CN101924109A - 提高sonos闪存数据保存能力的结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高SONOS闪存数据保存能力的结构及方法，包括：位于底部的隧穿氧层和位于顶部的高温热氧化层，在隧穿氧层和高温热氧化层中间还包括上下两层电荷存储层；在所述的两层电荷存储层中间有电荷陷阱层。本发明在电荷存储层中加入陷阱层从而形成鞍状能带间隙形状的结构，不但能够有效提高ONO对电荷的捕获和保持能力；同时通过改善有效电荷捕获陷阱到隧穿氧化膜的距离，降低陷阱-能带隧穿的发生几率，从而提高电荷的存储能力以及写入/擦除后的阈值电压窗口。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路的结构及制造方法，特别是涉及一种SONOS闪存的结构及制造方法。
背景技术
目前，常见的硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)闪存器件，因为具备良好的等比例缩小特性，低功耗性和抗辐照特性而成为目前主要的闪存类型之一。
传统SONOS闪存的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)三明治层能带结构三明治层包括隧穿氧化层，氮化硅电荷存储层，高温热氧化层。氮化硅电荷存储层因为有大量的陷阱而作为电荷存储介质。
但是传统氧化物-氮化物-氧化物(ONO)三明治结构不能更高的满足等比例缩小的要求，因为当氧化物-氮化物-氧化物(ONO)厚度降低后，编写时的电子会隧穿通过隧穿氧化膜和氮化膜电荷存储层，从而积聚在氮化膜和高温氧化膜的界面上，而没有真正起到对阈值电压的影响，此外积聚的电子容易通过隧穿热氧化膜进入栅电极。这些缺点不但使等比缩小不能有效实现，也会使器件的数据存储能力退化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅SONOS闪存数据保存能力的结构和方法，能够有效提高氧化物-氮化物-氧化物ONO对电荷的捕获和保持能力；同时提高电荷的存储能力以及写入/擦除后的阈值电压窗口。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种提高硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅SONOS闪存数据保存能力的结构，包括：位于底部的隧穿氧层和位于顶部的高温热氧化层，在隧穿氧层和高温热氧化层中间还包括上下两层电荷存储层；在所述的两层电荷存储层中间有电荷陷阱层。
本发明的有益效果在于：在电荷存储层中加入电荷陷阱层(SRC)从而形成鞍状能带间隙形状的结构，不但能够有效提高氧化物-氮化物-氧化物ONO对电荷的捕获和保持能力；同时通过改善有效电荷捕获陷阱到隧穿氧化膜的距离，降低陷阱-能带隧穿(TTB tunneling)的发生机率，从而提高电荷的存储能力以及写入/擦除后的阈值电压窗口。
本发明还提供了一种上述提高硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅SONOS闪存数据保存能力结构的制备方法，包括以下步骤：
制备底部隧穿氧化层；
在所述底部隧穿氧化层以上制备下层电荷存储层；
在所述下层电荷存储层以上制备电荷陷阱层；
在所述电荷陷阱层以上制备上层电荷存储层；
在所述上层电荷存储层以上制备栅电极。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例能带示意图；
图2是本发明实施例电荷密度分布示意图；
图3是本发明实施例所述的结构示意图；
图4是本发明实施例所述方法的流程图。
具体实施方式
如图3所示，本发明所述的提高硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅SONOS闪存数据保存能力的结构，包括：位于底部的隧穿氧层和位于顶部的高温热氧化层，在隧穿氧层和高温热氧化层中间还包括：上下两层电荷存储层；在所述的两层电荷存储层中间有电荷陷阱层。
如图1、图2所示，本发明在电荷存储层中加入陷阱层(SRC)，从而形成鞍状能带间隙形状的结构，不但能够有效提高氧化物-氮化物-氧化物ONO对电荷的捕获和保持能力；同时通过改善有效电荷捕获陷阱到隧穿氧化膜的距离，降低陷阱-能带隧穿(TTB tunneling)的发生机率，从而提高电荷的存储能力以及写入/擦除后的阈值电压窗口
本发明的核心内容是将传统的氮化膜电荷存储按照捕获电荷能力的强弱层细分为电荷陷阱层和电荷存储层。其中电荷陷阱层具有更强的电荷捕获能力，被捕获其中的电荷很难再脱离出来，其最主要特征是和传统电荷存储层相比它的组分为富硅的氮化膜(Silicon Rich Nitride)。所述富含硅的氮化膜是指制备氮化膜时二氯二氢硅与氨气的比例大于1∶3所形成的氮化膜。
本发明通过在传统的氮化膜电荷存储层中间引入富硅的电荷陷阱层，这样绝大多数的电荷都被处于中间的陷阱层牢牢捕获，即使在外加高电场下，电荷也不易从陷阱出脱离，在提高硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅SONOS闪存数据保存能力的同时，也可以提高写入/擦除后的阈值电压窗口。由于陷阱层(SRC)的能带间隙比普通氮化膜的能带间隙窄，所以本发明的氧化物-氮化物-氧化物ONO膜层的能带间隙具有两头宽中间窄的鞍形特征。
如图4所示，本发明所述方法主要的步骤包括：
第一步，制备隧穿氧化层。这步工艺采用热氧化工艺。
第二步，制备下层氮化膜电荷存储层。这步工艺采用热氧化工艺。
第三步，制备中间富硅氮化膜电荷陷阱层。这步工艺通过调整氮化硅陷阱层中硅的含量，来修正氮化硅的能带间隙。
第四步，制备上层氮化膜电荷存储层。
第五步，制备栅电极。
电荷存储层和电荷陷阱层的主要成分都为氮化膜，陷阱层是富含硅的氮化膜。
鞍状能带间隙形状是指在两层氮化膜电荷存储层中间加入了氮化膜(SRN)的电荷陷阱层，从而显现两头宽中间窄的鞍状能带间隙。
制备电荷存储层中所用反映气体中二氯二氢硅DCS与氨气(NH3)的比例约为1∶2～1∶5。
优选的制备电荷陷阱层中所用反映气体中DCS∶NH3的比例约为1∶2～1∶5。
氮化硅陷阱层橄榄形能带间隙结构，其主要参数为：
隧穿氧化层的厚度：15-30埃。
下层氮化膜存储层的厚度：30～50埃。
中间SRN电荷陷阱层的厚度：10～20埃。
上层氮化膜存储层的厚度：30～50埃。
高温热氧化层厚度：30-80埃。
结构参数可以根据相应的控制和产能进行优化调整。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。
Claims (10)
1.一种提高SONOS闪存数据保存能力的结构，包括：
位于底部的隧穿氧层和位于顶部的高温热氧化层，
其特征在于，
在隧穿氧层和高温热氧化层中间还包括上下两层电荷存储层；
在所述的两层电荷存储层中间有电荷陷阱层。
2.如权利要求1所述的提高SONOS闪存数据保存能力的结构，其特征在于，所述电荷存储层和电荷陷阱层为氮化膜；
所述的氮化膜富含硅，所述富含硅的氮化膜是指制备氮化膜时二氯二氢硅与氨气的比例大于1∶3所形成的氮化膜。
3.如权利要求1所述的提高SONOS闪存数据保存能力的结构，其特征在于，所述隧穿氧层的厚度为15-30埃；
所述高温热氧化层的厚度为30-80埃。
4.如权利要求1所述的提高SONOS闪存数据保存能力的结构，其特征在于，所述下层电荷存储层的厚度为30～50埃；
所述上层电荷存储层的厚度为30～50埃。
5.如权利要求1所述的提高SONOS闪存数据保存能力的结构，其特征在于，所述中间电荷陷阱层的厚度为10～20埃。
6.如权利要求1所述的提高SONOS闪存数据保存能力的结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备底部隧穿氧化层；
在所述底部隧穿氧化层以上制备下层电荷存储层；
在所述下层电荷存储层以上制备电荷陷阱层；
在所述电荷陷阱层以上制备上层电荷存储层；
在所述上层电荷存储层以上制备栅电极。
7.如权利要求6所述的提高SONOS闪存数据保存能力的结构的制备方法，其特征在于，所述制备电荷存储层步骤中使用的气体中二氯二氢硅DCS与氨气NH3的比例为1∶2～1∶5。
8.如权利要求6所述的提高SONOS闪存数据保存能力的结构的制备方法，其特征在于，所述制备电荷陷阱层步骤中使用的气体中二氯二氢硅DCS与氨气NH3的比例为1∶2～1∶5。
9.如权利要求6所述的提高SONOS闪存数据保存能力的结构的制备方法，其特征在于，制备隧穿氧化层采用热氧化方法。
10.如权利要求6所述的提高SONOS闪存数据保存能力的结构的制备方法，其特征在于，制备电荷存储层采用热氧化方法。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102655167A (zh) * | 2011-03-02 | 2012-09-05 | 中国科学院微电子研究所 | 电荷俘获型栅堆栈及存储单元 |
| CN102709292A (zh) * | 2012-05-22 | 2012-10-03 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 具有多级存储层和介质层的sonos器件及其形成方法 |
| TWI578499B (zh) * | 2015-05-24 | 2017-04-11 | 美光科技公司 | 記憶體裝置 |
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