专利名称：采用nd3和n2混合气体退火制造sonos闪存器件的方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种采用ND3 (氘化氮)和N2 (氮 气)混合气体退火制造SONOS闪存器件的方法。
背景技术：
SONOS (硅氧氮氧硅)闪存器件(以氮化硅作为电荷存储介质的闪存器件)，因为 具备良好的等比例缩小特性和抗辐照特性而成为目前主要的闪存类型之一。SONOS闪存器 件面临的可靠性问题主要有两个一是Endurance (耐久)特性，就是衡量SONOS器件在多 次编程/擦除之后，器件特性方面可能的退化。二是Data Retention (数据保持)特性，就 是SONOS器件的数据保存能力。为了修补氧化层当中的悬挂键及其他工艺损伤，通常的工 艺在接触孔打开后，会采用氮气和氢气的混合气体进行合金工艺，这在一定程度上也可以 提高SONOS器件的可靠性。然而，由于氢硅键的键能比较低，所以在SONOS器件多次擦写后， 氢硅键容易断裂，导致可靠性变差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪 存器件的方法，该方法能大大提高隧穿氧化层和硅衬底界面处的电学特性，进而可以改善 SONOS闪存器件的可靠性。为解决上述技术问题，本发明提供一种采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪 存器件的方法，包括如下步骤第一步，接触孔刻蚀；第二步，采用ND3和N2混合气体进行退火；第三步，阻挡金属层和W金属淀积。第一步具体为首先，在硅衬底上沉积SONOS ONO层，在SONOS ONO层上沉积多晶 硅层和氮化硅侧墙；之后再淀积ILD(中间介质)氧化层，在ILD氧化层上刻蚀接触孔。所 述刻蚀接触孔采用干法刻蚀工艺，主要采用氟碳系的刻蚀气体，先刻蚀去除接触孔内的氧 化层，然后通过ILD氧化层和硅衬底的选择比来停止刻蚀工艺。第二步中，退火的温度是350-450°C，退火的时间是30-90分钟。所述ND3和N2混 合气体的比例为1 (1-20)。ND3气体中的D可以饱和硅悬挂键，形成强度更高的硅-氘 键，在退火的过程中，隧穿氧化层和硅衬底界面处的悬挂键可以被硅-氘键饱和，以提高界 面处的电学特性，进而提高SONOS闪存器件可靠性。第三步中，首先在接触孔内壁淀积一层阻挡金属层，采用化学汽相淀积工艺，工艺 温度为300-500摄氏度；然后在接触孔内淀积W金属，采用化学汽相淀积工艺，工艺温度为 350-500摄氏度。和现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明采用了 ND3和N2混合气体进 行退火来提高SONOS闪存器件的可靠性。在ND3和N2混合气体退火的过程中，隧穿氧化层和硅衬底界面处的悬挂键可以被硅-氘键饱和，由于硅-氘键的键能大于氢硅键，这样可以 大大提高界面处的电学特性，进而可以改善SONOS闪存器件的可靠性。
图1是本发明第一步完成后SONOS闪存器件的截面图；图2是本发明第二步完成后SONOS闪存器件的截面图；图3是本发明第三步完成后SONOS闪存器件的截面图。其中，1为硅衬底，2为SONOS ONO (S0N0S氧化物-氮化物-氧化物)层，3为ILD (中 间介质)氧化层，4为接触孔，5为ND3和N2混合气体，6为阻挡金属层，7为W(钨)金属，8 为多晶硅层，9为氮化硅侧墙。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明公布了 一种采用了 ND3形成气体合金工艺来提高SONOS闪存器件可靠性的 方法。在ND3退火的过程中，隧穿氧化层和硅衬底界面处的悬挂键可以被硅-氘键饱和，由 于硅-氘键的键能大于氢硅键，这样可以大大提高界面处的电学特性，进而可以改善SONOS 闪存器件可靠性。如图1和图3所示，本发明主要的工艺流程包括如下步骤第一步，接触孔刻蚀。这步工艺采用常规的接触孔刻蚀的工艺。如图1所示，在硅 衬底1上沉积SONOS ONO层2 (由上至下依次为绝缘氧化层、氮化物层和隧穿氧化层)，在 SONOS ONO层2上沉积多晶硅层8和氮化硅侧墙9 ；之后再淀积ILD(中间介质)氧化层3， 在ILD氧化层3上刻蚀接触孔4，刻蚀接触孔4采用干法刻蚀工艺，主要是氟碳系的刻蚀气 体，先刻蚀去除孔内的氧化层，然后通过ILD(中间介质)氧化层3和硅衬底1的选择比来 停止刻蚀工艺。第二步，采用N2和ND3 (氘化氮)混合气体进行退火。这步工艺采用N2和ND3的混 合气体，退火气体的比例为ND3 N2 = 1 1到1 20 ;ND3当中的D可以饱和硅悬挂键， 形成强度更高的硅-氘键。ND3退火的温度范围350-450°C，ND3退火的时间30-90Min。 如图2所示，在退火的过程中，SONOS ONO层2的隧穿氧化层和硅衬底1界面处的悬挂键可 以被N2和ND3混合气体5中的硅-氘键饱和，同时不稳定的硅-氢键可以被硅-氘键取代， 这样就大大提高了界面处的电学特性，进而可以提高SONOS闪存器件可靠性。第三步，阻挡金属层和W(钨)金属淀积。这步工艺采用常规的工艺方法。如图3 所示，首先在接触孔4内壁淀积一层阻挡金属层6，采用化学汽相淀积工艺(CVD)，工艺温度 为300-500摄氏度；然后在接触孔4内淀积W金属7，采用化学汽相淀积工艺，工艺温度为 350-500摄氏度。上述工艺结构参数(时间、温度等)可以根据相应的控制和产能进行优化调整。
权利要求
1.一种采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪存器件的方法，其特征在于，包括如 下步骤第一步，接触孔刻蚀；第二步，采用ND3和N2混合气体进行退火；第三步，阻挡金属层和W金属淀积。
2.如权利要求要求1所述的采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪存器件的方法， 其特征在于，第二步中，退火的温度是350-450°C，退火的时间是30-90分钟。
3.如权利要求要求1或2所述的采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪存器件的 方法，其特征在于，第二步中，所述ND3和N2混合气体的比例为1 (1-20)。
4.如权利要求要求1所述的采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪存器件的方法， 其特征在于，第二步中，ND3气体中的D可以饱和硅悬挂键，形成强度更高的硅-氘键，在退 火的过程中，隧穿氧化层和硅衬底界面处的悬挂键可以被硅-氘键饱和，以提高界面处的 电学特性，进而提高SONOS闪存器件可靠性。
5.如权利要求要求1所述的采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪存器件的方法， 其特征在于，第一步具体为首先，在硅衬底上沉积SONOS ONO层，在SONOS ONO层上沉积多 晶硅层和氮化硅侧墙；之后再淀积中间介质氧化层，在中间介质氧化层上刻蚀接触孔。
6.如权利要求要求1或5所述的采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪存器件的 方法，其特征在于，第一步中，所述刻蚀接触孔采用干法刻蚀工艺，主要采用氟碳系的刻蚀 气体，先刻蚀去除接触孔内的氧化层，然后通过中间介质氧化层和硅衬底的选择比来停止 刻蚀工艺。
7.如权利要求要求1所述的采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪存器件的方法， 其特征在于，第三步中，首先在接触孔内壁淀积一层阻挡金属层，采用化学汽相淀积工艺， 工艺温度为300-500摄氏度；然后在接触孔内淀积W金属，采用化学汽相淀积工艺，工艺温 度为350-500摄氏度。
全文摘要
本发明公开了一种采用ND3和N2混合气体退火制造SONOS闪存器件的方法，包括如下步骤第一步，接触孔刻蚀；第二步，采用ND3和N2混合气体进行退火；第三步，阻挡金属层和W金属淀积。该方法能大大提高隧穿氧化层和硅衬底界面处的电学特性，进而可以改善SONOS闪存器件的可靠性。
文档编号H01L21/8247GK102054783SQ20091020175
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者林钢 申请人:上海华虹Nec电子有限公司