CN103077927A - 一种nor闪存器件的退火工艺及nor闪存器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种NOR闪存器件的退火工艺，该工艺包括在形成阱区的过程中，以变温的方式退火，具体为将温度以从950℃降至750℃，且以较慢优选为2.5℃/Min的速度降低温度。本发明还公开了一种采用该工艺制作的闪存器件。该发明通过单步工艺优化就能大幅度降低NOR闪存器件的静态工作电流，从而大幅度地降低NOR闪存器件的失效率。
Description
技术领域
本发明涉及NOR闪存器件领域，尤其涉及一种NOR闪存器件的退火工艺以及采用该工艺制作的NOR闪存器件。
背景技术
NOR闪存是市场上主要的非易失闪存技术之一。NOR闪存器件提供了高可靠性和快速读取性能，是在手机和其他电子器件中进行代码存储与直接执行的理想之选。NOR闪存器件制备过程中的退火工艺非常重要，在形成阱区的过程中，在离子注入之后要进行退火工艺改善掺杂原子的分布情况。除此之外，在形成闪存器件的其它工艺中，如将氧化膜调整为致密氧化膜等也要使用退火步骤。目前对于退火工艺也有许多改进的措施，如公开号为CN101872746A的中国专利提出采用ND3退火，使遂穿氧化层和硅衬底界面处的悬挂键可以被硅-氘键饱和，同时不稳定的硅-氢键可以被硅-氘键取代，这样就大大提高了界面处的电学特性，进而可以提高闪存器件可靠性。但目前的退火工艺大都恒温退火方式，是以使晶片在某一温度点停留一定时间的方式进行退火。如公开号为CN1797724A的中国专利公开了于氮气环境中在700-1000℃进行10-30Min的退火的技术方案；授权公告号为CN100514607C的中国专利公开了于氮气、真空或氢气气氛中在700-900℃温度下进行退火的技术方案；这种退火方式会在晶片中残留较多的应力。
NOR闪存器件对ICCSB(静态工作电流)的要求很高(ICCSB﹤5μA，其他类似产品﹤15μA)。但在NOR闪存器件的制备过程中较多的退火工艺，退火有减少应力的作用，但是退火工艺中的L温降温过程同时又会对晶片产生应力，导致器件的ICCSB比较大，造成较高的ICCSB失效率。目前基本是通过客户端更改光罩的相关电路版图设计来降低ICCSB。而通过客户端更改光罩的相关电路版图设计来降低ICCSB的缺点在于涉及到新版光罩的功能验证，需要的周期比较长，而且设计输出新的光罩，成本比较高。另外，有的客户设计能力相对薄弱，电路设计方面并不能有效的降低ICCSB。
发明内容
本发明的目的在于提出一种NOR闪存器件的退火工艺，能够解决器件较大的ICCSB造成较高的ICCSB失效率的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种NOR闪存器件的退火工艺，包括在半导体衬底上形成阱区，对所述阱区进行退火，其特征在于，所述退火是变温退火，即是在退火气氛下，将温度从900-1000℃中某一温度降至700-800℃中的某一温度，完成对所述阱区的退火。
进一步地，降温是从950℃降至750℃。
进一步地，降温是从1000℃降至800℃。
进一步地，降温是从900℃降至700℃。
进一步地，降温速度为：1-5℃/Min。
进一步地，降温速度优选为2.5℃/Min。
进一步地，对阱区进行退火的时间为40-200Min。
进一步地，退火时间优选为90Min。
进一步地，退火气氛为N2和O2。
进一步地，N2气氛的流量为15L/Min，O2气氛的流量为0.8-1.25L/Min。
进一步地，所述形成阱区的工艺包括首先定义出有源区，然后通过光刻和注入定义出不同功能的阱区，不同功能的阱区包括高压P/N阱区和低压P/N阱区，在定义出不同功能阱区之后的整体推阱工艺。
本发明同时提供了采用上述退火工艺制作的NOR闪存器件。
与现有技术相比，本发明的优点是以单步工艺优化有效降低NOR闪存器件的ICCSB，从而有效地降低NOR闪存器件的失效率，不需要更改光罩的相关电路版图设计，验证周期短且不会增加额外的成本。
附图说明
图1是本发明实施例中NOR闪存器件的退火工艺流程图。
图2是本发明具体实施方式提供的降温速度改变取得的效果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明实施例中，形成NOR闪存器件的工艺步骤包括：首先在半导体衬底上形成有源区如附图1中的步骤101，然后通过光刻和注入定义出不同功能的阱区如附图1中的步骤102，不同功能的阱区包括高压P/N阱区和低压P/N阱区，在定义出不同功能阱区之后进行整体推阱工艺。
形成有源区的步骤可以包括在半导体衬底上沉积SiN层，半导体衬底可以为硅（Si）、硅锗（SiGe）、绝缘层上覆硅（SOI）、绝缘层上覆硅锗（SGOI）、绝缘层上覆锗（GOI）。然后采用照相的方式将光罩的图案转移到晶片上，采用浅沟槽隔离（STI）刻蚀的方式蚀刻出图案，之后沉积高密度等离子体（HDP）氧化物层，再采用反向刻蚀的方式刻蚀出有源区结构，最后采用STI化学机械抛光（CMP）的方式使晶片表面平坦化。
采用离子注入的方式可形成不同功能的阱区，不同功能的阱区包括高压P/N阱区和低压P/N阱区，在定义出不同功能阱区之后进行整体推阱工艺。以上是形成闪存器件阱区的工艺，完成推阱之后为了改善掺杂原子在晶片中的分布状态，进行退火工艺，如附图1中的步骤103和104。在实施退火工艺时，为了提高退火的效果，降低ICCSB的值，进而降低失效率，本发明采用了如下的具体实施例：
具体实施例一：
退火的工艺是首先将晶片置于950℃温度中，在退火气氛下，以2.5℃/Min的降温速度将温度降至750℃，整个过程需要90Min，先以2.5℃/Min的降温速度将温度由950℃匀速降至750℃附近，如760℃左右，之后可以放慢降温速度，保证温度稳定达到750℃。以大量的试验研究发现，以较慢的降温速度逐步降温的方式进行退火能够减少晶片中的应力，降低器件的ICCSB，其中以2.5℃/Min的降温速度降温取得的效果最佳，测试得到器件的ICCSB值最低。由附图2可以看出，采用2.5℃/Min的降温速度进行退火得到的ICCSB值大都低于5μA，能够满足器件性能的需要，并且可以兼顾不提高工序时长，进而不提高成本。同时发现退火温度由950℃降至750℃是一对较佳的值。
退火是在连续炉中进行，采用的退火气氛为N2和O2，其中的N2流量为：一进气口N2的流量N2（1）为2L/Min，另一进气口N2的流量N2（2）为15-18L/Min；O2的流量为0.8-1.25L/Min。
具体实施例二：
退火的工艺是将晶片在950℃温度中，在退火气氛下，以5℃/Min的降温速度将温度降至750℃，整个过程需要40Min，以逐步降温的方式进行退火，能够减少晶片中的应力，降低器件的ICCSB。
退火是在连续炉中进行，采用的退火气氛为N2和O2，其中的N2流量为：一进气口N2的流量N2（1）为2L/Min，另一进气口N2的流量N2（2）为15-18L/Min；O2的流量为0.8-1.25L/Min。
具体实施例三：
退火的工艺是首先将晶片置于950℃温度中，在退火气氛下，以1℃/Min的降温速度将温度降至750℃，整个过程需要200Min。以较慢的降温速度逐步降温的方式进行退火能够减少晶片中的应力，降低器件的ICCSB。
退火是在连续炉中进行，采用的退火气氛为N2和O2，其中的N2流量为：一进气口N2的流量N2（1）为2L/Min，另一进气口N2的流量N2（2）为15-18L/Min；O2的流量为0.8-1.25L/Min。
具体实施例四：
退火的工艺是将晶片在1000℃温度中，在退火气氛下，以2.5℃/Min的降温速度将温度降至800℃，整个过程需要90Min，先以2.5℃/Min的降温速度将温度由1000℃匀速降至800℃附近，如790℃左右，之后放慢降温速度，保证温度稳定达到800℃。以大量的试验研究发现，以较慢的降温速度逐步降温的方式进行退火能够减少晶片中的应力，降低器件的ICCSB，其中以2.5℃/Min的降温速度降温取得的效果最佳，测试得到器件的ICCSB值最低，并且可以兼顾提高器件的性能和不提高工序时长，进而不提高成本。
退火是在连续炉中进行，采用的退火气氛为N2和O2，其中的N2流量为：一个进气口N2的流量N2（1）为2L/Min，另一进气口N2的流量N2（2）为15-18L/Min；O2的流量为0.8-1.25L/Min。
具体实施例五：
退火的工艺是将晶片在900℃中，在退火气氛下，以2.5℃/Min的降温速度将温度降至700℃，整个过程需要90Min，先以2.5℃/Min的降温速度将温度由900℃匀速降至700℃附近，如710℃左右，之后放慢降温速度，保证温度稳定达到700℃。以大量的试验研究发现，以较慢的降温速度逐步降温的方式进行退火能够减少晶片中的应力，降低器件的ICCSB，其中以2.5℃/Min的降温速度降温取得的效果最佳，测试得到器件的ICCSB值最低，并且可以兼顾提高器件的性能和不提高工序时长，进而不提高成本。
退火是在连续炉中进行，采用的退火气氛为N2和O2，其中的N2流量为：一进气口N2的流量N2（1）为2L/Min，另一进气口N2的流量N2（2）为15-18L/Min；O2的流量为0.8-1.25L/Min。
具体实施例六：
退火的工艺是首先将晶片置于1000℃温度中，在退火气氛下，以1℃/Min的降温速度将温度降至800℃，整个过程需要200Min。以较慢的降温速度逐步降温的方式进行退火能够减少晶片中的应力，降低器件的ICCSB。
退火是在连续炉中进行，采用的退火气氛为N2和O2，其中的N2流量为：一进气口N2的流量N2（1）为2L/Min，另一进气口N2的流量N2（2）为15-18L/Min；O2的流量为0.8-1.25L/Min。
具体实施例七：
退火的工艺是将晶片在1000℃温度中，在退火气氛下，以5℃/Min的降温速度将温度降至800℃，整个过程需要40Min，以逐步降温的方式进行退火，能够减少晶片中的应力，降低器件的ICCSB。
退火是在连续炉中进行，采用的退火气氛为N2和O2，其中的N2流量为：一进气口N2的流量N2（1）为2L/Min，另一进气口N2的流量N2（2）为15-18L/Min；O2的流量为0.8-1.25L/Min。
具体实施例八：
一种闪存器件，包括在半导体衬底上形成的有源区，以及通过光刻和注入定义出的不同功能的阱区，不同功能的阱区包括高压P/N阱区和低压P/N阱区，在定义出不同功能阱区之后进行整体推阱工艺，完成推阱之后为了改善掺杂原子在晶片中的分布状态，进行退火工艺。退火工艺采用具体实施例1-7中的任一工艺进行。
本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (11)
1.一种NOR闪存器件的退火工艺，包括：
在半导体衬底上形成阱区，
对所述阱区进行退火，其特征在于，所述退火是变温退火，即是在退火气氛下，将温度从900-1000℃中的某一温度降至700-800℃中的某一温度，完成对所述阱区的退火。
2.根据权利要求1所述的NOR闪存器件的退火工艺，其特征在于，所述降温是从950℃降至750℃。
3.根据权利要求1所述的NOR闪存器件的退火工艺，其特征在于，所述降温是从1000℃降至800℃。
4.根据权利要求1所述的NOR闪存器件的退火工艺，其特征在于，所述降温是从900℃降至700℃。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的NOR闪存器件的退火工艺，其特征在于，所述的降温速度为：1-5℃/Min。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的NOR闪存器件的退火工艺，其特征在于，所述的降温速度为：2.5℃/Min。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的NOR闪存器件的退火工艺，其特征在于，对阱区进行退火的时间为40-200Min。
8.根据权利要求7所述的NOR闪存器件的退火工艺，其特征在于，对阱区进行退火的时间为90Min。
9.根据权利要求1-4所中任一项所述的NOR闪存器件的退火工艺，其特征在于，所述的退火气氛为N2和O2。
10.根据权利要求9所述的NOR闪存器件的退火工艺，其特征在于，所述N2气氛的流量为15-18L/Min，O2气氛的流量为0.8-1.25L/Min。
11.一种NOR闪存器件，其特征在于，制作其的过程中采用权利要求1-10中任一项所述的NOR闪存器件的退火工艺进行退火。
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