专利名称：用dpn氮氧化硅作为sonos 存储介质层的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制程领域，尤其涉及一种能够存储电荷的ONO结构及其制备方法，具体而言，涉及一种用DPN (脱偶等离子体氮化工艺)氮氧化硅作为SONOS存储介质层的ONO结构及其制备方法。
背景技术：
非挥发性半导体存储器在半导体存储器件中扮演着重要的角色。非挥发性存储器的基本工作原理是在一个MOSFET (金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管)的栅介质中存储电荷。其中电荷被存储在一个适当的介质层的分立的俘获中心里的器件被称为电荷俘获器件。这类器件中最常用的是硅一氧化硅一氮化硅一氧化硅一硅 (SONOS)存储器。随着非易失性存储器(NVM)器件尺寸的不断减小，浮栅型非易失挥发性存储器的漏电流随着隧穿氧化物厚度的减小而不断增大，使隧穿氧化物厚度的继续减小受到了限制。因此，使用陷阱材料作为电荷存储介质的SONOS存储器被人们所关注，陷阱材料可以固定注入电荷，在一定程度上阻止了存储电荷的泄漏。SONOS存储器除了尺寸小之外，还具有良好的耐受性、低操作电压、低功耗、工艺简单、与标准CMOS工艺兼容等优点。SONOS的氮化硅层作为电荷存储介质层的工艺尤为关键，其不仅关系着存储器件的擦写速度，还和器件的耐久性能(Endurance)和电荷保持性能(Retention)等问题密切相关。但随着SONOS器件尺寸的不断减小，写和擦除的工作电压也随之降低，现有存储器件的电荷保持能力会随着工作电压减低而变差，严重影响SONOS器件的应用。现有的传统工艺中用炉管生长氮化硅层作为存储介质层，其擦写速度及保持性已经无法满足实际应用。在现有的技术中，最常用的等离子氮化物技术是Applied Material公司提供的去藕等离子体氮化物(DPN)工艺。该DPN工艺能够将可控量的氮(原子或者离子)结合到二氧化硅SiO2W表面。以等离子方式掺杂的氮通常会分布在SiO2表面或填充在表面附近。并尽可能地抑止了氮向沟道及绝缘栅、沟道界面间的渗透，有效地提高了绝缘栅介电常数，降低了有效绝缘栅厚度及栅漏电流。DPN工艺广泛的应用于90nm以下工艺。
发明内容
鉴于以上现有技术中的缺点，本发明的目的是提供一种能够满足实际应用中的擦写速度和保持性的能够存储电荷的ONO结构及其制备方法。本发明的一种能够存储电荷的ONO结构，包括隧穿氧化层、存储介质层和阻挡氧化层，所述隧穿氧化层和阻挡氧化层由氧化硅构成，所述存储介质层由氮氧化硅构成，所述存储介质层在靠近阻挡氧化层的氮氧化硅中含有较多的氮，而在靠近隧穿氧化层的氮氧化硅中含有较多的氧。在本发明的一个较佳实施方式中，所述隧穿氧化层的厚度为15 25A，所述存储介质层的厚度为8(Γ90Α，所述阻挡氧化层的厚度为4(Γ60Α。
本发明还提供了一种能够存储电荷的ONO结构的制备方法，包括以下步骤 步骤1，在器件的硅衬底上生长隧穿氧化层；
步骤2，在所述隧穿氧化层上生长本体氧化层；
步骤3，将氮离子注入到本体氧化层中，并使得靠近隧穿氧化层的一侧中含有较多的氧，另一侧中含有较多的氮，形成存储介质层； 步骤4，在所述存储介质层上生长阻挡氧化层。在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中利用去藕等离子体氮化物工艺将把等离子态的氮注入到本体氧化层中，并使得靠近隧穿氧化层的一侧中含有较多的氧，另一侧中含有较多的氮，形成存储介质层。在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中利用炉管在所述隧穿氧化层上生长本体氧化层。本发明利用氮氧分布不均勻的氮氧化硅作为存储介质层，其结构简单，具有较高的擦写速度和电荷保持性，并且其制备工艺对常规的制造工艺过程改动较少，只涉及其中的ONO结构，容易实现而不需花费较大成本。
图1是本发明的实施例的结构示意图。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明做详细的阐释。如图1中所示，在本发明的实施例中，一种能够存储电荷的ONO结构，包括隧穿氧化层1、存储介质层2和阻挡氧化层3，所述隧穿氧化层1和阻挡氧化层3由氧化硅构成，所述存储介质层2由氮氧化硅构成，所述存储介质层2在靠近阻挡氧化层3的氮氧化硅中含有较多的氮，而在靠近隧穿氧化层1的氮氧化硅中含有较多的氧。另外，在本发明的实施例中，一种能够存储电荷的ONO结构的制备方法，包括以下步骤
步骤1，在器件的硅衬底上生长隧穿氧化层； 步骤2，在所述隧穿氧化层上生长本体氧化层；
步骤3，将氮离子注入到本体氧化层中，并使得靠近隧穿氧化层的一侧中含有较多的氧，另一侧中含有较多的氮，形成存储介质层； 步骤4，在所述存储介质层上生长阻挡氧化层。本发明从存储介质层着手，工艺过程，容易实现对器件的性能改善。本发明的存储介质层在靠近阻挡氧化层的氮氧化硅中含有较多的氮，在靠近隧穿氧化层的氮氧化硅中含有较多的氧，氮和氧的分布不是均勻的，是逐渐变化的，形成的存储介质层的能带是一种锥形的能带。从而使得电荷不容易从隧穿氧化层脱离，提高了数据的读写速度和保持性。在本发明的实施例中，ONO结构的隧穿氧化层的厚度为15 25A，存储介质层的厚度为8(Γ90Α，阻挡氧化层的厚度为4(Γ60Α。此外，在本发明的实施例中，利用了去藕等离子体氮化物(DPN)工艺将把等离子态的氮注入到本体氧化层中，并使得靠近隧穿氧化层的一侧中含有较多的氧，另一侧中含有较多的氮，形成存储介质层。由于DPN工艺把等离子态的氮注入到阻挡氧化层和存储介质层之间的界面，这样形成的氮氧化硅，在靠近阻挡氧化层的氮氧化硅含有较多的氮，而靠近隧穿氧化层的氮氧化硅含有较多的氧，氮和氧的分布不是均勻的，是逐渐变化的，形成的存储介质层的能带是一种锥形的能带。这种SONOS单元，被存储的电荷不容易从隧穿氧化层脱离，从而提高数据的保持性。另外，在本发明的实施例中，利用了炉管在所述隧穿氧化层上生长本体氧化层。当然在其他实施例中，也可使用其他方法，本实施例对此不作限制。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种用DPN氮氧化硅作为SONOS存储介质层的ONO结构，其特征在于，所述ONO结构包括隧穿氧化层、存储介质层和阻挡氧化层，所述隧穿氧化层和阻挡氧化层由氧化硅构成， 所述存储介质层由氮氧化硅构成，所述存储介质层在靠近阻挡氧化层的氮氧化硅中含有较多的氮，而在靠近隧穿氧化层的氮氧化硅中含有较多的氧。
2.如权利要求1所述的用DPN氮氧化硅作为SONOS存储介质层的ONO结构，其特征在于，所述隧穿氧化层的厚度为15 25A，所述存储介质层的厚度为8(Γ90Α，所述阻挡氧化层的厚度为40 60Α。
3.一种用DPN氮氧化硅作为SONOS存储介质层的ONO结构的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤步骤1，在器件的硅衬底上生长隧穿氧化层；步骤2，在所述隧穿氧化层上生长本体氧化层；步骤3，将氮离子注入到本体氧化层中，并使得靠近隧穿氧化层的一侧中含有较多的氧，另一侧中含有较多的氮，形成存储介质层；步骤4，在所述存储介质层上生长阻挡氧化层。
4.如权利要求3所述的用DPN氮氧化硅作为SONOS存储介质层的ONO结构的制备方法，其特征在于，所述步骤3中利用去藕等离子体氮化物工艺将把等离子态的氮注入到本体氧化层中，并使得靠近隧穿氧化层的一侧中含有较多的氧，另一侧中含有较多的氮，形成存储介质层。
5.如权利要求3所述的用DPN氮氧化硅作为SONOS存储介质层的ONO结构的制备方法，其特征在于，所述步骤2中利用炉管在所述隧穿氧化层上生长本体氧化层。
全文摘要
一种用DPN氮氧化硅作为SONOS存储介质层的方法，包括隧穿氧化层、存储介质层和阻挡氧化层，存储介质层由氮氧化硅构成，所述存储介质层在靠近阻挡氧化层的氮氧化硅中含有较多的氮，而在靠近隧穿氧化层的氮氧化硅中含有较多的氧。制备方法，包括在隧穿氧化层上生长本体氧化层；将氮离子注入到本体氧化层中，并使得靠近隧穿氧化层的一侧中含有较多的氧，另一侧中含有较多的氮，形成存储介质层。本发明利用氮氧分布不均匀的氮氧化硅作为存储介质层，其结构简单，具有较高的擦写速度和电荷保持性，并且其制备工艺对常规的制造工艺过程改动较少，只涉及其中的ONO结构，容易实现而不需花费较大成本。
文档编号H01L21/28GK102446964SQ20111034989
公开日2012年5月9日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者杨斌, 郭明升, 黄奕仙 申请人:上海华力微电子有限公司