CN113809085A - 一种flash存储器的制备方法及flash存储器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提供一种flash存储器的制备方法，包含：提供基底，在基底上形成隧穿氧化层；在隧穿氧化层上依次沉积层间绝缘膜和金属间绝缘膜；去除层间绝缘膜和金属间绝缘膜内的水汽；以及沉积紫外线氮化硅薄膜以覆盖层间绝缘膜和金属间绝缘膜。该方法在紫外线氮化硅薄膜沉积步骤之前添加融合过程，改善了flash存储器的循环性能。本发明同时提供一种使用该方法制备的flash存储器。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种flash存储器的制备方法及使用该方法制备的flash存储器。
背景技术
flash存储器又称快闪存储器或者闪存，是一种常用的非易失存储器，其包含控制栅极(CG)和浮动栅极(FG)，并基于隧穿效应使电流穿过浮动栅极与硅基层之间的隧穿氧化层对浮动栅极进行充电(写数据)和放电(擦数据)，具有集成度高、易于擦除和重写等优点。然而，现有非挥发性的flash存储器的循环(cycling)性能并不理想，通常在循环使用10K左右次后，施加于控制栅极上的擦除电压显著衰减，即flash存储器开始失效。随着大数据的普遍应用，现有flash存储器的循环性能已无法满足人们的需求。
因此，如何改善非挥发性的flash存储器的循环性能成为半导体领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有的技术问题，本申请提供一种flash存储器的制备方法，其在紫外线氮化硅薄膜沉积步骤之前添加融合过程，改善了flash存储器的循环性能。本发明同时提供一种使用该方法制备的flash存储器。
根据本发明，提供一种flash存储器的制备方法，包含：
提供基底，在基底上形成隧穿氧化层；
在隧穿氧化层上依次沉积层间绝缘膜和金属间绝缘膜；
去除层间绝缘膜和金属间绝缘膜内的水汽；以及
沉积紫外线氮化硅薄膜以覆盖层间绝缘膜和金属间绝缘膜。
根据本发明的一个实施例，以加热的方式去除层间绝缘膜和金属间绝缘膜内的水汽。
根据本发明的一个实施例，加热的温度为400-500℃，加热的时间为20-30min。
根据本发明的一个实施例，在氢气环境下执行加热步骤。
根据本发明的一个实施例，层间绝缘膜内分离地设置层叠的控制栅极和浮动栅极。
根据本发明的一个实施例，金属间绝缘膜内分离地设置有多个金属区域。
根据本发明的一个实施例，方法包含：
在金属间绝缘膜上沉积硅磷玻璃；
去除层间绝缘膜和金属间绝缘膜内的水汽；以及
在硅磷玻璃上沉积紫外线氮化硅薄膜。
根据本发明的一个实施例，硅磷玻璃内分离地设置有多个金属区域。
根据本发明，提供一种使用上述方法制备的flash存储器。
由于采用以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：通过紫外线氮化硅薄膜沉积之前增加融合处理步骤，去除层间绝缘膜和金属间绝缘膜中残存的水分，避免了水汽进入隧穿氧化层形成电子陷阱或呈界面状态，使可擦除次数由10K左右次增加至100K左右次，有效地改善了flash存储器的循环性能。
附图说明
图1示出了依据本发明的flash存储器的制备方法的一个实施例的流程图；
图2a示出了依据本发明的flash存储器的一个实施例在沉积紫外线氮化硅薄膜前的示意图
图2b示出了依据本发明的flash存储器的一个实施例在沉积紫外线氮化硅薄膜后的示意图；
图3示出了现有flash存储器的循环性能测试结果；
图4示出了依据本发明的flash存储器的循环性能测试结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和2a-2b所示，依据本发明的flash存储器总体包含形成于基底(未示出)之上并且依次层叠设置的隧穿氧化层、层间绝缘膜(ILD)、金属间绝缘膜(IMD)、硅磷玻璃(PSG)以及紫外线氮化硅薄膜(UV SIN)。其中，层间绝缘膜内分离地设置有层叠的控制栅极(CG)和浮动栅极(FG)，金属间绝缘膜和硅磷玻璃内分离地设置有多个金属区域，紫外线氮化硅薄膜具有良好的隔绝性能，能够避免外界的水汽进入内部影响flash存储器的性能。然而，紫外线氮化硅薄膜同样可以阻止flash存储器内部的水汽——例如在层间绝缘膜和/或金属间绝缘膜沉积过程中产生的水汽——挥发出去。这些水汽进入隧穿氧化层可产生电子陷阱和界面态，破坏隧穿氧化层，影响flash存储器的循环性能。
依据本发明的flash存储器的制备方法总体包含以下步骤：
提供基底，并在该基底上形成隧穿氧化层，该隧穿氧化层可由二氧化硅或本领域常用的其他氧化物组成；
在隧穿氧化层上依次沉积层间绝缘膜和金属间绝缘膜，其中，沉积层间绝缘膜的步骤包含在其中分离地设置层叠的控制栅极和浮动栅极的过程，而在沉积金属间绝缘膜之前包含在层间绝缘膜上表面设置分离的金属区域的过程，以便使在后沉积的金属间绝缘膜包裹并隔离不同的金属区域；
在金属间绝缘膜上表面设置分离的金属区域，并在金属间绝缘膜上沉积硅磷玻璃，以使该硅磷玻璃包裹并隔离不同的金属区域；
去除层间绝缘膜和金属间绝缘膜内的水汽，在本发明的实施例中，可通过在400-500℃下加热20-30min的方式来去除水汽，本领域技术人员也可依据实际工况对加热温度和/或加热时间进行调整；
在硅磷玻璃上沉积紫外线氮化硅薄膜。
优选地，上述加热步骤可在氢气环境下执行，不仅可以避免金属被氧化，还有助于修复断键(例如在基板硅与二氧化硅之间形成的Si-H键等)，以提高flash存储器的综合性能。
经上述方法制备出的flash存储器早在沉积紫外线氮化硅薄膜之前便通过加热的方式去除了存在于内部的水汽，在随后的工序和使用过程中便不会再有水汽能够进入隧穿氧化层，使得电子可基于隧穿效应多次反复迁移，改善flash存储器的循环性能。
flash存储器利用浮动栅极来储存电荷：当写入的时候，加入足够大的门极电压，就可以通过隧穿氧化层的隧穿效应，将电子打入浮动栅极中完成写0的过程；当擦除的时候，就加反向电压(即擦除电压)同样利用隧穿效应让电子从浮动栅极出来，就可以完成擦除写1的过程。其中，擦除电压越大，表明浮动栅极储存电子的能力越强。随着写入与擦除次数的增多，电子在浮动栅极和隧穿氧化层之间反复进出，隧穿氧化层性能变差导致浮动栅极储存电子的能力逐渐变弱，所需的擦除电压也逐渐降低。当flash存储器的擦除电压降低至特定阈值(例如2.0V)时，可视为flash存储器失效。如图3所示，现有1.3V的flash存储器的初始擦除电压(峰值)约为4.5V左右；当擦除10K次后，擦除电压降至1.9V左右，此时的擦除电压小于2.0V，也即是现有flash存储器在循环使用10K次后便已失效。如图4所示，使用本申请的方法制备的1.3V的flash存储器的初始擦除电压(峰值)约为4.5V左右，当擦除100K次后，擦除电压降至2.0V左右，该flash存储器在失效前的可擦除次数达到现有1.3V的flash存储器的10倍，有效改善了flash存储器的循环性能。
以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种flash存储器的制备方法，其特征在于，包含：
提供基底，在所述基底上形成隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层上依次沉积层间绝缘膜和金属间绝缘膜；
去除所述层间绝缘膜和所述金属间绝缘膜内的水汽；以及
沉积紫外线氮化硅薄膜以覆盖所述层间绝缘膜和所述金属间绝缘膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以加热的方式去除所述层间绝缘膜和所述金属间绝缘膜内的水汽。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为400-500℃，所述加热的时间为20-30min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在氢气环境下执行所述加热步骤。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述层间绝缘膜内分离地设置层叠的控制栅极和浮动栅极。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属间绝缘膜内分离地设置有多个金属区域。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法包含：
在所述金属间绝缘膜上沉积硅磷玻璃；
去除所述层间绝缘膜和所述金属间绝缘膜内的水汽；以及
在所述硅磷玻璃上沉积紫外线氮化硅薄膜。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述硅磷玻璃内分离地设置有多个金属区域。
9.一种使用权利要求1-8任一项所述的方法制备的flash存储器。
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