具有氮化氧化物层的半导体器件及其形成方法技术

一种半导体器件，包括基板（１２）、在基板（１２）的表面上形成的第一绝缘层（１４）、在第一绝缘层（１４）的表面上形成的纳米晶体层（１３）、在纳米晶体层（１３）上面形成的第二绝缘层（１５）。向第二绝缘层（１５）施加氮化环境，以形成在基板（１２）上形成第三绝缘层（２２）时阻挡进一步氧化的阻挡层。第二绝缘层（１５）的氮化在未增加用于制造半导体器件（１０）的工艺流程的复杂性的情况下，防止了纳米晶体的氧化或收缩，并且防止了第一绝缘层１４的厚度的增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及半导体器件，更具体地，涉及一种具有氮化氧化 物层的半导体器件及其方法。
技术介绍
许多半导体非易失存储器阵列需要用于编程和擦除操作的相对高 的电压。在非易失存储器阵列的制造过程中，能够耐受例如相对高的 编程和擦除电压的耐高压晶体管是与该阵列同时实现的。在依赖纳米 晶体用于电荷存储的非易失存储器阵列中，电荷存储层是在高压晶体 管的栅氧化物形成之前形成的。非易失器件中的进一步的氧化可能导 致隧道氧化物厚度的增加。而且，进一步的氧化可能引起纳米晶体氧 化或收縮。改变电荷存储层可能导致对更高的编程和擦除电压的需要。 而且，改变电荷存储层可能导致编程和擦除阈值电压的不需要的变化。因此，需要一种非易失存储器器件，其具有准确控制的电荷存储 区域，同时还减少了所需用于制造该器件的步骤。附图说明图1说明了根据本专利技术的具有隧道氧化物和电荷存储层的半导体 器件的一部分的截面视图。图2说明了根据本专利技术的暴露于氮化环境的半导体器件的一部分 的截面视图。图3说明了根据本专利技术的在对电荷存储区域构图之后的半导体器 件的一部分的截面视图。图4说明了根据本专利技术的在形成与构图电荷存储区域相邻的栅介 质之后的半导体器件的一部分的截面视图。图5说明了根据本专利技术的在形成多晶硅层之后的半导体器件的一 部分的截面视图。图6说明了根据本专利技术的在多晶硅层中形成栅极之后的半导体器 件的一部分的截面视图。具体实施方式一般地，在一个形式中，本专利技术提供了一种用于形成半导体器件 的方法，其包括提供半导体基板；在半导体基板的表面上形成第一 绝缘层；在第一绝缘层的表面上形成纳米晶体层；在纳米晶体层上面 形成第二绝缘层；向第二绝缘层施加氮化环境；选择性地移除部分纳 米晶体层以及第一和第二绝缘层，以暴露半导体基板的表面；并且在 半导体基板的暴露表面上形成第三绝缘层。在另一形式中，本专利技术提供了一种半导体器件，其包括半导体 基板；第一绝缘层，其在半导体基板的表面上形成；构图纳米晶体层， 其在第一绝缘层的表面上形成；第二绝缘层，其在纳米晶体层上面形 成，该第二绝缘层具有大于等于2原子百分数的第二绝缘层的氮含量； 和第三绝缘层，其在半导体基板的表面上的没有第一和第二绝缘层的 区域中形成。通过使第二绝缘层氮化，减少了纳米晶体和第一绝缘层的氧化， 因此减少或限制了形成后继的氧化物层时的氧化物厚度变化。而且， 使用氮化替换氧化阻挡层，简化了制造工艺。图l说明了在半导体基板12上形成的具有隧道氧化物14和电荷 存储层16的半导体器件10的一部分的截面视图。半导体基板12可由 硅形成。第一绝缘层14在基板12上形成，其用作非易失存储器单元 的隧道氧化物。第一绝缘层14可以是二氧化硅、氮化氧化物或者其他 的高k介质。绝缘层14可以是热生长的或淀积的，并且厚度可以是50 埃。电荷存储叠层16包括多个离散电荷存储元件。在所说明的实施例 中，使用由电荷存储层16中的小圆圈表示的纳米晶体形成多个离散电 荷存储元件。这些纳米晶体典型地由硅形成，但是离散存储元件还可 由例如锗、碳化硅、许多金属或这些材料的任何组合组成的材料团簇 形成。纳米晶体优选地通过化学淀积淀积，但是也可以使用其他的工 艺。用于形成纳米晶体的其他工艺包括薄的无定形硅层的再结晶和预 制纳米晶体的淀积。在纳米晶体形成之后，可以通过使用氧化亚氮使纳米晶体氧化而使其钝化。图2说明了暴露于氮化环境的半导体器件10的一部分的截面视 图。电荷存储叠层16包括由氧化物15包围的纳米晶体13。可替换地， 电荷存储叠层16可以通过形成相互堆叠的多个相对薄的绝缘层形成， 诸如绝缘层17。在形成电荷存储叠层16之后，使半导体器件10暴露 于氮化环境。氮化环境包括氨、氧化亚氮、原子氮或者其他氮化合物 中的一个或多个。用于使半导体器件IO暴露于氮化环境的工艺可以包 括等离子体氮化、热氮化或者离子氮化中的一个。将半导体器件10安置在具有等离子体源、热源或离子源中的一个 或多个的处理腔室中。适当腔室是可以以商业手段获得的。在该处理 腔室中，使半导体器件暴露于等离子体18，以提供大于等于2原子百 分数并且优选地为2 10原子百分数的氮含量。图3说明了在对电荷存储区域16和第一绝缘层14构图以形成构 图电荷存储层20之后的半导体器件10的一部分的截面视图。将光刻 胶层(未示出)淀积在电荷存储区域16上，并且随后对其构图。可选 地，在另一实施例中，使用如上文所述的等离子体源、热源或离子源 中的一个或多个，使用含氮等离子体19的氮化步骤可以在构图之后完 成，而非在构图之前完成。图4说明了在形成与构图电荷存储层20相邻的栅介质22之后的 半导体器件10的一部分的截面视图。该栅介质22可以具有适应例如高压晶体管和逻辑电路的一个厚度，也可以具有分别与之适应的不同 的厚度。图5说明了在构图电荷存储层20和栅介质22上形成多晶硅层24 之后的半导体器件IO的一部分的截面视图。图6说明了在对多晶硅层24构图和刻蚀以形成栅极之后的半导体 器件IO的一部分的截面视图。非易失存储器单元23和25表示在集成 电路上实现的非易失存储器单元阵列。该非易失存储器单元可以位于 独立存储器器件上或者嵌入在其他电路中，诸如中央处理单元。 通过选择性地刻蚀电荷存储层20、第一绝缘层14和多晶硅层24形成 非易失存储器单元23和25。栅电极28由多晶硅层24形成。应当注意，存储器阵列需要用于接入存储器阵列的附加电路，无 论该存储器阵列是否是嵌入的，诸如行和列解码器和输入/输出(I/O) 电路。某些该附加电路可以暴露于相对高的编程和擦除电压，并且因 此相比于未暴露于较高的编程和擦除电压的电路，将需要更厚的栅氧 化物。图6中的晶体管31和33表示所需用于实现附加电路的晶体管。 构图电荷存储层20的氮化防止了存储器单元23和25中的纳米晶体的 氧化和收縮，并且防止了第一绝缘层14的厚度增加。氮化的第二绝缘 层20并入了氧化阻挡层，并且因此提供了用于制造半导体器件10的 相对简单的工艺流程。侧壁隔层和源极/漏极区域未在图6中示出，但是其通常包括在晶 体管的形成过程中。典型地，通过淀积隔层材料层，随后对隔层材料 进行各向异性刻蚀，形成侧壁隔层。隔层材料典型地是氮化物。源极/ 漏极区域典型地扩散到与栅极叠层相邻。尽管在优选实施例的背景下描述了本专利技术，但是本领域的技术人 员应当认识到，本专利技术可以通过许多方法进行修改，并且可以采取许 多不同于上文具体描述的实施例。因此，所附权利要求应涵盖本专利技术 的真实范围内的所有本专利技术的修改方案。上文针对具体的实施例描述了益处、其他优点和对问题的解决方 案。然而，益处、优点、对问题的解决方案、以及可以使任何益处、 优点、解决方案出现或变得更加显著的任何因素，不应被解释为任何 或所有权利要求的关键的、必需的或基本的特征或要素。如此处使用 的术语包括或其任何变化形式，目的在于涵盖非排他性的内含物， 由此包括一系列要素的工艺、方法、物体或装置不仅包括这些列出的 要素，而且可以包括未明确列出的或者对于该工艺、方法、物体或装 置是固有的其他要素。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成半导体器件的方法，包括：提供半导体基板；在半导体基板的表面上形成第一绝缘层；在第一绝缘层的表面上形成纳米晶体层；在纳米晶体层上面形成第二绝缘层；向第二绝缘层施加氮化环境；选择性地移 除部分纳米晶体层以及第一和第二绝缘层，以暴露半导体基板的表面；并且在半导体基板的暴露表面上形成第三绝缘层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-1-26 11/043,8271. 一种用于形成半导体器件的方法，包括 提供半导体基板；在半导体基板的表面上形成第一绝缘层； 在第一绝缘层的表面上形成纳米晶体层； 在纳米晶体层上面形成第二绝缘层； 向第二绝缘层施加氮化环境；选择性地移除部分纳米晶体层以及第一和第二绝缘层，以暴露半 导体基板的表面；并且在半导体基板的暴露表面上形成第三绝缘层。2. 如权利要求l所述的方法，进一步包括在第二绝缘层上面形成 构图多晶硅层，其中所述构图多晶硅层形成了多个非易失存储器单元 的栅电极。3. 如权利要求2所述的方法，其中在第三绝缘层上面形成构图多 晶硅层，以形成多个晶体管的栅电极。4. 如权利要求l所述的方法，其中向第二绝缘层施加氮化环境包 括使用等离子体氮化施加氮化环境。5. 如权利要求l所述的方法，其中向第二绝缘层施加氮化环境包 括使用热氮化施加氮化环境。6. 如权利要求l所述的方法，其中向第二绝缘层施加氮化环境包 括使用离子注入施加氮化环境。7. 如权利要求l所述的方法，进一步包括在第二绝缘层上面形成第四绝缘层；并且 向第四绝缘层施加氮化环境。8.如权利要求l所述的方法，其中形成第二绝缘层包括通过形成 绝缘层的叠层形成第二绝缘层。9. 如权利要求8所述的方法，其中向第二绝缘层施加氮化环境包 括在形成绝缘层叠层的每一层之后，向绝缘层叠层的每一层施加氮 化环境。10. 如权利要求1所述的方法，进一步包括在向第二绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：林相佑，罗伯特F施泰梅尔，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]