Sonos快閃記憶體器件及其製造方法

2023-04-23 09:04:41 3

專利名稱：Sonos快閃記憶體器件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件，特別是涉及一種SONOS快閃記憶體器件；為此，本發明還涉 及半導體集成電路製造工藝。
背景技術：
SONOS是多晶矽-上層氧化物-氮化物-下層氧化物-單晶矽(Silicon-Oxide -Nitride-Oxide-Silicon)的多層膜結構的簡稱，SONOS快閃記憶體器件的柵結構具體為多晶矽 柵-控制氧化層-氮化矽陷阱層-隧穿氧化層-矽襯底。SONOS快閃記憶體器件因為具備良好的 等比例縮小特性和抗輻照特性而成為目前主要的快閃記憶體類型之一。SONOS快閃記憶體器件面臨的可 靠性問題主要有兩個一是電擦寫持久力(Endurance)特性，就是衡量SONOS器件在多次編 程/擦除之後，器件特性方面可能的退化。二是數據保持力(Data Retention)特性，就是 S0N0S器件的數據保存能力，業界一般要求的數據保存能力在10年以上。現有S0N0S器件一般應用熱氧化膜作為控制氧化層，為了保證S0N0S器件的擦寫 速度以及可靠性性能，熱氧化膜的厚度受到限制，通常比較薄。而較薄的熱氧化膜將導致隔 離性能下降，使得S0N0S器件的氮化矽陷阱層會通過所述熱氧化膜和柵極交換電子，會發 生保存在氮化矽陷阱層中的電子逃離、以及發生柵注入問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種S0N0S快閃記憶體器件，能提高S0N0S快閃記憶體器件 的可靠性能力並能抑制柵電極注入。本發明所要解決的另一技術問題是提供一種S0N0S閃 存器件製造方法。為解決上述技術問題，本發明的S0N0S快閃記憶體器件的柵結構為多晶矽柵-控制氧化 層-氮化矽陷阱層-隧穿氧化層-矽襯底。所述控制氧化層是由結構為第三層氧化膜-第 二層氮化膜-第一層氧化膜的0N0多層膜組成。所述0N0多層膜的厚度為10 A 1000 Ao 本發明的S0N0S快閃記憶體器件成膜後的結構為多晶矽柵-第三層氧化膜的0N0多層膜-第二 層氮化膜-第一層氧化膜-氮化矽陷阱層-隧穿氧化層-矽襯底，為一種S0N0N0S多層膜 結構。本發明的S0N0S快閃記憶體器件製造方法為，包括如下步驟步驟一，採用高溫低壓熱氧化工藝形成所述隧穿氧化層；步驟二，採用高溫低壓澱積工藝製備所述氮化矽陷阱層；步驟三，採用高溫低壓澱積工藝製備所述0N0多層膜的第一層氧化膜；步驟四，採用高溫低壓澱積工藝製備所述0N0多層膜的第二層氮化膜；步驟五，採用高溫低壓澱積工藝製備所述0N0多層膜的第三層氧化膜。本發明是利用所述0N0多層膜代替單一的熱氧化膜作為S0N0S器件的控制氧化 層，即所述0N0多層膜是在原先單一的熱氧化膜中間加入了一定厚度的氮化膜。氮化膜具 有如下兩種特性一種是氮化膜具有對電子的捕獲作用，使得電子在氮化膜中不能輕易移動；另一種是相對於氧化膜，氮化膜具有高介電常數材料特性，使得在同等電學厚度情況下 可以有更厚的物理厚度，也即是在保證器件的電學性質不變的條件下本發明所述ONO多層 膜相對於現有SONOS器件的單一的熱氧化膜要厚，從而可以防止氮化矽陷阱中的電子逃脫 到柵電極中，另一方面也可以抑制柵注入效應。所以本發明所述SONOS器件的有益效果為 能提高器件的可靠性也即能提高器件的電擦寫持久力特性和數據保持力特性；以及能抑制 柵注入效應的。同時本發明所述SONOS器件製造方法具有工藝比較簡單，易於集成，成本 低，可以用於批量生產的優點。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1是本發明SONOS快閃記憶體器件製造方法的主要工藝流程示意圖；圖2是本發明SONOS快閃記憶體器件在製造過程中的結構示意圖。
具體實施例方式如圖2E所示，為本發明SONOS器件的結構示意圖，是在矽襯底1由下往上依次形 成有一隧穿氧化層2、一氮化矽陷阱層3、一第一層氧化膜4、一第二層氮化膜5、一第三層氧 化膜6。所述第一層氧化膜4、第二層氮化膜5、第三層氧化膜6—起組成為ONO多層膜。和 現有SONOS器件的控制氧化層由一熱氧化層組成相比，本發明所述SONOS器件的控制氧化 層由所述ONO多層膜組成，使所述SONOS器件具有S0N0N0S結構形式。所述ONO多層膜的 厚度為10 A 1000 A。如圖1所示，為本發明SONOS器件製造方法的主要工藝流程示意圖。包括如下步 驟步驟一，如圖2A所示，採用高溫低壓熱氧化工藝在所述矽襯底1上生長所述隧穿 氧化層2 ；步驟二，如圖2B所示，採用高溫低壓澱積工藝在所述隧穿氧化層2製備所述氮化 矽陷阱層3 ；步驟三，如圖2C所示，採用高溫低壓澱積工藝製備所述ONO多層膜的第一層氧化 膜4;步驟四，如圖2D所示，採用高溫低壓澱積工藝製備所述ONO多層膜的第二層氮化 膜5，本步工藝的溫度條件400°C 800°C ；步驟五，如圖2E所示，採用高溫低壓澱積工藝製備所述ONO多層膜的第三層氧化 膜6。以上通過具體實施例對本發明進行了詳細的說明，但這些並非構成對本發明的限 制。在不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應 視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種SONOS快閃記憶體器件，其柵結構為多晶矽柵-控制氧化層-氮化矽陷阱層-隧穿氧 化層-矽襯底，其特徵在於所述控制氧化層是由結構為第三層氧化膜-第二層氮化膜-第 一層氧化膜的ONO多層膜組成。
2.如權利要求1所述的SONOS快閃記憶體器件，其特徵在於所述ONO多層膜的厚度為10A 1000 Ao
3.一種SONOS快閃記憶體器件製造方法，其特徵在於，包括如下步驟 步驟一，所述隧穿氧化層成膜；步驟二，所述氮化矽陷阱層製備； 步驟三，所述ONO多層膜的第一層氧化膜製備； 步驟四，所述ONO多層膜的第二層氮化膜製備； 步驟五，所述ONO多層膜的第三層氧化膜製備。
4.如權利要求3所述的SONOS快閃記憶體器件製造方法，其特徵在於步驟一採用高溫低壓 熱氧化工藝。
5.如權利要求3所述的SONOS快閃記憶體器件製造方法，其特徵在於步驟二採用高溫低壓 澱積工藝。
6.如權利要求3所述的SONOS快閃記憶體器件製造方法，其特徵在於步驟三採用高溫低壓 澱積工藝。
7.如權利要求3所述的SONOS快閃記憶體器件製造方法，其特徵在於步驟四採用高溫低壓 澱積工藝。
8.如權利要求3所述的SONOS快閃記憶體器件製造方法，其特徵在於步驟五採用高溫低壓 澱積工藝。
9.如權利要求3、7所述的SONOS快閃記憶體器件製造方法，其特徵在於步驟四的高溫低壓 澱積工藝的溫度為400°C 800°C。
10.如權利要求3所述的SONOS快閃記憶體器件製造方法，其特徵在於所述ONO多層膜的厚 度為10 A 1000 A。
全文摘要
本發明公開了一種SONOS快閃記憶體器件，其柵結構為多晶矽柵-控制氧化層-氮化矽陷阱層-隧穿氧化層-矽襯底，所述控制氧化層是由結構為第三層氧化膜-第二層氮化膜-第一層氧化膜的ONO多層膜組成。所述SONOS快閃記憶體器件能提高可靠性並能抑制柵電極注入。本發明還公開了一種SONOS快閃記憶體器件製造方法，包括隧穿氧化層成膜；氮化矽陷阱層製備；第一層氧化膜製備；第二層氮化膜製備；第三層氧化膜製備。所述SONOS快閃記憶體器件製造方法具有工藝比較簡單，易於集成，成本低，可以用於批量生產的優點。
文檔編號H01L29/51GK102054842SQ200910201779
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月9日 優先權日2009年11月9日
發明者孫勤, 楊欣 申請人:上海華虹Nec電子有限公司