专利名称：双位氮化硅只读存储器制造方法及双位氮化硅只读存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种双位氮化硅只读存储器制造方法及根据该双位氮化硅只读存储制造方法制成的双位氮化硅只读存储器。
背景技术：
氮化娃只读存储器NROM(nitride based read-only memory)技术由于能够提供更高的存储密度，快速的低电压编程和低的费用而成为下一代非易失存储器的有力竞争者。NROM具有与SONOS器件同样简单的结构，并且NROM的制造需要更少的掩模版数量，并且可以和标准的CMOS制作流程兼容。NROM使用热电子注入的方式来编译和擦除，以使其具有一个更快和更低的编译阈值电压，并且在门极介质的堆积中可以使用更厚的底部 氧化层(小于5nm)，这可以改善存储电子的保存时间和减少读的扰动。減少的过度擦除允许ー个舒适的1T/C设计，这和2T/C存储器件结合为高密度非易失记忆器件的缩减提供了一个很适用的方法。虽然热载流子注入引起的氧化物损伤仍然是器件的ー个关注，但NROM器件已经具有在150度条件下，保存10年的IOOk次循环的可靠性能。NROM用ONO (Oxide-Nitride-Oxide, ニ氧化娃/氮化娃/ ニ氧化娃)门极介质堆积存储信息，和SONOS器件用FN隧穿或是直接隧穿来写和擦除不同。NROM器件利用热载流子注入来编译和擦除。NROM的编译利用热电子注入来实现，利用热空穴的注入来擦除。通过相互交換源和漏的終端，两个物理分开的位可以储存在同一个NROM器件的靠近源和漏的ONO堆积层中。NROM的编译利用热电子注入来实现沟道中的电子受到水平方向电场的加速，在漏端这些热电子中的一部分有足够能量的幸运电子受到有利的垂直电场，越过底部氧化层的势垒，被注入到氮化硅层，如图I所示。通过相互交換源和漏的終端，两个物理分开的位可以储存在同一个NROM器件的靠近源和漏的ONO堆积层中。NROM利用热空穴的注入来实现擦除靠近漏端的热空穴通过ー个深耗尽带(导帯)到带(价带)的隧穿。空穴得到能量注入ONO堆栈层，在这里它们和受限制的电子复合，或者被限制在氮化硅层中，如图2所示。在编译和擦除的过程中，受限制的电荷和源/漏结的边缘一致。通过交换两端的读写可以实现如图3所示的双位存储(bitl和bit2)，当漏端电压足够高来抑制由于位2所产生的窄的势垒，第二个位的出现并不会影响位I的读取，如图4所示，其中示出了漏极电压为Vd = OV及Vd = 3V的情况。然而，现有的NROM中的ONO结构中氮化硅层是用标准的均匀氮化硅层，当两端储存电荷时，会发生电荷的横向转移，造成擦除电压的増大，发生过擦除，使阈值电压发生漂移，影响器件的读取和可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供ー种防止阈值电压的漂移并增强了器件的可靠性的双位氮化硅只读存储器制造方法及根据该双位氮化硅只读存储制造方法制成的双位氮化硅只读存储器。根据本发明的第一方面，提供了一种双位氮化硅只读存储器制造方法，其包括在硅片上形成底层氧化硅层；在所述底层氧化硅层上形成氮化硅层；在所述氮化硅层上形成阻挡氧化硅层；在所述阻挡氧化硅层上形成控制栅层；在衬底上形成氧化硅侧墙以及源极和漏扱；其中，所述氮化硅层包括富硅氮化硅层、以及位于富硅氮化硅层两侧的分别靠近源极和漏极的两个渐变氮化硅层，并且其中，在所述两个渐变氮化硅层中，在从所述底部氧化层到所述阻挡氧化层的方向上，硅含量逐渐減少，而氮含量逐渐増大。优选地，所述双位氮化硅只读存储器制造方法还包括在衬底上形成源极和漏扱。优选地，所述双位氮化硅只读存储器制造方法还包括在栅极两侧形成氧化硅侧
J回O 优选地，在所述底层氧化硅层上形成氮化硅层的步骤中，通过控制含硅和含氮气体的比率和流速来实现不同硅含量和氮含量氮化硅层。进ー步优选地，在所述底层氧化硅层上形成氮化硅层的步骤中，通过初始地设置SiH2Cl2/NH3 = 2. 07以在所述两个渐变氮化硅层底部形成ー层富硅氮化硅层，然后逐渐减小SiH2Cl2/NH3的值，并且在形成最顶层的富氮氮化硅层时使得SiH2Cl2/NH3 = 0. I。优选地，所述富硅氮化硅层的硅含量和/或氮含量是均匀的。根据本发明的第二方面，提供了一种根据本发明第一方面所述的双位氮化硅只读存储器制造方法制成的双位氮化硅只读存储器，其包括布置在衬底上的源极、漏极和栅极，其中所述栅极包括底层氧化硅层、布置在所述底层氧化硅层上的氮化硅层、布置在所述氮化硅层上的阻挡氧化硅层、以及布置在所述阻挡氧化硅层上的控制栅层；其中，所述氮化硅层包括富硅氮化硅层、以及位于富硅氮化硅层两侧的分别靠近源极和漏极的两个渐变氮化硅层；其中，在所述两个渐变氮化硅层中，在从底部氧化层到阻挡氧化层的方向上，硅含量逐渐減少，而氮含量逐渐増大。优选地，所述富硅氮化硅层的硅含量和/或氮含量是均匀的。根据本发明，通过改进双位氮化硅只读存储器中氮化硅层的结构，在靠近源/漏端使用硅/氮含量渐变的氮化硅层，使得靠近底部氧化层是富硅氮化硅，靠近阻挡氧化层的是富氮的氮化硅层。这样的渐变氮化硅层结构可以实现电荷的快速的累积，而且捕获的电子从富硅氮化硅的浅能级可以跳跃到更深的富氮氮化硅的深陷阱能级中，可以实现大的电荷的捕获。中间的氮化硅则使用富硅氮化硅层，其具有的浅能级对于已经限制在两端富氮的氮化硅层中的电荷来说是ー个高的势垒，这个高的势垒阻挡了两端电荷的横向移动。使过擦出现象减小甚至消除，同时防止了阈值电压的漂移，增强了器件的可靠性。
结合附图，并通过參考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图I是氮化硅只读存储器的编译过程示意图。图2是氮化硅只读存储器的擦除过程示意图。图3是实现双位存储的氮化硅只读存储器示意图。图4是氮化硅只读存储器的漏极为3伏时，位I和位2的势垒示意图。
图5是根据本发明实施例的具有改善的氮化硅层的双位氮化硅只读存储器的栅极结构示意图。图6是根据本发明实施例的纵向具有缓变氮化硅层的能带结构示意图。图7是根据本发明实施例的横向氮化硅层势垒和能级示意图。需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施例方式为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。图5是根据本发明实施例的具有改善的氮化硅层的双位氮化硅只读存储器的栅 极结构示意图。如图5所示，根据本发明实施例的双位氮化硅只读存储器包括布置在P型衬底I上的源极S、漏极D和栅极，其中栅极包括底层氧化硅层2、布置在底层氧化硅层2上的氮化硅层、布置在氮化硅层上的阻挡氧化硅层4、以及布置在阻挡氧化硅层4上的控制栅层5。优选地，例如，栅极两侧具有氧化硅侧墙6。其中，氮化硅层包括富硅氮化硅层31、以及位于富硅氮化硅层31两侧的分别靠近源极和漏极的两个渐变氮化硅层32。其中，在两个渐变氮化硅层32中，在从底部氧化层2到阻挡氧化层4的方向上，硅含量逐渐減少，而氮含量逐渐増大。在某个具体实施例中，富硅氮化硅层31的硅含量和/或氮含量是均匀的，从而使得制造エ艺变得简单；当然，在其它实施例中，富硅氮化硅层31的硅含量和/或氮含量也可以是变化的。由此，根据本发明的上述实施例，通过改进双位氮化硅只读存储器中氮化硅层的结构，在靠近源/漏端使用硅/氮含量渐变的氮化硅层，使得靠近底部氧化层2是富硅氮化硅321 (图6)，靠近阻挡氧化层4的是富氮的氮化硅层322 (图6)，如图5所示。这样的渐变氮化硅层结构可以实现电荷的快速的累积，而且捕获的电子从富硅氮化硅的浅能级可以跳跃到更深的富氮氮化硅的深陷阱能级中，可以实现大的电荷的捕获，如图6所示。中间的氮化硅则使用富硅氮化硅层，其具有的浅能级对于已经限制在两端富氮的氮化硅层中的电荷来说是ー个高的势垒，这个高的势垒阻挡了两端电荷的横向移动，如图7所示。使过擦出现象减小甚至消除，同时防止了阈值电压的漂移，增强了器件的可靠性。下面将描述根据本发明另ー实施例的双位氮化硅只读存储器制造方法。具体地说，对于图5所示的双位氮化硅只读存储器栅极结构，可以采用下述方法来制造第一步骤，在硅片上形成底层氧化硅层2 ；第二步骤，在底层氧化硅层2上形成氮化硅层，其中，氮化硅层包括富硅氮化硅层31、以及位于富硅氮化硅层31两侧的分别靠近源极和漏极的两个渐变氮化硅层32，并且其中，在两个渐变氮化硅层32中，在从底部氧化层2到阻挡氧化层4的方向上，硅含量逐渐减少，而氮含量逐渐増大。第三步骤，在氮化硅层上形成阻挡氧化硅层；
第四步骤，在阻挡氧化硅层4上形成控制栅层5。具体地说，在ー个具体示例中，在形成上述ONO结构的氮化硅层的过程中，通过初始地设置SiH2Cl2/NH3 = 2. 07以在两个渐变氮化硅层32底部形成ー层富硅氮化硅层321，然后逐渐减小SiH2Cl2/NH3的值，从而在这层氮化硅层上，形成硅含量渐变的氮化硅层，并且在形成最顶层的富氮的氮化硅层322时使得SiH2Cl2/NH3 = 0. I。实际上，这些氮化硅层可以通过 控制含硅和含氮气体的比率和流速来实现不同硅
含量和氮含量氮化硅层。此后，在P型衬底I上形成源极S和漏极D，以及例如，优选地形成栅极两侧的氧化硅侧墙6。由此，可在源/漏端形成缓变的氮化硅层，这些缓变层可以将注入的电荷通过能级方向的水平跳跃到深陷讲能级，改善保持电荷的能力(能带宽度从富娃的氮化娃3. 69ev变化到富氮的氮化硅层的5. 22ev)。横向的氮化硅层中间的富硅氮化硅层，利用可以提供相对于源/漏端高的势垒(大约为I. 53ev)，抑制电荷的横向转移(因为这个势垒对应的温度为1. 8E4K)，改善过擦除和抑制阈值电压漂移，提高器件的可靠性。需要说明的是，虽然以P型衬底I为示例说明了本发明，但是熟悉本领域的技术人员可以理解的是，本发明同样适用于N型衬底器件的情況。可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述掲示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种双位氮化硅只读存储器制造方法，其特征在于包括 在硅片上形成底层氧化硅层； 在所述底层氧化硅层上形成氮化硅层； 在所述氮化硅层上形成阻挡氧化硅层； 在所述阻挡氧化硅层上形成控制栅层； 其中，所述氮化硅层包括富硅氮化硅层、以及位于富硅氮化硅层两侧的分别靠近源极和漏极的两个渐变氮化硅层，并且其中，在所述两个渐变氮化硅层中，在从所述底部氧化层到所述阻挡氧化层的方向上，硅含量逐渐减少，而氮含量逐渐增大。
2.根据权利要求I所述的双位氮化硅只读存储器制造方法，其特征在于，在所述底层氧化硅层上形成氮化硅层的步骤中，通过控制含硅和含氮气体的比率和流速来实现不同硅含量和氮含量氮化娃层。
3.根据权利要求I或2所述的双位氮化硅只读存储器制造方法，其特征在于，在所述底层氧化硅层上形成氮化硅层的步骤中，通过初始地设置SiH2Cl2/NH3 = 2. 07以在所述两个渐变氮化硅层底部形成一层富硅氮化硅层，然后逐渐减小SiH2Cl2/NH3的值，并且在形成最顶层的富氮氮化硅层时使得SiH2Cl2/NH3 = O. I。
4.根据权利要求I或2所述的双位氮化硅只读存储器制造方法，其特征在于，所述富硅氮化硅层的硅含量和/或氮含量是均匀的。
5.根据权利要求I或2所述的双位氮化硅只读存储器制造方法，其特征在于还包括在衬底上以及源极和漏极。
6.根据权利要求I或2所述的双位氮化硅只读存储器制造方法，其特征在于还包括在栅极两侧形成氧化硅侧墙。
7.一种根据权利要求I至6之一所述的双位氮化硅只读存储器制造方法制成的双位氮化硅只读存储器，其特征在于包括布置在衬底上的源极、漏极和栅极，其中所述栅极包括底层氧化硅层、布置在所述底层氧化硅层上的氮化硅层、布置在所述氮化硅层上的阻挡氧化硅层、以及布置在所述阻挡氧化硅层上的控制栅层；其中，所述氮化硅层包括富硅氮化硅层、以及位于富硅氮化硅层两侧的分别靠近源极和漏极的两个渐变氮化硅层；其中，在所述两个渐变氮化硅层中，在从底部氧化层到阻挡氧化层的方向上，硅含量逐渐减少，而氮含量逐渐增大。
8.根据权利要求7所述的双位氮化硅只读存储器，其特征在于，所述富硅氮化硅层的硅含量和/或氮含量是均匀的。
全文摘要
本发明提供了一种双位氮化硅只读存储器制造方法及双位氮化硅只读存储器。根据本发明的双位氮化硅只读存储器制造方法包括在硅片上形成底层氧化硅层；在底层氧化硅层上形成氮化硅层；在氮化硅层上形成阻挡氧化硅层；在阻挡氧化硅层上形成控制栅层；其中，氮化硅层包括富硅氮化硅层、以及位于富硅氮化硅层两侧的分别靠近源极和漏极的两个渐变氮化硅层，并且其中，在两个渐变氮化硅层中，在从底部氧化层到阻挡氧化层的方向上，硅含量逐渐减少，而氮含量逐渐增大。根据本发明，通过改进氮化硅只读存储器中氮化硅层的结构，阻挡电荷的横向移动，使过擦出现象减小甚至消除，同时防止了阈值电压的漂移，增强了器件的可靠性。
文档编号H01L21/8246GK102709165SQ20121000909
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者田志, 谢欣云 申请人:上海华力微电子有限公司