專利名稱：一種基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器 的制備方法。
背景技術(shù)：
自從1967年貝爾實驗室的D. Kahng和S. M. Sze提出了浮柵結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲 器以來，基于柵堆疊的MOSFET結(jié)構(gòu)的浮柵半導(dǎo)體存儲器就在容量、成本和功耗上以占有極大 的優(yōu)勢取代了之前長期使用的磁存儲器。在此基礎(chǔ)上，日本東芝公司在1984年成功提出了 Flash存儲器的概念，直到現(xiàn)在Flash存儲器仍然是非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器市場上的主流器件 ，但是隨著微電子技術(shù)節(jié)點不斷向前推進，工藝線寬的將進一步減小，基于浮柵結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng) Flash器件正在遭遇嚴(yán)重的技術(shù)難點，主要原因是由于隧穿介質(zhì)層的持續(xù)減薄，漏電現(xiàn)象越 發(fā)嚴(yán)重，嚴(yán)重限制了Flash器件的可縮小化，導(dǎo)致浮柵存儲器件的密度難以提升。目前解決 此類問題的解決方案有兩種。 一種革命式方案，就是采用完全不同存儲機理和結(jié)構(gòu)的存儲介 質(zhì)，如RRAM， FeRAM， PCRAM等；另外一種改進型方案，就是在現(xiàn)有非揮發(fā)性浮柵存儲器的基 礎(chǔ)上，采用新的浮柵存儲介質(zhì)，如Nitride，納米晶等。對于前一種方案，由于采用兩端式 存儲結(jié)構(gòu)，存儲單元占用芯片的面積會大幅減少，密度可以進一步提高，但是在這種方案當(dāng) 中，有的與傳統(tǒng)CMOS工藝的兼容性不是很高，需要增加額外的工藝步驟，有的存儲機理還有 待進一步研究，因此目前還不是很成熟。而對于第二種方案，采用氮化硅，非金屬納米晶， 幾乎與傳統(tǒng)CMOS工藝完全兼容，甚至不需要增加額外的光刻模板，對于目前65nm以下的非揮 發(fā)性浮柵存儲器領(lǐng)域，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。
但是氮化硅和硅納米晶浮柵的存儲器都存在著電荷存儲能力不足的問題。相比之下，氮 化硅浮柵的存儲窗口稍大，但是保持特性較差，而硅納米晶浮柵的電荷存儲能力較小，但是 保持特性較好。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中氮化硅浮柵保持特性較差、硅納米晶浮柵的電荷存儲能力較小的問 題，本發(fā)明提供了一種基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，氮化處理硅納米晶表 面可以增加表面態(tài)，增加電荷存儲容量，從而可以較大地提高存儲窗口，增強器件存儲窗口
4的保持特性。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 一種基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器 的制備方法，所述方法包括
(1) 在硅襯底上生長遂穿介質(zhì)層，并在所述遂穿介質(zhì)層上表面生長硅納米晶；
(2) 對所述硅納米晶進行氮化處理，并在氮化處理后的硅納米晶表面淀積控制柵介質(zhì) 層，所述控制柵介質(zhì)層上淀積多晶硅；
(3) 刻蝕多層結(jié)構(gòu)到硅襯底，形成制作柵側(cè)墻、源極和漏極的區(qū)域；
(4) 制作柵側(cè)墻、柵極、源極和漏極，形成浮柵存儲器。 所述遂穿介質(zhì)層為熱氧化生成的二氧化硅，厚度為3 4nm。 所述步驟(1)中生長硅納米晶的步驟具體包括
a. 用稀釋氫氟酸處理所述遂穿介質(zhì)層表面；
b. 采用低壓化學(xué)氣相沉積方法在所述隧穿介質(zhì)層上表面淀積一層硅納米晶。 所述低壓化學(xué)氣相沉積方法淀積硅納米晶所用的氣體為硅烷，溫度為550-62(TC，氣壓
為35mTorr。
所述步驟(2)中氮化處理是用N2、 N20、 N0和N02中的一種或幾種氣體在900-110(TC對所 述硅納米晶進行氮化處理，在所述硅納米晶表面生成Si3N4。
所述步驟(2)中控制柵介質(zhì)層是采用低壓化學(xué)氣相沉積方法在所述硅納米晶上淀積生 成的二氧化硅，厚度為7 12nm。
所述步驟(2)中多晶硅是采用低壓化學(xué)氣相沉積方法在所述控制柵介質(zhì)層上淀積而成的。
所述步驟(2)中多晶硅厚度為200 400nm。 所述步驟(3)中刻蝕的工藝為等離子體刻蝕工藝。
所述步驟(4)中制作柵側(cè)墻是利用等離子體化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層400 600nm的 二氧化硅，并各向異性刻蝕出柵側(cè)墻。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
1、 利用本發(fā)明，可得到具有增大硅納米晶存儲介質(zhì)表面態(tài)的浮柵結(jié)構(gòu)，可以增大存儲 窗口。
2、 利用本發(fā)明，可得到一種分立存儲介質(zhì)的硅納米晶，提高浮柵電荷存儲的保持特性
3、 利用本發(fā)明，可得到LPCVD制作的硅納米晶，這種方法與傳統(tǒng)CMOS工藝完全兼容，可以提高器件制造的成品率，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1 圖8是本發(fā)明實施例的工藝流程圖。 附圖標(biāo)記
l-柵極；2-多晶硅；3-控制柵介質(zhì)層；4-硅納米晶；5-柵側(cè)墻； 6-遂穿介質(zhì)層；7-硅襯底；8- Si3N4; 9-源極；10-漏極。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進 一步地詳細描述。
本發(fā)明是采用氮化硅和硅納米晶復(fù)合介質(zhì)作為非揮發(fā)性存儲器當(dāng)中的浮柵層，可以使得 浮柵層存儲電荷的能力增大，從而可以提高存儲窗口。
一種基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其步驟如下
(1) 在硅襯底7上生長遂穿介質(zhì)層6，所述遂穿介質(zhì)層6為熱氧化生成的二氧化硅，厚度 為3 4nm，如圖l所示；
(2) 先用稀釋氫氟酸處理遂穿介質(zhì)層6表面，再采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法 在隧穿介質(zhì)層6上表面淀積一層高密度的硅納米晶4，如圖2所示；低壓化學(xué)氣相沉積( LPCVD)方法淀積硅納米晶所用的氣體為硅烷，溫度為550-62(TC，氣壓為35mTorr;
(3) 用N2、 N20、 N0和N02中的一種或幾種氣體在900-110(TC對硅納米晶4進行快速氮化 處理，使硅納米晶4表面生成一層Si3N48，如圖3所示；
(4) 在硅納米晶4表面淀積控制柵介質(zhì)層3，控制柵介質(zhì)層3是采用低壓化學(xué)氣相沉積( LPCVD)方法在硅納米晶4上淀積生成的一層致密的二氧化硅，厚度為7 12nm，如圖4所示；
(5) 采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法在控制柵介質(zhì)層3上淀積多晶硅2，多晶硅2 厚度為200 400nm，如圖5所示；
(6) 用等離子體一步刻蝕多層結(jié)構(gòu)，刻蝕到硅襯底1形成制作柵側(cè)墻5、源極9和漏極 IO的區(qū)域，如圖6所示；
(7) 利用高密度等離子體化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層400 600nm的二氧化硅，再各向 異性刻蝕出柵側(cè)墻5，如圖7所示；
(8) 制作柵極l、源極9和漏極10，形成浮柵存儲器，如圖8所示。 本發(fā)明采用對硅納米晶進行氮化處理的方法，既可以增加分立的硅納米晶的表面態(tài)，增
大存儲窗口，也可以保留浮柵存儲器分立存儲的特性，增強保持特性。且本發(fā)明與傳統(tǒng)
6CMOS工藝完全兼容，可以提高器件制造的成品率，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明 ，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述方法包括(1)在硅襯底上生長遂穿介質(zhì)層，并在所述遂穿介質(zhì)層上表面生長硅納米晶；(2)對所述硅納米晶進行氮化處理，并在氮化處理后的硅納米晶表面淀積控制柵介質(zhì)層，所述控制柵介質(zhì)層上淀積多晶硅；(3)刻蝕多層結(jié)構(gòu)到硅襯底，形成制作柵側(cè)墻、源極和漏極的區(qū)域；(4)制作柵側(cè)墻、柵極、源極和漏極，形成浮柵存儲器。
2.如權(quán)利要求l所述的基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述 遂穿介質(zhì)層為熱氧化生成的二氧化硅，厚度為3 4nm。
3.如權(quán)利要求l所述的基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述 步驟(1)中生長硅納米晶的步驟具體包括a. 用稀釋氫氟酸處理所述遂穿介質(zhì)層表面；b. 采用低壓化學(xué)氣相沉積方法在所述隧穿介質(zhì)層上表面淀積一層硅納米晶。
4.如權(quán)利要求3所述的基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述 低壓化學(xué)氣相沉積方法淀積硅納米晶所用的氣體為硅烷，溫度為550-62(TC，氣壓為 35mTorr。
5.如權(quán)利要求l所述的基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述 步驟(2)中氮化處理是用N2、 N20、 N0和N02中的一種或幾種氣體在900-110(TC對所述硅納米 晶進行氮化處理，在所述硅納米晶表面生成Si3N4。
6.如權(quán)利要求l所述的基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述 步驟(2)中控制柵介質(zhì)層是采用低壓化學(xué)氣相沉積方法在所述硅納米晶上淀積生成的二氧化硅，厚度為7 12nm。
7.如權(quán)利要求l所述的基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述 步驟(2)中多晶硅是采用低壓化學(xué)氣相沉積方法在所述控制柵介質(zhì)層上淀積而成的。
8.如權(quán)利要求7所述的基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述 步驟(2)中多晶硅厚度為200 400nm。
9.如權(quán)利要求l所述的基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述 步驟(3)中刻蝕的工藝為等離子體刻蝕工藝。
10.如權(quán)利要求l所述的基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，其特征在于所述 步驟(4)中制作柵側(cè)墻是利用等離子體化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層400 600nm的二氧化硅 ，并各向異性刻蝕出柵側(cè)墻。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于氮化處理的納米晶浮柵存儲器的制備方法，所述方法包括在硅襯底上生長遂穿介質(zhì)層，并在遂穿介質(zhì)層上表面生長硅納米晶；對硅納米晶進行氮化處理，在氮化處理后的硅納米晶表面淀積控制柵介質(zhì)層，控制柵介質(zhì)層上淀積多晶硅；刻蝕多層結(jié)構(gòu)到硅襯底，形成制作柵側(cè)墻和源電極、漏電極的區(qū)域；制作柵側(cè)墻、柵極、源極和漏極，形成浮柵存儲器。本發(fā)明可用于非揮發(fā)性存儲器的存儲單元，具有電荷存儲容量大，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容性好，易于批量生產(chǎn)。
文檔編號H01L21/336GK101556938SQ20091030249
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者明 劉, 楊瀟楠, 永 王, 琴 王, 謝常青, 龍世兵 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所