改善sonos闪存器件可靠性的面内均一性的方法
【专利摘要】本发明公开了一种改善SONOS闪存器件可靠性的面内均一性的方法，包括步骤：1）在硅衬底上，制备隧穿氧化层；2）在隧穿氧化层上，制备氮化硅层；3）利用RadOx氧化工艺，对氮化硅层进行ISSG氧化，形成氮氧化硅阻挡层；4）在氮氧化硅阻挡层上，制备氮化硅陷阱层；5）利用RadOx氧化工艺，对氮化硅陷阱层进行部分氧化，形成顶层高含氧氮氧化硅阻挡层。本发明可使得最终的SONOS闪存器件产品可靠性的面内均一性得到很大程度的提高；同时，对于日常工艺的控制也更直观，更为方便。
【专利说明】改善SONOS闪存器件可靠性的面内均一性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改善SONOS闪存器件可靠性的方法，特别是涉及一种改善SONOS闪存器件可靠性的面内均一性的方法。
【背景技术】
[0002]SONOS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 (电擦写持久力)特性，就是衡量SONOS闪存器件在多次编程/擦除之后，器件特性方面可能的退化；二是Data Retention (数据保持力)特性，就是SONOS闪存器件的数据保存能力。通过不断的改善以及许多新工艺的应用，SONOS闪存器件的可靠性已有了很大的提高，其中，SONOS闪存器件中氮氧化硅阻挡层对于可靠性的影响有很大的作用，其直接决定着SONOS闪存器件可靠性性能的高低。
[0003]然而，在传统工艺中氮氧化硅阻挡层一般均利用队0(—氧化二氮)气体掺杂形成，但是由于N2O气体完全分解需要较高温度、同时也较不受控，因此导致ONO膜中的氮氧化硅阻挡层氧含量分布很不均匀，从而使最终的可靠性性能面内的均一性受到很大影响。同时，ONO膜中顶层的HTO高温氧化层也是利用N2O作为反应源，因此，同样受到N2O分解不均匀的影响从而导致氧化层的均一性也较差，最终使得写入、存储及读写时在ONO层上的分压也受到影响，进而影响到SONOS闪存器件的可靠性性能。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种改善SONOS闪存器件可靠性的面内均一性的方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的改善SONOS闪存器件可靠性的面内均一性的方法主要是通过改善ONO膜的制备工艺来实现，包括步骤:
[0006]I)在硅衬底上，制备隧穿氧化层；
[0007]2)在隧穿氧化层上，制备氮化硅层；
[0008]3)利用RadOx氧化工艺(辐射氧原子氧化工艺)，对氮化硅层进行ISSG氧化(掺氧)[ISSG, in-situ steam generation,现场水汽生成】,形成氮氧化娃阻挡层；
[0009]4)在氮氧化硅阻挡层上，制备氮化硅陷阱层；
[0010]5)利用RadOx氧化工艺，对氮化硅陷阱层进行部分氧化，形成顶层高含氧氮氧化硅阻挡层。
[0011]所述步骤I)中，制备隧穿氧化层的工艺为RadOx氧化工艺，其中，工艺参数为H2:1slm ~30slm, O2:1slm ~IOOslm,反应温度为 900 ~120CTC，压力为 O ~25torr ;所述隧穿氧化层的厚度为10埃~40埃。
[0012]所述步骤2)中，制备氮化硅层的方法为化学气相淀积方法，氮化硅层的厚度为20埃~60埃；其中，该方法的工艺参数如下:[0013]流量为NH3:30sccm ?lOOsccm, DCS (SiH2Cl2):50sccm ?120sccm,反应温度为700 ?760°C，压力为 150 ?300mtorr。
[0014]所述步骤3)、5)中，RadOx氧化工艺中的工艺参数为H2:1slm?30slm,02:1slm?lOOslm，反应温度为900?1200°C，压力为O?25torr。
[0015]所述步骤3)中，氮氧化硅阻挡层厚度为30埃?60埃；其中，该氮氧化硅阻挡层中的SMS (二次离子质谱仪)氧含量为1%?30%。
[0016]所述步骤4)中，制备氮化硅陷阱层的方法为化学气相淀积方法，氮化硅陷阱层的厚度为30埃?120埃；其中，该化学气相淀积方法的工艺参数如下:
[0017]流量为NH3:30sccm ?lOOsccm, SiH2Cl2:50sccm ?120sccm,反应温度为 700 ?760°C，压力为 150 ?300mtorr ；
[0018]所述步骤5)中，顶层高含氧氮氧化硅阻挡层的厚度为40埃?70埃；其中，该顶层高含氧氮氧化硅阻挡层的SMS氧含量为70%?95%。
[0019]本发明主要是在成膜ONO氮氧化硅阻挡层时，利用RadOx工艺氧化氮化硅方法成膜，从而得到氧含量均一性较好的氮氧化硅阻挡层。本发明中，较重要的一点是利用RadOx工艺中氧原子强氧化的特点，通过调整氢气与氧的比例，从而达到控制氮化硅的掺氧量的目的。当然，利用RadOx氧原子氧化的特性同时，也可以来制备顶层氮氧化层，氧原子的强氧化性可以使得顶层的氮氧化层达到近似氧化层的特性。由于RadOx工艺较为稳定且有较好的面内均一性，因此，最终获得稳定的、均一性较好的S0N0S闪存器件可靠性性能。
[0020]因此，本发明通过工艺调整，可以使得最终的S0N0S闪存器件产品可靠性的面内均一性得到很大程度的提高；同时，对于日常工艺的控制也更直观，更为方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0022]图1是形成隧穿氧化层后的示意图；
[0023]图2是形成氮化硅层后的示意图；
[0024]图3是通过氮化硅阻挡层ISSG氧化(掺氧)形成氮氧化硅阻挡层后的示意图；
[0025]图4是形成氮化硅陷阱层后的示意图；
[0026]图5是通过氮化硅陷阱层部分氧化形成顶层高含氧氮氧化硅阻挡层后的示意图；
[0027]图6是S0N0S闪存器件的能级示意图。
[0028]图中附图标记说明如下:
[0029]I为硅衬底，2为隧穿氧化层，3为氮化硅层，4为氮氧化硅阻挡层(ISSG氮氧化硅阻挡层)，5为氮化硅陷阱层，6为顶层高含氧氮氧化硅阻挡层，7为多晶硅，T-T隧穿是指阱到阱的隧穿。
【具体实施方式】
[0030]本发明的改善S0N0S闪存器件可靠性的面内均一性的方法，包括步骤:
[0031]I)在硅衬底I上，通过RadOx氧化工艺，制备厚度为10埃?40埃的隧穿氧化层2(如图1所示)；
[0032]其中，RadOx氧化工艺的工艺参数为H2:1slm?30slm, O2:1slm?IOOslm,反应温度为900?1200°C，压力为O?25torr。
[0033]2)在隧穿氧化层2上，利用化学气相淀积方法，制备厚度为20埃?60埃的氮化硅层3 (如图2所示)；
[0034]其中，化学气相淀积方法的工艺参数如下:
[0035]流量为NH3:30sccm ?lOOsccm, SiH2Cl2:50sccm ?120sccm,反应温度为 700 ?760°C，压力为 150 ?300mtorro
[0036]3)利用RadOx氧化工艺,对氮化娃层3进行ISSG氧化,形成厚度为30埃?60埃的氮氧化硅阻挡层4 (如图3所示)；
[0037]其中，RadOx氧化工艺中的工艺参数为H2:1slm?30slm, O2:1slm?IOOslm,反应温度为900?1200°C，压力为O?25torr。
[0038]4)在氮氧化硅阻挡层4上，利用化学气相淀积方法，制备厚度为30埃?120埃的氮化硅陷阱层5 (如图4所示)；
[0039]其中，该化学气相淀积方法的工艺参数如下:
[0040]流量为NH3:30sccm ?lOOsccm, SiH2Cl2:50sccm ?120sccm,反应温度为 700 ?760°C，压力为 150 ?300mtorro
[0041]5)利用RadOx氧化工艺，对氮化硅陷阱层5进行部分氧化，形成厚度为40埃?70埃的顶层高含氧氮氧化硅阻挡层6 (如图5所示)。
[0042]其中，RadOx氧化工艺中的工艺参数为H2:1slm?30slm, O2:1slm?IOOslm,反应温度为900?1200°C，压力为O?25torr。
[0043]在完成整体ONO膜制备后，其上再继续做多晶硅引出层等，后续方法与传统SONOS闪存及逻辑工艺基本相同。
[0044]根据上述步骤，通过制备隧穿氧化层，然后制备氮氧化硅阻挡层，制备氮化硅陷阱层和顶层氮氧化硅阻挡层，随后按照常规的SONOS闪存器件制备工艺，最终得到的SONOS闪存器件的能级如图6所示，具有较好的可靠性的面内均一性能。
[0045]本发明中，由于两层氮氧化硅层所起的作用不尽相同，如图6的SONOS闪存器件能带图所示，因此，其所需要的掺氧量也不同。底层氮氧化硅阻挡层4掺氧量较低，SMS (二次离子质谱仪)氧含量为1%?30%，而顶层氮氧化硅阻挡层(高含氧氮氧化硅阻挡层6)掺氧量需要较高，SIMS氧含量为70%?95%。
[0046]本发明通过上述工艺的调整，可使得最终的SONOS闪存器件可靠性的面内均一性得到很大程度的提高。
【权利要求】
1.一种改善SONOS闪存器件可靠性的面内均一性的方法，其特征在于，包括步骤: 1)在硅衬底上，制备隧穿氧化层； 2)在隧穿氧化层上，制备氮化硅层； 3)利用RadOx氧化工艺，对氮化硅层进行ISSG氧化，形成氮氧化硅阻挡层； 4)在氮氧化硅阻挡层上，制备氮化硅陷阱层； 5)利用RadOx氧化工艺，对氮化硅陷阱层进行部分氧化，形成顶层高含氧氮氧化硅阻挡层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，制备隧穿氧化层的工艺为RadOx氧化工艺，其中，工艺参数为H2:1slm?30slm, O2:1slm?IOOslm,反应温度为900?1200°C，压力为 O ?25torr ； 所述隧穿氧化层的厚度为10埃?40埃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤2)中，制备氮化硅层的方法为化学气相淀积方法，氮化娃层的厚度为20埃?60埃 其中，该化学气相淀积方法的工艺参数如下: 流量为 NH3:30sccm ?lOOsccm，SiH2Cl2:50sccm ?120sccm，反应温度为 700 ?760°C,压力为I5O?3OOmtorr。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤3)、5)中，RadOx氧化工艺中的工艺参数为比:181111?3081111，O2:1slm?lOOslm，反应温度为900?1200°C，压力为O?25torr。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤3)中，氮氧化硅阻挡层厚度为30埃?60埃；其中，该氮氧化硅阻挡层中的二次离子质谱仪的氧含量为1%?30%。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤4)中，制备氮化硅陷阱层的方法为化学气相淀积方法，氮化硅陷阱层的厚度为30埃?120埃； 其中，该化学气相淀积方法的工艺参数如下: 流量为 NH3:30sccm ?lOOsccm, SiH2Cl2:50sccm ?120sccm，反应温度为 700 ?760°C,压力为I5O?3OOmtorr。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤5)中，顶层高含氧氮氧化硅阻挡层的厚度为40埃?70埃； 其中，该顶层高含氧氮氧化硅阻挡层的二次离子质谱仪的氧含量为70%?95%。
【文档编号】H01L21/8247GK103633030SQ201210300840
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月22日 优先权日:2012年8月22日
【发明者】刘继全, 孙勤 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司