[发明专利]SONOS结构制造方法以及SONOS结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种SONOS结构制造方法以及SONOS结构。

背景技术

随着半导体存储器件的小型化、微型化，传统多晶硅浮栅存储因为叠层厚度过大，对隧穿氧化层绝缘性要求过高而难以适应未来存储器的发展要求。最近，基于绝缘性能优异的氮化硅的SONOS(Polysilicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon，硅/二氧化硅/氮化硅/二氧化硅/硅)非易失性存储器件，以其相对于传统多晶硅浮栅存储器更强的电荷存储能力，易于实现小型化和工艺简单等特性而重新受到重视。

Kuo-Hong Wu(SONOS device with tapered bandgap nitride layer，IEEE transcation on electron devices，Vol.52，No.5，May 2005.Kuo-Hong Wu，etc)提出一种基于SONOS的锥形能带的结构，即通过控制反应气体的流速比来控制生成的氮化硅层原子数比，使得靠近隧穿氧化层2(图1)部分的氮化硅含有较多的Si(图1中的渐变的氮化硅层5的下部)，而靠近阻挡氧化层3的氮化硅含有较多的N(图1中的渐变的氮化硅层5的上部)，Si/N比是逐渐变化的，最终氮化硅层的能带结构是锥形的如图1。在P/E最佳操作电压下，对标准氮化硅层、锥形能带结构氮化硅层进行测试，发现具有锥形能带结构的氮化硅器件有较大的阈值电压偏移和更大的存储窗口。通过对新器件的耐久能力进行测试，发现新器件在P/E循环10⁶次后，仍未观察到耐久能力的退化。室温下器件的电荷保持能力没有得到改善，但由于有较大的阈值电压偏移，运用外推法推测，经过10年后依然还有1.3V的存储窗口。但是这个锥形的能带结构由于浅陷阱能级较少，使其初始的编译和擦除速度较慢。

对于SONOS的能带改进的方法，中国专利(申请号：200910057131.2)和CHIEN H C等人的文章(Two2bit SONOS type flash using a band engineering in the nit ride layer.Microelectronic Engineering，2005，80(17)：256-259.CHIEN H C et al.)提出了一种改进的锥形结构(橄榄型的能带结构)，将通过控制L PCVD过程中反应气体的流速比，使靠近隧穿氧化层2和阻挡氧化层3部分的氮化硅层中Si含量较多，中间部分N含量较高，最终形成的SONOS器件的能带结构如图2所示。从能带图上分析，在氮化层与相邻氧化硅层界面势垒高度要比标准情况下大，这样被存储的电荷不容易从氮化硅层中脱离，数据的保持性得以提高；此外，从衬底注入的电荷先分布在较浅的俘获点，然后迁移到临近较深的俘获点，这种非均匀结构的氮化硅层比均匀的氮化硅层具有更高的电荷俘获效率。对这种新器件进行性能测试，并与标准的氮化硅层器件和锥形能带结构的氮化硅层器件比较，发现其阈值电压移动和P/E操作窗口都比较大；室温下耐久能力和电荷保持能力与锥形能带结构的氮化硅层器件相近，均比标准氮化硅层器件的性能好。但这个改进也没有对初始的编译擦除速度有明显的改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够改善具有锥形能带氮化硅SONOS器件编译和擦除速度的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种SONOS结构制造方法，其包括：在衬底上制备隧穿氧化层；在所述隧穿氧化层上制备富硅的氮化硅层，所述富硅的氮化硅层的Si/N比是恒定的；在所述富硅的氮化硅层上制备硅含量渐变的氮化硅层；以及在所述硅含量渐变的氮化硅层上制备阻挡氧化层；其中，所述硅含量渐变的氮化硅层在从所述富硅的氮化硅层到所述阻挡氧化层的方向上硅含量渐少。

优选地，所述的SONOS结构制造方法还包括：在所述阻挡氧化层上制备制备栅电极。

优选地，在所述在所述隧穿氧化层上制备富硅的氮化硅层的步骤中，工艺气体的条件为SiH₂Cl₂/NH₃＝2.07。

优选地，在所述在所述富硅的氮化硅层上制备硅含量渐变的氮化硅层的步骤中，SiH2Cl2/NH3的值随着时间逐渐变小，并最终变为SiH₂Cl₂/NH₃＝0.1。

优选地，所述富硅的氮化硅层的厚度是所述硅含量渐变的氮化硅层5的厚度的1/10至1/2。