專利名稱：提高sonos閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)及制造方法，特別是涉及一種SONOS閃存 的結(jié)構(gòu)及制造方法。
背景技術(shù)：
目前，常見的硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)閃存器件，因?yàn)榫邆淞己?的等比例縮小特性，低功耗性和抗輻照特性而成為目前主要的閃存類型之一。傳統(tǒng)SONOS閃存的氧化物_氮化物_氧化物(ONO)三明治層能帶結(jié)構(gòu)三明治層包 括隧穿氧化層，氮化硅電荷存儲層，高溫?zé)嵫趸瘜?。氮化硅電荷存儲層因?yàn)橛写罅康南葳宥?作為電荷存儲介質(zhì)。但是傳統(tǒng)氧化物-氮化物-氧化物(ONO)三明治結(jié)構(gòu)不能更高的滿足等比例縮小 的要求，因?yàn)楫?dāng)氧化物-氮化物-氧化物(ONO)厚度降低后，編寫時(shí)的電子會隧穿通過隧穿 氧化膜和氮化膜電荷存儲層，從而積聚在氮化膜和高溫氧化膜的界面上，而沒有真正起到 對閾值電壓的影響，此外積聚的電子容易通過隧穿熱氧化膜進(jìn)入柵電極。這些缺點(diǎn)不但使 等比縮小不能有效實(shí)現(xiàn)，也會使器件的數(shù)據(jù)存儲能力退化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高硅_氧化物_氮化物_氧化物_硅 SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)和方法，能夠有效提高氧化物_氮化物_氧化物ONO對電荷 的捕獲和保持能力；同時(shí)提高電荷的存儲能力以及寫入/擦除后的閾值電壓窗口。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種提高硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅 SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)，包括位于底部的隧穿氧層和位于頂部的高溫?zé)嵫趸瘜樱?在隧穿氧層和高溫?zé)嵫趸瘜又虚g還包括上下兩層電荷存儲層；在所述的兩層電荷存儲層中 間有電荷陷阱層。本發(fā)明的有益效果在于在電荷存儲層中加入電荷陷阱層(SRC)從而形成鞍狀 能帶間隙形狀的結(jié)構(gòu)，不但能夠有效提高氧化物_氮化物_氧化物ONO對電荷的捕獲和保 持能力；同時(shí)通過改善有效電荷捕獲陷阱到隧穿氧化膜的距離，降低陷阱-能帶隧穿(TTB tunneling)的發(fā)生機(jī)率，從而提高電荷的存儲能力以及寫入/擦除后的閾值電壓窗口。本發(fā)明還提供了一種上述提高硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅SONOS閃存數(shù)據(jù) 保存能力結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟制備底部隧穿氧化層；在所述底部隧穿氧化層以上制備下層電荷存儲層；在所述下層電荷存儲層以上制備電荷陷阱層；在所述電荷陷阱層以上制備上層電荷存儲層；在所述上層電荷存儲層以上制備柵電極。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明實(shí)施例能帶示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例電荷密度分布示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例所述方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明所述的提高硅_氧化物_氮化物_氧化物_硅SONOS閃存數(shù) 據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)，包括位于底部的隧穿氧層和位于頂部的高溫?zé)嵫趸瘜?，在隧穿氧層?高溫?zé)嵫趸瘜又虚g還包括上下兩層電荷存儲層；在所述的兩層電荷存儲層中間有電荷陷 阱層。如圖1、圖2所示，本發(fā)明在電荷存儲層中加入陷阱層(SRC)，從而形成鞍狀能帶 間隙形狀的結(jié)構(gòu)，不但能夠有效提高氧化物_氮化物_氧化物ONO對電荷的捕獲和保持 能力；同時(shí)通過改善有效電荷捕獲陷阱到隧穿氧化膜的距離，降低陷阱-能帶隧穿(TTB tunneling)的發(fā)生機(jī)率，從而提高電荷的存儲能力以及寫入/擦除后的閾值電壓窗口本發(fā)明的核心內(nèi)容是將傳統(tǒng)的氮化膜電荷存儲按照捕獲電荷能力的強(qiáng)弱層細(xì)分 為電荷陷阱層和電荷存儲層。其中電荷陷阱層具有更強(qiáng)的電荷捕獲能力，被捕獲其中的 電荷很難再脫離出來，其最主要特征是和傳統(tǒng)電荷存儲層相比它的組分為富硅的氮化膜 (Silicon Rich Nitride)。所述富含硅的氮化膜是指制備氮化膜時(shí)二氯二氫硅與氨氣的比 例大于13所形成的氮化膜。本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的氮化膜電荷存儲層中間引入富硅的電荷陷阱層，這樣絕大多 數(shù)的電荷都被處于中間的陷阱層牢牢捕獲，即使在外加高電場下，電荷也不易從陷阱出脫 離，在提高硅_氧化物_氮化物_氧化物_硅SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的同時(shí)，也可以提高 寫入/擦除后的閾值電壓窗口。由于陷阱層(SRC)的能帶間隙比普通氮化膜的能帶間隙 窄，所以本發(fā)明的氧化物_氮化物_氧化物ONO膜層的能帶間隙具有兩頭寬中間窄的鞍形 特征。如圖4所示，本發(fā)明所述方法主要的步驟包括第一步，制備隧穿氧化層。這步工藝采用熱氧化工藝。第二步，制備下層氮化膜電荷存儲層。這步工藝采用熱氧化工藝。第三步，制備中間富硅氮化膜電荷陷阱層。這步工藝通過調(diào)整氮化硅陷阱層中硅 的含量，來修正氮化硅的能帶間隙。第四步，制備上層氮化膜電荷存儲層。第五步，制備柵電極。電荷存儲層和電荷陷阱層的主要成分都為氮化膜，陷阱層是富含硅的氮化膜。鞍狀能帶間隙形狀是指在兩層氮化膜電荷存儲層中間加入了氮化膜(SRN)的電 荷陷阱層，從而顯現(xiàn)兩頭寬中間窄的鞍狀能帶間隙。制備電荷存儲層中所用反映氣體中二氯二氫硅DCS與氨氣(NH3)的比例約為 1 2 1 5。
優(yōu)選的制備電荷陷阱層中所用反映氣體中DCS NH3的比例約為1 2 1 5。氮化硅陷阱層橄欖形能帶間隙結(jié)構(gòu)，其主要參數(shù)為隧穿氧化層的厚度15-30埃。下層氮化膜存儲層的厚度30 50埃。中間SRN電荷陷阱層的厚度10 20埃。上層氮化膜存儲層的厚度30 50埃。高溫?zé)嵫趸瘜雍穸?0-80埃。結(jié)構(gòu)參數(shù)可以根據(jù)相應(yīng)的控制和產(chǎn)能進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。本發(fā)明并不限于上文討論的實(shí)施方式。以上對具體實(shí)施方式
的描述旨在于為了描 述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案?；诒景l(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為 落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的具體實(shí)施方式
用來揭示本發(fā)明的最佳實(shí)施方法，以使得本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實(shí)施方式以及多種替代方式來達(dá)到本發(fā)明的 目的。
權(quán)利要求
一種提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)，包括位于底部的隧穿氧層和位于頂部的高溫?zé)嵫趸瘜?，其特征在于，在隧穿氧層和高溫?zé)嵫趸瘜又虚g還包括上下兩層電荷存儲層；在所述的兩層電荷存儲層中間有電荷陷阱層。
2.如權(quán)利要求1所述的提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電荷存 儲層和電荷陷阱層為氮化膜；所述的氮化膜富含硅，所述富含硅的氮化膜是指制備氮化膜時(shí)二氯二氫硅與氨氣的比 例大于13所形成的氮化膜。
3.如權(quán)利要求1所述的提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隧穿氧 層的厚度為15-30埃；所述高溫?zé)嵫趸瘜拥暮穸葹?0-80埃。
4.如權(quán)利要求1所述的提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下層電 荷存儲層的厚度為30 50埃；所述上層電荷存儲層的厚度為30 50埃。
5.如權(quán)利要求1所述的提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中間電 荷陷阱層的厚度為10 20埃。
6.如權(quán)利要求1所述的提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟制備底部隧穿氧化層；在所述底部隧穿氧化層以上制備下層電荷存儲層；在所述下層電荷存儲層以上制備電荷陷阱層；在所述電荷陷阱層以上制備上層電荷存儲層；在所述上層電荷存儲層以上制備柵電極。
7.如權(quán)利要求6所述的提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于， 所述制備電荷存儲層步驟中使用的氣體中二氯二氫硅DCS與氨氣NH3的比例為1 2 1 5。
8.如權(quán)利要求6所述的提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于， 所述制備電荷陷阱層步驟中使用的氣體中二氯二氫硅DCS與氨氣NH3的比例為1 2 1 5。
9.如權(quán)利要求6所述的提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于， 制備隧穿氧化層采用熱氧化方法。
10.如權(quán)利要求6所述的提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在 于，制備電荷存儲層采用熱氧化方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高SONOS閃存數(shù)據(jù)保存能力的結(jié)構(gòu)及方法，包括位于底部的隧穿氧層和位于頂部的高溫?zé)嵫趸瘜?，在隧穿氧層和高溫?zé)嵫趸瘜又虚g還包括上下兩層電荷存儲層；在所述的兩層電荷存儲層中間有電荷陷阱層。本發(fā)明在電荷存儲層中加入陷阱層從而形成鞍狀能帶間隙形狀的結(jié)構(gòu)，不但能夠有效提高ONO對電荷的捕獲和保持能力；同時(shí)通過改善有效電荷捕獲陷阱到隧穿氧化膜的距離，降低陷阱-能帶隧穿的發(fā)生幾率，從而提高電荷的存儲能力以及寫入/擦除后的閾值電壓窗口。
文檔編號H01L21/336GK101924109SQ200910057409
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者林鋼, 王函 申請人:上海華虹Nec電子有限公司