[发明专利]提升SONOS数据保持能力的单晶硅无损伤隧穿窗口集成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造领域的方法，特别涉及一种单晶硅无损伤隧穿窗口集成方法。

背景技术

SONOS闪存器件，因为具备良好的等比例缩小特性，低功耗性和抗辐照特性而成为目前主要的闪存类型之一。但是其自身结构的固有特性存在一些缺点：如其三明治ONO膜层结构中，底部的隧穿氧化膜非常的薄(10～20A)，这使得数据的保存能力和EEPROM相比表现不甚理想。所以如何提高SONOS的数据保存能力一直是很有挑战性的课题。

目前常用的SONOS平台采用的隧穿窗口集成工艺，存在一些固有的缺点：1)采用原子量相对较大的砷(As)作为隧穿窗口沟道注入的元素，对窗口衬底表面的单晶硅晶格起到了损伤；2)在隧穿窗口湿法刻蚀时采用了对单晶硅表面具有损伤的含氨根官能团药液(图1)。

以上的两步工艺使得隧穿窗口衬底的单晶硅表面变得粗糙，类似于多晶硅，使其在后续的隧穿氧化膜中形成了所谓的“textured polyoxide”，即粗糙的多晶硅氧化膜。多晶硅氧化膜的相对粗糙的界面，导致本地电场在氧化膜---衬底界面局部升高，从而大大提升了电子的隧穿能力(图2)。这就导致即时在比较低的操作电压下，电子也比较容易地从氮化膜陷阱层中反向隧穿到衬底中去，从而降低了数据保存力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种本发明实现的对硅衬底无损伤的隧穿窗口集成工艺，使得后续氧化生成的隧穿氧化膜具有平滑的界面特性，降低了局部电场强化的几率，也降低了电子反向隧穿的几率，从而提高电荷的存储能力以及写入/擦除后的阈值电压窗口。

本发明为解决以上技术问题，提供了一种提升SONOS数据保持能力的单晶硅无损伤隧穿窗口集成方法，包括以下步骤：隧穿窗口干法刻蚀；隧穿窗口采用磷元素进行沟道注入；高温退火，修复离子注入对衬底的损伤；隧穿窗口氧化膜湿法刻蚀，采用氢氟酸作为对衬底表面无损伤的湿法药液。

本发明的有益效果在于：使得后续氧化生成的隧穿氧化膜具有平滑的界面特性，降低了局部电场强化的几率，也降低了电子反向隧穿的几率，从而提高电荷的存储能力以及写入或擦除后的阈值电压窗口。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是As沟道和含NH4+根的湿法注入对衬底晶格的损伤示意图；

图2是多晶硅氧化膜能带以及局部的电场强度提升示意图；

图3是隧穿窗口干法刻蚀示意图；

图4是隧穿窗口沟道注入以及后续的高温退火工艺示意图；

图5是硅无损隧穿窗口湿法刻蚀示意图；

图6是去胶工艺流程示意图；

图7是ONO三明治膜层生长示意图；

图8是本发明实施例方法流程图。

具体实施方式

本发明公布了一种改良的隧穿窗口集成工艺，采用对衬底表面晶格具有较小轰击损伤的磷元素作为沟道注入得杂质，此外采用含氢氟酸的药液来进行窗口氧化膜湿法刻，从而将对衬底单晶硅表面的损伤降到最低程度。这样使得隧穿氧化膜与衬底的界面变得平滑，降低局部电场强度，从而降低电子反向隧穿的几率，提升数据保存力。如图3-图8所示，其主要工艺流程如下：

第一步，隧穿窗口干法刻蚀。这步工艺采用正常的干法刻蚀工艺。

第二步，隧穿窗口采用具有较小分子量，对衬底损伤较小的的磷元素进行沟道注入。

第三步，高温退火，修复离子注入对衬底的损伤。

第四步，隧穿窗口氧化膜湿法刻蚀。这步工艺采用含氢氟酸的对衬底表面无损伤的湿法药液。

第五步，等离子干法去胶或湿法去胶

第六步，ONO三明治膜层生长。

本发明具有BARC对氧化膜的高选择比，采用分子量较小的施主参杂元素磷，降低离子注入对衬底的损伤，使得后续氧化生成的隧穿氧化膜具有平滑的界面特性，降低了局部电场强化的几率，也降低了电子反向隧穿的几率，从而提高电荷的存储能力以及写入/擦除后的阈值电压窗口。

其中，本发明磷元素的注入剂量在2.0E12～4.0E12ions/cm²之间，其优选的计量为3.0E12ions/cm²。

磷元素的注入能量在25kev～35kev之间，其优选的注入能量为30kev。

本实施例第三步所述的高温退火，其退火温度在1000～1100℃之间，其优选的温度为1050℃。