專利名稱：利用臭氧氧化來提升sonos閃存器件可靠性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及一種利用臭氧氧化來提升SONOS 閃存器件可靠性的方法。
背景技術(shù)：
SONOS閃存器件(以氮化硅作為電荷存儲介質(zhì)的閃存器件)，因為具備良好的等比 例縮小特性和抗輻照特性而成為目前主要的閃存類型之一。SONOS閃存器件具備了很多優(yōu) 點，但在應(yīng)用上也面臨著許多問題。與SONOS閃存器件可靠性相關(guān)的問題主要有兩個一 是Endurance (耐久)特性，就是衡量SONOS器件在多次編程/擦除之后，器件特性方面可 能的退化。二是Data Retention (數(shù)據(jù)保持)特性，就是SONOS器件的數(shù)據(jù)保存能力。由 于SONOS器件中氮氧化層主要用于存儲電荷，而存儲電荷的多少和存儲能級的深度直接由 該層氮氧化層控制，因此對于該層氮氧化層的存儲電荷能力及面內(nèi)均一性的改善將直接決 定可靠性的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用臭氧氧化來提升SONOS閃存器件可靠 性的方法，該方法對ONO層的中間氮化層利用臭氧代替N2O氣體進行氧化摻雜，使得形成氮 氧化硅混合物的氧含量的面內(nèi)均一性得到調(diào)整，從而提高SONOS閃存器件可靠性的面內(nèi)均一性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種利用臭氧氧化來提升SONOS閃存器件可靠 性的方法，包括如下步驟第一步，在硅襯底上生長隧穿氧化層；第二步，在隧穿氧化層上生長氮氧化硅陷阱層，并同時用臭氧對該氮氧化硅陷阱 層進行氧化摻雜，形成氮氧化硅混合物，作為存儲電荷的介質(zhì)；第三步，在氮氧化硅陷阱層上生長高溫?zé)嵫趸瘜?。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明為一種通過利用臭氧代替N2O 氧化摻雜來提升SONOS閃存器件可靠性面內(nèi)均一性的方法。通過在生長ONO (氧化硅/氮化 硅/氧化硅)膜層時，對中間氮化層利用臭氧代替隊0氣體進行氧化摻雜，從而提高SONOS 閃存器件可靠性的面內(nèi)均一性。本發(fā)明工藝比較簡單，易于集成，可以用于批量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；其中，圖IA是本發(fā)明第一步完成后SONOS閃存器件 的截面圖；圖IB是本發(fā)明第二步完成后SONOS閃存器件的截面圖；圖IC是本發(fā)明第三步完 成后SONOS閃存器件的截面圖。其中，1為硅襯底，2為隧穿氧化層，3為氮氧化硅陷阱層，4 為高溫?zé)嵫趸瘜?。圖2是N2O氣體增加與減少實驗的硅片面內(nèi)可靠性壽命分布對比示意圖3是本發(fā)明采用的設(shè)備示意圖，其中，11是爐型管，12是晶舟，13是臭氧發(fā)生器， 14是氣體質(zhì)量流量計(MFC)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明為一種通過利用臭氧代替隊0氧化摻雜來提升SONOS閃存器件可靠性面內(nèi) 均一性的方法。通過在生長ONO (氧化硅/氮化硅/氧化硅)膜層時，對中間氮化層利用臭 氧代替隊0氣體進行氧化摻雜，從而使得形成氮氧化硅混合物的氧含量的面內(nèi)均一性得到 調(diào)整，從而使得氮化層里的陷阱數(shù)量更均衡，從而提高SONOS閃存器件可靠性的面內(nèi)均一 性。本發(fā)明主要的工藝流程包括如下步驟(如圖1)第一步，如圖IA所示，在硅襯底1上生長隧穿氧化層2。該步驟采用低壓高溫?zé)?氧化工藝，壓力控制為Imtorr 760torr，氧氣流量為Isccm 10ml，溫度控制為400°C 1200 "C。第二步，如圖IB所示，在隧穿氧化層2上生長氮氧化硅陷阱層3，并同時用臭氧 (O3)對氮氧化硅陷阱層3進行氧化摻雜，形成氮氧化硅混合物，作為存儲電荷的介質(zhì)。該 步驟采用常規(guī)的低壓化學(xué)氣相淀積工藝生長氮氧化硅陷阱層3，壓力控制為Imton 760torr, DCS (二氯二氫硅)流量為Isccm 10ml，氨氣流量為Isccm 10ml，O3流量為 Isccm 10ml，溫度控制為400°C 1200°C。該步驟利用臭氧代替N2O氣體進行氧化摻雜， 臭氧分子式為03，是氧的同素異形體，分子結(jié)構(gòu)呈三角形，是一種強氧化劑，水中的氧化還 原電位為2.07V。通常在現(xiàn)場通過電解法原理工作的臭氧發(fā)生器制備臭氧。該步驟所采用 的設(shè)備，通過對常規(guī)的低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備進行改造，添加臭氧發(fā)生器以及相對應(yīng)的輔 助設(shè)備，如圖3所示，該設(shè)備包括常規(guī)的低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備和臭氧發(fā)生器13，該低壓化 學(xué)氣相淀積設(shè)備包括爐型管11和晶舟12，該臭氧發(fā)生器13與該低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備的 入口相連，該低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備的入口還通入DCS、NH3和N2氣體，在各氣體管道上分 別安裝有氣體質(zhì)量流量計14。進行化學(xué)氣相淀積反應(yīng)時根據(jù)程序設(shè)定通入相應(yīng)流量的化 學(xué)氣體至爐型管11，在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)成薄膜，同時副產(chǎn)物及未完全反應(yīng)的化學(xué)氣體 (低壓化學(xué)氣相淀積的顆粒表現(xiàn)較好同時反應(yīng)效率較常壓反應(yīng)低)經(jīng)由設(shè)備的出口排出廢 氣至后續(xù)的廢氣收集處理裝置。臭氧的分解溫度低(超過270攝氏度會很快分解)，相對 于N2O的高溫分解可以使得形成的氮氧化硅混合物的氧含量的面內(nèi)均一性得到調(diào)整，從而 使得氮氧化硅陷阱層3里的陷阱數(shù)量更均衡，從而提高SONOS閃存器件可靠性的面內(nèi)均一 性。第三步，如圖IC所示，在氮氧化硅陷阱層3上生長高溫?zé)嵫趸瘜?。該步驟采用低 壓化學(xué)氣相淀積工藝，壓力控制為Imtorr 760torr，DCS (二氯二氫硅)流量為Isccm 10ml，N2O流量為Isccm 10ml，溫度控制為400°C 1200°C。上述結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)需根據(jù)相應(yīng)的控制和產(chǎn)能進行優(yōu)化調(diào)整。本發(fā)明通過在生長ONO (氧化硅/氮化硅/氧化硅)膜層時，對中間氮化層利用臭 氧代替隊0氣體進行氧化摻雜，從而使得形成的氮氧化硅混合物的氧含量的面內(nèi)均一性得 到調(diào)整。由圖2可以看出N2O氣體的多少對最終的可靠性壽命的分布有明顯的影響，因此
4選擇一種有更好面內(nèi)分布的摻氧方法可以更好的解決面內(nèi)可靠性壽命的分布問題。由于氮 氧化層里的氧含量決定了有效電荷陷阱的多少，因此氮氧化硅面內(nèi)均一性的調(diào)整使得氮化 層里的陷阱數(shù)量即電荷存儲數(shù)更均衡，從而提高SONOS閃存器件可靠性的面內(nèi)均一性。
權(quán)利要求
1.一種利用臭氧氧化來提升SONOS閃存器件可靠性的方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，在硅襯底上生長隧穿氧化層；第二步，在隧穿氧化層上生長氮氧化硅陷阱層，并同時用臭氧對該氮氧化硅陷阱層進 行氧化摻雜，形成氮氧化硅混合物，作為存儲電荷的介質(zhì)； 第三步，在氮氧化硅陷阱層上生長高溫?zé)嵫趸瘜印?br> 2.如權(quán)利要求1所述的利用臭氧氧化來提升SONOS閃存器件可靠性的方法，其特征在 于，第一步采用低壓高溫?zé)嵫趸に?，壓力控制為Imtorr 760torr，氧氣流量為Isccm 10ml，溫度控制為 400 1200 0C ο
3.如權(quán)利要求1所述的利用臭氧氧化來提升SONOS閃存器件可靠性的方法，其特征 在于，第二步中，采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝生長氮氧化硅陷阱層，壓力控制為Imton 760torr，二氯二氫硅流量為Isccm 10ml，氨氣流量為Isccm 10ml，臭氧流量為Isccm 10ml，溫度控制為 400 1200 0C ο
4.如權(quán)利要求1所述的利用臭氧氧化來提升SONOS閃存器件可靠性的方法，其特征在 于，第三步采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝，壓力控制為Imtorr 760torr，二氯二氫硅流量為 Isccm 10ml，隊0流量為Isccm 10ml，溫度控制為400°C 1200°C。
5.如權(quán)利要求1或3所述的利用臭氧氧化來提升SONOS閃存器件可靠性的方法，其特 征在于，第二步中采用的設(shè)備包括常規(guī)低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備和臭氧發(fā)生器，該臭氧發(fā)生 器與該低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備的入口相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用臭氧氧化來提升SONOS閃存器件可靠性的方法，包括如下步驟第一步，在硅襯底上生長隧穿氧化層；第二步，在隧穿氧化層上生長氮氧化硅陷阱層，并同時用臭氧對該氮氧化硅陷阱層進行氧化摻雜，形成氮氧化硅混合物，作為存儲電荷的介質(zhì)；第三步，在氮氧化硅陷阱層上生長高溫?zé)嵫趸瘜印Ｔ摲椒▽NO層的中間氮化層利用臭氧代替N2O氣體進行氧化摻雜，使得形成氮氧化硅混合物的氧含量的面內(nèi)均一性得到調(diào)整，從而提高SONOS閃存器件可靠性的面內(nèi)均一性。
文檔編號H01L21/8247GK102117778SQ20101002721
公開日2011年7月6日 申請日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
發(fā)明者孫勤, 楊欣 申請人:上海華虹Nec電子有限公司