採用nd3和n2混合氣體退火製造sonos快閃記憶體器件的方法
2023-10-06 14:09:09 1
專利名稱：採用nd3和n2混合氣體退火製造sonos快閃記憶體器件的方法
技術領域：
本發明屬於半導體集成電路製造領域，尤其涉及一種採用ND3 (氘化氮)和N2 (氮 氣)混合氣體退火製造SONOS快閃記憶體器件的方法。
背景技術：
SONOS (矽氧氮氧矽)快閃記憶體器件(以氮化矽作為電荷存儲介質的快閃記憶體器件)，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Endurance (耐久)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Data Retention (數據保持)特性，就 是SONOS器件的數據保存能力。為了修補氧化層當中的懸掛鍵及其他工藝損傷，通常的工 藝在接觸孔打開後，會採用氮氣和氫氣的混合氣體進行合金工藝，這在一定程度上也可以 提高SONOS器件的可靠性。然而，由於氫矽鍵的鍵能比較低，所以在SONOS器件多次擦寫後， 氫矽鍵容易斷裂，導致可靠性變差。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS閃 存器件的方法，該方法能大大提高隧穿氧化層和矽襯底界面處的電學特性，進而可以改善 SONOS快閃記憶體器件的可靠性。為解決上述技術問題，本發明提供一種採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS閃 存器件的方法，包括如下步驟第一步，接觸孔刻蝕；第二步，採用ND3和N2混合氣體進行退火；第三步，阻擋金屬層和W金屬澱積。第一步具體為首先，在矽襯底上沉積SONOS ONO層，在SONOS ONO層上沉積多晶 矽層和氮化矽側牆；之後再澱積ILD(中間介質)氧化層，在ILD氧化層上刻蝕接觸孔。所 述刻蝕接觸孔採用幹法刻蝕工藝，主要採用氟碳系的刻蝕氣體，先刻蝕去除接觸孔內的氧 化層，然後通過ILD氧化層和矽襯底的選擇比來停止刻蝕工藝。第二步中，退火的溫度是350-450°C，退火的時間是30-90分鐘。所述ND3和N2混 合氣體的比例為1 (1-20)。ND3氣體中的D可以飽和矽懸掛鍵，形成強度更高的矽-氘 鍵，在退火的過程中，隧穿氧化層和矽襯底界面處的懸掛鍵可以被矽-氘鍵飽和，以提高界 面處的電學特性，進而提高SONOS快閃記憶體器件可靠性。第三步中，首先在接觸孔內壁澱積一層阻擋金屬層，採用化學汽相澱積工藝，工藝 溫度為300-500攝氏度；然後在接觸孔內澱積W金屬，採用化學汽相澱積工藝，工藝溫度為 350-500攝氏度。和現有技術相比，本發明具有以下有益效果本發明採用了 ND3和N2混合氣體進 行退火來提高SONOS快閃記憶體器件的可靠性。在ND3和N2混合氣體退火的過程中，隧穿氧化層和矽襯底界面處的懸掛鍵可以被矽-氘鍵飽和，由於矽-氘鍵的鍵能大於氫矽鍵，這樣可以 大大提高界面處的電學特性，進而可以改善SONOS快閃記憶體器件的可靠性。
圖1是本發明第一步完成後SONOS快閃記憶體器件的截面圖；圖2是本發明第二步完成後SONOS快閃記憶體器件的截面圖；圖3是本發明第三步完成後SONOS快閃記憶體器件的截面圖。其中，1為矽襯底，2為SONOS ONO (S0N0S氧化物-氮化物-氧化物)層，3為ILD (中 間介質)氧化層，4為接觸孔，5為ND3和N2混合氣體，6為阻擋金屬層，7為W(鎢)金屬，8 為多晶矽層，9為氮化矽側牆。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。本發明公布了 一種採用了 ND3形成氣體合金工藝來提高SONOS快閃記憶體器件可靠性的 方法。在ND3退火的過程中，隧穿氧化層和矽襯底界面處的懸掛鍵可以被矽-氘鍵飽和，由 於矽-氘鍵的鍵能大於氫矽鍵，這樣可以大大提高界面處的電學特性，進而可以改善SONOS 快閃記憶體器件可靠性。如圖1和圖3所示，本發明主要的工藝流程包括如下步驟第一步，接觸孔刻蝕。這步工藝採用常規的接觸孔刻蝕的工藝。如圖1所示，在矽 襯底1上沉積SONOS ONO層2 (由上至下依次為絕緣氧化層、氮化物層和隧穿氧化層)，在 SONOS ONO層2上沉積多晶矽層8和氮化矽側牆9 ；之後再澱積ILD(中間介質)氧化層3， 在ILD氧化層3上刻蝕接觸孔4，刻蝕接觸孔4採用幹法刻蝕工藝，主要是氟碳系的刻蝕氣 體，先刻蝕去除孔內的氧化層，然後通過ILD(中間介質)氧化層3和矽襯底1的選擇比來 停止刻蝕工藝。第二步，採用N2和ND3 (氘化氮)混合氣體進行退火。這步工藝採用N2和ND3的混 合氣體，退火氣體的比例為ND3 N2 = 1 1到1 20 ;ND3當中的D可以飽和矽懸掛鍵， 形成強度更高的矽-氘鍵。ND3退火的溫度範圍350-450°C，ND3退火的時間30-90Min。 如圖2所示，在退火的過程中，SONOS ONO層2的隧穿氧化層和矽襯底1界面處的懸掛鍵可 以被N2和ND3混合氣體5中的矽-氘鍵飽和，同時不穩定的矽-氫鍵可以被矽-氘鍵取代， 這樣就大大提高了界面處的電學特性，進而可以提高SONOS快閃記憶體器件可靠性。第三步，阻擋金屬層和W(鎢)金屬澱積。這步工藝採用常規的工藝方法。如圖3 所示，首先在接觸孔4內壁澱積一層阻擋金屬層6，採用化學汽相澱積工藝(CVD)，工藝溫度 為300-500攝氏度；然後在接觸孔4內澱積W金屬7，採用化學汽相澱積工藝，工藝溫度為 350-500攝氏度。上述工藝結構參數(時間、溫度等)可以根據相應的控制和產能進行優化調整。
權利要求
1.一種採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS快閃記憶體器件的方法，其特徵在於，包括如 下步驟第一步，接觸孔刻蝕；第二步，採用ND3和N2混合氣體進行退火；第三步，阻擋金屬層和W金屬澱積。
2.如權利要求要求1所述的採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS快閃記憶體器件的方法， 其特徵在於，第二步中，退火的溫度是350-450°C，退火的時間是30-90分鐘。
3.如權利要求要求1或2所述的採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS快閃記憶體器件的 方法，其特徵在於，第二步中，所述ND3和N2混合氣體的比例為1 (1-20)。
4.如權利要求要求1所述的採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS快閃記憶體器件的方法， 其特徵在於，第二步中，ND3氣體中的D可以飽和矽懸掛鍵，形成強度更高的矽-氘鍵，在退 火的過程中，隧穿氧化層和矽襯底界面處的懸掛鍵可以被矽-氘鍵飽和，以提高界面處的 電學特性，進而提高SONOS快閃記憶體器件可靠性。
5.如權利要求要求1所述的採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS快閃記憶體器件的方法， 其特徵在於，第一步具體為首先，在矽襯底上沉積SONOS ONO層，在SONOS ONO層上沉積多 晶矽層和氮化矽側牆；之後再澱積中間介質氧化層，在中間介質氧化層上刻蝕接觸孔。
6.如權利要求要求1或5所述的採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS快閃記憶體器件的 方法，其特徵在於，第一步中，所述刻蝕接觸孔採用幹法刻蝕工藝，主要採用氟碳系的刻蝕 氣體，先刻蝕去除接觸孔內的氧化層，然後通過中間介質氧化層和矽襯底的選擇比來停止 刻蝕工藝。
7.如權利要求要求1所述的採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS快閃記憶體器件的方法， 其特徵在於，第三步中，首先在接觸孔內壁澱積一層阻擋金屬層，採用化學汽相澱積工藝， 工藝溫度為300-500攝氏度；然後在接觸孔內澱積W金屬，採用化學汽相澱積工藝，工藝溫 度為350-500攝氏度。
全文摘要
本發明公開了一種採用ND3和N2混合氣體退火製造SONOS快閃記憶體器件的方法，包括如下步驟第一步，接觸孔刻蝕；第二步，採用ND3和N2混合氣體進行退火；第三步，阻擋金屬層和W金屬澱積。該方法能大大提高隧穿氧化層和矽襯底界面處的電學特性，進而可以改善SONOS快閃記憶體器件的可靠性。
文檔編號H01L21/8247GK102054783SQ20091020175
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月5日 優先權日2009年11月5日
發明者林鋼 申請人:上海華虹Nec電子有限公司