專利名稱：雙位氮化硅只讀存儲器制造方法及雙位氮化硅只讀存儲器的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發明涉及一種雙位氮化硅只讀存儲器制造方法及根據該雙位氮化硅只讀存儲制造方法制成的雙位氮化硅只讀存儲器。
背景技術：
氮化娃只讀存儲器NROM(nitride based read-only memory)技術由于能夠提供更高的存儲密度，快速的低電壓編程和低的費用而成為下一代非易失存儲器的有力競爭者。NROM具有與SONOS器件同樣簡單的結構，并且NROM的制造需要更少的掩模版數量，并且可以和標準的CMOS制作流程兼容。NROM使用熱電子注入的方式來編譯和擦除，以使其具有一個更快和更低的編譯閾值電壓，并且在門極介質的堆積中可以使用更厚的底部 氧化層(小于5nm)，這可以改善存儲電子的保存時間和減少讀的擾動。減少的過度擦除允許ー個舒適的1T/C設計，這和2T/C存儲器件結合為高密度非易失記憶器件的縮減提供了一個很適用的方法。雖然熱載流子注入引起的氧化物損傷仍然是器件的ー個關注，但NROM器件已經具有在150度條件下，保存10年的IOOk次循環的可靠性能。NROM用ONO (Oxide-Nitride-Oxide, ニ氧化娃/氮化娃/ ニ氧化娃)門極介質堆積存儲信息，和SONOS器件用FN隧穿或是直接隧穿來寫和擦除不同。NROM器件利用熱載流子注入來編譯和擦除。NROM的編譯利用熱電子注入來實現，利用熱空穴的注入來擦除。通過相互交換源和漏的終端，兩個物理分開的位可以儲存在同一個NROM器件的靠近源和漏的ONO堆積層中。NROM的編譯利用熱電子注入來實現溝道中的電子受到水平方向電場的加速，在漏端這些熱電子中的一部分有足夠能量的幸運電子受到有利的垂直電場，越過底部氧化層的勢壘，被注入到氮化硅層，如圖I所示。通過相互交換源和漏的終端，兩個物理分開的位可以儲存在同一個NROM器件的靠近源和漏的ONO堆積層中。NROM利用熱空穴的注入來實現擦除靠近漏端的熱空穴通過ー個深耗盡帶(導帯)到帶(價帶)的隧穿?？昭ǖ玫侥芰孔⑷隣NO堆棧層，在這里它們和受限制的電子復合，或者被限制在氮化硅層中，如圖2所示。在編譯和擦除的過程中，受限制的電荷和源/漏結的邊緣一致。通過交換兩端的讀寫可以實現如圖3所示的雙位存儲(bitl和bit2)，當漏端電壓足夠高來抑制由于位2所產生的窄的勢壘，第二個位的出現并不會影響位I的讀取，如圖4所示，其中示出了漏極電壓為Vd = OV及Vd = 3V的情況。然而，現有的NROM中的ONO結構中氮化硅層是用標準的均勻氮化硅層，當兩端儲存電荷時，會發生電荷的橫向轉移，造成擦除電壓的増大，發生過擦除，使閾值電壓發生漂移，影響器件的讀取和可靠性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供ー種防止閾值電壓的漂移并增強了器件的可靠性的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法及根據該雙位氮化硅只讀存儲制造方法制成的雙位氮化硅只讀存儲器。根據本發明的第一方面，提供了一種雙位氮化硅只讀存儲器制造方法，其包括在硅片上形成底層氧化硅層；在所述底層氧化硅層上形成氮化硅層；在所述氮化硅層上形成阻擋氧化硅層；在所述阻擋氧化硅層上形成控制柵層；在襯底上形成氧化硅側墻以及源極和漏扱；其中，所述氮化硅層包括富硅氮化硅層、以及位于富硅氮化硅層兩側的分別靠近源極和漏極的兩個漸變氮化硅層，并且其中，在所述兩個漸變氮化硅層中，在從所述底部氧化層到所述阻擋氧化層的方向上，硅含量逐漸減少，而氮含量逐漸増大。優選地，所述雙位氮化硅只讀存儲器制造方法還包括在襯底上形成源極和漏扱。優選地，所述雙位氮化硅只讀存儲器制造方法還包括在柵極兩側形成氧化硅側
J回O 優選地，在所述底層氧化硅層上形成氮化硅層的步驟中，通過控制含硅和含氮氣體的比率和流速來實現不同硅含量和氮含量氮化硅層。進ー步優選地，在所述底層氧化硅層上形成氮化硅層的步驟中，通過初始地設置SiH2Cl2/NH3 = 2. 07以在所述兩個漸變氮化硅層底部形成ー層富硅氮化硅層，然后逐漸減小SiH2Cl2/NH3的值，并且在形成最頂層的富氮氮化硅層時使得SiH2Cl2/NH3 = 0. I。優選地，所述富硅氮化硅層的硅含量和/或氮含量是均勻的。根據本發明的第二方面，提供了一種根據本發明第一方面所述的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法制成的雙位氮化硅只讀存儲器，其包括布置在襯底上的源極、漏極和柵極，其中所述柵極包括底層氧化硅層、布置在所述底層氧化硅層上的氮化硅層、布置在所述氮化硅層上的阻擋氧化硅層、以及布置在所述阻擋氧化硅層上的控制柵層；其中，所述氮化硅層包括富硅氮化硅層、以及位于富硅氮化硅層兩側的分別靠近源極和漏極的兩個漸變氮化硅層；其中，在所述兩個漸變氮化硅層中，在從底部氧化層到阻擋氧化層的方向上，硅含量逐漸減少，而氮含量逐漸増大。優選地，所述富硅氮化硅層的硅含量和/或氮含量是均勻的。根據本發明，通過改進雙位氮化硅只讀存儲器中氮化硅層的結構，在靠近源/漏端使用硅/氮含量漸變的氮化硅層，使得靠近底部氧化層是富硅氮化硅，靠近阻擋氧化層的是富氮的氮化硅層。這樣的漸變氮化硅層結構可以實現電荷的快速的累積，而且捕獲的電子從富硅氮化硅的淺能級可以跳躍到更深的富氮氮化硅的深陷阱能級中，可以實現大的電荷的捕獲。中間的氮化硅則使用富硅氮化硅層，其具有的淺能級對于已經限制在兩端富氮的氮化硅層中的電荷來說是ー個高的勢壘，這個高的勢壘阻擋了兩端電荷的橫向移動。使過擦出現象減小甚至消除，同時防止了閾值電壓的漂移，增強了器件的可靠性。


結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中圖I是氮化硅只讀存儲器的編譯過程示意圖。圖2是氮化硅只讀存儲器的擦除過程示意圖。圖3是實現雙位存儲的氮化硅只讀存儲器示意圖。圖4是氮化硅只讀存儲器的漏極為3伏時，位I和位2的勢壘示意圖。
圖5是根據本發明實施例的具有改善的氮化硅層的雙位氮化硅只讀存儲器的柵極結構示意圖。圖6是根據本發明實施例的縱向具有緩變氮化硅層的能帶結構示意圖。圖7是根據本發明實施例的橫向氮化硅層勢壘和能級示意圖。需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
具體實施例方式為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。圖5是根據本發明實施例的具有改善的氮化硅層的雙位氮化硅只讀存儲器的柵 極結構示意圖。如圖5所示，根據本發明實施例的雙位氮化硅只讀存儲器包括布置在P型襯底I上的源極S、漏極D和柵極，其中柵極包括底層氧化硅層2、布置在底層氧化硅層2上的氮化硅層、布置在氮化硅層上的阻擋氧化硅層4、以及布置在阻擋氧化硅層4上的控制柵層5。優選地，例如，柵極兩側具有氧化硅側墻6。其中，氮化硅層包括富硅氮化硅層31、以及位于富硅氮化硅層31兩側的分別靠近源極和漏極的兩個漸變氮化硅層32。其中，在兩個漸變氮化硅層32中，在從底部氧化層2到阻擋氧化層4的方向上，硅含量逐漸減少，而氮含量逐漸増大。在某個具體實施例中，富硅氮化硅層31的硅含量和/或氮含量是均勻的，從而使得制造エ藝變得簡單；當然，在其它實施例中，富硅氮化硅層31的硅含量和/或氮含量也可以是變化的。由此，根據本發明的上述實施例，通過改進雙位氮化硅只讀存儲器中氮化硅層的結構，在靠近源/漏端使用硅/氮含量漸變的氮化硅層，使得靠近底部氧化層2是富硅氮化硅321 (圖6)，靠近阻擋氧化層4的是富氮的氮化硅層322 (圖6)，如圖5所示。這樣的漸變氮化硅層結構可以實現電荷的快速的累積，而且捕獲的電子從富硅氮化硅的淺能級可以跳躍到更深的富氮氮化硅的深陷阱能級中，可以實現大的電荷的捕獲，如圖6所示。中間的氮化硅則使用富硅氮化硅層，其具有的淺能級對于已經限制在兩端富氮的氮化硅層中的電荷來說是ー個高的勢壘，這個高的勢壘阻擋了兩端電荷的橫向移動，如圖7所示。使過擦出現象減小甚至消除，同時防止了閾值電壓的漂移，增強了器件的可靠性。下面將描述根據本發明另ー實施例的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法。具體地說，對于圖5所示的雙位氮化硅只讀存儲器柵極結構，可以采用下述方法來制造第一步驟，在硅片上形成底層氧化硅層2 ；第二步驟，在底層氧化硅層2上形成氮化硅層，其中，氮化硅層包括富硅氮化硅層31、以及位于富硅氮化硅層31兩側的分別靠近源極和漏極的兩個漸變氮化硅層32，并且其中，在兩個漸變氮化硅層32中，在從底部氧化層2到阻擋氧化層4的方向上，硅含量逐漸減少，而氮含量逐漸増大。第三步驟，在氮化硅層上形成阻擋氧化硅層；
第四步驟，在阻擋氧化硅層4上形成控制柵層5。具體地說，在ー個具體示例中，在形成上述ONO結構的氮化硅層的過程中，通過初始地設置SiH2Cl2/NH3 = 2. 07以在兩個漸變氮化硅層32底部形成ー層富硅氮化硅層321，然后逐漸減小SiH2Cl2/NH3的值，從而在這層氮化硅層上，形成硅含量漸變的氮化硅層，并且在形成最頂層的富氮的氮化硅層322時使得SiH2Cl2/NH3 = 0. I。實際上，這些氮化硅層可以通過 控制含硅和含氮氣體的比率和流速來實現不同硅
含量和氮含量氮化硅層。此后，在P型襯底I上形成源極S和漏極D，以及例如，優選地形成柵極兩側的氧化硅側墻6。由此，可在源/漏端形成緩變的氮化硅層，這些緩變層可以將注入的電荷通過能級方向的水平跳躍到深陷講能級，改善保持電荷的能力(能帶寬度從富娃的氮化娃3. 69ev變化到富氮的氮化硅層的5. 22ev)。橫向的氮化硅層中間的富硅氮化硅層，利用可以提供相對于源/漏端高的勢壘(大約為I. 53ev)，抑制電荷的橫向轉移(因為這個勢壘對應的溫度為1. 8E4K)，改善過擦除和抑制閾值電壓漂移，提高器件的可靠性。需要說明的是，雖然以P型襯底I為示例說明了本發明，但是熟悉本領域的技術人員可以理解的是，本發明同樣適用于N型襯底器件的情況?？梢岳斫獾氖?，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述掲示的技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種雙位氮化硅只讀存儲器制造方法，其特征在于包括 在硅片上形成底層氧化硅層； 在所述底層氧化硅層上形成氮化硅層； 在所述氮化硅層上形成阻擋氧化硅層； 在所述阻擋氧化硅層上形成控制柵層； 其中，所述氮化硅層包括富硅氮化硅層、以及位于富硅氮化硅層兩側的分別靠近源極和漏極的兩個漸變氮化硅層，并且其中，在所述兩個漸變氮化硅層中，在從所述底部氧化層到所述阻擋氧化層的方向上，硅含量逐漸減少，而氮含量逐漸增大。
2.根據權利要求I所述的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法，其特征在于，在所述底層氧化硅層上形成氮化硅層的步驟中，通過控制含硅和含氮氣體的比率和流速來實現不同硅含量和氮含量氮化娃層。
3.根據權利要求I或2所述的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法，其特征在于，在所述底層氧化硅層上形成氮化硅層的步驟中，通過初始地設置SiH2Cl2/NH3 = 2. 07以在所述兩個漸變氮化硅層底部形成一層富硅氮化硅層，然后逐漸減小SiH2Cl2/NH3的值，并且在形成最頂層的富氮氮化硅層時使得SiH2Cl2/NH3 = O. I。
4.根據權利要求I或2所述的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法，其特征在于，所述富硅氮化硅層的硅含量和/或氮含量是均勻的。
5.根據權利要求I或2所述的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法，其特征在于還包括在襯底上以及源極和漏極。
6.根據權利要求I或2所述的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法，其特征在于還包括在柵極兩側形成氧化硅側墻。
7.一種根據權利要求I至6之一所述的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法制成的雙位氮化硅只讀存儲器，其特征在于包括布置在襯底上的源極、漏極和柵極，其中所述柵極包括底層氧化硅層、布置在所述底層氧化硅層上的氮化硅層、布置在所述氮化硅層上的阻擋氧化硅層、以及布置在所述阻擋氧化硅層上的控制柵層；其中，所述氮化硅層包括富硅氮化硅層、以及位于富硅氮化硅層兩側的分別靠近源極和漏極的兩個漸變氮化硅層；其中，在所述兩個漸變氮化硅層中，在從底部氧化層到阻擋氧化層的方向上，硅含量逐漸減少，而氮含量逐漸增大。
8.根據權利要求7所述的雙位氮化硅只讀存儲器，其特征在于，所述富硅氮化硅層的硅含量和/或氮含量是均勻的。
全文摘要
本發明提供了一種雙位氮化硅只讀存儲器制造方法及雙位氮化硅只讀存儲器。根據本發明的雙位氮化硅只讀存儲器制造方法包括在硅片上形成底層氧化硅層；在底層氧化硅層上形成氮化硅層；在氮化硅層上形成阻擋氧化硅層；在阻擋氧化硅層上形成控制柵層；其中，氮化硅層包括富硅氮化硅層、以及位于富硅氮化硅層兩側的分別靠近源極和漏極的兩個漸變氮化硅層，并且其中，在兩個漸變氮化硅層中，在從底部氧化層到阻擋氧化層的方向上，硅含量逐漸減少，而氮含量逐漸增大。根據本發明，通過改進氮化硅只讀存儲器中氮化硅層的結構，阻擋電荷的橫向移動，使過擦出現象減小甚至消除，同時防止了閾值電壓的漂移，增強了器件的可靠性。
文檔編號H01L21/8246GK102709165SQ20121000909
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者田志, 謝欣云 申請人:上海華力微電子有限公司