[发明专利]提高SONOS闪存可靠性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，且特别涉及提高SONOS闪存可靠性的方法。

背景技术

非易失性半导体存储单元是目前常用的存储技术之一，由于其具有成本低、密度大且在供电电源关闭后仍能保持内部信息等特点，被广泛应用于各个领域，包括嵌入式系统，如PC及外设、电信交换机、电话、网络互联设备、仪器仪表、汽车器件，以及各种新兴的语音图像存储类产品，如数码相机、数字录音机和个人数字助理等。

非易失性半导体存储器主要可由浮栅结构存储器或SONOS(硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅)结构存储器这两大主流技术之一实现，其存储介质和隧穿氧化层的厚度有较大差异。其中，SONOS结构存储器的隧穿氧化层的厚度虽然不如浮栅结构厚，然而由于其所用来俘获并存储电荷的氮化硅陷阱层是相对独立的，不会因为一个缺陷导致电荷的大量丢失，具有较好的可靠性。此外，SONOS结构存储器还具有抗擦写能力好、操作电压和功率低、工艺过程简单且与标准CMOS工艺兼容等优势。

现有的SONOS闪存工艺，通常在硅衬底上制备隧穿氧化层之后，直接制作氮化硅陷阱层，然后再制作高温热氧化层。SONOS闪存的电荷保持能力与硅-氧化硅界面态的质量密切相关。由于隧穿氧化层和硅衬底之间的界面可能存在一些悬挂键之类的不稳定状态，为陷阱层中的电荷提供了隧穿后的可供占据的空位，从而大大影响SONOS器件的可靠性。

现有技术中，为了修补氧化层当中的悬挂键及其它工艺损伤，通常采用在SONOS的隧穿氧化层工艺流程中的退火工艺中增加适当的含氮气体，例如氮气、氘化氮等，以改善器件的擦除深度和编程速度，从而使得SONOS器件的存储器性能得到优化。申请号为200910057130、名称为“采用ND3退火来提高SONOS闪存器件可靠性的方法”的中国专利申请，以及申请号为200910201757、名称为“采用ND3和N2混和气体退火制造SONOS闪存器件的方法”的中国专利申请分别公开了在退火工艺中采用氘化氮、或氘化氮和氮气的混和气体，以提高SONOS器件的可靠性。

发明内容

本发明提供了一种提高SONOS可靠性的方法，通过氢气快速退火的工艺，改善了SONOS界面态，从而提高了SONOS可靠性。

为了实现上述技术目的，本发明提出一种提高SONOS可靠性的方法，包括：提供衬底；在所述衬底上依次制备第一氧化层、氮化硅陷阱层、第二氧化层及栅电极；其中，在上述制备过程中，采用氢气进行快速退火。

可选的，所述氢气快速退火设置在制备完第一氧化层之后，或设置在制备完第二氧化层之后，或设置在形成栅电极之后，或为上述任意两种或两种以上的组合。

可选的，所述方法包括：提供硅衬底；在所述硅衬底上制备第一氧化层；采用氢气进行快速退火；分别依次制备氮化硅陷阱层、第二氧化层以及栅电极。

可选的，所述方法包括：提供硅衬底；在所述硅衬底上依次制备第一氧化层，氮化硅陷阱层以及第二氧化层；采用氢气进行快速退火；制备栅电极。

可选的，所述方法包括：提供硅衬底；在所述硅衬底上制备第一氧化层；采用氢气进行第一次快速退火；在所述第一氧化层上依次制备氮化硅陷阱层以及第二氧化层；采用氢气进行第二次快速退火；制备栅电极。

可选的，所述方法包括：提供硅衬底；在所述硅衬底上依次制备第一氧化层、氮化硅陷阱层、第二氧化层以及栅电极；采用氢气进行快速退火。

可选的，所述采用氢气进行快速退火时，退火温度为380摄氏度至500摄氏度，退火时间为20秒至40秒。

可选的，所述退火温度为410摄氏度，退火时间为30秒。

相较于现有技术，本发明通过在制备完第一氧化层之后，或在制备完第二氧化层之后，或在形成栅电极之后，才用氢气快速退火工艺，有效地改善了硅衬底与第一氧化层、或第二氧化层、或栅电极的界面态，使得SONOS闪存无论在擦除数据或是写入数据时，其阈值电压都较为稳定，有效地延长了其使用寿命，提高了器件的可靠性。

附图说明

图1为本发明提高SONOS可靠性的方法一种实施方式的流程示意图；

图2至图5为本发明提高SONOS可靠性的方法不同具体实施方式的流程示意图；

图6为采用氢气退火和不采用氢气退火时数据擦除阈值电压示意图；

图7为采用氢气退火和不采用氢气退火时数据写入阈值电压示意图。

具体实施方式