非易失性半导体存储器件及其制造方法和制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种非易失性半导体存储器件、非易失性半导体存储器件的制造方法以及制造装置。非易失性半导体存储器件：半导体层；设置在所述半导体层上的第1绝缘膜；设置在所述第1绝缘膜上的浮置栅极层；设置在所述浮置栅极层上的第2绝缘膜；以及设置在所述第2绝缘膜上的栅电极，所述第1绝缘膜包含硅、氧、碳，从所述半导体层一侧朝向所述浮置栅极层一侧的方向上的所述碳的浓度在所述半导体层与所述浮置栅极层之间具有最大值，所述最大值位于与所述浮置栅极层一侧相比而更靠所述半导体层一侧的位置。

【技术实现步骤摘要】
非易失性半导体存储器件及其制造方法和制造装置
本专利技术涉及非易失性半导体存储器件、非易失性半导体存储器件的制造方法以及制造装置。
技术介绍
在非易失性半导体存储器件中，例如在半导体衬底上设置隧道绝缘膜，在隧道绝缘膜上设置浮置栅极层，在浮置栅极层上设置阻挡(block)绝缘膜，在阻挡绝缘膜上设置有栅电极。从写入特性的观点来看，希望从半导体衬底(基板)经由隧道绝缘膜向浮置栅极层注入电子的电子注入效率高。另一方面，从电荷保持特性的观点来看，希望蓄积在浮置栅极层的电子尽可能不经由隧道绝缘膜流动到半导体衬底。正寻求一种具备这样的双方特性的非易失性半导体存储器件。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供一种具有优异的写入特性和电荷保持特性的非易失性半导体存储器件、其制造方法以及制造装置。实施方式的非易失性半导体存储器件具备：半导体层；设置在所述半导体层上的第1绝缘膜；设置在所述第1绝缘膜上的浮置栅极层；设置在所述浮置栅极层上的第2绝缘膜；以及设置在所述第2绝缘膜上的栅电极，所述第1绝缘膜包含硅、氧、碳，从所述半导体层一侧朝向所述浮置栅极层一侧的方向上的所述碳的浓度在所述半导体层与所述浮置栅极层之间具有最大值，所述最大值位于与所述浮置栅极层一侧相比而更靠所述半导体层一侧的位置。附图说明图1的(a)是表示第1实施方式涉及的非易失性半导体存储器件的示意剖视图，图1的(b)是表示第1实施方式涉及的非易失性半导体存储器件的绝缘层中的碳和氮的浓度分布(profile，轮廓)的图。图2的(a)～(d)是表示第1实施方式涉及的非易失性半导体存储器件的制造过程的示意剖视图。图3是表示制造第1实施方式涉及的非易失性半导体存储器件的制造装置的示意图。图4的(a)是表示栅电极的周围的电力线的图，图4的(b)是表示相邻的栅电极间的距离与浮置栅极层的电位之间的关系的图。图5是表示电场强度与泄漏电流之间的关系的图。图6的(a)是表示折射率与介电常数之间的关系、折射率与栅极绝缘膜和半导体层的能量势垒的偏移(offset)之间的关系的图，图6的(b)是表示栅极绝缘膜与半导体层的接合的图。图7的(a)～(b)是表示第1例涉及的非易失性半导体存储器件的制造过程的示意剖视图。图8的(a)～(c)是表示第2例涉及的非易失性半导体存储器件的制造过程的示意剖视图。图9是表示栅电极的电位与栅极绝缘膜中流动的泄漏电流(漏电流)之间的关系的图。图10是表示写入电压与阈值电压之间的关系的图。图11是表示电荷保持特性的比较的图。图12的(a)是表示栅极绝缘膜中的电场强度与泄漏电流之间的关系的图，图12的(b)是根据图12的(a)所示的栅极绝缘膜中的电场强度与泄漏电流的关系而导入的栅极绝缘膜的能带模型。图13是第1实施方式涉及的栅极绝缘膜的SIMS分布(轮廓)。图14的(a)是第1例涉及的栅极绝缘膜的SIMS分布，图14的(b)是第2例涉及的栅极绝缘膜的SIMS分布。图15的(a)是第1实施方式涉及的栅极绝缘膜的能带模型，图15的(b)是第2例涉及的栅极绝缘膜的能带模型。图16的(a)是第1实施方式涉及的应力(stress)测试结果，图16的(b)是第2例涉及的应力测试结果。图17是表示栅极绝缘膜的膜厚与电子势垒差之间的关系的图。图18(a)～(d)是表示第2实施方式涉及的非易失性半导体存储器件的制造过程的示意剖视图。具体实施方式以下，参照附图来对实施方式进行说明。在以下的说明中，对同一部件标记同一标号，对于已说明过一次的部件，适当地省略其说明。(第1实施方式)图1的(a)是表示第1实施方式涉及的非易失性半导体存储器件的示意剖视图，图1的(b)是表示第1实施方式涉及的非易失性半导体存储器件的绝缘层中的碳和氮的浓度分布的图。在图1的(a)所示的非易失性半导体存储器件1中，在半导体层10上设置有栅极绝缘膜20A(第1绝缘膜)。栅极绝缘膜20A能够在半导体层10与浮置栅极层30之间使电荷(例如电子)隧穿通过。在栅极绝缘膜20A上设置有浮置栅极层30。浮置栅极层30能够蓄积从半导体层10经由栅极绝缘膜20A而隧穿通过的电荷。在浮置栅极层30上设置有栅极绝缘膜40(第2绝缘膜)。在栅极绝缘膜40上设置有栅电极60。栅电极60作为向浮置栅极层30写入电荷或者读出已写入浮置栅极层30的电荷的控制栅电极来发挥作用。另外，将包含半导体层10、栅极绝缘膜20A、浮置栅极层30、栅极绝缘膜40以及栅电极60的单元(cell)称作存储单位。半导体层10的材料例如是硅晶体。栅极绝缘膜20A例如包含硅(Si)、氧(O)、碳(C)、氮(N)。例如，栅极绝缘膜20A包含氧化硅(SiO2)，在该氧化硅中包含有碳或氮。另外，浮置栅极层30的材料是多晶硅(poly－Si)等。栅极绝缘膜40例如可以是氧化硅膜或氮化硅膜的单层，也可以是层叠有氧化硅膜或氮化硅膜的膜。例如，栅极绝缘膜40可以是所谓的ONO膜(氧化硅膜/氮化硅膜/氧化硅膜)。栅电极60的材料例如是钨、氮化钨等。另外，如图1的(b)所示，从半导体层10侧向浮置栅极层30侧的方向(从点a向点b的方向)的碳(C)的浓度在半导体层10与浮置栅极层30之间具有最大值。也就是说，从半导体层10侧向浮置栅极层30侧的方向(从点a向点b的方向)的碳(C)的浓度分布在半导体层10与浮置栅极层30之间具有成为最大值的峰值P1。浓度分布中的峰值P1位于与浮置栅极层30一侧相比而更靠半导体层10一侧的位置。另外，这种峰值的数量为1个。在峰值P1的位置的碳浓度例如是1×1019(atoms/cm3)以上。另外，从半导体层10侧向浮置栅极层30侧的方向的氮(N)的浓度分布在半导体层10与浮置栅极层30之间具有最大值。也就是说，从半导体层10侧向浮置栅极层30侧的方向的氮(N)的浓度分布在半导体层10与浮置栅极层30之间具有成为最大值的峰值P2。该浓度分布中的峰值P2位于与浮置栅极层30一侧相比而更靠半导体层10一侧的位置。图2的(a)～(d)是表示第1实施方式涉及的非易失性半导体存储器件的制造过程的示意剖视图。首先，准备图2的(a)所示的半导体层10(例如半导体晶片)。对该半导体层10的表面，为了除去天然氧化膜，可以实施稀氟酸(DHF)处理。接着，如图2的(b)所示，在半导体层10上通过CVD(ChemicalVaporDeposition：化学气相沉积)形成含有碳和氮的含氧化硅层21(第1含氧化硅层)。例如，作为原料气体，使用SiH4作为含硅的气体。除此之外，使用C2H4(乙烯)或C2H2(乙炔)作为含碳的气体，使用NH3(氨)作为含氮的气体。另外，成膜温度是300℃。在此，通过根据成膜时间来适当地变更各种原料气体的浓度比，在含氧化硅层21的深度方向上对碳浓度或者氮浓度设置梯度(斜度)。含氧化硅层21的膜厚是1.5nm。然后，在含氧化硅层21上通过CVD形成含非晶硅层22。作为原料气体，例如使用Si2H6。含非晶硅层22的膜厚例如是2nm。大气压例如是1torr。接着，如图2的(c)所示，在含氧气体(例如水蒸气)的环境中，例如以750℃以下的温度(例如600℃)对半导体层10、含氧化硅层21、以及含非晶硅层22进行加热。大气压例如是1torr。通过该加热，含非晶硅层22本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非易失性半导体存储器件，具备：半导体层；设置在所述半导体层上的第1绝缘膜；设置在所述第1绝缘膜上的浮置栅极层；设置在所述浮置栅极层上的第2绝缘膜；以及设置在所述第2绝缘膜上的栅电极，所述第1绝缘膜包含硅、氧、碳，从所述半导体层一侧朝向所述浮置栅极层一侧的方向上的所述碳的浓度在所述半导体层与所述浮置栅极层之间具有最大值，所述最大值位于与所述浮置栅极层一侧相比而更靠所述半导体层一侧的位置。

【技术特征摘要】
2013.09.11 US 61/876,4021.一种非易失性半导体存储器件，具备：半导体层；设置在所述半导体层上的第1绝缘膜；设置在所述第1绝缘膜上的浮置栅极层；设置在所述浮置栅极层上的第2绝缘膜；以及设置在所述第2绝缘膜上的栅电极，所述第1绝缘膜包含硅、氧、碳，从所述半导体层一侧朝向所述浮置栅极层一侧的方向上的所述碳的浓度在所述半导体层与所述浮置栅极层之间具有最大值，所述最大值位于与所述浮置栅极层一侧相比而更靠所述半导体层一侧的位置。2.根据权利要求1所述的非易失性半导体存储器件，其特征在于，从所述半导体层一侧朝向所述浮置栅极层一侧的方向上的所述碳的浓度分布在所述半导体层与所述浮置栅极层之间具有所述碳的浓度分布成为所述最大值的1个峰值。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：村越笃，泽敬一，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP