專利名稱：一種制作復合俘獲層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘獲層的方法，適用于制作復合電荷俘獲機制的浮柵式存儲器。
背景技術(shù)：
浮柵式非易失存儲器是目前被大量使用和普遍認可的主流非易失存儲器類型，被廣泛應用于電子和計算機行業(yè)。傳統(tǒng)的浮柵結(jié)構(gòu)存儲單元由于結(jié)構(gòu)與材料的限制，致使快 速寫入/擦除操作的要求和長期穩(wěn)定存儲的需求之間產(chǎn)生了嚴重矛盾。且隨著特征尺寸的 縮小，此矛盾更加顯著。隨著特征尺寸推進至納米級，在縮小存儲單元、提高存儲密度的同時提高存儲數(shù)據(jù)讀寫、擦除和保持性能，已經(jīng)成為目前浮柵存儲單元發(fā)展面臨的關(guān)鍵問題。這就要求從材 料和結(jié)構(gòu)上對傳統(tǒng)浮柵存儲單元加以改進。納米晶浮柵非易失性存儲單元利用納米晶作為電荷存儲介質(zhì)，每一個納米晶顆粒與周圍晶粒絕緣且只存儲少量電荷，從而實現(xiàn)分立電荷存儲。即使隧穿介質(zhì)層上的缺陷形 成致命的放電通道，只會造成局部納米晶上的電荷泄漏而對總體存儲影響甚小，電荷的保 持更穩(wěn)定。除了采用納米晶取代傳統(tǒng)的連續(xù)浮柵層外，采用新的電荷存儲機制也是一條提 高浮柵存儲器性能的途徑。利用氮化硅中的陷阱能級俘獲電荷就是一種較常見的方法。結(jié)合納米晶和氮化硅電荷俘獲層的復合俘獲式浮柵存儲器(HybirdTrapping Floating-Gate Nonvolatile Memory)，其電荷存儲于“俘獲介質(zhì)/納米晶層/俘獲介質(zhì)” 堆疊的復合俘獲層中，可以得到更大的存儲窗口 ；陷阱能級對電荷的束縛能有效改善器件 的數(shù)據(jù)保持特性；同時還可以抑制過擦現(xiàn)象，降低操作電壓，綜合改善器件性能。目前器件 中的復合俘獲層多采取多步工藝進行堆疊制作，較復雜，不易控制一致性，不利于大規(guī)模應 用。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題針對上述當前浮柵型非易失性存儲器中復合俘獲層制作方法上的不足，本發(fā)明的主要目的在于提出一種更簡單、成本更低的兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的 復合俘獲層的制作方法。( 二)技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘獲層的方法，該方法包括A、采用反應濺射的方式在隧穿介質(zhì)層上沉積含有氮的金屬硅化物薄膜；B、對含有氮的金屬硅化物薄膜進行快速熱退火處理，形成兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘獲層。上述方案中，步驟A中所述金屬硅化物薄膜中的金屬硅化物，包括CMOS工藝中常用金屬的硅化物TixSiy、NixSiy, WxSiy, TaxSiy, MoxSiy和NixSiy，其中下標χ和y表示金屬和 Si所占的原子百分比，且χ < 0. 4，y > 0. 6。上述方案中，步驟A中所述的金屬硅化物薄膜的厚度為Snm至15nm。上述方案中，步驟A中所述采用反應濺射的方式在隧穿介質(zhì)層上沉積含有氮的金屬硅化物薄膜，包括采用金屬靶和Si靶在N2和Ar氣氛中反應共濺射，或者采用金屬硅化 物靶(單靶)在N2和Ar氣氛中反應濺射。上述方案中，步驟B中所述的納米晶電荷存儲層是某種金屬硅化物，或者是某種 金屬的氮化物，或者是某種金屬硅化物及其氮化物兩者兼有，納米晶嵌于氮化硅層中。上述方案中，所述金屬硅化物包括CMOS工藝中常用金屬的硅化物TixSiy、NixSiy, WxSiy、TaxSiy、MoxSidPNixSiy，其中下標χ和y表示金屬和Si所占的原子百分比，且x<0. 4， y > 0. 6。上述方案中，步驟B中所述對含有氮的金屬硅化物薄膜進行快速熱退火處理，是 在N2氣氛中快速熱退火100秒，退火溫度600攝氏度。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果(1)本發(fā)明所采用的濺射和快速熱處理等工藝，與CMOS傳統(tǒng)工藝兼容。(2)本發(fā)明簡化了制備復合俘獲層的工藝步驟，降低了制作成本。(3)本發(fā)明具有方法簡易，工藝與傳統(tǒng)CMOS硅平面工藝兼容等優(yōu)點，利于推廣應用。


圖1為復合俘獲浮柵型非易失性存儲器的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖中S、D分別表示源 和漏導電區(qū)。圖2為本發(fā)明提出的制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘 獲層的方法流程圖；圖3-1為采用反應濺射的方式，在N2和Ar氣氛中，于隧穿介質(zhì)層上沉積含有N的 金屬硅化物薄膜的示意圖；301是硅襯底，302是隧穿介質(zhì)層，303是含有N的金屬硅化物薄 膜圖3-2為在合適的條件下快速熱處理，形成兼有SiNx電荷俘獲層及納米晶電荷存 儲層的復合電荷俘獲層的示意圖；304為復合電荷俘獲層。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖2所示，圖2為本發(fā)明提出的制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲 層的復合俘獲層的方法流程圖，該方法包括步驟201 采用反應濺射的方式在隧穿介質(zhì)層上沉積含有氮的金屬硅化物薄膜；步驟202 對含有氮的金屬硅化物薄膜進行快速熱退火處理，形成兼有氮化硅電 荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘獲層。
上述步驟201中所述金屬硅化物薄膜中的金屬硅化物，包括CMOS工藝中常用金屬的硅化物TixSiy、NixSiy、WxSiy、TaxSiy、MoxSiy和NixSiy，其中下標χ和y表示金屬和Si所占 的原子百分比，且χ < 0.4, y > 0. 6。金屬硅化物薄膜的厚度為8nm至15nm。上述步驟201中所述采用反應濺射的方式在隧穿介質(zhì)層上沉積含有氮的金屬硅化物薄膜，包括采用金屬靶和Si靶在N2和Ar氣氛中反應共濺射，或者采用金屬硅化物靶 (單靶)在N2和Ar氣氛中反應濺射。上述步驟202中所述的納米晶電荷存儲層是某種金屬硅化物，或者是某種金屬的 氮化物，或者是某種金屬硅化物及其氮化物兩者兼有，納米晶嵌于氮化硅層中。金屬硅化物 包括CMOS工藝中常用金屬的硅化物TixSiy、NixSiy、WxSiy、TaxSiy、MoxSiy和NixSiy，其中下標 χ和y表示金屬和Si所占的原子百分比，且χ < 0. 4，y > 0. 6。在本發(fā)明的一個實施例中，先在ρ型低阻硅襯底的(100)晶面上熱干氧氧化生長 一層4nm厚的SiO2作為隧穿介質(zhì)層。然后在Ar和N2流量比為2 1、氣壓0.6Pa的氣氛 中反應濺射一層8nm厚度的Nia3Sia7薄膜。濺射完成后，在N2氣氛中快速熱退火100秒， 退火溫度600攝氏度，完成復合俘獲層的制備。圖3-1至圖3-2是用于說明本發(fā)明的一個實施例的示意圖。圖3-1是說明本發(fā)明 的一個實施例中，使用反應濺射一層8nm厚度的Ma3Sia7薄膜的示意圖。圖3-2是說明本 發(fā)明的一個實施例中，在N2氣氛、600攝氏度中RTA快速熱退火100s，完成復合俘獲層的制 備的示意圖。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘獲層的方法，其特征在于，該方法包括A、采用反應濺射的方式在隧穿介質(zhì)層上沉積含有氮的金屬硅化物薄膜；B、對含有氮的金屬硅化物薄膜進行快速熱退火處理，形成兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘獲層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘 獲層的方法，其特征在于，步驟A中所述金屬硅化物薄膜中的金屬硅化物，包括CMOS工藝中 常用金屬的硅化物TixSiy、NixSiy, WxSiy, TaxSiy, MoxSiy和NixSiy，其中下標χ和y表示金屬 和Si所占的原子百分比，且χ < 0. 4，y > 0. 6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘 獲層的方法，其特征在于，步驟A中所述的金屬硅化物薄膜的厚度為Snm至15nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘 獲層的方法，其特征在于，步驟A中所述采用反應濺射的方式在隧穿介質(zhì)層上沉積含有氮 的金屬硅化物薄膜，包括采用金屬靶和Si靶在N2和Ar氣氛中反應共濺射，或者采用金屬 硅化物靶(單靶)在N2和Ar氣氛中反應濺射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘 獲層的方法，其特征在于，步驟B中所述的納米晶電荷存儲層是某種金屬硅化物，或者是某 種金屬的氮化物，或者是某種金屬硅化物及其氮化物兩者兼有，納米晶嵌于氮化硅層中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合 俘獲層的方法，其特征在于，所述金屬硅化物包括CMOS工藝中常用金屬的硅化物TixSiy、 NixSiy, WxSiy, TaxSiy, MoxSiy和NixSiy,其中下標χ和y表示金屬和Si所占的原子百分比， 且 χ < 0. 4，y > 0. 6。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘 獲層的方法，其特征在于，步驟B中所述對含有氮的金屬硅化物薄膜進行快速熱退火處理， 是在N2氣氛中快速熱退火100秒，退火溫度600攝氏度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘獲層的方法，適用于制作復合電荷俘獲機制的浮柵式存儲器，該方法包括A、采用反應濺射的方式在隧穿介質(zhì)層上沉積含有氮的金屬硅化物薄膜；B、對含有氮的金屬硅化物薄膜進行快速熱退火處理，形成兼有氮化硅電荷俘獲層及納米晶電荷存儲層的復合俘獲層。本發(fā)明具有方法簡易，工藝與傳統(tǒng)CMOS硅平面工藝兼容等優(yōu)點，利于推廣應用。
文檔編號H01L21/8247GK101800169SQ20091007767
公開日2010年8月11日 申請日期2009年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月11日
發(fā)明者劉明, 楊仕謙, 王琴, 龍世兵 申請人:中國科學院微電子研究所