[发明专利]用于制造非易失性电荷俘获存储器装置的自由基氧化工艺

说明书

本申请涉及用于制造非易失性电荷俘获存储器装置的自由基氧化工艺，具体描述一种用于制造非易失性电荷俘获存储器装置的方法。方法包括使衬底经受第一氧化工艺以形成覆盖多晶硅沟道的隧穿氧化物层，并且在隧穿氧化物层上形成多层电荷存储层，所述多层电荷存储层包括含有氮化物的富氧的第一层以及在第一层上的含有氮化物的贫氧的第二层。然后，使衬底经受第二氧化工艺以消耗一部分的第二层并且形成覆盖多层电荷存储层的高温氧化物(HTO)层。第一层的化学计量组成导致其大体上没有陷阱，并且第二层的化学计量组成导致其是陷阱密集的。第二氧化工艺可以包括使用原位水汽生成的等离子体氧化工艺或自由基氧化工艺。

本申请是申请日为2013年7月1日，申请号为201380031969.9，发明名称为“用于制造非易失性电荷俘获存储器装置的自由基氧化工艺”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是2008年8月25日提交的共同未决的美国申请序列号第12/197,466号的部分继续申请，该美国申请序列号第12/197,466号是2008年5月21日提交的美国申请序列号第12/124,855号的继续申请，该美国申请序列号第12/124,855号在35U.S.C.119(e)下要求于2007年5月25日提交的美国临时专利申请序列号第60/940,139号和于2007年11月9日提交的美国临时申请第60/986,637号的优先权权益，所有的这些申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施方案属于半导体制造领域，并且特别地属于半导体装置制造领域。

背景

在过去的几十年中，对集成电路中的特征的缩放一直是支持日益增长的半导体工业的驱动力。缩放到越来越小的特征使得在半导体芯片的有限基板面上的增加的功能元件密度成为可能。例如，缩小的晶体管尺寸允许在芯片上包含增加数目的存储器装置，这赋予制造的产品增加的容量。然而，对越来越多的容量的驱动并非没有问题存在。优化每个装置的性能的必要性变得愈发重要。

非易失性半导体存储器通常使用堆叠式浮栅类型的场效应晶体管。在此类晶体管中，电子被注入到通过偏置控制栅并且使衬底的主体区接地而被编程的存储器单元的浮栅内，存储器单元形成在该衬底上。氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆叠被用作如在半导体-氧化物-氮化物-氧化物-半导体(SONOS)晶体管中的电荷存储层，或被用作如在分栅闪速晶体管中的浮栅和控制栅之间的隔离层。图1示出常规的非易失性电荷俘获存储器装置的横截面视图。

参考图1，半导体装置100包括SONOS栅极堆叠104，该SONOS栅极堆叠104包括在硅衬底102上形成的常规的ONO部分106。半导体装置100还包括在SONOS栅极堆叠104的任一侧上的源极区和漏极区110以界定沟道区112。SONOS栅极堆叠104包括在ONO部分106上形成并且与ONO部分106接触的多晶硅栅极层108。多晶硅栅极层108通过ONO部分106与硅衬底102电气隔离。ONO部分106通常包括隧穿氧化物层106A、氮化物或氮氧化物电荷俘获层106B以及上覆氮化物或氮氧化物层106B的顶部氧化物层106C。

伴随常规的SONOS晶体管的一个问题是由于经过该层的泄漏电流而在氮化物或氮氧化物层106B中的差的数据保留，其限制半导体装置100的寿命及其在若干应用中的用途。

发明内容

本申请提供了以下内容：

1)一种制造存储器装置的方法，包括：使衬底经受第一氧化工艺以形成覆盖沟道的隧穿氧化物层，所述沟道连接在所述衬底中形成的所述存储器装置的源极和漏极，其中所述沟道包括多晶硅；形成覆盖所述隧穿氧化物层的多层电荷存储层，所述多层电荷存储层包括富氧的第一层和贫氧的第二层，所述第一层含有氮化物、在所述隧穿氧化物层上，其中所述第一层的化学计量组成导致其大体上没有陷阱，所述第二层含有氮化物、在所述第一层上，其中所述第二层的化学计量组成导致其是陷阱密集的；以及使所述衬底经受第二氧化工艺以消耗所述第二层的一部分并且形成覆盖所述多层电荷存储层的高温氧化物HTO层。