專利名稱：復合隧穿介質層及其制作方法以及非易失性存儲器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及非易失性存儲器，尤其涉及一種復合隧穿介質層及其制作方法以及非易失性存儲器。
背景技術：
非易失性存儲器是一種以電子電荷的形式存儲數(shù)字數(shù)據(jù)的半導體器件，電荷在電源關閉時也能保留在存儲器中。浮柵型存儲器是一種非易失性存儲器，請參見圖1，現(xiàn)有技術的浮柵型存儲器包括襯基101，形成于所述襯基101表面上的隧穿介質層(tunnel oxide) 102，位于所述隧穿介質層102兩側、所述襯基101內的源極107和漏極108，形成于所述隧穿介質層102表面上的浮柵103，形成于所述浮柵103表面上的阻擋介質層104，形成于所述阻擋介質層104表面上的控制柵105，以及所述隧穿介質層102、浮柵103、阻擋介質層104和控制柵105兩側的側墻106。往存儲器內存入數(shù)據(jù)時，在所述控制柵105上施加電壓，使溝道109中的電荷穿過所述隧穿介質層102進入所述浮柵103 ；擦除存儲器內的數(shù)據(jù)時，在所述控制柵105上施加電壓，使所述浮柵103中的電荷穿過所述隧穿介質層102進入所述溝道109。所述隧穿介質層102阻礙電荷穿過的能力決定數(shù)據(jù)存儲在所述浮柵103中的保存時間，所述隧穿介質層102阻礙電荷穿過的能力越強，數(shù)據(jù)存儲在所述浮柵103中的保存時間越長，非易失性存儲器的性能越好?，F(xiàn)有技術中，所述隧穿介質層102為單一的氧化硅層 (oxide)，為了維持足夠的保存時間，必須采用比較厚的氧化硅層，因為氧化硅層太薄會產生漏電(leakage)現(xiàn)象。現(xiàn)有技術中，氧化硅層的厚度不能低于lOOnm，這使得現(xiàn)有技術的浮柵型存儲器在繼續(xù)等比例縮小方面遇到困難，為使浮柵型存儲器適應集成度的不斷提高，需要提出新的隧穿介質層取代單一的氧化硅層。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種復合隧穿介質層及其制作方法以及非易失性存儲器， 該復合隧穿介質層阻礙電荷穿過的能力強，能有效防止漏電。為了達到上述的目的，本發(fā)明提供一種復合隧穿介質層，包括一氧化硅層和一 SiOxNy層；所述SiOxNy層形成于所述氧化硅層的表面上。上述復合隧穿介質層，其中，所述氧化硅層的厚度為10 30埃。上述復合隧穿介質層，其中，所述SiOxNy層的厚度為10 30埃。本發(fā)明提供的第二技術方案是一種復合隧穿介質層的制作方法，包括以下步驟 在襯基的表面上熱氧化生長一層氧化硅；在所述氧化硅的表面上形成一氮化硅層；將所述氮化硅層氧化成SiOxNy層。上述復合隧穿介質層的制作方法，其中，熱氧化生長氧化硅的溫度為600 1150°C。上述復合隧穿介質層的制作方法，其中，生長的氧化硅的厚度為10 30埃。上述復合隧穿介質層的制作方法，其中，采用原子層沉積法在所述氧化硅的表面上形成氮化硅層。上述復合隧穿介質層的制作方法，其中，在溫度為400 600°C、大氣壓為20 SOOPa的條件下，循環(huán)通入二氯二氫硅氣體和氨氣，由二氯二氫硅和氨氣反應生成氮化硅。上述復合隧穿介質層的制作方法，其中，所述二氯二氫硅氣體的流速為0. 1 1. 5slm，所述氨氣的流速為0. 5 IOslm0上述復合隧穿介質層的制作方法，其中，所述氮化硅層的厚度為10 20埃。上述復合隧穿介質層的制作方法，其中，采用原位蒸汽產生氧化所述氮化硅層。上述復合隧穿介質層的制作方法，其中，氧化所述氮化硅層的溫度為900 1150°C。上述復合隧穿介質層的制作方法，其中，所述SiOxNy層的厚度為10 30埃。本發(fā)明提供的第三種技術方案是一種非易失性存儲器，包括襯基、復合隧穿介質層和電荷存儲層，所述復合隧穿介質層包括氧化硅層和SiOxNy層；所述氧化硅層形成于所述襯基的表面上；所述SiOxNy層形成于所述氧化硅層的表面上；所述電荷存儲層形成于所述SiOxNy層的表面上。上述非易失性存儲器，其中，所述氧化硅層的厚度為10 30埃。上述非易失性存儲器，其中，所述SiOxNy層的厚度為10 30埃。本發(fā)明的復合隧穿介質層及其制作方法以及非易失性存儲器采用包含氧化硅層和SiOxNy層的復合隧穿介質層取代單一氧化硅的隧穿介質層，由于硅氮化學鍵的鍵能大于硅氧化學鍵的鍵能，因此，復合隧穿介質層大大增強了隧穿介質層阻礙電荷穿過的能力，能有效防止電荷介質層中的電荷穿過該復合隧穿介質層產生漏電現(xiàn)象，提高了非易失性存儲器的數(shù)據(jù)保存時間；另外，由于復合隧穿介質層阻礙電荷穿過的能力增強，因此，即使縮小隧穿介質層的厚度也不會產生漏電現(xiàn)象，使非易失性存儲器能適應集成度的不斷提高。


本發(fā)明的復合隧穿介質層及其制作方法以及非易失性存儲器由以下的實施例及附圖給出。圖1是現(xiàn)有技術的浮柵型存儲器的結構示意圖。圖2是本發(fā)明非易失性存儲器實施例一的結構示意圖。圖3是本發(fā)明非易失性存儲器實施例二的結構示意圖。圖4是本發(fā)明復合隧穿介質層的制作方法的流程圖。
具體實施例方式以下將結合圖2 圖4對本發(fā)明的復合隧穿介質層及其制作方法以及非易失性存儲器作進一步的詳細描述。本發(fā)明的復合隧穿介質層包括一氧化硅層和一氮氧化硅(SiOxNy)層；所述氮氧化硅層形成于所述氧化硅層的表面上。
所述氧化硅層的厚度為10 30埃；所述氮氧化硅層的厚度為10 30埃。由于硅氮化學鍵(Si-N)的鍵能大于硅氧化學鍵(Si-H)的鍵能，因此，電荷穿過本發(fā)明的復合隧穿介質層要耗費更多的能量，即本發(fā)明的復合隧穿介質層阻礙電荷穿過的能力強。本發(fā)明的非易失性存儲器包括襯基、復合隧穿介質層以及電荷存儲層；所述復合隧穿介質層形成于所述襯基的表面上；所述電荷存儲層形成于所述復合隧穿介質層的表面上；所述復合隧穿介質層包括形成于所述襯基表面上的氧化硅層和形成于所述氧化硅層表面上的SiOxNy層；所述復合隧穿介質層的厚度為20 60埃。實施例一如圖2所示，本發(fā)明的非易失性存儲器為浮柵型存儲器，該浮柵型存儲器包括襯基201，形成于所述襯基201表面上的復合隧穿介質層，位于所述復合隧穿介質層兩側、所述襯基201內的源極203和漏極204，形成于所述復合隧穿介質層表面上的浮柵(該浮柵用于存儲電荷，即該浮柵為電荷存儲層)205，形成于所述浮柵205表面上的阻擋介質層206， 形成于所述阻擋介質層206表面上的控制柵207，以及所述復合隧穿介質層、所述浮柵205、 所述阻擋介質層206和所述控制柵207兩側的側墻208 ；所述復合隧穿介質層包括形成于所述襯基201表面上的氧化硅層20 和形成于所述氧化硅層20 表面上的SiOxNy層20 ；所述浮柵205為多晶硅層；所述阻擋介質層206為氧化硅層；所述控制柵207為多晶硅層。實施例二 如圖3所示，本發(fā)明的非易失性存儲器為SONOS存儲器，該SONOS存儲器包括襯基 301，形成于所述襯基301表面上的所述復合隧穿介質層，位于所述復合隧穿介質層兩側、 所述襯基301內的源極303和漏極304，形成于所述復合隧穿介質層表面上的電荷存儲層 305，形成于所述電荷存儲層305表面上的阻擋介質層306，以及所述復合隧穿介質層、所述電荷存儲層305和所述阻擋介質層306兩側的側墻307 ；所述復合隧穿介質層302包括形成于所述襯基301表面上的氧化硅層30 和形成于所述氧化硅層30 表面上的SiOxNy層302b ；所述電荷存儲層305為氮化硅(Si3N4)層；所述阻擋介質層306為氧化鋁(Al2O3)層。本發(fā)明的非易失性存儲器中采用復合隧穿介質層取代單一的氧化硅隧穿介質層， 能有效防止電荷介質層中的電荷穿過該復合隧穿介質層產生漏電現(xiàn)象，提高了非易失性存儲器的數(shù)據(jù)保存時間；本發(fā)明的非易失性存儲器中的SiOxNy層大大增強了隧穿介質層阻礙電荷穿過的能力，因此，即使縮小隧穿介質層的厚度也不會產生漏電現(xiàn)象，使得非易失性存儲器能適應集成度的不斷提高。
請參見圖4，本發(fā)明的復合隧穿介質層的制作方法包括以下步驟步驟1，在襯基的表面上熱氧化生長一層氧化硅；將所述襯基暴露在高純氧的高溫氣氛里完成均勻氧化層的生長，所述襯基的氧化溫度為600 1150°C ；既可采用干氧氧化生長氧化層，又可采用濕氧氧化生長氧化層；生長的氧化硅的厚度為10 30埃；步驟2，在所述氧化硅的表面上形成一氮化硅層；形成所述氮化硅層例如采用原子層沉積法(atomic layer exposition，ALD)，在 400 600°C的溫度下，循環(huán)通入二氯二氫硅(SiH2Cl)氣體和氨氣(NH3)，由二氯二氫硅和氨氣反應生成氮化硅，所述二氯二氫硅氣體的流速為0. 1 1. 5slm,所述氨氣的流速為0. 5 IOslm,大氣壓取20 800Pa ；所述氮化硅層的厚度為10 20埃；步驟3，將所述氮化硅層氧化成氮氧化硅(SiOxNy)層；由于步驟2形成的氮化硅層本身具有很多缺陷，工作時會俘獲很多電子并留在其中，這會造成閾值電壓變化很大，氧化該氮化硅層能大大降低缺陷密度，從而大大降低俘獲電子的幾率，而且硅氮化學鍵的鍵能大于硅氧化學鍵的鍵能，電子很難穿過所述氮氧化硅層，有助于防止漏電現(xiàn)象的產生，提高數(shù)據(jù)保存時間；例如采用原位蒸汽產生(in-situ steam generation, ISSG)氧化所述氮化硅層， 在900 1150°C的溫度下，通入氫氣和氧氣氧化所述氮化硅層，最終使所述氮化硅層氧化成 SiOxNy 層；所述SiOxNy層的厚度為10 30埃。本發(fā)明的復合隧穿介質層的制作方法能制作出小于IOOnm的隧穿介質層，使得非易失性存儲器能適應集成度的不斷提高。
權利要求
1.一種復合隧穿介質層，其特征在于，包括一氧化硅層和一 SiOxNy層； 所述SiOxNy層形成于所述氧化硅層的表面上。
2.如權利要求1所述的復合隧穿介質層，其特征在于，所述氧化硅層的厚度為10 30埃。
3.如權利要求1所述的復合隧穿介質層，其特征在于，所述SiOxNy層的厚度為10 30埃。
4.一種復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，包括以下步驟 在襯基的表面上熱氧化生長一層氧化硅；在所述氧化硅的表面上形成一氮化硅層； 將所述氮化硅層氧化成SiOxNy層。
5.如權利要求4所述的復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，熱氧化生長氧化硅的溫度為600 1150°C。
6.如權利要求4或5所述的復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，生長的氧化硅的厚度為10 30埃。
7.如權利要求4所述的復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，采用原子層沉積法在所述氧化硅的表面上形成氮化硅層。
8.如權利要求7所述的復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，在溫度為400 600°C、大氣壓為20 800Pa的條件下，循環(huán)通入二氯二氫硅氣體和氨氣，由二氯二氫硅和氨氣反應生成氮化硅。
9.如權利要求8所述的復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，所述二氯二氫硅氣體的流速為0. 1 1. 5slm，所述氨氣的流速為0. 5 lOslm。
10.如權利要求4、7、8或9所述的復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，所述氮化硅層的厚度為10 20埃。
11.如權利要求4所述的復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，采用原位蒸汽產生氧化所述氮化硅層。
12.如權利要求11所述的復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，氧化所述氮化硅層的溫度為900 1150°C。
13.如權利要求4、11或12所述的復合隧穿介質層的制作方法，其特征在于，所述 SiOxNy層的厚度為10 30埃。
14.一種非易失性存儲器，包括襯基、電荷存儲層，其特征在于，還包括復合隧穿介質層，所述復合隧穿介質層包括氧化硅層和SiOxNy層；所述氧化硅層形成于所述襯基的表面上； 所述SiOxNy層形成于所述氧化硅層的表面上； 所述電荷存儲層形成于所述SiOxNy層的表面上。
15.如權利要求14所述的非易失性存儲器，其特征在于，所述氧化硅層的厚度為10 30埃。
16.如權利要求14所述的非易失性存儲器，其特征在于，所述SiOxNy層的厚度為10 30埃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復合隧穿介質層及其制作方法以及非易失性存儲器，所述復合隧穿介質層包括一氧化硅層和一SiOxNy層，所述SiOxNy層形成于所述氧化硅層的表面上。本發(fā)明的復合隧穿介質層及其制作方法以及非易失性存儲器，該復合隧穿介質層阻礙電荷穿過的能力強能有效防止電荷介質層中的電荷穿過該復合隧穿介質層產生漏電現(xiàn)象。
文檔編號H01L21/28GK102446963SQ20101050810
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者宋化龍, 沈憶華 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司