SONOS结构制造方法以及SONOS结构技术

本发明专利技术提供了一种SONOS结构制造方法以及SONOS结构。根据本发明专利技术的SONOS结构制造方法包括：在衬底上制备隧穿氧化层；在隧穿氧化层上制备富硅的氮化硅层，富硅的氮化硅层的Si/N比是恒定的；在富硅的氮化硅层上制备硅含量渐变的氮化硅层；以及在硅含量渐变的氮化硅层上制备阻挡氧化层；其中，硅含量渐变的氮化硅层在从所述富硅的氮化硅层到所述阻挡氧化层的方向上硅含量渐少。通过改进SONOS结构中的氮化硅层结构，形成一层富硅的氮化硅层和渐变氮化硅层；由于富硅的氮化硅层中有更多的浅陷阱能级，有利于捕获电荷，增加编译和擦除的速度。并且，这些电荷被限制在Si/N渐变的氮化硅层中富氮的氮化硅层中较深的陷阱能级能够增加电荷的保留时间，使器件的可靠性增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，更具体地说，本专利技术涉及ー种SONOS结构制造方法以及SONOS结构。
技术介绍
随着半导体存储器件的小型化、微型化，传统多晶硅浮栅存储因为叠层厚度过大，对隧穿氧化层绝缘性要求过高而难以适应未来存储器的发展要求。最近，基于绝缘性能优异的氮化娃的 SONOS (Polysi Iicon-Oxide-Nitride-Oxide-Si I icon,娃 / ニ氧化娃 / 氮化硅/ ニ氧化硅/硅)非易失性存储器件，以其相对于传统多晶硅浮栅存储器更强的电荷存储能力，易于实现小型化和エ艺简单等特性而重新受到重视。Kuo-Hong Wu(S0N0S device with tapered bandgap nitride layer, IEEE transcation on electron devices, Vol. 52,No. 5,May 2005. Kuo-Hong Wu, etc)提出一种基于S0N0S的锥形能带的结构，即通过控制反应气体的流速比来控制生成的氮化硅层原子数比，使得靠近隧穿氧化层2 (图I)部分的氮化硅含有较多的Si (图I中的渐变的氮化硅层5的下部)，而靠近阻挡氧化层3的氮化硅含有较多的N (图I中的渐变的氮化硅层5的上部)，Si/N比是逐渐变化的，最终氮化硅层的能带结构是锥形的如图I。在P/E最佳操作电压下，对标准氮化硅层、锥形能带结构氮化硅层进行测试，发现具有锥形能带结构的氮化硅器件有较大的阈值电压偏移和更大的存储窗ロ。通过对新器件的耐久能力进行测试，发现新器件在P/E循环IO6次后，仍未观察到耐久能力的退化。室温下器件的电荷保持能力没有得到改善，但由于有较大的阈值电压偏移，运用外推法推測，经过10年后依然还有I. 3V的存储窗ロ。但是这个锥形的能带结构由于浅陷阱能级较少，使其初始的编译和擦除速度较慢。对于S0N0S的能带改进的方法，中国专利(申请号200910057131. 2)和CHIEN HC等人的文章(Two2bit S0N0S type flash using a band engineering in the nit ridelayer. Microelectronic Engineering, 2005,80 (17) :256-259. CHIEN H C et al.)提出了ー种改进的锥形结构(橄榄型的能带结构)，将通过控制L PCVD过程中反应气体的流速比，使靠近隧穿氧化层2和阻挡氧化层3部分的氮化硅层中Si含量较多，中间部分N含量较高，最終形成的S0N0S器件的能带结构如图2所示。从能带图上分析，在氮化层与相邻氧化硅层界面势垒高度要比标准情况下大，这样被存储的电荷不容易从氮化硅层中脱离，数据的保持性得以提高；此外，从衬底注入的电荷先分布在较浅的俘获点，然后迁移到临近较深的俘获点，这种非均匀结构的氮化硅层比均匀的氮化硅层具有更高的电荷俘获效率。对这种新器件进行性能测试，并与标准的氮化硅层器件和锥形能带结构的氮化硅层器件比较，发现其阈值电压移动和P/E操作窗ロ都比较大；室温下耐久能力和电荷保持能力与锥形能带结构的氮化硅层器件相近，均比标准氮化硅层器件的性能好。但这个改进也没有对初始的编译擦除速度有明显的改善。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够改善具有锥形能带氮化硅SONOS器件编译和擦除速度的方法。根据本专利技术的第一方面，提供了ー种SONOS结构制造方法，其包括在衬底上制备隧穿氧化层；在所述隧穿氧化层上制备富硅的氮化硅层，所述富硅的氮化硅层的Si/N比是恒定的；在所述富硅的氮化硅层上制备硅含量渐变的氮化硅层；以及在所述硅含量渐变的氮化硅层上制备阻挡氧化层；其中，所述硅含量渐变的氮化硅层在从所述富硅的氮化硅层到所述阻挡氧化层的方向上硅含量渐少。优选地，所述的SONOS结构制造方法还包括在所述阻挡氧化层上制备制备栅电扱。优选地，在所述在所述隧穿氧化层上制备富硅的氮化硅层的步骤中，エ艺气体的条件为 SiH2Cl2/NH3 = 2. 07。优选地，在所述在所述富硅的氮化硅层上制备硅含量渐变的氮化硅层的步骤中，SiH2C12/NH3的值随着时间逐渐变小，并最终变为SiH2Cl2/NH3 = 0. I。优选地，所述富硅的氮化硅层的厚度是所述硅含量渐变的氮化硅层5的厚度的1/10 至 1/2。根据本专利技术的第二方面，提供了一种根据本专利技术第一方面所述的SONOS结构制造方法制成的SONOS结构，其包括布置在衬底上的隧穿氧化层、布置在所述隧穿氧化层上的富硅的氮化硅层、布置在所述富硅的氮化硅层上的硅含量渐变的氮化硅层、布置在所述硅含量渐变的氮化硅层的阻挡氧化层、以及布置在所述阻挡氧化层上的栅电扱；其中，所述富硅的氮化硅层的Si/N比是恒定的，并且所述硅含量渐变的氮化硅层在从所述富硅的氮化硅层到所述阻挡氧化层的方向上硅含量渐少。优选地，所述富硅的氮化硅层的厚度是所述硅含量渐变的氮化硅层5的厚度的1/10 至 1/2。根据本专利技术，通过改进SONOS结构中的氮化硅层结构，形成ー层富硅的氮化硅层和渐变氮化硅层；由于富硅的氮化硅层中有更多的浅陷阱能级，有利于捕获电荷，増加编译和擦除的速度。并且，由渐变氮化硅层产生的深陷阱能级可以接收浅陷阱能级通过水平跳跃的电荷，这样不仅得到更多的电荷，而且这些电荷被限制在Si/N渐变的氮化硅层中富氮的氮化硅层中较深的陷阱能级能够增加电荷的保留时间，使器件的可靠性增加。此外，这种结构不仅可以改善渐变氮化硅层的初始编译和擦除速度，而且可以通过调节硅含量高的氮化硅层和渐变氮化硅层厚度的比例来实现不同的编译和擦除速度，有广泛的适用范围。附图说明 结合附图，并通过參考下面的详细描述，将会更容易地对本专利技术有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图I是根据现有技术的形成具有锥形带隙氮化硅层SONOS器件的示意图。图2是根据现有技术的改进的具有渐变氮化硅层SONOS结构的能带示意图。图3是根据本专利技术实施例的具有富硅的氮化硅层和渐变氮化硅层的SONOS结构。图4是根据本专利技术实施例的改进的具有高硅含量氮化硅层和渐变氮化硅层的SONOS结构能级示意图。需要说明的是，附图用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。具体实施例方式为了使本专利技术的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本专利技术的内容进行详细描述。图3是根据本专利技术实施例的具有富硅的氮化硅层和渐变氮化硅层的SONOS结构。如图3所示，在形成SONOS结构栅极的过程中，先在P型衬底I上制备ー层隧穿氧化层2，然后在隧穿氧化层2上制备ー层富硅的氮化硅层502，然后在这层富硅的氮化硅层502上形成硅含量渐变的氮化硅层5，直到形成富氮的氮化硅层501。硅含量渐变的氮化硅 层5在从富娃的氮化娃层502到阻挡氧化层3的方向上娃含量渐少。可以通过控制含硅和含氮气体的比率或是流速来实现不同硅含量和氮含量氮化硅层如图3所示的这些氮化硅层。基于以前的氮化硅淀积方法，这种硅含量较高的结构是可以实现的。例如，本改进方案可以应用在具有SONOS栅极结构的器件中，在形成SONOS结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SONOS结构制造方法，其特征在于包括 在衬底上制备隧穿氧化层； 在所述隧穿氧化层上制备富硅的氮化硅层，所述富硅的氮化硅层的Si/N比是恒定的； 在所述富硅的氮化硅层上制备硅含量渐变的氮化硅层；以及 在所述硅含量渐变的氮化硅层上制备阻挡氧化层； 其中，所述硅含量渐变的氮化硅层在从所述富硅的氮化硅层到所述阻挡氧化层的方向上硅含量渐少。2.根据权利要求I所述的SONOS结构制造方法，其特征在于还包括在所述阻挡氧化层上制备制备栅电极。3.根据权利要求I或2所述的SONOS结构制造方法，其特征在于，在所述隧穿氧化层上制备富硅的氮化硅层的步骤中，工艺气体的条件为SiH2Cl2/NH3 = 2. 07。4.根据权利要求I或2所述的SONOS结构制造方法，其特征在于，在所述富硅的氮化硅层上制备硅含量渐变的氮化硅层的步骤中，SiH2Cl2/NH3...

【专利技术属性】
技术研发人员：田志，谢欣云，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：