本发明专利技术描述了包括多层电荷储存层的半导体存储设备和形成该半导体存储设备的方法的实施例。一般，设备包括：由覆盖在衬底上的表面的半导体材料形成的沟道，该沟道连接存储设备的源极和漏极；覆盖沟道的隧道氧化物层；以及多层电荷储存层，其包括在隧道氧化物层上的富氧、第一氮氧化物层和在第一氮氧化物层上的贫氧、第二氮氧化物层，其中第一氮氧化物层的化学计量组合物导致其实质上没有陷阱，第二氮氧化物层的化学计量组合物导致其陷阱密集。在一个实施例中，设备包括包含具有邻接沟道的多个表面的栅极的非平面晶体管，并且栅极包括隧道氧化物层和多层电荷储存层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个氮氧化物层的氧化物氮化物氧化物堆栈 相关申请的夺叉引用 本申请是2007年6月13日递交的序列号为11/811,958的共同未决的美国申请 的延续部分，其根据美国法典第35条119(e)款要求2007年5月25日递交的序列号为 60/931，947的美国临时专利申请的优先权益，以上两个申请通过引用并入本文。
本专利技术涉及半导体加工，并且更具体地涉及具有改进的氧化物氮化物或氮氧化物 层的氧化物氮化物氧化物堆栈和形成该氧化物氮化物氧化物堆栈的方法。 置量 例如分离栅极闪存的非易失性半导体存储器，通常使用堆栈的浮栅型场效应晶体 管，其中电子被引入到存储单元的浮栅中以通过偏置控制栅极和将存储单元在其上形成的 衬底的主体区接地进行编程。 氧化物氮化物氧化物（0N0)堆栈用作如在硅氧化物氮化物氧化物硅（S0N0S)晶体 管中的电荷储存层，或用作如在分离栅极闪存中的浮栅和控制栅极之间的隔离层。 图1是关于例如存储器设备的半导体设备100的中间体结构的部分剖视图，该半 导体设备100具有S0N0S栅极堆栈或结构102,该S0N0S栅极堆栈或结构102包括根据常规 方法在硅衬底108的表面106上方形成的常规0N0堆栈104。此外，设备100通常还包括对 准到栅极堆栈并且被沟道区112分开的一个或多个扩散区110,例如源极和漏极。简言之， S0N0S结构102包括在0N0堆栈104上形成的并且与0N0堆栈104接触的多晶硅（多）栅 极层114。多晶硅栅极层114通过0N0堆栈104从衬底108分开或电气隔离。0N0堆栈104 通常包括下部氧化物层116、或用作设备100的电荷储存层或存储器层的氮化物或氮氧化 物层、和覆盖氮化物或氮氧化物层的顶部高温氧化物（HT0)层120。 具有常规S0N0S结构102和形成该常规S0N0S结构的方法的一个问题是：由于通 过该层的泄露电流，限制设备100寿命和/或限制其在一些应用中使用的氮化物或氮氧化 物层118的差的数据保持。 具有常规S0N0S结构102和形成该常规S0N0S结构的方法的另一个问题是：氮氧 化物层118的化学计量在整个层的厚度上既不均匀也未被优化。特别地，氮氧化物层118 常规地以使用单个工艺气体混合物和固定的或恒定的加工条件的单个步骤被形成或沉积， 以试图提供在整个相对厚的层上的厚度具有高浓度氮和高浓度氧的均匀层。然而，由于顶 部效应或底部效应，这导致氮、氧和硅浓度可以在整个常规氮氧化物层118中不同。顶部效 应由其中工艺气体跟随沉积被切断的顺序引起的。特别地，含有硅的工艺气体，例如硅烷， 通常被首先切断，导致具有高氧和/或氮和低硅的氮氧化物层118的顶部部分。类似地，底 部效应被其中工艺气体被引入以开始沉积的顺序引起。特别地，氮氧化物层118的沉积通 常跟随退火步骤，导致在沉积工艺的开始的氨（NH3)峰值或相对高的浓度，并且产生具有低 氧和低硅和高氮的氮氧化物层的底部部分。底部效应还由表面成核现象引起，其中在初始 工艺气体混合物中可用的氧和硅优先与在衬底的表面的硅反应，并且不会有助于形成氮氧 化物层。因此，由0N0堆栈104制造的存储设备100的电荷存储特性和特定的编程和擦除 速度和数据保持都受到不利的影响。 因此，存在对具有0N0堆栈的存储设备的需求，该0N0堆栈具有作为存储层的氮氧 化物层，其表现出改进的编程和擦除速度和数据保持。还需要形成具有表现出改进的氮氧 化物化学计量的氮氧化物层的0N0堆栈的方法或工艺。 廳 提供了包括多层电荷储存层的半导体存储设备和形成该半导体存储设备的方法。 通常，设备包括由覆盖在衬底上的表面的半导体材料形成的沟道，该沟道连接存储设备的 源极和漏极；覆盖沟道的隧道氧化物层；以及包括在隧道氧化物层上的富氧、第一氮氧化 物层的多层电荷储存层及在第一氮氧化物层上的贫氧、第二氮氧化物层，其中第一氮氧化 物层的化学计量组合物导致其实质上没有陷阱，其中第二氮氧化物层的化学计量组合物导 致其陷阱密集。在一个实施例中，设备包括非平面晶体管，其包括具有邻接沟道的多个表面 的栅极，并且栅极包括隧道氧化物层和多层电荷储存层。还公开了其它的实施例。 附图简沭 当结合附图阅读以下详细描述和后面提供的所附权利要求时，本结构和方法的这 些和各个其它的特征和优点将变得明显，在附图中： 图1 (现有技术）是示出关于具有根据常规方法形成的氧化物氮化物氧化物（0N0) 堆栈的方法的存储设备的中间体结构的剖视侧视图的框图； 图2是示出根据本公开的实施例的具有包含多层电荷储存层的硅氧化物氮氧化 物氧化物硅结构的半导体设备的一部分的剖视侧视图的框图； 图3是关于根据本公开的实施例形成包括多层电荷储存层的氧化物氮氧化物氧 化物结构的方法的流程图； 图4是示出关于与使用常规存储层的存储设备相比，使用根据本公开形成的存储 层的存储设备的数据保持方面的改进的曲线图； 图5是关于根据本公开的另一个实施例的形成包括多层电荷储存层的氧化物氮 氧化物氧化物结构的方法的流程图； 图6是具有0N0结构的编程的常规存储设备的能带图； 图7A和7B是根据本公开的实施例、在编程之前和编程之后的包括多层电荷储存 层的存储设备的能带图； 图8A示出了包括分离俘获区的非平面多栅极设备； 图8B示出了图8A的非平面多栅极设备的剖视图； 图9A和图9B示出了包括分离电荷俘获区和水平纳米线沟道的非平面多栅极设 备。 图10A和10B示出了包括分离电荷俘获区和垂直纳米线沟道的非平面多栅极设 备； 图11A和11B示出了用于制造图10A的非平面多栅极设备的栅极第一方案；以及 图12A和12B示出了用于制造图10A的非平面多栅极设备的栅极最近方案。 详沭 本专利技术通常涉及包括包含多层电荷储存层的硅氧化物氮氧化物氧化物硅栅极结 构的设备和用于制造该栅极结构的方法。该栅极结构和方法对于形成例如存储晶体管的存 储设备中的存储层是特别有用的。 在以下的描述中，出于解释的目的，阐述了大量的具体细节以提供对本公开的全 面的理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，在没有这些具体细节的情况下，本结构 和方法可以实施。在其它的实例中，公知的结构和技术没有具体示出或以框图形式示出，以 避免不必要地模糊对本说明书的理解。 在说明书中提到的一个实施例（oneembodiment) 或实施例（embodiment) 指 的是结合实施例描述的特定的特征、结构或特性包含在至少一个实施例中。在说明书中的 各个地方出现的短语在一个实施例中（inoneembodiment)并不一定都指的是相同的实 施例。如本文使用的术语耦合（tocouple)可以既包括直接连接又包括通过一个或多个 中间部件间接连接。 简言之，本方法涉及形成多层电荷储存层，其包括例如氮氧化硅（Si2N20)层的具 有不同浓度的氧、氮、和/或硅的多个氮氧化物层。以比常规0N0结构中的氮化物或氮氧化 物层更高的温度形成氮氧化物层，并且使用不同的工艺气体混合物和/或以不同的流速形 成每个层。通常，氮氧化物层包括至少顶部氮氧化物层和底部氮本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种存储设备，包括：沟道，所述沟道由覆盖在衬底上的表面的半导体材料形成，所述沟道连接所述存储设备的源极和漏极；隧道氧化物层，所述隧道氧化物层覆盖所述沟道；以及多层电荷储存层，所述多层电荷储存层包括在所述隧道氧化物层上的富氧、第一氮氧化物层和在所述第一氮氧化物层上的贫氧、第二氮氧化物层，其中所述第一氮氧化物层的化学计量组合物导致其实质上没有陷阱，且其中所述第二氮氧化物层的化学计量组合物导致其陷阱密集。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.31 US 13/436,8721. 一种存储设备，包括： 沟道，所述沟道由覆盖在衬底上的表面的半导体材料形成，所述沟道连接所述存储设 备的源极和漏极； 隧道氧化物层，所述隧道氧化物层覆盖所述沟道；以及 多层电荷储存层，所述多层电荷储存层包括在所述隧道氧化物层上的富氧、第一氮氧 化物层和在所述第一氮氧化物层上的贫氧、第二氮氧化物层，其中所述第一氮氧化物层的 化学计量组合物导致其实质上没有陷阱，且其中所述第二氮氧化物层的化学计量组合物导 致其陷阱密集。2. 根据权利要求1所述的存储设备，其中，所述沟道包括多晶硅。3. 根据权利要求1所述的存储设备，其中，所述沟道包括再结晶的多晶硅。4. 根据权利要求1所述的存储设备，其中，所述沟道包括硅纳米线。5. 根据权利要求1所述的存储设备，其中，所述存储设备包括非平面晶体管，所述非平 面晶体管包括具有邻接所述沟道的多个表面的栅极，并且其中，所述栅极包括所述隧道氧 化物层和所述多层电荷储存层。6. 根据权利要求5所述的存储设备，其中，所述栅极还包括覆盖所述多层电荷储存层 的阻挡介质和覆盖阻挡介电层的金属栅极层。7. 根据权利要求6所述的存储设备，其中，所述阻挡介质包括高K介质。8. 根据权利要求1所述的存储设备，其中，所述第二氮氧化物层还包括选定用于增加 其中陷阱的数量的一定浓度的碳。9. 一种存储设备，包括： 导电沟道，所述导电沟道由覆盖衬底上的表面的半导体材料形成，所述导电沟道连接 所述存储设备的源极和漏极；以及 栅极，所述栅极具有邻接所述沟道的多个表面，所述栅极包括： 隧道氧化物层，所述隧道氧化物层覆盖所述沟道；以及 多层电荷储存层，所述多层电荷储存层包括第一氮氧化物层和第二氮氧化物层，所述 第一氮氧化物层更靠近所述隧道氧化物层，且其中所述第一氮氧化物层被包含氧化物的反 隧穿层从所述第二氮氧化物层分开。10. 根据权利要求9所述的存储设备，其中，所述沟道包括硅...
【专利技术属性】
技术研发人员：赛格·利维，克里希纳斯瓦米·库马尔，斐德列克·杰能，萨姆·吉哈，
申请(专利权)人：赛普拉斯半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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