一種閃存隧道氧化層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種閃存隧道氧化層的制備方法，包括：提供半導體襯底；氮注入或者氮等離子摻雜所述半導體襯底，形成氮摻雜區(qū)；高溫氧化所述氮摻雜區(qū)，形成氮氧化物層；等離子氮化所述氮氧化物層，以形成頂部和底部富含氮的隧道氧化層。本發(fā)明所提供的制備隧道氧化物SiON的頂部和底部富含氮的結(jié)構(gòu)，所述隧道氧化物的制備首先在襯底上進行氮離子注入或者摻雜，形成氮化物層，然后對所述氮化物層進行高溫氧化，得到氧化物層，最近進行氮化處理，使所述氧化物最上層氮化，得到頂部和底部富含氮的SiON結(jié)構(gòu)，所述方法更加容易控制，效率更高，能更好的滿足半導體器件往更小尺寸發(fā)展的需求。
【專利說明】一種閃存隧道氧化層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種閃存隧道氧化層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]—般而言，閃存(flash memory)是一種非易失性半導體存儲器,其被設(shè)計用于執(zhí)行可擦寫可編程只讀存儲器的編程方法以及電可擦寫可編程只讀存儲器的擦寫方法，并且閃存通常被命名為快閃。閃存不僅可以在斷電時保持以存儲的信息，而且還可以自由的輸入和輸出信息，因此，被廣泛的應用于各個領(lǐng)域。
[0003]對于各種閃存器件，所述閃存器件的閾值電壓是該存儲器件的重要性能參數(shù)之一，影響存儲器件閾值電壓的因素也有多種。閃存的內(nèi)存裝置中包括電可擦可編程數(shù)據(jù)的核心堆棧和外圍堆棧，當所述外圍堆棧使用淺溝槽隔離時，沿著用于外圍堆棧的淺溝槽隔離形成角形凹陷，此角形凹陷決定外圍堆棧，其中，位于核心堆棧中氧化物的厚度，比如隧道氧化物、淺溝槽隔離側(cè)壁氧化物、GPOX以及多晶硅介電質(zhì)的厚度均會對閃存器件的閾值電壓造成影響。
[0004]在閃存器件中由于應力引起的低場隧道效應，電荷的保留需要將隧道氧化物厚度的下線設(shè)定為80埃，為了使隧道氧化物的厚度能達到80埃以下，需要對所述隧道氧化物層作進一步的改進，同時也在進一步的尋找替代材料，以允許隧道介質(zhì)作進一步的擴展。目前隧道氧化物的形成方法通常采用對所述隧道氧化物進行氮化，現(xiàn)有方法一般都分兩個步驟進行，其中包括分別對隧道氧化物的底部和頂部都進行氮化，具體地，對隧道氧化物底部采用一氧化氮和二氧化氮機高溫退火，對所述隧道氧化物的頂部進行氮等離子體處理，但是對于所述底部氮的分配以及控制是非常大的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。
[0006]本發(fā)明為了克服目前存在問題，提供了一種閃存隧道氧化層的制備方法，包括:
[0007]提供半導體襯底；
[0008]氮注入或者氮等離子摻雜所述半導體襯底，形成氮摻雜區(qū)；
[0009]高溫氧化所述氮摻雜區(qū)，形成氮氧化物層；
[0010]等離子氮化所述氮氧化物層，以形成頂部和底部富含氮的隧道氧化層。
[0011]作為優(yōu)選，在所述高溫氧化步驟前還包括預清洗所述氮注入或者氮等離子摻雜后的半導體襯底的步驟。
[0012]作為優(yōu)選，在所述氮注入或者氮等離子摻雜步驟前還包括在半導體襯底上形成掩膜材料層的步驟，以保護不進行氮注入或者氮等離子摻雜的區(qū)域。
[0013]作為優(yōu)選，在所述氮注入或者氮等離子摻雜步驟后還包括去除所述掩膜材料層的步驟。
[0014]作為優(yōu)選，在所述高溫氧化步驟前還包括一熱退火步驟。
[0015]作為優(yōu)選，所述熱退火步驟的溫度為900-1200°C。
[0016]作為優(yōu)選，所述熱退火步驟的時間為l-180s。
[0017]作為優(yōu)選，所述熱退火步驟選用氮氣或惰性氣體作為保護氣體。
[0018]作為優(yōu)選，在所述等離子氮化步驟后還包括一退火步驟。
[0019]作為優(yōu)選，所述氮注入的離子能量為Ikev-lOkev，氮注入的離子劑量為5X1014-5X1016 原子/cm2。
[0020]本發(fā)明所提供的制備隧道氧化物SiON的頂部和底部富含氮的結(jié)構(gòu)，所述隧道氧化物的制備首先在襯底上進行氮離子注入或者摻雜，形成氮化物層，然后對所述氮化物層進行高溫氧化，得到氧化物層，最近進行氮化處理，使所述氧化物最上層氮化，得到頂部和底部富含氮的SiON結(jié)構(gòu)，所述方法更加容易控制，效率更高，能更好的滿足半導體器件往更小尺寸發(fā)展的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的裝置及原理。在附圖中，
[0022]圖1為本發(fā)明閃存隧道氧化層的制備方法流程圖；
[0023]圖2a_2d為本發(fā)明閃存隧道氧化層的制備方法示意圖。
【具體實施方式】
[0024]在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。
[0025]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的描述，以說明本發(fā)明閃存隧道氧化層的制備方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限于半導體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0026]應予以注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施例，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式。此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0027]現(xiàn)在，將參照附圖更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。然而，這些示例性實施例可以多種不同的形式來實施，并且不應當被解釋為只限于這里所闡述的實施例。應當理解的是，提供這些實施例是為了使得本發(fā)明的公開徹底且完整，并且將這些示例性實施例的構(gòu)思充分傳達給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標記表示相同的元件，因而將省略對它們的描述。[0028]本發(fā)明所述方法可以包括以下步驟:
[0029]提供半導體襯底；
[0030]氮注入或者氮等離子摻雜所述半導體襯底，形成氮摻雜區(qū)；
[0031]高溫氧化所述氮摻雜區(qū)，形成氮氧化物層；
[0032]等離子氮化所述氮氧化物層，以形成頂部和底部富含氮的隧道氧化層。
[0033]為了更加詳盡的說明本發(fā)明的方法，結(jié)合圖1以本發(fā)明的一種【具體實施方式】為例作進一步闡述:
[0034]首先執(zhí)行步驟201提供半導體襯底201，如圖2a所示，所述半導體襯底201可以是以下所提到的材料中的至少一種:娃、絕緣體上娃(SOI)、絕緣體上層疊娃(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI )、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。此外，半導體襯底201上可以被定義有源區(qū)。為了簡化，此處僅以一空白來表示半導體襯底201。
[0035]執(zhí)行步驟202在所述半導體襯底上形成掩膜材料層，以保護不進行氮注入或者氮等離子摻雜的區(qū)域；
[0036]具體地，在本發(fā)明中為了保護其他不需要進行氮注入或者氮等離子摻雜的區(qū)域，可以在所述半導體襯底上形成光刻膠的掩膜層，然后對所述光刻膠掩膜層上不需要進行氮注入或者氮等離子摻雜的區(qū)域部分涂覆抗蝕劑，然后曝光顯影后再進行注入或者摻雜。該步驟是為可選步驟，增加該步驟能獲得更好的效果，但不是必須的，因此在圖形中并沒有對所述光刻膠掩膜進行標示。
[0037]執(zhí)行步驟203氮注入或者氮等離子摻雜所述半導體襯底，形成氮摻雜區(qū)；
[0038]在該步驟中可以采用兩種方法達到所述目的:
[0039]第一種方法為氮離子注入(Nitrogen implantation),所述氮注入的離子能量為Ikev-lOkev，氮注入的離子劑量為5 X 1014-5 X IO16原子/cm2。在選用所述方法進行氮離子注入時可以選用光刻膠掩膜，在較低的溫度下進行，在本發(fā)明中優(yōu)選為400°C以下，而且通過所述方法可以較為獨立的控制雜質(zhì)分布(離子能量)以及雜質(zhì)濃度(離子流密度和注入時間)，該方法更容易獲得高濃度的摻雜，并且為各向異性摻雜，能獨立的控制深度和濃度。
[0040]本發(fā)明還可選用氮等離子摻雜(plasma doping),當采用該方法時一般選用較高的溫度，在本發(fā)明中一般選用900-1200°C，而且與所述氮離子注入(Nitrogenimplantation)不同的是,在該方法中一般采用硬掩膜,例如可以選用金屬掩膜等,所述方法為各向同性。
[0041]在本發(fā)明中不管選用上述那種方法均可以得到如圖2b所示圖形，進行氮注入或者氮等離子摻雜，都可以在所述半導體襯底中形成氮摻雜區(qū)202。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)所選用的襯底、制備的器件以及所需達到的目的進行選擇，也不并局限于上述兩種方法，只要能夠?qū)崿F(xiàn)所述目的的方法均可以應用于該步驟。
[0042]需要說明的是，本發(fā)明所述隧道氧化物層中富含氮的底層的位置以及所述隧道氧化物SiON的頂部和底部中氮的濃度都可以調(diào)節(jié)的，具體地，在本發(fā)明中可以通過控制氮注入或者氮等離子摻雜的深度來控制所述隧道氧化物層中富含氮的底層位置，通過控制氮注入或者氮等離子摻雜的濃度來調(diào)節(jié)所述隧道氧化物SiON的頂部和底部富含氮的濃度，通過所述方法使得在制備隧道氧化物層時，其富含氮的底層位置以及濃度都更加容易控制和調(diào)節(jié)，而且準確度更高。[0043]執(zhí)行步驟204去除所述的光刻膠掩膜層；
[0044]在本發(fā)明的一【具體實施方式】中可以首先采用等離子體對光刻膠層進行預處理來去除該光刻膠層上附著的殘留物、聚合物和/或其硬表面，并使光刻膠層變薄，以便在后續(xù)去除步驟中徹底去除該光刻膠層。同時，由于該等離子體預處理所設(shè)置的處理強度較低，不會對后續(xù)的半導體制造工藝和半導體器件的性能產(chǎn)生不良影響。優(yōu)選地，等離子體預處理步驟包括采用02等離子體對光刻膠層進行預處理的第一預處理步驟。然后進行了預處理的光刻膠進行灰化，或者不進行預處理直接進行高溫氧化灰化，只要能夠去除所述光刻膠即可，在此不再贅述。
[0045]執(zhí)行步驟205實施一熱退火步驟；
[0046]具體地，執(zhí)行所述熱退火步驟后，可以將硅片上的損害消除，少數(shù)載流子壽命以及遷移率會得到不同程度的恢復，雜質(zhì)也會得到一定比例的激活，因此可以提高器件效率。
[0047]所述退火步驟一般是將所述襯底置于高真空或高純氣體的保護下，加熱到一定的溫度進行熱處理，在本發(fā)明所述高純氣體優(yōu)選為氮氣或惰性氣體，所述熱退火步驟的溫度為900-1200°C，所述熱退火步驟時間為l-180s。
[0048]作為進一步的優(yōu)選，在本發(fā)明中可以選用快速熱退火，具體地，可以選用以下幾種方式中的一種:脈沖激光快速退火、脈沖電子束快速退火、離子束快速退火、連續(xù)波激光快速退火以及非相干寬帶光源(如鹵燈、電弧燈、石墨加熱)快速退火等。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進行選擇，也并非局限于所舉示例。
[0049]執(zhí)行步驟206對摻雜后的所述襯底進行預清洗；
[0050]具體地，所示半導體襯底的清洗可以包括以下步驟中的一個或者多個，可以進行選擇:(I)選用清洗溶液去除所述半導體襯底，例如硅片上的有機玷污，在該步驟中一般選用高氧化能力的清洗溶液去，氧化去除所述有機物，同時防止污染物在硅表面的吸附。(2)溶解氧化層；(3)去除顆粒以及金屬玷污，同時使表面鈍化。上述每個步驟均可以選用現(xiàn)有技術(shù)中常用的手段，在此不再贅述。
[0051]執(zhí)行步驟207高溫氧化所述氮摻雜區(qū)，形成氮氧化物層；
[0052]具體地，在本發(fā)明的一實施例中可以選用硅片干法氧化或者硅片濕法氧化中一種:
[0053]選用硅片干法氧化時可以將硅片清洗后在氮氣和氧氣的氣氛下，調(diào)節(jié)氧氣和氮氣的流量，一般控制氧氣流量為2-4L/min，控制氮氣流量為5_10L/min，同時調(diào)節(jié)壓力，控制溫度為1000-150(TC，進行高溫氧化，在該步驟中要控制氧化時間，以保證所述摻雜區(qū)域只有部分被氧化，如圖2c所示，在所述摻雜區(qū)域頂部形成氧化物區(qū)域203，形成氮氧化物層，同時，從所述圖2c中可以看出在氧化之后的氮氧化物層中氮的分布以及含量。
[0054]此外，本發(fā)明還可以選用濕法進行高溫氧化，所述濕法氧化則通入氧氣和氫氣或者氧化和水蒸氣進行高溫氧化，所述實驗條件可以采用目前常規(guī)條件，在此不再贅述。
[0055]執(zhí)行步驟208等離子氮化所述氮氧化物層，以形成頂部和底部富含氮的隧道氧化層；
[0056]具體地，將所述含有氧化物層的半導體襯底放置于氮化爐內(nèi)，預先將爐內(nèi)抽成真空達10_2?10_3Torr，后導入N2氣體或N2+H2之混合氣體，調(diào)整爐內(nèi)達I?IOTorr，將爐體接上陽極，工件接上陰極，兩極間通以數(shù)百伏之直流電壓。離子氮化在基本上是選用氮氣，此外還可以添加碳化氫系氣體則可作離子軟氮化處理，但一般統(tǒng)稱離子氮化處理，所述離子氮化處理的溫度可從350°C開始，可以根據(jù)所述處理的襯底不同以及所要達到的目的不同來控制時間，在本發(fā)明中控制所述溫度和時間以使所述氧化物層頂部進行氮化處理即可，以在頂部形成富含氮區(qū)域204，以形成頂部和底部富含氮的隧道氧化層如圖2d所示，其中對于底層氮摻雜區(qū)域的含氮量，實線為進行等離子氮化前的氮含量，虛線為等離子氮化后的氮含量，從右側(cè)的含氮的分布情況可以看出，在執(zhí)行該步驟后所述隧道氧化物底層的氮的含量又得到了提高。
[0057]執(zhí)行步驟209進行一退火步驟:
[0058]作為進一步的優(yōu)選，在所述等離子氮化步驟后還包括一退火步驟，所述退火步驟一般是將所述襯底置于高真空或高純氣體的保護下，加熱到一定的溫度進行熱處理，在本發(fā)明所述高純氣體優(yōu)選為氮氣或惰性氣體，所述熱退火步驟的溫度為900-1200°C，所述熱退火步驟時間為l-180s。
[0059]作為進一步的優(yōu)選，在本發(fā)明中可以選用快速熱退火，可以選用以下幾種方式中的一種:脈沖激光快速退火、脈沖電子書快速退火、離子束快速退火、連續(xù)波激光快速退火以及非相干寬帶光源(如鹵燈、電弧燈、石墨加熱)快速退火等。
[0060]作為優(yōu)選，在形成頂部和底部富含氮的隧道氧化層后，所述方法還進一步包括在所述隧道氧化物層上方形成浮柵、0N0、控制柵的步驟，所述形成方法均可以選用本領(lǐng)域常用方法，在此不再贅述。
[0061]本發(fā)明所提供的制備隧道氧化物SiON的頂部和底部富含氮的結(jié)構(gòu)，所述隧道氧化物的制備首先在襯底上進行氮離子注入或者摻雜，形成氮化物層，然后對所述氮化物層進行高溫氧化，得到氧化物層，最近進行氮化處理，使所述氧化物最上層氮化，得到頂部和底部富含氮的SiON結(jié)構(gòu)，所述方法更加容易控制，效率更高，能更好的滿足半導體器件往更小尺寸發(fā)展的需求。
[0062]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種閃存隧道氧化層的制備方法，包括: 提供半導體襯底； 氮注入或者氮等離子摻雜所述半導體襯底，形成氮摻雜區(qū)； 高溫氧化所述氮摻雜區(qū)，形成氮氧化物層； 等離子氮化所述氮氧化物層，以形成頂部和底部富含氮的隧道氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述高溫氧化步驟前還包括預清洗所述氮注入或者氮等離子摻雜后的半導體襯底的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述氮注入或者氮等離子摻雜步驟前還包括在半導體襯底上形成掩膜材料層的步驟，以保護不進行氮注入或者氮等離子摻雜的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述氮注入或者氮等離子摻雜步驟后還包括去除所述掩膜材料層的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述高溫氧化步驟前還包括一熱退火步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟的溫度為900-1200°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟的時間為1-lSOs。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟選用氮氣或惰性氣體作為保護氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述等離子氮化步驟后還包括一退火步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮注入的離子能量為lkev-1okev，氮注入的離子劑量為5 X 1014-5 X IO16原子/cm2。
【文檔編號】H01L21/28GK103578950SQ201210279231
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月7日
【發(fā)明者】何永根 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司