隧穿氧化层的制备方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种隧穿氧化层的制备方法。

背景技术：

目前，带有隧穿氧化层的cmos是快闪存储器中常见的一种结构。其中，隧穿氧化层的厚度是影响快闪存储器的基本读写能力的重要因素之一。

传统二氧化硅膜层可用作隧穿氧化层，当厚度降至3nm以下时，二氧化硅制备的隧穿氧化层面临一系列的可靠性问题。衬底硅和二氧化硅膜层的界面位置存在一层转变层，其组成为siox(x<2)，结构较为松散且应力较大，所以二氧化硅制备的隧穿氧化层在快闪存储器反复擦写性能测试中的电子反复冲击下容易发生失效。此外，目前市面上还有利用ono膜作为隧穿氧化层，但ono膜厚度较薄，导致ono膜制备的隧穿氧化层质量不好，反复擦写性能不佳。所以找寻新的制备高质量隧穿氧化层的方法是提升快闪存储器反复擦写性能的当务之急。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种隧穿氧化层的制备方法，以解决隧穿氧化层影响快闪存储器的反复擦写性能的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种隧穿氧化层的制备方法，所述隧穿氧化层的制备方法包括：

提供硅衬底；

通入一氧化氮气体，使得所述硅衬底与一氧化氮气体发生反应并生成隧穿氧化层，所述隧穿氧化层覆盖所述硅衬底表面，其中，所述一氧化氮气体为生成所述隧穿氧化层的唯一氧源。

可选的，在所述隧穿氧化层的制备方法中，采用低压自由基氧化工艺形成所述隧穿氧化层。

可选的，在所述隧穿氧化层的制备方法中，所述隧穿氧化层的材质为sion。

可选的，在所述隧穿氧化层的制备方法中，通入的所述一氧化氮气体的流量为0.1l/min～5.0l/min。

可选的，在所述隧穿氧化层的制备方法中，所述隧穿氧化层的掺氮量介于1.0e15cm^-2～4.0e15cm^-2。

可选的，在所述隧穿氧化层的制备方法中，所述硅衬底与一氧化氮气体反应的工艺温度介于700℃-1000℃。

可选的，在所述隧穿氧化层的制备方法中，所述硅衬底与一氧化氮气体反应的工艺时间为5min-90min。

可选的，在所述隧穿氧化层的制备方法中，所述硅衬底与一氧化氮气体反应的工艺压力介于0.5torr～150torr。

可选的，在所述隧穿氧化层的制备方法中，所述隧穿氧化层的厚度介于

可选的，在所述隧穿氧化层的制备方法中，所述隧穿氧化层与所述硅衬底的界面应力介于1.15gpa～1.25gpa。

综上所述，本发明提供一种隧穿氧化层的制备方法，包括：提供一硅衬底，所述硅衬底与一氧化氮气体发生反应并生成一隧穿氧化层，所述隧穿氧化层覆盖所述硅衬底表面，其中，采用所述一氧化氮气体这唯一氧源形成隧穿氧化层，使得形成的所述隧穿氧化层中掺杂特定比重的氮元素，从而使得所述隧穿氧化层与硅衬底间的界面应力较小且结构稳定，提高了快闪存储器的反复擦写性能。进一步的，采用所述一氧化氮气体这唯一氧源形成的隧穿氧化层具有极好的面内膜厚均一性，使得快闪存储器的基本读写能力更好。进一步的，利用所述一氧化氮气体与所述硅衬底反应来制备隧穿氧化层的方法简单，易于生产，提高了隧穿氧化层的制备效率。

附图说明

图1是本发明实施例的一氧化氮气体与硅衬底发生反应的示意图；

图2是本发明实施例的形成一隧穿氧化层的半导体器件示意图；

其中，

100-硅衬底，110-一氧化氮气体，111-氮原子，112-氧原子，120-隧穿氧化层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的隧穿氧化层的制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

目前快闪存储器中的隧穿氧化层通常采用低压低温工艺，本领域技术人员通常选择sio2膜作为隧穿氧化层，但是隧穿氧化层的厚度一般要求较薄(3nm以下)，而低温条件下由sio2材质制备的隧穿氧化层的质量并不好，导致快闪存储器的反复擦写性能较差。

基于上述问题，本发明提供一种隧穿氧化层的制备方法，所述隧穿氧化层的制备方法包括：第一步骤：提供硅衬底；第二步骤：通入一氧化氮气体，使得所述硅衬底与一氧化氮气体发生反应并生成隧穿氧化层，所述隧穿氧化层覆盖所述硅衬底表面，其中，所述一氧化氮气体为生成所述隧穿氧化层的唯一氧源。

具体的，请参考图1和图2，图1是本发明实施例的一氧化氮气体与硅衬底发生反应的示意图，图2是本发明实施例的形成一隧穿氧化层的半导体器件示意图。

首先，提供硅衬底100，所述硅衬底100中可以具有n阱或p阱等其他结构。优选的，通常可选择在工艺腔内或者高温炉管内制备隧穿氧化层120，本申请选择将所述硅衬底100置于高温炉管内以在所述硅衬底100表面制备所述隧穿氧化层120。

然后，如图1所示，往所述高温炉管内通入一氧化氮气体110，氧化反应的工艺温度介于700℃-1000℃，可以选择750℃，800℃，900℃。进一步的，通入所述一氧化氮气体110的流量通常介于0.1l/min～5.0l/min之间，可以选择1.0l/min，2.0l/min，3.5l/min，其中，所述一氧化氮气体110为生成所述隧穿氧化层的唯一氧源。在本实施例中，往所述高温炉管内通入的所述一氧化氮气体的，采用低压自由基氧化工艺形成所述隧穿氧化层，所述一氧化氮气体110在所述高温炉管内分解成氮原子111及氧原子112，所述氮原子111及氧原子112扩散到所述硅衬底100表面并与所述硅衬底100发生氧化反应。

最后，所述硅衬底100表面生成sion膜层，如图2所示，所述sion膜层便是覆盖所述硅衬底100的所述隧穿氧化层120。其中，所述硅衬底100与一氧化氮气体110发生氧化反应的时间介于5min-90min之间，可以选择20min，45min，60min。因为sion膜层的生长具有饱和性，难以生长出大于厚度的sion膜层，所以本申请中生成的所述隧穿氧化层120的厚度介于但这正好满足快闪存储器中的隧穿氧化层所需要的厚度要求(不宜太厚，一般小于或者等于)，可以看出，sion膜层是所述隧穿氧化层120的理想选择。采用所述一氧化氮气体110作为唯一氧源形成的隧穿氧化层120具有极好的面内膜厚均一性，使得快闪存储器的基本读写能力更好，提高了产品的质量和使用效果。此外，利用所述一氧化氮气体110与所述硅衬底100反应来制备所述隧穿氧化层120，简化了所述隧穿氧化层120的制备工艺，易于生产，提高了所述隧穿氧化层的制备效率。

进一步的，所述一氧化氮气体110作为唯一氧源形成的所述隧穿氧化层120的掺氮量介于1.0e15cm^-2～4.0e15cm^-2，且所述隧穿氧化层120与所述硅衬底100的界面应力介于1.15gpa～1.25gpa，使得所述隧穿氧化层120中掺杂特定比重的氮元素，从而使得所述隧穿氧化层120与所述硅衬底100的界面应力较小且结构稳定，提高了快闪存储器的反复擦写性能。

综上所述，本发明提供一种隧穿氧化层的制备方法，包括：提供一硅衬底，所述硅衬底与一氧化氮气体发生反应并生成一隧穿氧化层，所述隧穿氧化层覆盖所述硅衬底表面，其中，采用所述一氧化氮气体这唯一氧源形成隧穿氧化层，使得形成的所述隧穿氧化层中掺杂特定比重的氮元素，从而使得所述隧穿氧化层与所述硅衬底的界面应力较小且结构稳定，提高了快闪存储器的反复擦写性能。进一步的，采用所述一氧化氮气体这唯一氧源形成的隧穿氧化层具有极好的面内膜厚均一性，使得快闪存储器的基本读写能力更好。进一步的，利用所述一氧化氮气体与所述硅衬底反应来制备隧穿氧化层的方法简单，易于生产，提高了隧穿氧化层的制备效率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。