另一焊垫或另一图案"上(上面/上方/上部)"或"下 (下面/下方/下部)"时，则其既可以直接位于另一衬底、层(或膜)、区域、焊垫或图案 上，或者也可存在中间层。此外，可被理解的是，当一层(或膜)、一个区域、一个图案、一个 焊垫或一个结构被称为位于两层(或膜)、区域、焊垫或图案"之间"时，则其可以是位于两 层(或膜)、区域、焊垫或图案之间的唯一层，或者也可存在一层或更多中间层。因而，其含 义应由本发明的技术原理决定。 在本发明的以下描述中，当援引于此的对已知功能和配置的详细描述会使本发明 的主题不清楚时，将被省略。
图1至图6是显示了根据实施例的半导体器件的制造过程的剖视图。
如图1所示，准备半导体衬底10。
半导体衬底10可包括硅衬底。 可在半导体衬底10上形成隔离层(未示出)，以限定有源区。例如，在半导体衬底
10中形成沟槽，并且在沟槽中填充氧化物层，从而形成隔离层(未示出)。 如图2所示，在半导体衬底10上形成第一绝缘层21。 可通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺来沉积第一绝缘层21。 第一绝缘层21可包括氧化物层。 第一绝缘层21的厚度可为约5到100 A 。 当在非易失性存储器件中执行编程或擦除操作时，第一绝缘层21可作为隧道氧 化物层。 然后，如图3所示，在第一绝缘层21上形成第二绝缘层22。
第二绝缘层22可包括硅氮化物层。 在非易失性存储半导体存储器件中，第二绝缘层22捕获电荷以执行程序。 在第二绝缘层22形成后，可将氟注入到第二绝缘层22内。S卩，在一特定实施例中，
将氟注入到硅氮化物层内。 在硅氮化物层中氟与硅键合，从而减小了悬挂键(dangling bond)的数目，因此减 小了捕获密度(trap density)。 这样，当在第二绝缘层22中有太多电子被捕获时因电子之间的排斥效应引起的 数据噪声可被减小。 也就是说，因为在第二绝缘层22内注入氟，第二绝缘层22的电荷捕获能力可被调 整，从而数据保持特性和数据可靠性可被改善。 此外，如果在第二绝缘层22中减小捕获密度，则当执行数据程序时，可减小电荷 库仑排斥，从而可维持氮化物层的电容特性。因此，在不改变其它部件设计的情况下可降低 制造成本。 此外，在第二绝缘层22内注入的氟可与Si3N4的硅悬挂键稳定键合。
第二绝缘层22的厚度可为约5至IJ100 A。
在下文中，将描述在第二绝缘层22内注入氟的工艺。 可通过等离子体机制或注入机制在第二绝缘层22内注入氟。 在等离子体机制的情况下，在沉积第二绝缘层22之后，通过以10 20sccm的流 速在1000 1500W的功率下提供C4F8气体，来对氟进行等离子体处理，从而在第二绝缘层 22内注入氟。 在注入工艺的情况下，在沉积第二绝缘层22之后，通过使用注入注射器以
1 X 1011 5 X 1013cm—2的剂量提供F+离子，从而在第二绝缘层22内注入氟。 在另一实施例中，当沉积第二绝缘层22时，通过提供SiF4和NH3气体可形成含有
氟的氮化物层。 在这种情况下，在1 100mTorr的压力下，以1 1500sccm的流速提供SiF4气
体，且SiF4气体与NH3气体的比例为(1 3) : (4 10)。 然后，如图4所示，在第二绝缘层22上形成第三绝缘层23。 第三绝缘层23可包括硅氧化物层。 第三绝缘层23的厚度可为约5至100 A。 第一至第三绝缘层21至23组成作为介电层的ONO层20。 第一绝缘层21可提供隧穿(tu皿eling)氧化物层，且电荷从衬底10的结晶硅层 穿过第一绝缘层21。 第二绝缘层22可提供能捕获电荷的氮化物层。 第三绝缘层23可提供用于将氮化物层与栅电极绝缘的阻挡氧化物层。
然后，如图5所示，在第三绝缘层23上形成多晶硅层30。
多晶硅层30的厚度可为约1000至3000 A。 然后，如图6所示，通过图案化多晶硅层30、第三绝缘层23、第二绝缘层22和第一 绝缘层21，形成非易失性存储器件的栅极图案。 然后，通过向半导体衬底10上在栅极图案的两侧注入高浓度杂质，形成源极和漏 极区40。 通过将氟注入氮化物层内使硅悬挂键与氟键合，由以上工艺制造的SONOS器件可 减小捕获密度。这样，当执行数据程序时，可减小电荷之间的排斥效应，从而可改善数据保 持特性与可靠性。 对本领域的技术人员显而易见的是，可对本发明做各种更改和变化。因此，本发明 旨在覆盖对于该发明的更改与变化，只要它们落在所附的权利要求及其等效范围之内。
权利要求
一种半导体器件，包括第一绝缘层图案，位于半导体衬底上；包含氟的第二绝缘层图案，位于所述第一绝缘层图案上；第三绝缘层图案，位于所述第二绝缘层图案上；以及多晶硅图案，位于所述第三绝缘层图案上。
2. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一和第三绝缘层图案是硅氧化物层图 案，所述第二绝缘层图案是硅氮化物层图案。
3. 如权利要求1所述的半导体器件，其中每个所述第一、第二和第三绝缘层图案的厚度为约5至100 A。
4. 一种制造半导体器件的方法，该方法包括以下步骤 在半导体衬底上形成第一绝缘层； 在所述第一绝缘层上形成包含氟的第二绝缘层； 在所述第二绝缘层上形成第三绝缘层； 在所述第三绝缘层上形成多晶硅层；以及通过图案化所述多晶硅层、所述第三绝缘层、所述第二绝缘层和所述第一绝缘层，形成 栅极图案。
5. 如权利要求4所述的方法，其中形成所述包含氟的第二绝缘层包括 通过使用含有氟的气体在所述第一绝缘层上形成所述第二绝缘层。
6. 如权利要求5所述的方法，其中使用含有氟的气体形成所述第二绝缘层包括使用 SiF4气体和NH3气体形成硅氮化物层。
7. 如权利要求6所述的方法，其中将SiF4气体与NH3气体以(1 3) : (4 10)的 比例混合时，通过以1至1500sccm的流速提供SiF4气体，形成所述硅氮化物层。
8. 如权利要求4所述的方法，其中形成所述包含氟的第二绝缘层包括 在所述第一绝缘层上形成用于所述第二绝缘层的材料；以及 通过离子注入工艺将氟注入用于所述第二绝缘层的所述材料。
9. 如权利要求8所述的方法，其中将氟注入用于所述第二绝缘层的所述材料包括将 F+离子以1X1011 5X1013cm—2的剂量注入所述第二绝缘层。
10. 如权利要求4所述的方法，其中形成所述包含氟的第二绝缘层包括 在所述第一绝缘层上形成用于所述第二绝缘层的材料；以及 通过等离子体工艺将氟注入用于所述第二绝缘层的所述材料。
全文摘要
本发明公开了一种半导体器件及其制造方法。该半导体器件包括半导体衬底上的第一绝缘层图案、第一绝缘层图案上的包含氟的第二绝缘层、第二绝缘层图案上的第三绝缘层图案以及第三绝缘层图案上的多晶硅图案。氟被包含在第二绝缘层中，所述第二绝缘层可以是氮化物层，其在闪存器件中存储数据，从而在不对电容特性施加影响的情况下改善数据保持和可靠性。
文档编号H01L27/115GK101752411SQ200910260410
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月15日 优先权日2008年12月15日
发明者文在渊 申请人:东部高科股份有限公司