非挥发性存储器的低氢浓度电荷捕获层结构及其形成方法技术

本发明专利技术提供储存单元，其包括：一半导体基板，其具有由通道区域隔开的至少两个源极/漏极区域；一置于所述通道区域上方的电荷捕获结构；以及一置于所述电荷捕获结构上方的栅极；其中所述电荷捕获结构包括一底部绝缘层、一第一电荷捕获层以及一第二电荷捕获层，其中所述底部绝缘层与所述基板之间的接口具有小于约3×1011/cm2的氢浓度，且本发明专利技术提供一形成所述储存单元的方法。

Low hydrogen concentration charge trapping layer structure for non-volatile memory and method for forming the same

The present invention provides a storage unit, which comprises: a semiconductor substrate having at least two sources separated by a channel region and drain region; a charge trapping structure disposed in the channel region; and a gate structure disposed in the charge trapping overhead; wherein the charge trapping structure includes a bottom insulation the first layer, a charge trapping layer and a second charge trapping layer, wherein the bottom between the insulating layer and the substrate interface is less than about 3 * 1011/cm2 concentration of hydrogen, and the invention provides a method for the storage unit.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种非挥发性存储器结构及其形成方法，尤其是有关于一种具有 一低氢浓度电荷捕获层的非挥发性存储器结构及其形成方法。
技术介绍
一非挥发性存储器(“Non-volatile memory,NVM")是指即使从含有NVM单元的 装置移除供电时也能够连续地储存信息的半导体存储器。NVM包含光罩只读存储器(Mask Read-Only Memory, Mask ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory, PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory, EPR0M)、 电子式擦除编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPR0M)和闪存。非挥发性存储器广泛用于半导体工业中，且已开发成一防止已编程资料流 失的存储器。通常，可基于装置的最终用途要求来对非挥发性存储器进行编程、读取和/或 擦除，且该已编程的资料可被储存较长一段时间。通常，NVM单元含有一电荷储存层，其是置于该单元的通道区域上方。当将适当的 编程电压施加到位于所述通道区域的相对侧附近的源极和漏极，且施加到位在电荷储存层 上方的栅极时，则电荷载子越过通道而移动进入该电荷储存层。在随后的读取操作中，可基 于测量到的通道电流来检测所捕获的电荷载子是否存在。传统浮栅(floating gate)快闪存储单元(其为一种类型的NVM)通常利用一储 存单元，其特征在于由第一介电质、在所述第一介电质上的第一导电(电荷储存)层、在所 述第一导电层上的一第二层中间介电质和在所述中间介电质上的第二导电层(控制栅)构 成的垂直电荷储存堆栈。在浮栅存储器中，遍及整个导电储存层储存电荷。因此，存储器状 态可为捕获的电荷或是未捕获的电荷，即，代表单个资料的一比特。基于对更高的储存能力和更小的单元尺寸的日益增加的要求，近年来已经受到大 量关注的另一种类型的NVM单元是利用局部化的电荷储存来提供每储存单元两个资料比 特。在这样的装置中，一非导电电荷捕获层是设置在通道与栅极之间，且最佳地设置在两 个介电层(例如二氧化硅)之间。一种这样类型的NVM称为氮化物只读存储器(nitride read only memory，"NROM”)且通常包括氧化物 / 氮化物 / 氧化物(oxide/nitride/oxide， “0N0”)电荷捕获结构。利用电荷捕获材料的NVM单元的一个主要优势是电荷的局部化储 存，其允许每个单元中储存两个资料比特。这样的局部化电荷储存允许一个电荷(比特-ι) 储存在接近一个源极/漏极区域的区域中的电荷捕获层中，且另一电荷(比特- 储存在 接近另一源极/漏极区域的区域中的电荷捕获层中。遗憾的是，利用电荷捕获层并以局部化的方式储存电荷的非挥发性储存单元也有 问题存在。举例来说，在氮化物储存单元中，其中电荷捕获层通常包括夹在两个二氧化硅层之间的氮化硅层(“0N0结构”)，氢原子可能在硅基板与电荷储存ONO结构的底部氧化物 (第一绝缘)层之间的接口位置处被捕获。氢的来源可经由用于形成所述层中的一者或一 者以上的各种技术(例如，经由化学气相沉积技术)来产生并将其引入电荷储存结构。尽 管氢可使氧化物/硅接口处的悬空键钝化，但当装置经热电洞(hot hole)注入时，硅-氢 键可能断裂，所述热电洞注入可用于擦除各种类型的非挥发性存储器，其中包含ONO结构。 因此，相信接口捕获的氢至少是造成在硅与氧化物之间具有接口的存储器装置中的临限电 压的一些损失的部分原因。因此，所属领域中需要非挥发性储存单元，其具有特性改进的局部化电荷储存，且 较少遭受与接口捕获的氢相关的问题。
技术实现思路
本专利技术涉及非挥发性储存单元及形成该非挥发性储存单元中的电荷捕获层结构 的方法。更明确地说，根据本专利技术的非挥发性储存单元包括一电荷捕获层结构，所述电荷捕 获层结构包含一底部绝缘层，其具有较低的氢浓度，且较佳地具有可忽略的氢浓度。根据本 专利技术的非挥发性储存单元具有显著改进的临限电压稳定性和资料保持特性。本专利技术的一个实施例是关于一储存单元，其包括一半导体基板，其具有由通道区 域隔开的至少两个源极/漏极区域；一电荷捕获结构，其设置在所述通道区域上方；和栅 极，其设置在所述电荷捕获结构上方；其中电荷捕获结构包括底部绝缘层、第一电荷捕获层 和第二电荷捕获层，其中底部绝缘层与该基板间的接口具有小于约SXio1Vcm2的氢浓度。 较佳地，该底部绝缘层具有小于约6 X IO2Vcm3且更较佳地小于约1 X IO2Vcm3的整体氢浓 度。在某些较佳实施例中，电荷捕获结构进一步包括顶部绝缘层。在本专利技术的各种较佳实施例中，底部绝缘层和顶部绝缘层中的一者或两者包括氧 化物，且更较佳包括二氧化硅。在本专利技术的某些较佳实施例中，第一电荷捕获层和第二电荷 捕获层中的一者或两者包括氮化物，且更较佳地，包括低压化学气相沉积的氮化硅。在某些 较佳实施例中，第一电荷捕获层还具有小于约6X1021/cm3且更较佳小于约lX102°/cm3的 整体氢浓度。本专利技术的另一实施例针对一种包括以下步骤的方法在半导体基板表面的一部分 上方形成底部绝缘层；在所述绝缘层上方形成第一电荷捕获层；使底部绝缘层和第一电荷 捕获层经过退火；以及在所述第一电荷捕获层上方形成第二电荷捕获层。可较佳地用以下 方式执行退火从底部绝缘层和第一电荷捕获层中移除残余的氢，同时仍然在底部绝缘层 /基板接口处留下一些接口陷阱。在第二电荷捕获层的沉积期间产生的氢可由第一电荷捕 获层吸收，且因此远离底部绝缘层/基板接口。在本专利技术的某些实施例中，所述方法进一步 包括在第二电荷捕获层上方形成顶部绝缘层。在某些较佳实施例中，在至少约1000°c的温 度下的惰性气体中执行退火。本专利技术的又一实施例针对一种包括以下步骤的方法在干燥氧气中，在半导体基 板表面的一部分上方形成底部氧化层；经由低压化学气相沉积，在底部氧化层上方形成第 一电荷捕获氮化层；在具有低氢含量，且较佳地包括从由氮、氩、氧和其混合物组成的组中 选择的气体中以至少约1000°c的温度对底部氧化层和第一电荷捕获层进行退火；经由低 压化学气相沉积，在第一电荷捕获层上方形成第二电荷捕获氮化层；以及经由低压化学气相沉积，在第二电荷捕获层上方形成一上部氧化层。 附图说明以下由图标、组件符号及配合附图的详细说明，进一步就本专利技术的较佳实施例详 加说明如下，其中图1是根据本专利技术一个实施例的非挥发性储存单元的横截面图标。2e是根据本专利技术的方法的一个实施例的各个生产阶段下的非挥发性储 存单元的横截面图标。具体实施例方式现将详细参考本专利技术和其目前为较佳的实施例，其实例在附图中得以说明。在任 何可能之处，在附图和描述内容中使用相同或相似的参考组件符号来指代相同或类似的部 分。应注意，附图呈大为简化的形式且并非按精确的比例绘制。根据本文的揭示内容，仅出 于便利和清楚的目的，对于附图使用方向术语，例如顶部、底部、左、右、上、下、上方、下方、 下面、后面和前面。结合附图的以下描述内容使用的此类方向术语不应解释为以所附中请 专利范围中并未明显陈述的任何方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种形成非挥发性存储器的方法，其特征在于，由下述步骤组成：在半导体基板表面的一部分上方形成一底部绝缘层；在所述绝缘层上方形成一第一电荷捕获层；对所述底部绝缘层和所述第一电荷捕获层进行一个退火步骤，以使氢从所述底部绝缘层中释放；以及在所述第一电荷捕获层上方形成一第二电荷捕获层，其中所述经受退火后的所述底部绝缘层和所述第一电荷捕获层具有低氢浓度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：施彦豪，吴旻达，李士勤，谢荣裕，赖二琨，谢光宇，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71