[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2008年3月18日、申请号为200880007858.3、发明名称为“半导体装置及其制造方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有能够写入、读取和擦除的非易失性半导体存储元件的半导体装置。

请注意，在本说明书中“半导体装置”指的是能够使用半导体特性工作的一般装置，并且电光装置、半导体电路和电子装置都可以被认为是半导体装置。

背景技术

非易失性半导体存储元件是能够电重写并且即使当关闭电源时也能存储数据的半导体元件。作为非易失性半导体存储元件，具有与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的结构类似的结构的非易失性存储晶体管按照电荷存储装置被划分为两个主要的组。一组是其中电荷存储单元由沟道形成区和栅电极之间的导电层形成的浮栅(FG)型；另一组是金属-氧化物-氮化物-氧化物-硅(MONOS)型和金属-氮化物-氧化物-硅(MNOS)型，每一种类型都使用电荷俘获层作为电荷存储装置。

在许多MONOS存储晶体管和MNOS存储晶体管中，包含许多电荷陷阱的硅氮化物膜被用作电荷存储装置。为了改进MONOS存储晶体管和MNOS存储晶体管的电荷保持特性，已经对硅氮化物膜进行了研究。

例如，在参考文献1-4中，描述了通过提供具有两层结构的硅氮化物膜来改进存储晶体管的保持特性，所述两层结构包括不同的成分或成分比。在参考文献5中，描述了通过提供所形成的具有包含不同成分比的三层结构的硅氮化物膜来改进保持特性。

在参考文献1(日本已审查专利申请公开No.H2-59632)中，形成含Si-H键的硅氮化物膜作为下层，并形成几乎不含Si-H键的硅氮化物膜作为上层。具有上述两层结构的硅氮化物膜通过CVD方法形成，其中SiH₄和NH₃用作源材料，假设在形成作为下层的硅氮化物膜时的形成温度被设定为700℃-900℃，且在形成作为上层的硅氮化物膜时的形成温度被设定为900℃或更高。

在参考文献2(日本已审查专利申请公开No.S56-24547)中，形成含大量Si的硅氮化物膜作为下层，并形成含大量N的硅氮化物膜作为上层。为了形成具有上述两层结构的硅氮化物膜，使用CVD方法，其中SiH₄和NH₃用作源材料，在形成下层时将NH₃/SiH₄的流量比设定为50-150，且在形成上层时将NH₃/SiH₄的流量比设定为300以上。

在参考文献3(日本已公开专利申请No.S63-205965)中，通过CVD方法形成具有相对较高电导率的硅氮化物膜作为下层，并形成具有相对较低电导率的硅氮化物膜作为上层。以下描述了作为形成具有上述两层结构的硅氮化物膜的条件：加热温度为700℃-800℃，SiH₂Cl₂和NH₃用作源材料，在形成下层时将NH₃/SiH₂Cl₂的流量比设定为0.1-150，且在形成上层时将NH₃/SiH₂Cl₂的流量比设定为10-1000。

在参考文献4(日本已公开专利申请No.2002-203917)中，通过CVD方法形成具有两层结构的硅氮化物膜，其中将上层的电荷陷阱密度设定为高于下层的电荷陷阱密度。为了形成具有上述两层结构的硅氮化物膜，描述如下：SiH₄、SiH₂Cl₂等用作形成上层时所用的硅源气体，其中氯的成分比低于形成下层时所用的硅源气体的氯的成分比。在参考文献4中，通过改变硅源气体的氯的成分比，形成含数目大于Si-H键的Si-Cl键的硅氮化物膜作为下层，并形成含大量Si-H键的硅氮化物膜作为上层。

在参考文献5(日本已公开专利申请No.H3-9571)中，描述了具有三层结构的硅氮化物膜，其中第二层硅氮化物膜的电荷陷阱能级密度(level density)比其它层的更高，且第二层硅氮化物膜的Si浓度增加。为了形成具有上述三层结构的硅氮化物膜，在形成第二层时增加SiH₂Cl₂的流量。

发明内容

本发明的一个目的是改进非易失性半导体存储元件的电荷保持特性。