CN102074471B - Sonos闪存器件采用氧化铝作隧穿电介质膜的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SONOS闪存器件采用氧化铝作隧穿电介质膜的制作方法，包括如下步骤：采用高温氨气退火使硅片表面氮化，形成一层氮化层；在硅片表面氮化层上生长氧化铝层作为隧穿电介质膜；在所述隧穿电介质膜上形成氮化硅陷阱层，对该氮化硅陷阱层进行原位掺杂形成氮氧化硅混合物层，作为存储电荷的介质；在所述氮氧化硅混合物层上制备一层电荷阻挡热氧化层。本发明能够有效提高SONOS闪存器件数据保存的可靠性，而且工艺简单，易于集成，可以用于批量生产。

Description

SONOS闪存器件采用氧化铝作隧穿电介质膜的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种SONOS闪存器件采用氧化铝作隧穿电介质膜的制作方法。
背景技术
由于SONOS(多晶硅-上层氧化物-氮化物-下层氧化物-单晶硅结构)闪存器件具备良好的等比例缩小特性和抗辐照特性，成为目前主要的闪存器件类型之一。SONOS闪存器件在应用上也面临着许多问题。其中，与可靠性相关的问题主要有两个：一是电擦写持久力(Endurance)特性，就是衡量SONOS闪存器件在多次编程/擦除之后，器件特性方面的退化。二是数据保持力(Data Retention)特性，就是SONOS闪存器件的数据保存能力。普通SONOS闪存器件的隧穿氧化层一般为热氧化层，为了达到较高的擦写速度，热氧化层的厚度一般较薄，由此使数据保持力能力受到影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种SONOS闪存器件采用氧化铝作隧穿电介质膜的方法，能够有效提高SONOS闪存器件数据保存的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明的SONOS闪存器件采用氧化铝作隧穿电介质膜的方法包括如下步骤：
第一步，采用高温氨气退火使硅片表面氮化；
第二步，在硅片表面氮化层上生长氧化铝层作为隧穿电介质膜；
第三步，在所述隧穿电介质膜上形成氮化硅陷阱层，对该氮化硅陷阱层进行原位掺杂形成氮氧化硅混合物层，作为存储电荷的介质；
第四步，在所述氮氧化硅混合物层上制备一层电荷阻挡热氧化层。
本发明利用氧化铝作为隧穿电介质膜来代替原先的热氧化层；由于氧化铝的高介电常数，可以在保持电学厚度不变的情况下尽可能的增加物理厚度，由此可以简化工艺控制并增加数据保持力的寿命。氧化铝的另一个特点是相对于热氧化层具有较窄禁带宽度，因此在保持与热氧化层物理厚度等同的情况下，可以提高SONOS闪存器件擦写速度。
本发明充分利用氧化铝的上述特点在保持器件读写速度的基础上提高SONOS闪存器件的可靠性。
本发明工艺比较简单，易于集成，可以用于批量生产。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1至图4是在SONOS闪存器件中利用氧化铝作为隧穿电介质膜的制备工艺流程示意图；
图5是热氧化层与氧化铝在测试数据保持能力时的能带比较图；
图6是热氧化层与氧化铝在写数据时能带比较图；
图7是本发明的方法工艺流程图。
具体实施方式
参见图7所示，在本发明的一实施例中所述SONOS闪存器件采用氧化铝作隧穿电介质膜的方法包括如下步骤：
步骤一，结合图1所示，使硅片1表面氮化，例如采用高温氨气退火工艺在硅片1表面形成氮化层2。高温退火的温度为400℃～1000℃，退火压力为10mtorr～760torr。对硅片1的表面进行氮化处理，主要是用来降低高介电常数的氧化铝作为隧穿电介质膜可能引起的漏电问题。
步骤二，结合图2所示，采用原子层淀积工艺方法(ALD)在硅片1表面氮化层2上生长氧化铝层3作为隧穿电介质膜。实施原子层淀积工艺方法时，以三甲基铝和臭氧作为反应气体，淀积温度为350℃～600℃，淀积压力为10mtorr～760torr，隧穿电介质膜3成膜厚度为
Figure G2009102018526D00031
步骤三，结合图3所示，在所述隧穿电介质膜3上成膜一层氮化硅陷阱层4，对该氮化硅陷阱层4用N2O进行原位掺杂形成氮氧化硅混合物层，作为存储电荷的介质。实施本步骤可以采用高温低压淀积工艺方法。
步骤四，结合图4所示，电荷阻挡高温热氧化层5的制备，例如采用高温低压淀积工艺方法，在所述氮氧化硅混合物层上制备一层电荷阻挡热氧化层5。
SONOS闪存器件为了保证一定的擦写速度，其隧穿氧化层一般都比较薄(
Figure G2009102018526D00032
左右)。较薄的氧化层不仅给工艺控制带来了一定的挑战，更给SONOS闪存器件的可靠性带来了一些问题，主要体现在数据保持力寿命上。本发明主要利用氧化铝来代替原先的热氧化层，由于氧化铝的高介电常数使得可以在保持电学厚度不变的情况下尽可能的增加物理厚度，由此可以简化原本超薄氧化层工艺控制。同时由于厚度的增加使存储的电子不易丢失提高数据保持力寿命。如图5所示，氧化铝的另一个特点是相对于热氧化层具有较窄禁带宽度，因此虽然相对于热氧化层的物理厚度有所增加，但是擦写速度并没有降低(参见图6所示)。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制，具体的工艺参数需根据相应的控制和产能进行优化调整。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种SONOS闪存器件采用氧化铝作隧穿电介质膜的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，在400～1000℃下，用氨气退火，使硅片表面氮化，形成一层氮化层；
第二步，在硅片表面氮化层上生长氧化铝层作为隧穿电介质膜；
第三步，在所述隧穿电介质膜上形成氮化硅陷阱层，对该氮化硅陷阱层进行原位掺杂形成氮氧化硅混合物层，作为存储电荷的介质；
第四步，在所述氮氧化硅混合物层上制备一层电荷阻挡热氧化层。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述氧化铝层采用原子层淀积方法制备，以三甲基铝和臭氧作为反应气体，淀积温度为350℃～600℃，淀积压力为10mtorr～760torr，成膜厚度为
Figure FSB00000818095300011
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：第一步中，退火压力为10mtorr～760torr。
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